金属凝固控制技术是一门既古老又崭新的技术,从数千年前诞生起一直发展到今天,并在现代装备制造业中焕发出崭新的生命力,成为现代装备制造业的发展基石。在中国五千年文明史的浩瀚历史长河中,无数能工巧匠倾尽心血,利用金属凝固控制技术制造了数不胜数的精品铸件,举世闻名的“后母戊鼎”就是金属凝固控制技术的完美呈现。没有先进的金属凝固控制技术,就无法实现大型、薄壁、结构复杂的高端装备部件的成形质量控制,也将制约高端装备制造业的发展水平。因此金属凝固控制技术在现代高端装备制造业中发挥着不可替代的作用。
我校材料科学与化学工程学院的金属凝固控制技术与特种铸件研发创新团队(以下称为科研团队)自上世纪80年代初逐步形成并发展壮大,现已形成教师12人,在读博士、硕士研究生92人的规模。科研团队以科教兴国为己任,始终面向国家当代制造业的重大需求,与龙江企业紧密结合,坚持深入持续开展金属凝固理论、凝固控制技术研究和装备制造中的大型、结构复杂、特种铸件的成形质量控制研究。金属凝固控制技术研究方向是材料科学与工程学科的一个重要方向,科研团队为金属材料工程专业建设、人才培养做出了重要贡献,铸造、热处理两个专业于二十世纪80年代最早获得硕士学位授权点。作为材料科学与工程一级学科的主要研究方向,为2003年获博士学位授权点、2007年获博士后流动站起到了关键性支撑作用,同时也为“先进制造智能化技术教育部重点实验室”“黑龙江省液态金属质量快速评价及先进成型技术创新中心”“航空用合金材料与铸造成形产业技术研究中心”“高端轻合金材料及先进成形技术协同创新中心”“黑龙江省铝镁合金材料(校企共建)重点实验室”“材料研究与应用省高校重点实验室”“材料科学与工程省级研究生培养实践示范基地”的获批起到了不可替代的作用。同时,科研团队还培养出了一大批优秀的博士和硕士,从2003年获得博士点以来,累计毕业硕博生总数达到300人,他们在各自的工作岗位上均发挥出了重要作用。

科研团队的发展壮大是一部创业史,离不开团队成员的辛勤耕耘与学术传承,是几代人年复一年、日复一日、一代又一代默默奉献、不懈探索、精益求精的结晶。助力中国高端装备制造业快速发展,在中国高端装备制造业发展中努力发挥更大作用,是科研团队不懈的追求。科研团队自成立以来,攻克了百余项技术难题,填补了多项国内空白,并实现了多项成果产业化,形成了科研团队“面向时代需求,不断传承创新,持续刻苦钻研,坚持科研育人,努力为装备制造业发展做出更大贡献”的核心发展理念。
团队奠基人是获第八届中国机械工程学会“中国铸造终身成就奖”荣誉的任善之教授。自上世纪团队组建之初,针对国内锰铁缺乏而造成拖拉机履带板奇缺的窘境,任善之教授克服科研条件差、资金短缺等难题,采取用时间换科研条件的做法,带领团队成员汪孟春、林瑞等开展了球墨铸铁替代高锰钢制作履带板的研究,经过黑龙江、广东、江苏、河南、新疆等各种土壤耕作条件的装机试验,圆满完成了研制工作,并进行了批量生产,圆满解决了国内拖拉机履带板奇缺的窘境,荣获黑龙江省科学大会奖。借助研制履带板过程中在球墨铸铁方向积累的研究经验,任善之教授与齐齐哈尔第一机床厂合作,成功研制出大型球磨机球墨铸铁端盖,该端盖重37吨,壁厚300毫米,是当时国内最大的球墨铸铁件,填补了国内空白,荣获中国机械工业部科技进步二等奖。
针对国内矿山、油田等领域耐磨部件急需、所用材料依赖进口、成本高等窘境,任善之教授立足国内资源条件,与宝钢和大庆油田合作,首创研发出钨系、钨铬系抗磨白口铁,并分别在宝钢的磨煤机辊套和大庆油田的泥浆泵钢套上进行了试验,使用寿命比当时国际名牌材料—Cr15Mo3的寿命提高1-1.5倍,解决了宝钢和大庆油田的急需,先后荣获中国科学院重大科技成果二等奖、中国机械工业部科技进步二等奖和黑龙江省科技进步二等奖。针对国内铸件表面质量缺乏评价标准的现状,任善之教授与沈阳铸造研究所、清华大学以及有关工厂合作,制定了我国第一个铸造表面粗糙度国家标准,并研制出铸造表面粗糙度比较样块,填补了国内空白,分别荣获国家技术监督局科技进步奖和黑龙江省科技进步奖。
随着核工业的发展,核乏燃料的储运成为困扰我国的难题,当时国外主要使用不锈钢铅屏容器,它的工艺复杂,造价高,而我国在核乏燃料储运容器的研制上还是空白,核乏燃料储运容器依赖进口。为了解决这一行业难题,任善之教授带领研究生郭二军、王丽萍等开展核乏燃料球墨铸铁储运容器技术攻关,制备了20吨级BQH-20型核乏燃料球墨铸铁储运容器样件,经过火烧、落下、低温等各类破坏性试验后,样件通过了专家鉴定,解决了海军急需。20吨级BQH-20型核乏燃料球墨铸铁储运容器的研制成功,开辟了我国厚大断面球墨铸铁铸件生产的新纪元,从材料的设计到成形技术,攻克了多项技术难关,取得了多项创新性成果,达到了同类产品的世界先进水平,使我国成为继德国、日本之后少数几个能用球墨铸铁生产核乏燃料储运容器的国家。
任善之教授的贡献绝不仅仅是项目和获奖,更重要的是他带起了一个学科、培养了一批人才,他使铸造专业成为学校首个获批硕士学位授权点的专业,培养了研究生20余人,他们中的大多数都在各自岗位上做出了优异成绩。此外,任善之教授曾担任全国铸造标准化技术委员会副主任、全国铸造专业教学指导委员会委员、黑龙江省机械工程学会副理事长、黑龙江省铸造协会副理事长、哈尔滨市铸造学会理事长等一系列社会职务;荣获哈尔滨市劳动模范、黑龙江省劳动模范、黑龙江省科技先进工作者、全国高等学院科技先进工作者称号、哈尔滨理工大学“终身荣誉教授”、中国机械工程学会“中国铸造终身成就奖”等荣誉称号。

时光不辍,逐梦前行。一代人有一代人的历史使命,新一代接过老一代传承的接力棒。以郭二军、王丽萍、康福伟等人为代表的传承人,接过老一辈的接力棒,秉承科研团队的发展理念,结合时代、国家的重大需求,重点聚焦核能后处理装备、航空发动机、轨道交通领域的重大需求,在金属凝固控制技术上深耕细作,不断拓展研究内容,深入系统地开展基础理论和应用研究,完成国家自然基金、省攻关、省重点基金及重点研发等各类纵向科研项目20余项,企业委托项目40余项,发表SCI学术论文200余篇,授权专利20余件。在厚大断面球铁凝固理论研究方面获得4项国家自然基金,创新了非自然表面物理模拟方法,通过计算机模拟和物理模拟相结合,在球化衰退机理、微量元素作用机理等方面取得多项理论成果。“球墨铸铁缺陷预测、控制成组技术研究及应用”荣获“黑龙江省科技进步二等奖”,“球铁喷粉净化在厚大断面球铁生产中应用技术研究”荣获“黑龙江省科技进步三等奖”。“4G6发动机FCD700凸轮轴的开发”荣获“黑龙江省科技进步二等奖”。科研团队在球墨铸铁上的研究成果为后续开展厚大断面球铁凝固控制研究奠定了理论基础,继而为百吨级核乏燃料储运容器的研制工作提供了保障。
针对某些航空部件服役的新需求,以钨系、铬系、钨-铬系合金为研究基础,以航空领域特种需求为牵引,深入系统地开展了多种航空用金属耐磨耐蚀材料的研究,形成了新材料及制备技术,并与中国航发东安公司合作,实现了研究成果的应用,解决了中国航发多种航空发动机转子、封严环、涨圈等部件的难题,为航空事业的发展做出了突出贡献。针对铁路重载提速的重大需求,与中车集团合作完成了7项高强合金钢的研究项目,在取得多项理论研究成果的同时,实现高强合金钢材料的制备与产业化,解决了中车出口货车车钩、侧架、转向架、制动梁等承载部件在重载或低温气候下运行的难题,助力了铁路交通运输事业的发展。结合龙江在航空铝合金上的优势,科研团队深入企业调研,掌握制约企业发展的技术难题。针对我省汽车行业的急需,科研团队开展了汽车发动机汽缸盖国产化研究,并采用低压铸造法制备了DA476Q汽车发动机气缸盖,解决了困扰我省汽车企业汽车发动机气缸盖依赖进口的难题,科研成果荣获“黑龙江省科技进步二等奖”。
教育部高等学校教学指导委员会委员郭二军等传承人秉承教学科研不分家,始终不忘为党育人、为国育才的重大责任,潜心教育教学研究,完成的教改项目“基于质量工程的材料专业人才培养体系的改革与实践”推动了材料专业人才培养改革实践,该项目荣获“黑龙江省高等教育教学成果一等奖”。郭二军等传承人十分注重学生培养,强调“培养一个学生,不光要培养学生的专业技能,更要培养学生的优良品质,培养学生对国家、社会及家庭的责任感,先做人后做事”。截至目前已培养博士、硕士研究生百余人,他们遍布在高校、中国一重、中国航发东安、中铝集团东轻、中航工业哈飞等大型国企、央企,有的已经走上了领导岗位,成为航空航天领域的中坚力量。

郭二军、王丽萍、康福伟等人日复一日、默默奉献、孜孜以求的科研精神深深地感染了年轻的团队成员,冯义成、刘东戎、马宝霞、赵思聪、王雷等新生代,坚定了科研团队的发展理念,在郭二军等老一辈传承人的指引下,坚持以国家和龙江需求为导向,继续面向核能、航空、交通运输等领域的急需,不断研发新材料,开创了“人人有课题,人人有成果”的可喜局面。基于厚大断面球铁凝固理论前期创新工作及20吨级BQH-20型核乏燃料球墨铸铁储运容器的研究基础,科研团队继续面向核电后处理装备的急需,与中国一重合作,新老两代人结合,成功完成了卡脖子工程项目———百吨级“核乏燃料储运一体化球墨铸铁金属容器筒体研制”,填补了国内空白。面向航空领域急需,针对产品性能指标需求的不断提升,从金属凝固控制技术出发,进一步开展耐磨新材料的应用研究,大幅提升了多种航空发动机转子、封严环、涨圈等部件的成形质量和性能指标,满足了当前航空事业的新需求。在老一代传承人研究基础上,继续面向航空领域,针对当前大型、结构复杂、薄壁镁合金铸件成形困难以及镁合金在航空航天领域关键部件上广阔的应用前景,科研团队与中国航发东安公司合作,开展大型、结构复杂、薄壁镁合金铸件的成形控制技术研究,并成功制备了“航空发动机多维复杂内置油路薄壁机匣”,解决了大型、结构复杂、型号急需薄壁镁合金铸件的技术难题,研究成果荣获黑龙江省科技进步二等奖。面向当下航空部件的高温服役环境,正在开展耐高温高强铝镁合金的研究工作。
科研团队始终以“面向时代需求,不断传承创新,持续刻苦钻研,坚持科研育人,努力为装备制造业发展做出更大贡献”为核心发展理念,自成立以来取得了长足发展,获评省级领军人才梯队建设,形成了厚大断面球铁、耐磨耐蚀新材料、合金钢、有色合金及特种铸件制备关键技术等特色研究方向。科研团队深耕金属凝固控制技术,跻身特种铸件研发前沿,面向能源装备领域合金材料及特种铸件凝固控制、航空领域新材料的研发及应用研究、交通运输领域合金材料及特种铸件凝固控制,以金属凝固控制技术与特种铸件研发为主线,与中国一重、中国航发东安发动机有限公司、东北轻合金有限责任公司、中车集团齐车公司、哈飞、哈电机厂等多家国企开展校企合作,攻克了数十项关键技术难题,极大地助力了我国高端装备制造业。科研团队始终坚持教学、科研不分家,把教学和科研放在同等地位。多年来,科研团队持续创新课堂教学模式和人才培养模式,极大助力了学科建设。科研团队提出在专业培养计划中增设《特种合金》课,将多年来在金属凝固控制技术及特种铸件研发中积累的研究成果转化为教学内容,并承担教学任务,填补了专业培养计划的空白。利用多年来在“厚大断面球铁”方面积累的研究成果,在科学出版社出版了专著———《厚大断面球墨铸铁凝固理论与控制技术》,并应用于课堂教学,将科研团队多年来的研究成果传授给学生。
做好理论教学的基础上,在学生培养计划中增设了《球墨铸铁综合实践》课,同步实现了理论教学与实践教学的有机结合。科研团队十分注重研究生培养,全方位确保学生成长、成才。以科研课题为载体,鼓励、引导学生参与课题研究,使学生掌握了科学研究的方法、传承科研团队的精神、增强了独立开展科学研究的能力,实现了学生的快速成长、成才。科研团队的冯义成、赵思聪、王雷三位教师的快速成长就是科研团队培养的结果。冯义成参加工作仅10余年,就成长为材料科学与工程的学科带头人;赵思聪获评“哈尔滨理工大学青年五四奖章”“科技创新专家”称号,并担任《中国机械工程学报》和《特种铸造及有色合金》青年编委、《Materials》专题客座编辑,他引领的青年团队被评为“青年五四奖章集体”;王雷仅用3年就获取博士学位,博士期间发表了10余篇SCI论文,在多项课题研发中发挥了重要作用,相关事迹被《光明日报》报道。此外,科研团队以科技竞赛为平台,通过积极引导、指导学生参加学生竞赛,培养学生的创新能力,使学生在竞赛中成长,科研团队学生在“全国大学生金相技能大赛”“中国大学生热处理创新创业大赛”“互联网+大赛”“挑战杯”等各类大赛上屡获佳绩。

科研团队的发展壮大,不是一朝一夕和一个人的事,是几代人艰苦奋斗的结果。有梦者事竟成。习近平总书记强调:“新时代是追梦者的时代,也是成就梦想的时代。只有脚踏实地,志存高远,才能在奋斗中实现人生梦想,书写华美绚丽的人生篇章,为祖国和人民贡献力量”。科研团队的发展壮大,是几代人梦想的实现与延续。梦想是火,点燃指路的明灯;梦想是灯,照亮前行的道路;梦想是路,引领未来的方向。多年来,在逐梦的道路上,科研团队从未停止奔跑的脚步,几代人深耕金属凝固控制技术,从解决国家急需、企业难题出发,形成了“面向时代需求,不断传承创新,持续刻苦钻研,坚持科研育人,努力为装备制造业发展做出更大贡献”的核心发展理念,研究成果填补了多项国内空白,为高端装备制造业的快速发展做出了应有的贡献。
科研团队将永远秉承这一发展理念,怀揣梦想,开拓创新,开创“金属凝固控制技术与特种铸件研发”新局面,在将科研团队做大做强的同时,也为国家、社会及学校的发展贡献力量。