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第14章 国外深造,织构理论研究的先驱者(2)

1949年春,颜鸣皋作为一个在校生,被破格推选为美国“希格玛-塞”科学学会荣誉会员。

在谈到颜鸣皋早期在美国开展的织构研究及其所取得的显著成果,国内东北大学织构及其测试研究方面的知名教授梁志德先生深深地体会到,颜鸣皋先生在早期能够排除织构研究的两大困难,是一件非常不容易的事情。梁志德教授说:“早期的织构研究主要存在两方面的困难。一是测试手段缺乏。早期的织构研究并没有现在织构研究所常用的X射线衍射(XRD)、扫描电镜电子通道、EBSD等研究手段,而仅能使用X射线照相法进行研究,这是一种半定量的测试方法,强度测量的精确度低。使用这种方法只能测定出某一晶面在空间的分布,要使用这种半定量的二维极图来推测整个三维晶体的组合,在这种情况下,要避免漏判、误判是很不容易的。另一方面的困难是早期织构理论上的局限性。对于多晶聚合体,在形变过程中晶粒受彼此的影响和制约很厉害,比邻晶粒的取向差异大小不一,实际晶体在形变过程中,各部位形变程度很不相同。而早期只能假定晶体是整体的滑移,整体的转动,对于形变再结晶织构的研究在当时的理论条件下也十分困难。”

与此同时,颜鸣皋进行的铝单晶横断弯曲试验研究取得了重大突破。他对晶体不均匀变形有了新的重要发现,提出了晶体塑性变形的新机理——“显微弯曲假说”。通过晶体在承受弯曲与轴向拉伸塑性变形时晶体开动的滑移系研究,阐明了与晶体受拉一样,在晶体受弯曲变形时,滑移系仍然是在最大分切应力平面上开动的现象,并进一步对晶体滑移取向转动、交叉滑移、X射线Laue斑变化、晶体表面的滑移痕迹等一系列晶体弯曲时的现象进行了科学的论述,试验发现了铝等金属在压缩变形至60%时晶粒内部位向差可达到50°,而一块单晶体受弯曲时拉伸部分和压缩部分的晶体位向差可达到90°,从而科学地解释了金属大变形时产生的不均匀变形导致的“形变带”,不同晶系金属变形时“最后稳定位置”与织构测算存在的偏差,以及金属在拉伸、压缩和轧制等不同变形方式下的织构形成过程等一系列塑性变形现象。在当时简易的科学设备和科研手段的条件下,颜鸣皋依据自己敏锐思维和科学实践,提出的晶体塑性变形“显微弯曲假说”,大大丰富了X射线衍射学和晶体滑移理论,在当时条件下金属塑性变形的一系列科学难题得到合理的解释。

如果说耶鲁大学是识千里马的伯乐,那么,切斯铜合金加工厂则是为良驹提供用武之地的秦穆公。

“得其精而忘其粗,在其内而忘其外。”这是伯乐相马的精髓。

很有可能,切斯铜合金加工厂的决策人不知道这个中国的古老故事,但他们深谙识人用人的道理。他们看得出颜鸣皋是位杰出的人才,并十分欣赏他的才华,并想方设法为工厂留住这个人才。他们忘了或者也根本没有在乎颜鸣皋是位亚洲人,是位中国人。

一天,切斯铜合金加工厂研究部主任邀颜鸣皋到他办公室里去坐坐。进门之后,他边替颜鸣皋沏着咖啡,边闲聊似地问:

“颜先生,你来美国几年啦?”

颜鸣皋回答:

“3年多了。”

“噢,听说你在中国已经结了婚,怎么不把夫人也接来呢?”

颜鸣皋这几年只顾埋头学习了,对此问题,还真没有想过,一经研究部主任提出,他愣了一下神说:

“我现在还是一个穷学生,怎么能接她过来呢?”

“怎么不能接呢?你现在有了稳定的工作,稳定的收入,条件已经具备。如果有困难,只要你提出来,工厂还可以帮你。”

颜鸣皋听出了部主任的弦外之音。他认真思索了一番,说:

“主任,现在接夫人过来还不是时候。我主要考虑的是,现在我的学业和科学研究都在关键阶段,夫人来了肯定会有影响。另外,我的经济条件也不允许,现在我边工作边学习,收入勉强够我自己用的,如果在这里安家,那就不好说了。再说,我的祖国还是战火纷飞,她一个女人家要想出来,也不容易啊。”

“年轻人,你的顾虑太多了。这可是一个好机会,不要犹豫了。我不是说过吗,有什么困难,只要你提出来,工厂会帮助你,美国政府会帮助你。”

颜鸣皋听部主任这么一说,并没有马上回答,而是沉吟了一下说:

“谢谢主任,谢谢工厂,这件事我还得考虑考虑。”

研究部主任笑了笑,期待地望着颜鸣皋:

“好,如果夫人能来,你也可以更加安心地钻研学问了。夫妻团圆是件大事,你要抓紧办啊。”

颜鸣皋点点头,告别了研究部主任。这番谈话在他心中掀起了波澜。他每时每刻都盼望能够过夫妻团圆的日子,在梦乡也常与妻子倪莹相会,更恨不能一步跨回祖国去。可是,他考虑来考虑去,现在还不能让妻子来。他心中始终有一个目标,等到学业有成那一天,他要回到祖国,为祖国的富强贡献力量。如果妻子来了,再回去就有了麻烦。另外,自己现在还不能回去,除了学业未成这个原因外,再就是祖国还处于内战时期,回去后无法施展身手。

于是,颜鸣皋以学业繁重为由,婉言谢绝了研究部主任的邀请,毅然决然地放弃了切斯铜合金加工厂给他提供的这一个接妻子出国的机会。

1949年7月,颜鸣皋以“铝单晶体的横断弯曲研究(TransverseBendingofAluminumSingleCrystals)”为题,上交了自己的博士论文,并获耶鲁大学物理冶金工学博士学位。

回忆在耶鲁大学那几年的学习生涯,颜鸣皋认为:母校不仅使他在学业上有了突飞猛进的增长,更给予了他享用终生的精神营养。

正如耶鲁大学理查德·莱温校长所说:

“教育人们服务于社会并不意味着教育必须集中于掌握实用性的技能。耶鲁追求为学生提供一个宽广、自由的教育面,而非狭窄的、职业性的教育,以便使他们具备领导才能和服务意识。耶鲁大学同时也是一个相互尊重的社区,并且珍视自由的表达和对世间万物的探寻。在这个社区中人们的互动模式同样服务社会。”

永远强调对社会的责任感、蔑视权威、追求自由和崇尚独立人格被认为是“耶鲁精神”的精髓,它是耶鲁人奉献给世人的一份宝贵财富。

颜鸣皋拥有这笔宝贵财富。这财富享之不尽,用之不完。他决心承担起更重更大的社会责任……

第一位研究钛合金的中国学者

颜鸣皋离开耶鲁大学就迈进了纽约大学。

纽约市是美国的最大都市及第一大港,位于美国东北部哈德逊河口,濒临大西洋。纽约是国际经济、金融、艺术、传媒之都,联合国总部所在地,同时也是美国的文化中心,教育事业很发达,有著名的哥伦比亚大学、纽约大学和其他大专院校。

纽约大学成立于1831年,是全美最大的私立大学之一。

颜鸣皋这一次的身份不是来当学生,而是作为一名研究学者。

他为什么来到了纽约大学呢?

那是在快毕业时,颜鸣皋接到了一封纽约来信。信是纽约大学工学院化工系主任尼尔森教授写来的,邀请颜鸣皋到纽约大学做研究工作,和他一起建立钛合金实验室。

颜鸣皋当时正为毕业后的去向拿不定主意,是留下来,还是回国,他还没做出最后的决断。

应该说,耶鲁大学的老师是开明的。颜鸣皋的导师知道此事后,就对他说:“你应该去。钛合金是一种新型结构材料,对它的研究,全世界也是刚刚起步。在这方面,我相信你会有所作为。”

导师的话为颜鸣皋指明了方向。他回信表示接受邀请。

离开耶鲁大学那天,颜鸣皋恋恋不舍地绕着校园走了一圈又一圈。他从地上捡起一枚金黄色的树叶,夹在了笔记本里,把这几年在母校的一切珍藏起来。

1949年7月下旬,颜鸣皋来到了纽约。

颜鸣皋受聘于纽约大学工学院研究部,任副研究员。

不久,他又邀请了另外一位叫钱定华的中国同学,一起参加钛合金熔炼设备的建立。

颜鸣皋刚上任时的任务是讲授金相学,后来根据研究任务,还指导了3名博士研究生。

颜鸣皋带的第一个博士生是一位本土学生,名字叫柯道夫。

虽然他们相处的时间仅有一年,但却结下了深厚的师生友谊。

1995年秋,从纽约大学工学院院长职务上退休的柯道夫带着夫人来到北京,专门抽出时间拜见了自己的老师颜鸣皋,并在北京长城饭店相聚。

师生俩互相望着满头白发,感慨万千,畅谈着别后的经历和取得的科研成果,共同回忆起两人在纽约大学生活和工作的情景。

颜鸣皋到了纽约大学之后,边教学边和尼尔森先生组建起了钛合金实验室。并在钱定华的协助下,建成了一台可熔炼纽扣锭的小型真空非自耗电弧炉。

还在研究室组建过程中,他们就接到了美国陆军部的委托,开展钛-碳、钛-氮平衡相图的研究,对钛合金的性能及工业化生产进行攻关,并根据美国陆军部资助的科研合同,招收了柯道夫等博士生参加研究工作。

钛是20世纪四五十年代发展起来的一种重要的结构金属。钛金属的密度较小,仅为铁的60%,通常与铝、镁等被称为轻金属,其相应的钛合金、铝合金、镁合金则称为轻合金。

钛合金有着非常鲜明的特点,它与其他金属材料相比,有下列优点:(1)比强度(抗拉强度/密度)高,抗拉强度可达100~140千克力/毫米2,而密度仅为钢的60%。(2)中温强度好,使用温度比铝合金高几百摄氏度,在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450~500℃的温度下长期工作。(3)耐蚀性好,在大气中钛表面立即形成一层均匀致密的氧化膜,有抵抗多种介质侵蚀的能力。通常钛在氧化性和中性介质中具有良好的耐蚀性,在海水、湿氯气和氯化物溶液中的耐蚀性能更为优异。(4)低温性能好,间隙元素极低的钛合金,在-253℃下还能保持一定的塑性。(5)弹性模量中等,热导率低,无铁磁性。(6)工艺性能好,易焊接等。

由于钛合金有着以上优异的综合性能,尤其是比强度高、耐蚀性好和耐高温等一系列优点,能够进行各种方式的零件成形、焊接和机械加工,使其成为较为理想的宇航工程结构材料。主要用于制作飞机、发动机、压气机等部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。

随着研究的深入,钛合金在航空、航天、化工、造船等工业部门获得日益广泛的应用,发展迅猛。

世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性,相继对钛合金材料进行研究开发,并且得到了实际应用。

美国在钛合金的开发中抢得了先机。美国军队更是当仁不让,加快了抢占这一重要领域科研高峰的步伐。

但是,美国国防部怎么也没有想到,由于他们的委托,使颜鸣皋成为第一位研究钛合金的中国学者。他承担的钛合金平衡相图和加工织构的研究这两个课题,填补了世界空白。

未用多长时间,颜鸣皋的课题就取得了革命性的突破。他首次提出了关于钛合金的拉伸、压缩与轧制织构的晶格位向的学术报告,受到有关方面的高度评价,被一些钛合金的权威性著作引用。

颜鸣皋在科学研究的道路上攀登上了第二个高峰,又一次在学术界引起高度关注。

注重织构理论与实际应用相结合

时光飞逝,日月如梭。

颜鸣皋在纽约大学工学院研究部工作期间,对岁月的轮换是非常矛盾的:有时他盼时间走得快些再快些,让他快点完成研究,早日回到祖国,回到父母亲人身边,与爱妻团圆;有时他恨不能把太阳钉在一个地方,让它西下的速度慢些再慢些,好让他一天当作两天用,有充裕的时间将研究做得更深些、更圆满一些……

“两耳不闻窗外事,一心只读圣贤书。”这是中国的老百姓对莘莘学子的形象描绘。

同时,人们对理论研究工作者的普遍印象也是:戴着厚厚的眼镜,捧着厚厚的书本,演算繁杂的公式……似乎与人世间的烟火绝缘。

可颜鸣皋却不这样,他不但读圣贤书,还闻窗外事;他不但苦心钻研理论,还密切与实践相结合。因为他深深地知道,织构理论必须与实际应用相结合才能发挥理论的指导作用。这种思想一直贯穿颜鸣皋一生的科研生涯。

在这一节中,笔者要引领读者暂时离开一下美国纽约,对颜鸣皋这个方面的成果进行一下简单的梳理,使人们对他的这一思想有一个更深的认识。

颜鸣皋在早期刚开始织构理论研究时,就利用在切斯铜合金加工厂工作的机会,将织构形成与杂质和变形关系理论引入到实际应用中来。他通过深入研究磷(P)元素或其他杂质元素存在对铜的形变织构和再结晶织构形成关系,阐明了铜板材冲压变形时的铜织构类型变化与冲压“制耳”的高度及其分布规律的关系,为在生产中如何控制该类型晶体结构的金属板材冲压变形、如何控制“制耳”等塑性变形不均匀现象提供了指导作用。

同时,颜鸣皋还将织构控制理论实际应用在工业生产中。一般来讲,金属轧制变形量越大,形成的织构强度越大,对板料冲压和成形等产品加工带来的不利影响就越甚。所以,生产中一般采用限制变形量(如控制变形量在30%以下)等控制措施来降低织构的不利影响。他通过深入研究微量元素或其他杂质元素对形变织构的影响,以及通过不同退火处理来控制再结晶织构形成等关系,提出今后应进一步研究如何控制或消除由织构产生的力学性能各向异性,作为改进金属板料轧制过程的理论指导。

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