中國仿美300M鋼一鳴驚人：殲8起落架壽命超F15

趙振業，材料科學家、超高強度鋼專家，中國工程院院士。1961年畢業於西工大金屬學及熱處理專業，分配到航材院從事航空超高強度鋼應用基礎理論、合金設計及應用技術研究。現為研究員、博士生導師。他主持超高強度鋼300M應用研究，提出“無應力集中”抗疲勞概念，建立應用技術體系，用其製造的起落架疲勞壽命達到並超過國外5000飛行小時最高規定壽命；率先將不鏽鋼、齒輪軸承鋼提升到超高強度高韌性水平。2005年當選中國工程院院士。

GX-8鋼——小試牛刀

1965年，我國決定在米格-21的基礎上自行設計新機，設計過程中需要一種使用強度高的熱穩定不鏽鋼，抗拉強度高於120kgf/mm2,衝擊值大於7kgf·m/cm2，用於新設計的發動機，即GX-8鋼，趙振業參加了該課題組。在課題組分工中，趙振業側重於成分試驗，從成分設計、熔鍊、鍛造成材到熱處理和力學性能，他在每個環節上都親力親為，經過一年多試驗研究，基本確定鋼的成分上下限和成分，並開始做實驗室合金全面性能研究。

趙振業循着工藝流程學習相關技術、方法和知識。在GX-8鋼的試驗研究中，熱處理是以工藝單委託熱處理車間進行的。每次熱處理趙振業都要帶上熱電偶-電子電位計到現場，並和工人一起裝爐，把熱電偶放在試樣中間測温，以準確實測温度對試驗數據進行分析。1964年，GX-8通過了實驗室階段的總結鑑定，趙振業從鋼廠鍊鋼到零件試製全程跟產，為GX-8的生產和應用嘔心瀝血。

這種GX-8鋼綜合性能優於國外同類合金，並先後在3個航空發動機壓氣機轉子葉片、輪盤應用成功。1985年，GX-8熱強不鏽鋼獲得了國家發明四等獎。

GX-19鋼——初露鋒芒

1968年，冶金部和航空部聯合下文，要求研製一種可以在500℃下工作的中温超高強度鋼，牌號為GC-19。1975年末，趙振業從不鏽鋼組轉來主持新結構鋼種的研究。趙振業着手後，將任務分為確定合金基本成分、重複試驗、合金全面性能測定三個階段。

趙振業從二次硬化和強韌化基本理論出發，在對硬化特徵、相變、淬透性、力學性能、工藝性能等方面系統探索的基礎上，巧妙利用鉬元素的強二次硬化效應，以及少量鉬即可引發高的峯值，來獲得超高強度和更高耐熱温度，並用少量鉻元素與鉬配伍降低鉬的硬化峯值，減少其對基體韌性的傷害程度，從而調整鋼的韌性，少量鉻還可以提高鉬硬化峯前的硬度，調整鋼的回火曲線，拓寬回火温度範圍等。

GC-19鋼不僅達到了超高強度，綜合力學性能良好，耐温高達500℃，綜合力學性能優於美國使用的H11鋼。GC-19新鋼種的研究成功，開拓了航空中温超高強度鋼新領域，解決了我國高速飛機後機身超温超重的選材難題。1988年，這項研究成功獲國家發明三等獎。如今，GC-19鋼用於殲擊機後機身主承力框，生產使用幾十年無一故障。

300M鋼——一鳴驚人

世界上95%以上的飛機起落架都用超高強度鋼製造，這其中尤以美國的300M鋼最為知名。為了研製中國的300M鋼，1979年末有關方面組成課題組，但3年時間過去了，研究工作並不順利，此時趙振業臨危受命。

經過反覆查閲大量有關300M鋼的資料，分析國內起落架產生裂紋、斷裂的原因，趙振業發現國外先進起落架技術有選材強度高、製造技術先進、設計技術先進、壽命長等四大特點，並結合我國熔鍊設備和技術現狀，提出了“提純原材料，降低硫含量”和“鐓-拔開坯”冶煉新工藝，使仿製300M鋼一舉達到美國實物標準，使我國起落架製造有了新鋼種。國產300M鋼製造殲8Ⅱ飛機主起落架，疲勞壽命一舉達到6000飛行小時，不僅使國產鋼製作的起落架首次與飛機機體同壽命，而且超過美國F-15、F-16戰機起落架5000飛行小時的最高規定壽命，達到世界先進水平。

如今，300M鋼長壽命起落架已工程化生產，應用於殲8系列、殲10等多種先進型號飛機，至今最長使用時間達20多年，無一例故障。這一項目獲國家科技進步一等獎。

抗疲勞製造——厚積薄發

抗疲勞製造是新一代先進技術。它是控制表面完整性，以疲勞性能為主要判據來提高疲勞強度的製造技術。它與傳統制造技術的根本區別在於後者以成本、時間、空間為技術依據，以滿足形位、表面粗糙度等設計圖紙規定要求為己任。抗疲勞製造則除了滿足設計圖紙各項規定要求外，還要保證構件性能與設計相一致。它適應先進設計，是實現設計的保障；它適應高強度合金，抑制其疲勞強度應力集中敏感，是使用高強度合金的基礎和前提。抗疲勞製造可以解決主承力構件壽命短、可靠性差、結構重的“三大問題”，實現構件長壽命、高可靠性、結構再減重，提高機械產品服役性能和經濟可承受性。

上世紀80年代中期，趙振業就開始了創新應用基礎理論研究，即“無應力集中”抗疲勞概念與抗疲勞製造。趙振業研究的300M鋼長壽命飛機起落架，達到並超過國外同類起落架最高規定壽命，其成功奧妙就在“無應力集中”抗疲勞概念的應用。

高強度、高硬度合金疲勞強度應力集中敏感特性的普通性和規律的一致性引起了趙振業的高度警覺和重視。 2009年，趙振業開始主持“面向高強度抗疲勞航空構件表面完整性製造基礎研究”，至今進展順利。該研究選擇了鋁合金7055、鈦合金Ti023、高温合金GH4168、高強度軸承齒輪鋼M50NiL、超高強度鋼A-100等五種合金為載體進行抗疲勞製造研究。其內容包括這些高強度合金表面完整性製造方法與抗疲勞機理研究、表層超硬韌化工藝方法和機理研究等。

2009年初，趙振業與兩院院士師昌緒一起提出“發展抗疲勞製造，提升我國機械製造核心競爭能力”的建議，得到10位院士的認同並共同發起倡議。這一建議得到了國務院總理温家寶、國務院副總理張德江、國務委員劉延東的重視和批示。

趙振業初擬的《抗疲勞製造與長壽命關鍵基礎構件研究發展》已列為中國工程院諮詢研究項目。該項目定位是基礎製造技術——抗疲勞製造和關鍵基礎構件及其產業化，其總目標是實現抗疲勞製造、自主創新，解決關鍵基礎構件依賴進口，關鍵技術受制於人和建立機械製造新理念，推動高端產品發展，參與國際市場競爭，10~15年基本達到世界先進水平。

如今，為了實現航空材料的跨越發展，趙振業院士帶領着他的科研團隊，又踏上了新的征程……