赵振业

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赵振业,金属材料专家,1937年出生于河南省原阳县姚村。1961年毕业于西北工业大学。曾任北京航空材料研究院副总工程师,现任北京航空材料研究院研究员、博士生导师,中国航空学会北京航空航天学会理事。
 

赵振业 - 人物生平

一直从事航空超高强度钢应用基础理论、合金设计和工程应用科学与技术研究。主持并为主完成“300M钢应用研究”,创新发展工程应用科学与技术思路,设计长寿命起落架等总体技术方案,提出“无应力集中”抗疲劳观点,建立理论模型,研究并获得抗疲劳微观机理,创新和集成创新抗疲劳和氢脆应用技术体系和先进工艺技术。用于300M钢制造歼8Ⅱ飞机主起落架,疲劳寿命达到6000h(其中包括增载30%后1000h)不破断。远超过飞机3000h规定寿命和国外5000h最高规定寿命。创造性地解决了困扰先进飞机设计、使用几十年的超高强度钢起落架工程应用科学与技术问题,实现了长寿命起落架重大工程目标和技术跨越发展。服役14年来无故障并已实现工程化生产,广泛应用于10种先进型号飞机,获国家科技进步一等奖。系统研究二次硬化、超细化等强韧化机理,合金设计获中温超高强度钢、超高强度不锈钢等5项发明,开拓航空超高强度钢新领域,为合金体系发展和多项重大航空工程做出突出贡献。

 获国家级科技成果奖5项、国家发明专利2项、部级科技成果奖6项。发表学术论文50余篇、《合金钢设计》专著。

2005年当选为中国工程院院士。

赵振业 - 科研成就

我国著名航空结构材料专家、中国工程院院士赵振业,一直从事航空超高强度钢应用基础理论、合金设计和应用科学技术研究,为多项重大航空工程作出了突出贡献。可以说,他的研究成果为我国航空领域的更新换代作出了不可磨灭的贡献。

 

300M钢与应用研究


起落架是飞机最重要的承力构件,直接关系到飞机和乘员的安全。当今世界上95%以上的飞机起落架都是采用超高强度钢制造。超高强度钢属于材料科学前沿和研究热点,飞机起落架用超高强度钢是一个国家钢铁工业技术水平的标志。

上世纪80年代后,发达国家起落架最高规定寿命5000飞行小时,与飞机同寿命。尽管新中国航空工业已取得巨大成就和长足发展,但与国外先进技术相比,我国飞机起落架还处于落后状态,集中表现为寿命短,安全性、可靠性差。当时我国起落架的使用寿命仅200~500小时,一架飞机不得不准备几副起落架,成为制约先进飞机设计和安全使用的瓶颈。

为解决飞机起落架这一重大航空工程难题,原国防科工委立项“飞机起落架用新型高强度钢300M应用研究”课题,这是一项涉及航空、冶金、机械三个部委12个厂所院校的系统工程,直接参研人员达百人以上。

300M钢是美国国际镍公司于上世纪50年代初在4340钢基础上添加了1.5%左右的硅而发展起来的新型超高强度钢。其最大优点是强度高、韧性良好、固有疲劳强度高,美国于1965年正式用于制造飞机起落架。在美国,大约90%以上的军民用飞机起落架都用300M钢制造。这种钢还被其他国家引进使用,是世界上使用的强度最高、纯度最高、综合性能最好、应用最广的起落架用钢。

1983年8月,赵振业接手主持300M钢起落架项目研究。他对国内外专业技术状况进行了全面调查,以其深厚的理论功底、非凡的分析能力重新对课题进行了论证。结合我国冶金技术现状,提出“提纯原材料,降低硫含量”和“镦-拔开坯”等工艺路线的建议,“提纯原材料”就是要使原材料的硫含量降到0.003%;“镦-拔开坯”就是提高锻比,解决组织不均匀问题。

1984年,抚顺钢厂采用经过提纯脱硫原材料,在6吨感应炉和7吨自耗炉设备上熔炼了2炉双真空300M钢,钢锭经次镦粗-拔长至直径300毫米棒材。各种性能试验结果表明,国产300M钢达到美标要求和实物水平。国产300M钢的成功,开拓了一条中国自己的冶金技术路线,中国航空超高强度钢从此走上了VIM+VAR双真空熔炼(VIM—真空感应炉熔炼, VAR—真空电弧熔炼)的高纯道路。

300M钢用作起落架可做到体积小、重量轻、寿命长、使用可靠。但是,其突出缺点是疲劳强度对应力集中敏感。材料在交变应力作用下发生的破坏称为疲劳破坏。通常材料承受的交变应力远小于其静载下的强度极限时,破坏就可能发生。另外材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大,这种现象称为应力集中。这个缺点如不解决,非但不能满足起落架要求,充分发挥其超高强度优越性,还会潜伏灾难性隐患。

材料研制成功后,赵振业开始进行300M钢应用研究,研制长寿命起落架技术。他调研了飞机起落架设计与制造的整个工艺流程。在抗疲劳原理基础上,赵振业提出一种“无应力集中”抗疲劳概念,并率领课题组创新了10多种先进工艺技术,形成了一整套抗疲劳应用技术体系,其中包括整体锻造、真空淬火等热工艺技术体系,抗疲劳机械加工技术体系,表层组织再造改性技术体系,表面完整复合防护技术体系和低应力集中细节设计技术体系等。这些技术用于国产300M钢制造飞机起落架,使起落架寿命一举达到5000飞行小时不破断,增加载荷30%后,再试1000小时仍不破断。这一结果不仅使我国起落架首次与飞机机体同寿命,实现了长寿命起落架重大工程目标,而且超过美国F-15、F-16战机起落架5000飞行小时的规定寿命,达到国际先进水平。

目前,300M钢长寿命起落架已工程化生产,广泛应用于多种先进型号飞机,至今最长使用时间达17年无一例故障。中国航空工业彻底解决了起落架难题。这一研究成果获国家科技进步一等奖。300M钢长寿命起落架技术正被用于大型运输机和客机。

中温超高强度钢


除300M钢外,赵振业院士还主持了多项航空高强度钢材料研究,对我国航空事业发展起到了巨大的推动作用。

1975年,赵振业受命研究航空中温超高强度钢。立项研究时,除美国曾用H11热作模具钢制造过飞机后机身结构件外,国内外尚无航空中温超高强度钢。

为发展航空中温超高强度钢,赵振业首先研究了二次硬化机理。在应用基础研究基础上,他采用Mo+Cr二次硬化设计新思路设计成功38Cr2Mo2VA钢。它不仅达到了超高强度,综合力学性能优于H11钢,耐温高达500℃,而且钢中合金元素比H11钢降低35%以上,将中温钢由中合金体系降为低合金体系。新钢种的研究成功,解决了歼击机后机身超温、超重、无材可选的问题,并使飞机后机身选材首次达到1800兆帕的超高强度。现在,“中温超高强度钢38Cr2Mo2VA”已用作飞机后机身主承力构件,生产使用以来没有发生过故障,此成果获国家发明三等奖。

超高强度不锈钢


赵振业教授还与他的研究生们一起,研究了超细马氏体板条、新强化相Fe2Mo型laves相、M2C+Laves相联合强化及其超细沉淀、逆转变奥氏体精细结构等强-韧化新机理,设计了一种新合金成分体系:Fe-14Cr-12C0-Mo-Me,经200kg VIM+VAR双真空高纯熔炼及控制相变热处理后,抗拉强度达到1860Mpa以上,断裂韧性达到120Mpam1/2水平。首次把不锈钢提升到超高强度高韧性,为开拓航空超高强度钢新领域作出贡献,获国家发明专利。

在研究强-韧化新机理的基础上,他又设计了一种表层硬化型轴承齿轮钢成分体系Fe-130r-12Co-Mo-Nb-Me,其经200kgVIM+VAR双真空高纯熔炼,控制相变热处理后,达到1850MPa,Klc达到120Mpam1/2。同时,他创新了一种表面超硬-韧化概念和热处理技术,使表面硬度达HRC72,500℃HRC63.5。由此实现了轴承齿轮钢超高强度高韧性和超硬化,为解决长寿命、高能量传动系统关键材料技术作出了贡献,获国家发明专利。

另外,赵振业教授还参与完成了“马氏体热强不锈钢GX-8研究”,其综合力学性能优于国外同类钢,已批量生产,用于发动机压气机转子叶片,轮盘等。自1973年起,在多种领域和环境中使用性能良好,无故障,获全国科学大会奖状,国家发明四等奖。

应用基础理论


研究是材料创新的基础,也是当前制约材料发展和应用的薄弱环节。目前,赵振业和他的研究生们正潜心于航空超高强度钢应用基础理论和合金设计研究。他研究高合金超高强度钢强韧化机理获得航空基金一等奖;由他创意并参与研制成功的“动态残余奥氏体测定仪”,为研究钢中残余奥氏体服役条件下行为和超高强度钢强-韧化机理研究提供了先进方法,获国家发明四等奖;赵振业提出的材料两个“全过程”研究理念正被同行认可,并推动材料科学与工程发展;赵振业提出的“无应力集中”抗疲劳概念是一种关于带有应力集中的构件具有无应力集中时材料固有的疲劳强度的理论。现在他正将这一理论扩展应用到高强度铝合金、钛合金和高温合金构件上去,通过创立新的抗疲劳制造技术体系,为构件超高强度化奠定基础,从根本上解决超高强度构件长寿命、高可靠性、结构再减重和经济可承受性等问题,实现我国制造技术的跨越发展,并达到国外先进水平。

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