2019年2月25日,山东钛业的熔炼车间里,第三炉灵钛合金铸锭刚从模具中吊出,老郑就拿着检测锤敲了敲铸锭表面——原本该清脆的“当当”声,却夹杂着沉闷的“咚咚”回响。他脸色一沉,让人用切割机从铸锭中部切下一块样品,断面在灯光下露出星星点点的灰白色斑点,像撒在暗灰色金属上的碎盐。
“又是枝晶偏析。”老郑把样品递给赶来的李哲,声音里满是挫败。显微镜下,灵钛合金的晶粒结构像杂乱生长的树枝,类灵元素集中在“树枝”的末端,形成明显的成分富集区,而“树枝”之间的间隙里,类灵元素含量几乎为零。“这样的铸锭根本没法加工,锻造时一受力就会开裂。之前两炉都是这个问题,生产线都快停了。”
李哲立刻用便携式光谱仪检测样品成分,数据显示类灵元素的分布偏差达到35%,远超10%的合格标准。他掏出手机给马宏打去电话,语气急促:“马队,枝晶偏析问题比想象的严重,第三炉铸锭还是废了。山东钛业这边已经开始动摇,孙总刚才找我谈,说要是再解决不了,可能要暂停合作。”
电话那头的马宏刚结束与中科院金属所的视频会议,手里还攥着一份《钛合金枝晶控制方案》:“别急,我和张杰现在就过去,张教授说古籍里有‘控温养晶’的记载,或许能用上。”
两小时后,马宏和张杰赶到山东钛业。孙浩在会议室里等着他们,桌上摊着前三炉的检测报告,眉头拧成一个疙瘩:“马队,不是我们不想坚持,而是枝晶偏析导致的废品率太高,5吨原料炼出的铸锭,最后能加工的不到1吨,成本翻了五倍。再这样下去,我们不仅赚不到钱,还要赔进去生产线改造的费用。”
“孙总,再给我们三天时间。”张杰将一份新的熔炼方案推到孙浩面前,“这次我们不用传统的‘快速冷却’工艺,改用‘阶梯式控温’,结合地脉符里的‘均灵阵’原理,控制类灵元素在钛合金熔液中的扩散速度,从根源上解决枝晶偏析问题。”
孙浩拿起方案翻了几页,眼神里满是怀疑:“阶梯式控温?金属所的专家都说,钛合金的枝晶生长是热力学必然,控温只能缓解,不能根除。你们的方案凭什么能做到?”
“凭灵钛合金不是普通钛合金。”张杰打开笔记本电脑,调出类灵元素的原子扩散模拟图,“它里面的类灵元素有‘灵能活性’,在特定温度区间会产生‘反向扩散’——普通金属的元素扩散是从高浓度到低浓度,而类灵元素在500-600℃时,会主动向低浓度区域移动。阶梯式控温就是要抓住这个温度窗口,让元素均匀分布。”
为了说服孙浩,张杰当场做了一个小实验:他将两块含有枝晶偏析的灵钛合金样品,分别放入两个加热炉,一个用传统工艺快速冷却,一个用阶梯式控温(1680℃保温30分钟→降温至600℃保温2小时→降温至500℃保温1小时→自然冷却)。两小时后,检测结果出来了——传统工艺样品的元素分布偏差仍有32%,而阶梯式控温样品的偏差降到了8%,达到合格标准。
孙浩看着检测报告,终于松了口气:“好,我再给你们一次机会。第四炉熔炼,我们全力配合,需要什么设备或人手,随时提。”
接下来的两天,团队和山东钛业的技术人员一起改造熔炼炉的温控系统,在炉壁内侧加装了十二组高精度热电偶,能实时监测炉内不同区域的温度,误差控制在±2℃以内。同时,张杰根据“均灵阵”原理,在熔炼炉的保温层里嵌入了一圈灵钛合金网,通电后形成稳定的灵气场,引导类灵元素在熔液中均匀扩散。
2月28日清晨,第四炉灵钛合金熔炼正式启动。孙浩、马宏、张杰、李哲、老郑都守在控制台旁,目光紧盯着温度曲线和元素分布监测仪。当钛合金熔液达到1680℃时,马宏按下保温按钮:“第一阶段保温开始,注意监测熔液对流速度。”
30分钟后,温度开始缓慢下降,当降到600℃时,监测仪显示类灵元素的浓度差从25%缩小到18%。“启动灵钛合金网灵气场!”张杰喊道。老郑立刻按下开关,炉壁内侧的灵钛合金网发出淡蓝色微光,监测仪上的浓度差数值以每分钟1%的速度下降——17%、16%、15%……
“太神奇了!”老郑忍不住感叹,“之前从来没见过元素扩散这么快的,这灵气场简直像有魔力一样。”
“不是魔力,是科学。”张杰解释道,“灵气场能改变类灵元素的原子运动轨迹,让它们摆脱钛合金晶格的束缚,更快地向低浓度区域扩散。这就像在拥挤的房间里开了几条通道,人能更快地分散到各个角落。”
当温度降到500℃时,类灵元素的浓度差已经降到了10%。再经过1小时保温,浓度差最终稳定在8%,完全符合加工要求。早上十点,第四炉铸锭开始浇铸,暗红色的熔液顺着浇铸槽流入模具,冷却后形成一块表面光滑、无任何缺陷的灵钛合金铸锭。
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