七零：科研大佬从田间到星辰七零 第172章 攻克项目首个难题

“航空发动机高温合金材料研发”项目启动刚满一个月，科研楼302实验室的气氛就凝重到了极点。长条实验台上，整齐排列着十几块银白色的合金样品，旁边的检测报告上，一组数据刺眼夺目——经金相显微镜分析，这批镍基高温合金的平均晶粒尺寸达到80μm，远超项目要求的40μm以下标准。

“晶粒太粗大了，这样的材料根本达不到高温强度要求。”项目组大师兄陈铭将检测报告拍在桌上，语气里满是焦灼，“刚才做的高温拉伸实验，样品在800c就出现了塑性变形，断裂韧性比预期低了30%，根本没法用于涡轮叶片。”

实验室里一片沉默，几位团队成员眉头紧锁，各自翻阅着实验数据，却没人能找到破解之法。林荞站在金相显微镜前，盯着屏幕上密密麻麻的粗大晶粒，指尖无意识地敲击着桌面。作为负责合金成分与组织调控的核心成员，她心里比谁都着急——项目有严格的节点要求，若不能在半个月内解决晶粒粗大问题，后续的性能优化、工艺验证都将被迫停滞，甚至可能影响整个国家重点项目的推进节奏。

高温合金的晶粒尺寸直接决定了材料的力学性能。晶粒越粗大，材料的强度、韧性和抗疲劳性能就越差，在航空发动机涡轮叶片的极端工作环境下，很可能出现早期断裂，引发严重安全事故。这是行业内公认的难题，尤其对于添加了稀土元素的复合高温合金，稀土的“促晶粒长大”效应与“细化晶粒”作用相互交织，想要精准调控晶粒尺寸，难度极大。

“周教授，我们要不要试试增加稀土添加量？之前有文献提到，稀土过量添加能抑制晶粒长大。”一位师弟提议道。

“不行。”林荞立刻摇头反驳，“我们之前的实验已经验证过，稀土添加量超过0.7%就会析出脆性相，导致合金韧性急剧下降。而且稀土元素本身对晶粒的调控是双向的，盲目增加剂量只会适得其反。”

周教授点点头，认可了林荞的判断：“晶粒粗大的核心问题，在于熔炼和凝固过程中，晶粒形核率低、生长速度快。我们需要找到一种既能促进形核，又能抑制晶粒生长的元素，与稀土形成协同作用，而不是单纯依赖稀土。”他看向林荞，“你在稀土改性金属材料领域有经验，这段时间重点攻克这个问题，团队其他成员配合你做实验。”

“好！”林荞重重点头，压力瞬间转化为动力。她知道，这是项目遇到的第一个重大难题，能否顺利攻克，不仅关系到项目进度，更关系到团队在整个国家重点项目中的话语权。

接下来的一周，林荞几乎把自己“焊”在了图书馆和实验室。图书馆的材料科学专区，她翻阅了近五年国内外所有关于高温合金晶粒细化的顶刊论文，从经典的“细晶强化理论”到最新的“多元复合调控技术”，笔记记了满满两大本。她发现，目前主流的晶粒细化方法主要有三种：优化熔炼工艺、添加晶粒细化剂、控制冷却速度。优化熔炼工艺和冷却速度的空间有限，团队之前已经做了大量尝试，效果不佳，因此，寻找合适的晶粒细化剂，成为唯一的突破口。

她逐一筛选可能的细化剂元素：钛元素虽然能细化晶粒，但会与稀土形成有害的金属间化合物；钒元素的细化效果不稳定，对工艺参数过于敏感；锆元素则容易导致合金纯度下降，影响高温抗氧化性能……一个个元素被排除，林荞的心情也越来越沉重。

直到第七天，一篇发表在《金属学报》上的论文引起了她的注意——该研究指出，微量铌元素（Nb）在镍基高温合金中，既能通过形成弥散分布的Nbc粒子作为晶粒形核核心，又能吸附在晶界上阻碍晶粒生长，且与稀土元素兼容性良好，不会产生有害相。“铌元素！”林荞眼前一亮，立刻查阅相关补充文献，发现铌作为我国丰产元素，不仅成本较低，而且在高温合金中的应用已有一定基础，只是与稀土复合添加用于晶粒细化的研究还不够深入。

“周教授，我想尝试添加微量铌元素来细化晶粒！”林荞拿着论文找到周教授，眼里闪烁着兴奋的光芒，“铌能形成Nbc形核核心，还能阻碍晶界迁移，与我们之前添加的铈、镧稀土元素搭配，应该能产生协同效应，既细化晶粒，又不影响合金的高温性能。”

周教授仔细研读了论文，又翻看了林荞整理的元素作用机理分析，点头认可：“这个思路可行，但关键在于控制铌的添加量。铌含量过低，细化效果不明显；过高则会形成粗大的Nbc粒子，反而降低合金韧性。你先设计几组不同添加量的实验，从0.1%到0.5%，逐步验证。”

得到导师的支持，林荞立刻投入实验设计。她将实验分为五个组别，铌添加量分别为0%（空白对照组）、0.1%、0.3%、0.4%、0.5%，其他成分（包括稀土复合添加量0.5%）和熔炼工艺保持一致，通过真空感应熔炼制备样品，再经过相同的热处理工艺（1150c固溶2小时 850c时效4小时），最后检测晶粒尺寸、硬度、高温拉伸强度等关键指标。

第一次实验启动时，林荞全程守在真空感应熔炼炉旁。当合金原料与微量铌粉按比例混合后，炉膛内温度逐渐升高至1600c，原料慢慢熔化成炽热的钢水，在电磁搅拌下翻滚流动。“一定要成功。”林荞在心里默默祈祷，眼睛紧紧盯着炉体的温度显示屏，生怕出现一丝偏差。

样品制备完成后，林荞立刻带着样品前往材料测试中心。金相显微镜下，空白对照组的晶粒依旧粗大，平均尺寸78μm；添加0.1%铌的样品，晶粒尺寸降至65μm，细化效果不明显；添加0.3%铌的样品，晶粒明显变小，平均尺寸42μm，接近项目要求；添加0.4%铌的样品，晶粒尺寸进一步降至35μm，且晶粒分布均匀；而添加0.5%铌的样品，虽然晶粒尺寸也达到了32μm，但在晶界处出现了少量粗大的Nbc粒子——这正是林荞最担心的问题，过量铌会导致脆性相析出。

“有效果！但需要调整工艺，避免Nbc粒子粗大。”林荞拿着检测报告，心里既兴奋又冷静。她分析认为，Nbc粒子粗大的原因是熔炼温度过高，导致铌与碳过度反应。于是，她调整了实验方案，将真空感应熔炼的温度降低50c，同时缩短保温时间，减少铌与碳的反应时间。

第二次实验，林荞格外谨慎。从原料配比、炉体预热到温度控制、冷却速度，每一个环节都亲自把关。当样品送到测试中心时，她紧张得手心冒汗。金相显微镜的镜头下，添加0.4%铌的样品晶粒均匀细密，平均尺寸稳定在30μm，晶界处只有少量弥散分布的细小Nbc粒子，没有出现粗大脆性相。后续的硬度测试显示，合金硬度达到hRc48，比空白对照组提升了20%；800c高温拉伸强度达到950mpa，提升了25%，断裂韧性也满足项目要求。

“成功了！我们成功了！”林荞拿着检测报告，一路小跑回到实验室，声音里抑制不住地激动。团队成员们围了上来，看着金相照片上细密均匀的晶粒，还有各项性能提升的数据，压抑多日的焦虑终于烟消云散。

“太好了！林荞，你太厉害了！”陈铭拍着她的肩膀，语气里满是敬佩，“这个难题卡了我们一个月，没想到你这么快就解决了！”

周教授也第一时间赶到实验室，看着检测数据，脸上露出了欣慰的笑容：“林荞，干得漂亮！微量铌元素的添加，不仅解决了晶粒粗大的问题，还同步提升了合金的强度和韧性，这是超出预期的收获。你能从海量文献中找到关键突破口，又通过精准调控实验参数避免有害相产生，体现了扎实的专业基础和严谨的科研态度。”

当天下午，项目组召开了专题汇报会，林荞向项目总负责人陈院士及各位专家详细汇报了晶粒细化的研究成果。她从问题分析、文献调研、元素筛选、实验设计到最终的结果验证，条理清晰地阐述了整个研究过程，展示了添加0.4%铌元素后合金的微观组织照片和性能对比数据。

“非常出色！”陈院士听完汇报，由衷地赞叹道，“晶粒细化是高温合金研发的第一道难关，林荞同学的研究不仅成功攻克了这个难题，还提供了‘稀土 铌’复合调控的创新思路，为后续的性能优化和工艺放大奠定了坚实基础。这个突破，让我们的项目进度至少提前了半个月！”

专家们纷纷点头认可，对林荞的科研能力给予了高度评价。有专家打趣道：“周教授，你真是挖到宝了，这么年轻的学生就能扛起国家重点项目的核心难题，未来可期啊！”

周教授笑着回应：“这既是林荞的努力，也是项目平台的历练。年轻人有冲劲、有想法，只要给他们机会，就能创造惊喜。”

汇报会结束后，林荞回到实验室，看着那些成功细化晶粒的合金样品，心里充满了成就感。这半个月来，她每天只睡五六个小时，白天泡在实验室做实验，晚上熬夜分析数据、查阅文献，遇到难题时也曾焦虑迷茫，甚至在第一次实验出现脆性相时差点想要放弃，但对科研的执着和对国家项目的责任感，让她一次次坚持了下来。

沈砚舟得知消息后，特意请假赶来学校，给她带来了一束向日葵。“我的科研小英雄，又攻克一个难题！”沈砚舟笑着把花递给她，“看你黑眼圈都快掉到下巴上了，今晚必须好好休息，我请你吃你最爱的火锅。”

林荞接过花，看着沈砚舟眼里的心疼与骄傲，心里暖暖的。“确实累，但很值得。”她笑着说，“现在只是攻克了第一个难题，后面还有高温抗氧化、抗疲劳性能优化等很多挑战，不过我有信心！”

夕阳透过实验室的窗户，洒在那些银白色的合金样品上，反射出耀眼的光芒。林荞知道，攻克晶粒粗大难题只是一个开始，未来的研究之路还会遇到更多困难和挑战。但这次的成功，让她更加坚定了信心——只要坚守科研初心，保持严谨的态度，勇于探索创新，就没有解决不了的难题。

而这个小小的铌元素，不仅细化了高温合金的晶粒，更让整个项目组看到了胜利的曙光。它为“航空发动机高温合金材料研发”项目扫除了第一个障碍，也为林荞的研究生科研生涯，写下了浓墨重彩的一笔。在接下来的日子里，她将带着这份成功的经验和信心，继续深耕高温合金领域，朝着“航空航天材料国产化”的目标，坚定前行。