為戰鷹插上鐵翼

　　“一代材料，一代飛機”。航空工業的發展歷程與材料科學的進步密切相關。上世紀80年代，由于航空材料的進步，發達國家的飛機起落架最高規定壽命已達到5000飛行小時，而我國起落架的使用壽命僅有200～500小時。起落架成為制約我國先進飛機設計和安全使用的“瓶頸”。北京航空材料研究所的科研人員趙振業，經過近5年的研究，解決了起落架疲勞強度不夠的難題，利用300M鋼制作的起落架不但達到殲8戰斗機3000小時的壽命要求，并且在增加速度和載荷30%的情況下又繼續安全飛行1000小時。從此，中國制造的所有型號飛機都安裝了這種安全的起落架。趙振業以自己的成功證明：航空材料既是研制生產先進飛機的物質保障，又是推動飛機更新換代的技術先導。我國航空材料的落后面貌在趙振業這一代人的努力下，與發達國家縮短了距離。
　　從混沌小子到自覺學子
　　1937年11月13日，趙振業出生于黃河北岸河南原陽縣一個不出名的村莊——姚村。趙家原本是一個殷實的大家庭，到了父親趙榮賓那一輩，因家庭經濟每況愈下，書念至初級師范肄業，回家種田，為了逃避國民黨抓壯丁，到本村小學任教。父親忠厚善良，教書認真，是村中三代人的啟蒙先生。誰知天有不測風云，1957年被打成右派，遣送回家接受監督勞動，直至1963年摘掉帽子，才又回到講臺。母親是個勤快淳樸的農家婦女，至今90多歲依然硬朗。
　　趙振業從小淘氣，白天上樹掏鳥蛋、摘桑葚，晚上和小伙伴在麥場捉迷藏，跑到鄰村看大戲。初夏燎麥穗，深秋燒紅薯、燒豆角，每當吃完，黑嘴角，花糊臉，一副頑皮相。玩起來也格外投入，常常忘記吃飯，玩熱了脫下衣服一扔繼續玩，童年的趙振業因淘氣和丟衣服出了名。他的啟蒙是從在私塾念“三字經”開始的，但僅僅幾個月就進入了本村的完小。農村的課堂非常簡陋，課桌不統一，有木桌子，也有磚砌的墩子上面放一塊木板。編班也不嚴，一個教室常常會有幾個年級的學生一塊上課。但是老師對學生的要求很嚴格，有早晚自習課，學生晚上還要在煤油燈下背書，老師提問答不上來，小手掌常常要挨戒尺。趙振業上學后雖玩性未改，但成績總名列前茅，從未因學習挨過戒尺。升高小時，他的考試成績名列前茅。初中他考入了新鄉市的中學，但上課只知聽講，很少復習。課余時間看小人書達到癡迷的程度。初中快畢業了，別的同學在抓緊復習準備升學，他卻喜歡打籃球，愛動好打鬧。父親看到兒子這個樣子毫無辦法，找工作年紀太小，繼續上學經濟實在困難，最后咬咬牙還是讓他學了下去。沒想到趙振業高中考入了重點中學新鄉一中。
　　到了高中，趙振業學習有了點樣了。晚自習認真做作業，還負責過制訂班里的學習計劃，在“觀摩教學”課上常常被老師第一個叫起來回答問題，他的幾何題解法還受過老師的夸獎，語文考試答卷曾被列為標準答案。只是家庭出身常常成為他的精神包袱，高三畢業前，學校招收留蘇預備生，因出身不好雖學習好卻沒被選上。
　　1956年，趙振業考入西北工學院（1957年與西安航空學院合并成西北工業大學）。父親對他考上大學是喜憂參半，喜的是兒子上了大學臉上有光，憂的是家庭困難，怕供不起。臨行時家里給他的錢只夠到西安的路費，衣服很少，防寒的只有父親穿過的一件舊棉襖。父親說：“家里僅有這點錢你都拿著了，如果學校能給助學金你就住下，不行就回來?！绷钊诵牢康氖菍W校有助學金，不用交學雜費，飯隨便吃不限量，伙食比老家過年都要好。趙振業終于實現了上大學的夙愿。
　　趙振業學的是金屬學及熱3xWt2RVzKKPX+vFelWh9e5XLg2DF6j5Rfuu8vXw9ohA=處理專業。五年學習中一直很刻苦，除了上課就是泡在圖書館，老師布置的作業做完后，還總要另外多學一些。金屬學課老師指定參考書是博奇瓦爾的《金屬學》，他又自學了施坦別爾格的《金屬學》。剛學微積分老師總是留很多作業，其他同學嫌多，他卻星期日起早到教室去做題，一做就是一天。期終考試前復習功課他總是復習到很晚。專業課老師經常接受上面的委托進行新材料研究，趙振業也較早地參與了有關的研究工作，做試驗他實驗室的金相設備全使用過，從老師那里學到了很多的實踐知識。他以一個高強度鋼課題完成了畢業論文，經歷了從查閱資料、了解合金成分設計、制備、熱處理到組織與力學性能試驗等全過程，并獲得優等成績。
　　由于家庭經濟拮據，趙振業當了五年窮學生。大學他沒有穿過一件新衣服，沒到電影院看過一場電影，除大三學校組織到洛陽實習順路回過一趟家，一直沒回去過。為了積攢點錢買書，他寒暑假為老師刻蠟板、印講義打工掙錢。西安有很多著名風景和文化古跡，但由于他把整個身心都投入到學習中去了，五年沒有去玩過一次。學校對他的畢業鑒定是：學習努力，成績好，有較強的獨立工作能力。雖然在玩樂上留下了遺憾，但他感到自己五年過得很充實，為日后從事科研工作奠定了扎實的基礎。
　　步入科研殿堂
　　1960年底，為了集中航空科研力量，加速發展中國航空科學研究工作，中央批準組建航空研究院（國防部六院）。令趙振業沒有想到的是，自己這個出身不好，父親又頂著“右派”帽子的人，畢業后竟被分配到了部隊——在風景秀麗的北京西山腳下的六院六所（航空材料研究所），成為了一名解放軍準尉軍官，從事高強度及超高強度鋼研究，這令他心滿意足。
　　趙振業剛開始的工作是在第一研究室李文瀾課題組從事飛機發動機上用的結構鋼和不銹鋼研究。1962年我國引進了蘇聯的米格21戰斗機，起步研制是在蘇聯撤走全部專家，并帶走幾乎所有技術資料的情況下進行的。在摸透飛機技術要素的基礎上，材料領域首先要解決的是，針對原飛機發動機壓氣機的主要部件如盤、轉子葉片、整流葉片等，蘇聯采用的是9H961不銹鋼，而我國沒有制造能力，要研制9H961不銹鋼的替代產品。通過研究發現，這種以GX-6命名的鋼種，在淬火后經560℃回火，可獲得優良的強度及韌性。但強度偏低，而且只能在500℃以下使用。因此，所里決定研制一種使用強度更高的熱穩定不銹鋼，抗拉強度高于120kgf/mm，沖擊值大于7kgf·m/cm²，熱強性優于эи961，其他性能與之相當，用于新設計的戰斗機發動機，牌號為GX-8。從此趙振業開始學習研究不銹鋼。
　　剛一接觸合金鋼成分設計，趙振業馬上感到自己專業知識的不足，于是他天天泡在圖書館查閱大量國外有關馬氏體不銹鋼資料，還買了一本烏曼斯基的《金屬學物理基礎》學了起來。俄文、英文水平有限，便靠翻字典閱讀資料；為了查閱日文資料，還上了業余日語學習班。一年下來，在認真分析消化的基礎上寫出了一份《合金元素在12%Cr不銹鋼中的作用》的實習報告，其中設計了GX-8鋼的成分范圍，報告獲得了很高的評價。這種馬氏體熱強不銹鋼用于航空發動機零配件合金成分設計，以英國和蘇聯成績最為突出。英國更注重熱強性，蘇聯則更注重沖擊韌性，兩國在合金元素設計上各有不同。GX-8鋼成分研究是在эи961鋼基礎上兼顧了蘇聯和英國的長處，鋼中除了添加鎳元素外，又添加了鈮元素，研究中發現鉬元素對提高沖擊韌性更有效，又加入這一元素，所以設計出來的GX-8兼有超過120kgf/mm2的高強度、高沖擊韌性和熱強性，使用溫度可達550℃，綜合性能超過所有國外同類鋼種。
　　1966年，GX-8鋼用于我國自行設計的910發動機的壓氣機轉子葉片、盤和整流葉片等零件。從鋼廠冶煉到331廠零件試制，趙振業全過程跟產并解決生產中遇到的問題，增長了制造技術的許多知識和經驗。在引進蘇聯伊爾-18研制國產運8飛機的過程中，鑒于910發動機試制中證明了GX-8鋼性能優良，GX-8被決定用來代替伊爾-18發動機渦槳6的ди-1ш不銹鋼。經過2000小時長期試車，獲得了較為滿意的結果，1995年起，發動機延壽至5000小時，在軍、民服役中均未出現故障。因此獲得全國科學大會獎和國家發明四等獎，趙振業為第二發明人。
　　上世紀六七十年代，我國戰斗機后機身普遍存在超重超溫問題。由于后機身超重必須前機身掛配重平衡，這就雙倍增加了飛機重量，因此發展耐中溫的超高強度鋼成為亟待解決的飛機設計難題。趙振業與本溪鋼廠等單位合作，在系統研究二次硬化和強一韌化機理基礎上，采用鉬為主強化元素以獲得最高二次強化效果和熱強性，鉻為調整元素以獲得高韌性和熱工藝性能的合金設計新思路，研制成功一種航空中溫超高強度鋼GC-19。與美國B-52、F-4B等飛機曾采用的H11鋼相比，GC-19不僅室溫斷裂韌性、抗疲勞性和中溫性能等綜合力學性能更優，而且合金元素含量減少35%以上。這一成果將中溫用鋼由中合金體系降為低合金體系，實現了合金設計創新。用這種鋼制作的飛機后機身主承力構件，首次達到1800兆帕超高強度，成功解決了高速飛機后機身超溫超重選材難題。這種鋼生產使用幾十年來未發生過任何故障，1988年這項研究成果獲國家發明三等獎，趙振業為第一發明人。
　　構建航空超高強度鋼體系
　　GX-8鋼和中溫超高強度鋼只是趙振業技術成長階段科研成果中的兩項，他擔任課題組長后，還經歷了高合金超高強度鋼、超高強度不銹鋼、超高強度不銹軸承齒輪鋼應用基礎理論與合金設計探索研究等。他和他的課題組以自己的智慧和汗水在超高強度材料領域進行了幾十年不懈的耕耘，漸漸清晰地構筑起了中國航空事業長壽命材料體系。
　　超高強度鋼經歷了低合金、中合金和高合金等發展階段。我國是一個海岸線很長的國家，解決航空超高強度鋼腐蝕問題，提高起落架全壽命期，既是個戰略問題也是個現實問題。為此，趙振業帶領課題組致力于超高強度不銹鋼強韌化機理研究。經過幾年探索，于20世紀90年代末揭示超細馬氏體板條、超細沉淀相和逆轉變奧氏體等新機理，在此基礎上探索設計出一種超高強度高韌性不銹鋼Fe-1 3Cr-1 2Co-5Mo-Me。這種不銹鋼成分體系經200千克容量爐、VIM+VAR雙真空高純熔煉和控制相變熱處理后，抗拉強度接近1900兆帕，斷裂韌性接近110MPaml/2，首次把不銹鋼提升到超高強度高韌性，為開拓航空超高強度鋼新領域和解決水上飛機、艦載機和海洋環境構件材料做出了貢獻，獲國家發明專利。美國的超高強度不銹鋼S53在21世紀初問世，力學性能與趙振業的研究成果相當，但斷裂韌性還有一定差距。
　　20世紀50年代，噴氣發動機壽命曾因軸承壽命只有300小時而大受限制。后來美國把軸承鋼的VIM+VAR雙真空熔煉技術引入齒輪鋼，解決了傳動系統的關鍵難題，軸承壽命提高到3萬小時以上，發動機壽命也隨之提高。為了擺脫高性能齒輪軸承鋼和齒輪、軸承技術的落后面貌，趕上國外先進技術水平，近些年趙振業一直致力于齒輪軸承鋼強韌化機理的探索研究，他帶領課題組設計出一種表面硬化型超高強度不銹軸承齒輪鋼成分體系：Fe-14Cr-12Co-Mo-Nb-Me。經200千克VIM+VAR超純熔煉和控制相變熱處理后，力學性能達到抗拉強度1862兆帕，斷裂韌性120MPaml/2，首次將齒輪軸承鋼提升到超高強度。同時，還創新了一種表面超硬韌化新機理和熱處理技術，這種技術用于該齒輪軸承鋼，可以使其表面硬度達到HRC72，500～C下仍保持HRC63一，室溫至500℃的熱硬性明顯優于國內外同類鋼種，為解決長壽命、高能量傳動系統關鍵材料做出了貢獻，獲得國家發明專利。美國在20世紀末研究成功超高強度不銹齒輪軸承鋼，抗拉強度水平僅在1750兆帕，比趙振業齒輪軸承鋼的研究成果低約100兆帕，斷裂韌性相當。另外，他還與人合作，研制成功一臺動、靜態殘余奧氏體測量儀。鋼的強韌性受殘余奧氏體含量及其對熱和力的穩定性的影響，這一國內外首創的新的檢測手段，為研究鋼中殘余奧氏體服役條件下行為和超高強度鋼強韌化機理提供了先進方法。
　　應用基礎理論研究是材料創新的基礎。在這個領域，趙振業提出一種“無應力集中”抗疲勞概念。他從疲勞理論的原理出發，本著實現起落架長壽命目標，研究超高強度鋼疲勞行為和規律，發現了疲勞強度應力集中敏感的特性和規律：隨應力集中系數值增大，超高強度鋼疲勞強度降低很快，但采用抗疲勞應用技術后，疲勞強度恢復也很快，而且應力集中系數值越大，回復值越高。這一理論不僅為飛機起落架實現長壽命所驗證，把它擴展到高強度鋁合金、鈦合金和高溫合金中去，通過創立新的制造技術體系，為高強度合金超高強度化奠定了基礎，從根本上解決了超高強度構件長壽命、高可靠性和結構減重等問題，為將航空和其他精密機械制造提升到經濟可承受水平找到了新途徑。
　　趙振業和他的研究團隊，以40多年的研究成果構建了我國航空超高強度鋼的總體架構，并達到世界先進水平，為中國航空事業追趕世界航空強國奠定了堅實的基礎。
　　為戰鷹插上鐵翼
　　起落架是飛機最重要的承力構件，直接關系到飛機和乘員的安全。當今世界上95%以上的飛機起落架是采用超高強度鋼制造。超高強度鋼屬于材料科學前沿和研究熱點，飛機起落架用超高強度鋼是一個國家鋼鐵工業技術水平的標志。上世紀80年代后，發達國家起落架最高規定壽命已經達到5000飛行小時，與飛機同壽命。盡管新中國航空工業已經取得了巨大成就和長足發展，但與國外先進技術比，我國飛機起落架還處于落后狀態。1988年我國研制成功第一款自行設計制造的、脫離了蘇聯米格系列的高空高速殲擊機殲8II，這種飛機在第二年的巴黎航展上引起世界轟動，被譽為“空中美男子”。但美中不足的是起落架問題沒解決。所用的GC-4鋼雖填補了我國超高強度鋼空白，但仍具有韌性指標不足，尤其是沖擊韌性值經常不合格，焊接性能差、零件報廢率高，在輪軸、活塞桿、扭力臂等部位多次出現裂紋等缺陷。集中表現為壽命短，安全性、可靠性差，飛機設計壽命3000小時，使用僅200～500小時，一架飛機不得不準備幾副起落架，成為制約先進飛機設計和安全使用的“瓶頸”。
　　為了解決這一重大難題，原國防科工委批準立項研究。1983年8月，趙振業在別人做了兩年沒有成功的情況下臨危受命，接手起落架研制。他比較美國同種鋼材的各項性能標準，總結此前失敗原因，提出“提純原材料，降低硫含量”和“墩一拔開坯”等工藝路線的建議，經負責鍛造的撫順鋼廠創新工藝，第二年就鍛造出了美國長期保密的航空材料超高強度鋼300M。
　　有了300M鋼不等于就能制造出長壽命的起落架。趙振業發現從材料到成品之間的應用性工藝缺乏是起落架不合格的重要原因。于是將重點轉到300M鋼材料應用研究上來。起落架要求的最主要使用性能就是疲勞強度，而300M鋼的一個明顯弱點，就是疲勞強度應力集中敏感。為了解決做成的起落架抗疲勞強度降低，他提出了“無應力集中”抗疲勞概念，率領課題組創新了10多種先進工藝技術，其中包括實心整體鍛造、真空淬火等熱工藝技術體系、抗疲勞機械加工技術體系，表層組織再造改性技術體系，完整復合防護技術體系和低應力集中細節設計技術體系等，使起落架疲勞強度應力集中敏感問題得到抑制，實現了趙振業設計的長壽命起落架技術體系目標。在使用中，使起落架壽命一舉達到5000飛行小時不破斷，增加速度和載荷30%后，再試1000小時仍不破斷。這一結果不僅使我國起落架首次yLtXya+K1wbj2dYBlMC7hA==與飛機機體同壽命，實現了長壽命起落架重大工程目標，而且超過了美國F-15、F-16戰機起落架5000飛行小時的規定壽命，達到國際先進水平。
　　1990年8月，首次裝有300M鋼起落架的殲8 II飛機呼嘯而起，經過爬升、轉彎、盤旋、側飛，低速通場，隨后降低高度，起落架撞擊地面后穩穩降落在跑道上，試驗取得圓滿成功。從此，我國起落架短壽命的歷史結束，國產起落架與國產飛機機體首次實現了同壽命。1991年，首批裝有300M鋼主起落架的殲8 II飛機正式交付空軍使用，20年過去，至今無任何故障。目前300M鋼長壽命起落架ET程化生產，推廣應用到殲8系列、殲10等國產戰機和直升機等10多種飛機，先進的起落架制造技術為戰鷹插上了鐵翼，中國航空工業徹底解決了起落架難題。1992年，“飛機起落架300M鋼應用研究”課題獲得國家科技進步一等獎，趙振業名列這個獎項的第一位。
　　1992年，趙振業擔任了航空材料研究所的副總工程師兼科技處處長，從科研一線的研究人員走上了科研管理的領導崗位。1996年，他從領導崗位退下來，又投入到心愛的科研工作之中。從事航空材料科研幾十年，他獲國家級科技成果獎5項、國家發明專利2項、部級科技成果獎6項：發表學術論文60余篇、專著《合金鋼設計》一部。2005年當選為中國工程院院士。趙振業自1985年開始帶研究生，1992年為博士生導師，并被聘為西北工業大學、河南理工大學兼職教授。他傾其所學親自指導先后培養了多名碩士、博士研究生、博士后。這些學生中不乏出類拔萃者，如今有的已成為專業的技術骨干。
　　年屆古稀，他在材料科學領域的探索并沒有停止，仍孜孜不倦地讀書，一有空就往圖書館跑，家里書房也擺滿了各類書籍與刊物，工作時間表總是排得滿滿的。正是這種堅韌不拔的執著和創造發明的激情，促使他為航空材料科學燃燒和釋放著自己全部的能量，在科學的星空中劃出閃光的人生軌跡。（本文改編自《如剛人生——記中國工程院院士趙振業》，航空工業出版社，2010年1月1日