“奋斗者”号载人舱球壳

　　从马里亚纳海沟万米深处的“奋斗者”号载人舱，到托举“嫦娥”探月的长征五号火箭氢泵叶轮，再到国产大飞机发动机的涡轮叶片，中国科学院金属研究所（以下简称“金属所”）钛合金研究部团队，将钛这种材料锻造成支撑大国重器的坚强骨骼。
　　他们的研究成果屡次突破极限，是新中国高端材料发展史的生动缩影。
　　支撑这些辉煌成就的，是一种如钛合金般独特的科研品格——轻盈而能承千钧，坚韧可行至远方，在星辰大海处闪耀光芒。这种以“开拓之勇、实践之诚、奉献之志、求真之执”熔炼而成的“钛魂”，正是这支200余人队伍的集体品质。
　　开拓之勇：于无人区踏出新路
　　2012年，我国“蛟龙”号成功突破7000米下潜深度后，万米载人深潜关键技术攻关正式启动。作为深海探测器的“生命舱”，载人舱材料成为首要攻克的难题。
　　当时，国际上的4大万米深潜计划均不约而同采用透明玻璃载人舱方案。这一选择迅速成为国际热点，国内不少专家也担忧钛合金方案会落后。
　　钛合金研究部时任主任杨锐作为万米载人舱材料与制造技术攻关负责人，当时承受着巨大压力。他带领团队回归科学本质，详细搜集各类数据，从断裂力学的基本原理出发开展精准计算。结果清晰显示，以当时掌握的材料性能，钛合金的承压能力约为玻璃的84倍。
　　杨锐果断拍板，彻底放弃玻璃方案，坚定选择钛合金路径。事实印证了这一决策的远见——那4个曾备受瞩目的玻璃载人舱方案至今仍停留在图纸与设想阶段，而中国的钛合金载人舱已伴随“奋斗者”号多次潜入万米深渊。
　　然而，选定方向仅是闯过第一道观念关。当时国际通用的Ti64钛合金仅能勉强制造承载两人的舱体，且存在焊接后韧性大幅下降的致命风险。我国的目标是可承载三人、耐受万米深度的载人舱。这是一条无人走过的路。
　　历经12轮艰难的摸索，一种名为Ti62A的新型钛合金终于诞生。其焊接接头性能曲线完美覆盖所有设计指标。
　　实践之诚：扎进生产的土壤
　　在钛合金研究部，科研成果的终点不是鉴定会上的掌声，而是生产线上稳定、可靠的轰鸣声。研究部副主任徐磊对此感受深刻。他长期从事粉末冶金研究，主攻长征五号运载火箭氢泵叶轮的精密制造。
　　这种叶轮是火箭发动机“心脏中的心脏”，必须在-253℃的液氢环境中以每秒550米的速度旋转——比音速还快，对材料性能和制造精度要求达到极致。更棘手的是，叶轮内部复杂的空腔流道无法机械加工，必须一次成形。
　　粉末冶金成形技术面临的一个巨大障碍是，材料经成形工艺后尺寸收缩率高达33%，而最终产品尺寸误差需控制在0.1毫米内，仅相当于3根头发丝的直径。
　　攻克理论瓶颈后，徐磊马不停蹄带领课题组进驻协作工厂，与工人师傅同吃同住，将实验室的“参数组合”转化为生产线上的“工艺文件”。为调试工艺，他们曾深夜进入车间待命，既能在生产线停下的那一刻马上开始调试，又能最大限度减少对企业生产节奏的影响。
　　有一段经历让徐磊记忆犹新。2014年，他携带53支昂贵的钛合金样品前往检测单位。用户代表原本只要求随机检测2支，如果不合格则翻倍复检。“结果一测，2支样品性能全部达标。”徐磊回忆道，用户代表提议把其他51支样品都测了。检测结果显示，只有3支样品性能处于合格线边缘，其余全部优异。
　　团队的“实践之诚”更体现在装备自主创新上。2006年，团队引进国内第一台价值千万元的洁净制粉设备，但投入使用后问题频发。“当时只要有一项指标采用激光法检测，就会对材料造成损伤。”徐磊回忆道。为此，他们联合所内分析检测部门的同事，对进口设备进行改造，并开发出适合自身需求的检测方法。
　　更大的挑战出现在2012年。团队发现制造过程中存在氩气泄漏问题，但当时缺乏有效的检测手段——氩气与氮气的检测峰重叠，难以区分。这一问题困扰了团队4年，直至2016年才被彻底攻克。
　　如今，团队不仅开发和建立了完善的氩气检测方法和标准，还实现了所有产品100%强制检测。这种扎根生产一线的实践精神，让科研成果真正接了地气。
　　奉献之志：功成不必在我
　　一个合金体系从概念提出到成熟应用，10年是常事，20年也不罕见。在钛合金研究部，近30年如一日地坚守国家最急需、最基础的“硬骨头”领域，已成为一种集体追求。
　　“ 70后”研究员王玉敏是团队“元老”之一。他的故事颇具传奇色彩——大学毕业后当了5年高中物理老师，出于对科学研究的喜爱，1999年考上金属所研究生，成为杨锐的早期硕士生，研究方向是当时国内几乎空白的钛基复合材料。
　　“我来的时候，所里连设备都没有，我就坐在研究生工位上看了半年文献。”王玉敏回忆道。当时，钛基复合材料在国际上只有少数国家掌握，国内还处于纤维研发的起步阶段。杨锐对他说：“你要耐得住寂寞。”
　　这一“耐”便是20余年。王玉敏一边进行纤维研究，一边探索构件制造。2005 年博士毕业时，他已取得不错的研究成果，当时有其他单位向他伸出橄榄枝，还承诺为其家属解决工作问题。犹豫之际，他意识到自己若离开了，这个方向的研究就要断了。如今，他领导的课题组已有24名职工、14名研究生，建成了自主的批量生产线。
　　这种“奉献之志”在团队中代代相传。钛合金研究部主任马英杰提到，他们目前应用的一项发动机高温钛合金材料技术，始于20世纪80年代，由杨锐的导师开创。对于杨锐的学生们来说，“导师的导师去世多年后，其自主研发的高温钛合金才获得实际应用”。这种“功成不必在我”的胸怀，支撑着团队在长周期研究中坚守初心。
　　求真之执：敢立科学言
　　面对工程实践中的棘手难题，团队有一个法宝：不满足于经验试错，而是深入机理、探寻本质。
　　长征五号运载火箭氢氧发动机氢泵叶轮在研制初期曾遇到巨大困难——采用传统精密铸造的叶轮在试验中爆裂，研制工作陷入停滞。
　　面对巨大的时间压力，团队没有盲目投入试错循环。杨锐叫停了无目标的尝试，引导大家将目光从具体的工艺参数上暂时移开，投向更本质的科学问题——粉末颗粒在高温高压下究竟是怎么运动、怎么致密化的？这个过程能否用数学语言描述清楚？
　　方向就此扭转。团队组织理论功底深厚的青年骨干与计算模拟专家协作，开始构建粉末致密化过程的多尺度模型。这是一段更为抽象和枯燥的征程，屏幕上不再是具体的零件，而是流动的颗粒群、演化的温度场和应力场。
　　模型的建立与修正耗费了大量心血。团队需要将复杂的物理过程转化为数学模型，再通过实验数据反复校准。当模型终于能够较为准确地预测叶轮变形趋势时，之前的难题迎刃而解。他们根据模型预测，有针对性地调整工艺参数，观察实际结果与预测的差异，再反馈修正模型。最终攻关成功的路径，与最初的模拟预测曲线惊人地吻合。
　　凭借这条以理论计算引领的“新路”，团队仅用1年就攻克关键技术难题，18个月便交付合格产品，不仅保障了发动机研制进度，更使制造精度比国际产品提升1倍，氢泵效率也从国外的75.0%提升至76.5%，彻底破解这一“卡脖子”难题。
　　从万米深海到寰宇太空，从火箭心脏到大国翼骨，团队的研究成果如繁星般点缀在国家科技崛起的宏伟画卷上。“钛魂”从来不是口号，而是熔炼在每一次实验、每一份数据、每一道工序中的行动准则。
　　今天，钛合金研究部团队已将目光投向更远的未来。新一代耐高温钛基材料的初步数据正在演算，目标是挑战1200℃极限，支撑未来更高速度的飞行梦想。
　　（文图据《中国科学报》2026年1月27日第1版，有删节）