中國夢的核心是工業現代化，先進製造業是（shì）工（gōng）業現代化的（de）支柱（zhù），高端機械裝備製造是強國的標誌，直（zhí）接關係國民經濟繁榮、國家安（ān）全建設和科技創新（xīn）戰略。第四次工業（yè）革命號角的吹響讓中國製造業迎來了難得的發展機遇，也麵臨（lín）著（zhe）前所未有的嚴峻（jun4）挑戰。不可否認，我國機械製造業取得了令人矚目的成就，但與世界先進水平相比，仍存在較大差距（jù），“大而不強”是目前不爭的事實。如（rú）何提升（shēng）我國機械製造業的核心（xīn）競（jìng）爭力，邁向全球價值鏈的高端？如何（hé）加快我國由製造大（dà）國向製造強國轉變的步伐？麵對機（jī）械製造業的轉型升級，材料和製造技術將何處何從？

 

　11月2日，在中國（guó）工（gōng）程院化工、冶金與材料工程第十一屆學術會議期間，帶著（zhe）這一（yī）係列的疑問，記者有幸采訪到了抗疲勞製造（zào）締（dì）造者、金屬材料科學家、中國航發北京航空材料（liào）研究院研（yán）究員、中國工程院院士趙振業。趙（zhào）院士憂國憂民、語（yǔ）風犀（xī）利率真令記者肅然起敬。整個采訪（fǎng）過程嚴肅而祥和，記者被這位79歲科學家濃（nóng）烈的愛國（guó）熱忱和堅毅的科研精神所深深地感染！

 

 

 

趙振（zhèn）業出（chū）生在中華文明的發祥地（dì）之一河南省（shěng）原陽縣，求學於西北工業（yè）大學金（jīn）屬學及熱處理專業，學成後北上京城，在西山腳下（xià）的中國航空發動機集團北京（jīng）航空材料研究（jiū）院（以下簡稱“航材院”）幾十（shí）年如一日從事航空超（chāo）高強度鋼應用基（jī）礎理論、合金（jīn）設計和工程應用研究，並成為（wéi）國內外知名的金（jīn）屬材料科學（xué）家。

 

1961年，23歲的趙振業畢業（yè）後（hòu）被分配到航（háng）材院。他回憶說，很慶幸一接觸工作便投入了我國第一個12%Cr鋼的研究。跟（gēn）著老一輩研究人員學步，而且一學就是十多年（nián）。作為一（yī）個主要參研者，看到親自創造的綜合性能優於國外同類合金的新鋼（gāng）種，並（bìng）先後在三個航空發動機上壓氣機轉（zhuǎn）子葉片、輪盤應用（yòng）並取得成成功，他感到自豪！回味（wèi）在那場“文化大（dà）革命”中（zhōng）日夜兼程走完的從合金設計、實驗研究、工業試製到發（fā）動機工程（chéng）應用技術研究、構件製（zhì）造、演示（shì）與（yǔ）生產全過程（chéng），從中學到的知（zhī）識，積累的經（jīng）驗，培養的勤學習慣和研究創新（xīn）啟蒙，他認為不僅很值得，而且是終生受益！

 

1975年起，他受命主持研究航空中溫超高強度鋼，步入新的研究領域，開始獨立研究。當時除了美國（guó）把熱作模（mó）具鋼H11用作飛機構件外，世界上還沒（méi）有（yǒu）一個真正的航空中（zhōng）溫超高強度鋼。他從研究二次硬化和強韌化基本理論出發，在相變、熱處理（lǐ）、力學性能（néng）、工藝（yì）性能等係統探索基礎（chǔ）上，研（yán）究成功38Cr２Mo２VA中溫超高強度鋼。由（yóu）於巧妙地利用了Mo元素的（de）強二次硬（yìng）化效應（yīng），少量Cr元素與Mo配（pèi）伍能壓低Mo的硬化峰值，減少其對基體韌性的傷（shāng）害程度，調整鋼的韌性；少量Cr還可以提高Mo硬化峰前的硬度，調整鋼的回火曲線，拓（tuò）寬回火溫度範圍等特性，不僅達到（dào）了超高強度、綜合力學性能良好、耐（nài）溫高達500℃，而且，合金元素（sù）總添加（jiā）量不（bú）足5%，從而將中溫超高強度鋼（gāng）由（yóu）中（zhōng）合金體係（xì）降為（wéi）低合金體係。新鋼種的研究成功，解決了（le）飛機後機身超溫超重的選材（cái）問題，還（hái）曆練了他自主創新的（de）能力和智慧，並獲得國家發明三（sān）等獎。 

 

起落架是飛機的第一關鍵（jiàn）構件，疲勞性能要求很高。長期以（yǐ）來，起落架壽命短，故障多，一直是困（kùn）擾我國飛機設計發展和（hé）安全可靠使用的難題。1983年秋，他開始主持超高強度鋼300M長壽命起落架應用研究課（kè）題。首先結合我國熔煉設備和技術現（xiàn）狀提出“提（tí）純原（yuán）材料，降低硫含量”、“鐓－拔開坯”技術路線建議，與（yǔ）撫（fǔ）順鋼廠創新提純技（jì）術，於1985年一舉達到美國標準要求和實物水平，開拓了一條自己的冶金技術路（lù）線，中國航空超（chāo）高強度鋼開始走上了VIM＋VAR雙真空熔煉的（de）高純道路。300M鋼是世（shì）界最好的起（qǐ）落架鋼，強（qiáng）度高，韌性（xìng）良好，固有（應（yīng）力集中係（xì）數Kt＝1）疲勞強度高，用作起落架可做到體積小、重量輕（qīng）、壽命長、使用可靠。但是，其突出缺點是疲勞強度對應力集中敏感和氫脆敏感。如不（bú）解決，非但不能滿足起落架要求、充分發揮其超高強度優越性，還會潛在災難性隱患。為此，提出了發展材料應用科學與技（jì）術思路，從抗疲勞原理（lǐ）出發，設計了長壽命起落架的總體技術方（fāng）案。研究並提出一種“無應力集中”抗疲勞概念，創新（xīn）了抗疲勞應用技術體（tǐ）係，即表麵完整性機械加工技術體係、表層組織再改造性技術體（tǐ）係、表麵完整複合防護技術體係、構件（jiàn）細節（jiē）設計技術體係和（分課題（tí）負責人（rén）為主創新的）10多項先進工藝。這些技（jì）術（shù）克服了（le）300M鋼的兩項弱點，回複了因（yīn）應（yīng）力集中喪失的疲勞強度，抑（yì）製和（hé）防止了氫脆。用國產300M鋼製造起落架的疲勞壽命一舉（jǔ）達到5000小時未失效，增加（jiā）載荷30％再繼續試驗（yàn）至6000小時仍未失效。這一結果遠遠超過了課題規定3000小時指（zhǐ）標（biāo），也超過了國外同類起落架5000小時最高（gāo）規定壽命指標。如今，起（qǐ）落架已廣泛應用於多種飛機，使用至今無任何故障。長壽命起落架研究成功開拓（tuò）了一條材料應用（yòng）研究道路，又增添了超（chāo）越國外先進水平的經曆和能力。該研究獲得國家科技進步一等獎。

 

我國是（shì）一個海洋大國，飛機需要在極端海洋氣候環（huán）境中服役，他摒棄了（le）國外的（de）超高強度鋼發展道路和認識，堅持研究發展超高強度不鏽鋼，解決腐蝕問題，提高全壽命期經濟可承受性發展方向。經過幾年強韌化機理探索，初步獲得三個（gè）新機理：超細馬氏體板條、超細沉澱相（xiàng）M２C、Fe２Mo和逆轉（zhuǎn）變奧氏體。優選了一個合金（jīn）成分體係：Fe－13Cr－12Co－Mo－Me。在實驗室采用VIM＋VAR雙真（zhēn）空高純熔煉和控（kòng）製相變熱處理後，抗拉強度接近1900MPa，斷裂韌性（KⅠc ）達（dá）到110MPam1/2 ，率先把不鏽鋼提升到了超高強度高韌性（xìng）。與此同時，還（hái）設計了一種表層硬化型不鏽齒輪軸承鋼Fe－14Cr－12Co－Mo－Nb－Me，力學（xué）性能達到σb ～1850MPa，KⅠc ～110MPam 1/2，探索（suǒ）研究的表層超硬－韌化方法可使鋼的（de）表麵（miàn）硬度達到HRC70以上，500℃下的硬度保持在HRC63，率先把齒（chǐ）輪軸承鋼也提升到了超高強度、高韌性，獲（huò）得國（guó）家發明專利。

 

經曆50多（duō）年研究，他的科研成果構（gòu）築了我（wǒ）國航空超高強度鋼體係架構（gòu）：低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼和不鏽鋼，發表了（le）數（shù）十篇學（xué）術論文和“合金鋼設計（jì）”專著，培養博士生，被譽為“超高強度鋼之父”。集多項航空超高強度鋼（gāng）研究創新、工（gōng）程應用成功、達到和超過國外先進水平，他提出了（le）材（cái）料科學與工程“兩（liǎng）個全過程”概念，即“材料研製全過程”和（hé）“材（cái）料應用研究全過程”。將材料科學與工程從“四（sì）要素”時代領（lǐng）入（rù）了“兩個全過程（chéng）”新時代，新時代的特征是材料兼具（jù）極限性能和極（jí）限服役性能。當（dāng）記者（zhě）問到（dào）中國先進材（cái）料的發（fā）展方向時他（tā）堅定地強調了一（yī）個字：“純”！

 

如今79歲高齡他仍堅守在科（kē）研一線，滿懷信心地在和年輕同伴（bàn）們研究創新先進材料，為（wéi）我們（men）偉大祖國的材（cái）料事業繼續奉獻著光和熱！用（yòng）趙院士自己的話說：“我隻是眾多科研（yán）工（gōng）作（zuò）者（zhě）中（zhōng）的一員，我在做我應該做的事情（qíng）。我（wǒ）們偉大的祖國走向富強、繁榮，趕超發達國家是（shì）我畢生的願望！”

 

堅持自主創新路   成就製造強國夢（mèng）

 

習近平（píng）總書記說過：“實現中華民族偉大複興的中國夢，就是要實現國家富強、民族振興、人民幸福（fú）”。

 

中國（guó）夢（mèng）的核心是工業現（xiàn）代化，先進機械製造業（yè）是工業（yè）化的支柱，高（gāo）端機械裝備製造是強國的主要標誌，機械製造直接（jiē）關係國民經濟繁榮、國家安全建設和科技創新戰（zhàn）略發展。趙院士創新了抗疲勞製造——新一代先進製造技術。

 

趙院士說，經曆60年（nián）發展、特別是（shì）改革開放30多年（nián）發展中國已經（jīng）成為一個機械（xiè）製造大國和世界第二大經濟體，正在向機械製（zhì）造強國邁進，這是一個曆史性轉（zhuǎn）變（biàn）。當前遇到的（de）最大困惑和難題是機械製造升級轉型，問題未得解決不僅遲滯轉變進程，導致了國（guó）民經濟下滑，而且這一趨勢還會（huì）繼續。國（guó）民經濟生產力構成中製（zhì）造占60%以上，社會財（cái）富的60%由機械製造（zào）創造，而中國僅占20 %左右，空間和潛力很大，解決了機械製造升級轉型問題經濟不但不再下行，反而會走上發展（zhǎn）快車道。所以，舉國上下在探索一條機（jī）械製造強國之道。道路是什麽，該如何走，趙院士提（tí）出了自己的見解：抗（kàng）疲勞製造是必由（yóu）之（zhī）路。

 

他解釋說，高端機械裝備製造是高科技傳（chuán）承，產業鏈和價值鏈的高端，改變中國引進（jìn）仿製、競爭弱勢的根本出路。高（gāo）端機械裝備製（zhì）造（zào）是一個複（fù）雜的體係，如構（gòu）件、部件到整（zhěng）機的機械結構體（tǐ）係以保證功能，功能、性能與全壽期的成（chéng）本統一的經濟（jì）可承受性體係（xì）以保證生存等。同時保障這些體係的是長壽命、高可靠，其體現者是關鍵構件。所謂關鍵構件包括轉動構件、傳動構件、主承力構件，它們都在動態下服（fú）役，主要失效模式是疲勞。大量機（jī）械裝備（bèi）提前失效、失事造成災難性後果，並非結構存（cún）在什麽問題，而是由於關鍵構件疲勞失效。據報，飛機空中解體、火車出（chū）軌、塔吊突然倒塌、兒童遊樂（lè）車突然倒塌居然都（dōu）是因為對接螺栓疲勞失效。一個（gè）不（bú）起眼（yǎn）的關鍵構件失效不僅嚴重威脅機械裝備（bèi）服役安（ān）全、釀成災難性後果，而（ér）且導（dǎo）致機械裝備的功能（néng）、經濟可承受性乃至信譽（yù）都蕩然無存。可見，沒有關鍵構件高端機械裝（zhuāng）備製造無疑於無米之（zhī）炊！中國製造的（de）關鍵構件存在壽命短、可靠性差（chà）、結構重等三大問題，當然無法升級轉型到高端機械裝（zhuāng）備製造。關（guān）鍵構件是設計、材料（liào）、製造三位（wèi）一體技術集成。所（suǒ）以，關（guān）鍵構（gòu）件必須建立三個技術體係：設計技術體係（xì）、材料技術體係、製（zhì）造技術體（tǐ）係。其中，設計技術體係主（zhǔ）司結構，材料技（jì）術體係主司（sī）強度，製造（zào）技術體係（xì）主司壽命。設計（jì）、材料、製造三個技術各（gè）自獨立、互不孕育，而融（róng）合一體、不可分割，同等重要、不可（kě）偏廢方能製造出關鍵構（gòu）件。但是，長期以（yǐ）來（lái）製造（zào）不僅沒有作為核（hé）心技術發展，反而被邊緣化了。關鍵構件和高端機械裝備是製造出來的，沒有先進製造技術無異於紙上談兵。中國沒有先進製造技術，當然無法製造出關鍵構件高端機械裝備。製造技術、關鍵構件（jiàn）、高端機械裝備製造一脈相承。他講了一個（gè）小故事，早在1950年美國發展民航（háng）客機用渦輪噴氣發動機擬定（dìng）壽命30000小（xiǎo）時（shí），但被擱淺了，原因（yīn）是主軸承達不到壽命要求（qiú）。於是（shì），從選材開始、冶金（jīn）、製造、試驗一路研究，到1960年（nián）主軸承壽命達到了30000小時，發動機投入生產、服役。1983年中國研製的一種發動機擬定壽命200小時，也是因為主軸（zhóu）承達不到（dào）壽命要（yào）求被（bèi）擱淺（qiǎn）。不過，解決辦法是有什麽用什麽。接著研究新型發（fā）動機時還是主軸承達不到壽命（mìng）要求，還是有什麽用什麽，應付湊合。如（rú）今，主軸承製約了發動機和高端機械裝備製造。所以，在（zài）科學技術發展（zhǎn）中沒有（yǒu）捷徑，該做的事一定要做。今天偷個懶，明天要花更大功（gōng）夫補償，甚至貽誤大事。

 

趙院士說，縱觀世界機械製造（zào）技術已發展三代：“成形”製造（zào）、表麵完整性製造、抗疲勞製造。所謂“成形”製造就是中國（guó）普遍采用（yòng）的（de）按（àn）照設計圖紙規定要求製造構件的（de）技術（shù），基本特征是製造與壽（shòu）命無關。“成形”製造帶來兩大問題：一是導致高（gāo）強度材料不敷（fū）應用，即誘（yòu）發疲勞強度應力集中敏（mǐn）感，當應力集中係數（shù）Kt=3時疲勞強度降低約50%，Kt=5時降低約80%，高強度鋁（lǚ）合金、鈦合金、高溫合金、超高強度鋼、齒輪軸承鋼等均如此；二是關鍵構件提前疲勞失效，即“成形”製造留下的切削刀痕不連續造成了很高的應（yīng）力集中，該處成為疲勞源，導致構件提前疲勞失（shī）效，高強度鋁合金、鈦合金、高溫合金、超高強度鋼、齒（chǐ）輪軸承鋼構件也均如此，並成為“兩大問題”的原因，亟（jí）待淘汰。

 

50年前全世界都和中國現狀一樣（yàng），而美國（guó）於1948年到1970年花了20多年時間研究成功表麵完整性製造。所謂表麵完整性製造是控製（zhì）表麵完整性、以疲勞為判據和提高疲勞強度的（de）製造技術，理論基礎是疲勞，關鍵（jiàn）心技（jì）術是切削和表麵強化，高（gāo）強度材料和構件疲勞強度應力集中（zhōng）敏感得（dé）到改善。對（duì）“成形”製造的最大進步在於表麵完整性（xìng）製造與壽命相（xiàng）關，並取得三大效果：關鍵構件長壽命、高可靠（kào）、結（jié）構減重，美國戰機F15、F16壽命達到5000飛行小時世界最高水（shuǐ）平，西方發達國家普遍采用進而壟斷了高端機械裝備製造至今已半個世紀，走出了一條機械製造強國道路。這就是（shì）西方發達國家製造的關鍵構件和裝備壽命更長，可靠性更高的原因。但是，表麵完整（zhěng）性製造（zào）認識局限、效果有限，應予跨越（yuè）。

 

趙院（yuàn）士和他的團隊花了30年（nián）時間研究創新一種抗疲勞製造。提出了新概念（niàn）：抗疲勞製造是控製表麵完整性（xìng）和表麵變質層、以疲勞為判據和達到極限疲勞強度（dù）的製（zhì）造技術；提出了新理（lǐ）論：“無應力（lì）集中”抗疲勞概念；建（jiàn）立了關鍵（jiàn）技術體係：抗疲勞製造關鍵技術體係、極限壽命設計技術體係、極限性能材料體係等，形成了第三代機械製造（zào）技術。用以（yǐ）製造的超高強度（dù）鋼、齒輪軸承鋼、耐溫高強度鈦合金、高溫合金疲勞壽命均提高100倍以上；製造的飛機起落架疲勞壽命達到和超過美國F15、F16戰機 5000飛行小時世（shì）界最高規定壽命（mìng），多種飛機使用，從1991年服役至今（jīn）無一故障；製造的主軸承滾珠接觸疲勞（láo）壽命達到400萬小時，對（duì）比試驗超（chāo）過世界領先水平的同一軸承滾珠（zhū）一個（gè）數量級。抗疲勞製造顛覆了材料（liào），推動先進材料跨入“兩個全過（guò）程”新時代，走上極限性能和高純淨度發展（zhǎn）道路；顛覆（fù）了設計技術，亟待創新理論和方法（fǎ），走上（shàng）極限壽命（mìng）、極限可（kě）靠性、極限（xiàn）減重設（shè）計。抗疲勞製造（zào）建立了機械製造新理念：從“成形”製造的精密（mì）、高效、表麵完整性製（zhì）造的精密、長壽命、高效到抗疲勞製造的精密、極限壽命、高效；關鍵構（gòu）件的壽命從“成形”製造的（設定數量級為1）表麵完（wán）整性製造的10提（tí）高到抗疲勞製造的100；抗疲勞製造改變了疲勞失效模（mó）式並與製造無關，因（yīn）而製造的關（guān）鍵（jiàn）構件達到了極（jí）限壽命、極限可靠（kào）性、極限減（jiǎn）重。風水輪流轉，遂後大家將看到的是中國製造的關鍵構件和裝（zhuāng）備（bèi）比西方發達國家製造的壽命更長，可（kě）靠性更高！

 

趙院士呼籲，加速抗疲勞製造（zào）研究（jiū）發展，建（jiàn）立抗疲勞製造、極（jí）限壽命設計、極限性能材（cái）料新三位（wèi）一體技術體係是機械製造升級轉型的當務之急，是提升國民經濟發展的根本道路（lù），是（shì）實現機械製造（zào）強國的根（gēn）本道路。轉變60年養成的習慣和（hé）觀念，從（cóng）仿製慣性中（zhōng）掙脫出來，換上創新理念和思維，舉國上下聚焦抗疲勞製造，落實措施，一定會在不長時間成就中國成為一個達到和超過西方發達國家的關鍵構件製造強國和高（gāo）端機械裝備（bèi）製（zhì）造強國。表麵完整製造（zào）曾經為西方發達國家帶去（qù）了機械製造強國，抗（kàng）疲勞製造是中國的（de）一（yī）個強國機遇，關鍵是應抓住機遇！

 

遵（zūn）守科學（xué）規律  實踐中華（huá）民族偉大複興夢

 

采（cǎi）訪到（dào）科研成果如何獲得（dé）時趙院士很有感慨地說，他很（hěn）慶幸自己走上了科學（xué）研究道路，但一輩子有太多辛苦；他忠實（shí）於科學研究，一輩子奉獻給了創新；他樂於科學研（yán）究，有諸多成功享受。他說，一個人畢（bì）生要做兩件事情“一是認識世界求得生（shēng）存，一是改造世界求得生存好”。一個科研工作者要（yào）做三件事：認（rèn）識科學（xué）規律知道能做什麽，遵守科學規律並（bìng）開拓創（chuàng）新，發現科學規律知道該做什（shí）麽（me）並做到更好。所以，在50多年的科研（yán）生涯中他從不吝惜勞苦與智慧，主動（dòng）把研究目標定在領先國際水平上，不僅連續創新成（chéng）功（gōng）多項達到和領先國際水平的成果，而且發現多項科學規（guī）律，提出（chū）了新概念、新（xīn）理論、新（xīn）技術。

 

1、科（kē）學技術“全過程研究”概念（niàn）

 

集多項研究成功經（jīng）曆提（tí）出了一種科學技術“全過程研究（jiū）”概念。他推崇科學認（rèn）識論。科學認識論指出，人類在認識客觀（guān）世界時需要經曆認識、實踐，再認識、再實踐……認識單元的反複循環才能獲得相對真理，隻有真理才可用以改造世（shì）界。他實踐科學認識論，認（rèn）為科學技術研究是人類認（rèn）識客觀世界的組成部分。把（bǎ）科學技術研（yán）究作（zuò）為一個“全過程研究”，即（jí）認識單元，並分解為四個要素：應用基礎（chǔ）理論、科學技術、工程化生產和服役失（shī）效反饋，四個要素反複循環才能獲（huò）得相對真知，真知（zhī）才可用以成就產品和（hé）人才。其中，“應用基（jī）礎理論”直接導向技術創新，“科學技術（shù）”是研究創新的主體，“工程化（huà）生產”是有價值的形式，“服役失效反饋”是科學技術的可用性；後一個要素是前一要素的歸宿與判據，不能（néng）導致科學技術創新的應用基礎理論是不適用的理論，不能工程化生產並形成（chéng）有（yǒu）價值（zhí）的形式的科學技術（shù）是（shì）無用的，不能（néng）適應服役的（de）產品應予拋棄，服役失效反饋是“全（quán）過程研究”或一個認識單元（yuán）的終結。實踐是檢驗（yàn）真（zhēn）理的唯一標準，“服役失（shī）效反饋”理論與“應用基礎（chǔ）理論”一致證（zhèng）明“科學（xué）技術”是真知，認識結束，不相一致時“全過（guò）程研究”反複進行直到一（yī）致。

 

趙院士強（qiáng）調，研究科學技術的目的全在於應用，實（shí）踐“全過（guò）程研（yán）究”可以獲得可用可靠的科學技術。“全過程研究”是科學技術研究的普遍規律和準則，務必（bì）遵守（shǒu）這一（yī）科學規律，實施這一（yī）準則。因為已（yǐ）有太多的教訓：很多科學技術研（yán）究者不知道“全過程（chéng）研究”，更少（shǎo）有人實施“全過程研究”，以致立了很多（duō）研究項目獲得成功的很少，可用可靠的的成果更少；很（hěn）多研究（jiū）者辛勞多年卻未做出成果（guǒ），虛度（dù）了年華；不少研究者用非真知教授學生，流傳了大量的錯誤概念，混亂了學（xué）術（shù）環（huán）境，貽誤了一代又一代學子。 

 

2、材料科學與工（gōng）程“兩（liǎng）個全過程”概念

 

縱觀千百年人類文明發展史清晰可見（jiàn）材料的身影，經曆了石材、木（mù）材、鐵材、複合材料，材料是人類進步的推動力。如今，先進材料已（yǐ）經發（fā）展成為科學前沿，理論、實驗達到高水（shuǐ）平，具有（yǒu）極（jí）限性能特征（zhēng），極大地推動多種學科發展，殊不知先進材（cái）料經曆（lì）了艱難的發展曆（lì）程。半個世紀前材料還（hái）處於科學和工程（chéng）分立而相互製約的狀態（tài），直到上個世（shì）紀70年代美國才找（zhǎo）到了一個科學規律：材料科學與工程，結束了混沌狀態，推動了材料大發展，並成為高等專業教育的一級學（xué）科。到了（le）90年代中又找到了一個新規律：材料科學與工程“四要素”，並推動材料獲得（dé）極限性能。所謂“四（sì）要（yào）素”指的是成分、組（zǔ）成與結構（gòu），合成與加工，性（xìng）質和服（fú）役行為，西方發達國（guó）家普遍采用“四要素”研究材料，材料（liào）科學與工程進入“四要素”時代，幾年前還發展了“基因設計”。沒有（yǒu）規矩不能成方圓。中國也將材料科學（xué）與工程列（liè）為（wéi）高等專業教育的一級學（xué）科，卻未能遵循“四要素”研究材料，甚（shèn）至知之甚少（shǎo），導致了與西方發達國家材料的差別和落後狀態。

 

研究材料的目的全在於應用，用得好才是好材料。趙院（yuàn）士研究發現（xiàn）具有極限性能的材（cái）料（liào）並不一定好用，甚至不可應用（yòng）。例如，久負盛（shèng）名的低合金超（chāo）高（gāo）強度鋼（gāng）300M具有極（jí）限（xiàn）力學性能：抗拉強度σb～1960MPa、屈服強度（dù）σ0.2～1625MPa、伸長率δ5～10 %，斷麵收（shōu）縮率ψ～40 % 、斷裂韌性KⅠc～80 MPam½、疲勞強度σF ～1035MPa，廣泛用做各種飛機起落架。但是，當構件（jiàn）表麵壓一個硬度壓（yā）痕造成應力集中後疲勞強（qiáng）度驟降至245MPa，在海水介質中僅（jǐn）為105MPa，因而（ér）成為一個不可應用材料。不僅300M鋼，高強度鋁合金、鈦合金、齒輪軸承鋼、高溫合金同樣如（rú）此，即疲勞強度（dù）應（yīng）力（lì）集中敏感，如不解決，服役中潛（qián）在災難性後果。為此，他提出了材料應用研（yán）究概念（niàn），研究應用（yòng）技術，並賦予了材料極限服役性能。例如（rú），300M鋼在任何高應力集中下疲勞強度均達到1000MPa以上，真正成為一個可用可靠材料。不僅300M鋼，高強度鋁（lǚ）合金、鈦合金、齒輪軸承鋼、高溫合金同樣如此，即抑製了疲勞強度應力集中敏感。於是，他提出了材料科學與工程“兩個全過程”概念：一個是“材料研製全過程”，一個是“材料應用研究全過程”。“材料研製全過程（chéng）”賦予材料極限（xiàn）性能，“材料應用研究全過程” 賦予材料極限（xiàn）應用性能，“兩個全過程” 賦予材（cái）料極限服役性能。材料科學與工程進（jìn）入了“兩個全過程”新時代。

 

3、“無應力集（jí）中”抗疲勞概念

 

趙院士發現了高強度材料疲勞強度應力集中敏感現象和關鍵構件服役中提前疲勞失效現象，其原因（yīn）均為高應力集中。在“成（chéng）形（xíng）”製造中高應（yīng）力集中體現為切削加工刀（dāo）痕不連續（xù）處，應力集中很（hěn）高，並導致高強度材料不敷應用，關鍵構件“三大（dà）問題”；在表麵完整性製造中體現為表麵強化留下的凹凸處（chù），應力集中較低，材料疲勞強度應力集中敏感程度降低，關鍵（jiàn）構件恢複到長（zhǎng）壽命、高可靠、結構減（jiǎn）重。但是，材料疲勞強度應力集中敏感現象和關鍵構件服役中提前疲勞失效現象的始作俑者（zhě）仍然是製造，材料和構件的潛力仍未得到充分發揮，威（wēi）脅（xié）服役安全。為徹底解決材料疲勞強（qiáng）度應力集中敏感和關鍵構件服役（yì）中（zhōng）提前疲勞失效問題，趙院士研（yán）究了一種抗疲勞製造技術，消除了製造帶來的應力集中，疲勞強度應力集中敏感現象得以消除，即不同應力集（jí）中下材料疲勞強度均為無應力集中時的材料疲勞（láo）強度（dù），從而材料潛能得到充（chōng）分（fèn）利用；關鍵構件（jiàn）服役中提（tí）前疲勞失效現象也得以消除，疲勞失效與製造無關，並達到極限壽命、極限可靠性（xìng）、極限減重。從而提出了“無應力集中（zhōng）”抗疲勞概（gài）念：帶有應力集（jí）中的（de）構件具有無（wú）應力集中時的疲勞（láo）強度。其核心是從應力集中視角認識疲勞問題，從應力集中入手解決壽命問題。遵照這一理論研究創新了一係列的抗（kàng）疲勞（láo）製造技（jì）術，用以製造的不同應力集中高強度鋁合金、鈦合金、高溫合金、超高強度鋼、齒輪（lún）軸（zhóu）承鋼構（gòu）件（jiàn）疲勞強度全都達到無應力集中時的疲勞（láo）強度，應力集中係數越高疲勞壽（shòu）命提高越多（duō），如應（yīng）力集中係數Kt=4構件疲勞壽命提高了（le）100倍（bèi）、甚（shèn）至1000倍以上。在“無應力集中”抗疲勞概念指導下機械（xiè）製造技術走上了抗疲勞製造之路，機械製造進入了抗疲勞（láo）製造新時代。抗疲勞製造為中國升級轉型高端機械裝備製造提供了保證，為關鍵構件製造強國和機械製造強國（guó）開啟（qǐ）了大門。

 

趙院士最後強調，科學規律是（shì）創新之源，遵守科學（xué）規（guī）律是（shì）創新之本，發現科（kē）學規律是創新之魂。尊重（chóng）科學是中華民族的傳統美德，傳承並發揚這一美德是中華民族偉大複（fù）興的希望和保證。