中國夢的核心是（shì）工業現代化，先（xiān）進製造業是（shì）工業現代化的支柱，高端機械裝備製造是強國的標誌，直接關係國民經濟繁榮、國家安全（quán）建（jiàn）設和科技創新戰略。第（dì）四次工業革命號角的吹（chuī）響讓（ràng）中國製造業迎來了難得的發展機遇，也麵臨著前所未有的（de）嚴峻挑戰。不可否認（rèn），我國機械製造業取得（dé）了令人矚目的成就，但與（yǔ）世界先（xiān）進水平相比，仍存在較大差（chà）距，“大而不強（qiáng）”是（shì）目前不爭（zhēng）的事實。如何提升我國機械製（zhì）造業的核心競爭力，邁向全球價值鏈的高端？如何加快我（wǒ）國由製造大國向製造強（qiáng）國轉變的（de）步（bù）伐？麵對機械製造業的轉型（xíng）升級，材（cái）料和製造技術將何處何從？

 

　11月2日，在（zài）中國工程（chéng）院化工、冶金與材料（liào）工程第十一屆學術會議（yì）期間，帶著這一係列的疑問，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（zhōng）國航發北京航（háng）空材（cái）料研究院（yuàn）研究員、中國工程院院士趙振業。趙院士憂國憂民、語風犀利率真令記者肅然起敬。整個采訪過程嚴肅而祥和，記（jì）者被這位79歲（suì）科學（xué）家濃烈（liè）的愛（ài）國熱忱（chén）和（hé）堅毅的科研精（jīng）神所深深地感染！

 

 

 

趙振業出生在中華文明的發祥地之一河南省原陽縣，求學於西北工業大學金屬學及熱處理專業，學成後北上京城，在西山腳下的中國航空發動機集團北京航空材料研究院（以下簡稱“航材院”）幾（jǐ）十（shí）年如一日從事航空超高強度鋼應用基礎理論、合金設計和（hé）工程應用研究，並成為國內外知（zhī）名的金屬材料科學家。

 

1961年（nián），23歲的趙振業畢業後被分配到（dào）航材（cái）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（jiū）。跟著老一輩研究人員學步，而且一學就是十多年。作為一個主要參研者，看到親自創造的綜合性能優於國（guó）外同（tóng）類（lèi）合金的新鋼種，並先後在三個航空發動機上壓氣機轉子葉片、輪盤應用並取得成成功，他感（gǎn）到自豪！回味在那（nà）場“文化大革命（mìng）”中日（rì）夜兼程走完的從合金（jīn）設計、實驗研究、工業試製到發動機工程應用技術研（yán）究、構件製造、演示與生產全過程，從中學到的知識，積（jī）累的經（jīng）驗，培養的（de）勤學習慣和研究創新（xīn）啟蒙（méng），他認為不僅很值得，而（ér）且是終生（shēng）受益！

 

1975年起，他受命主持研究航空中溫超高強度鋼（gāng），步入新（xīn）的研究領（lǐng）域（yù），開始獨立研究（jiū）。當時除（chú）了美國把熱作模具鋼H11用（yòng）作飛機（jī）構件外，世界上還沒有一（yī）個真正（zhèng）的航（háng）空中溫超高強度鋼。他（tā）從（cóng）研究二次硬化（huà）和（hé）強韌（rèn）化基本（běn）理論出發，在相（xiàng）變、熱處理（lǐ）、力（lì）學性能、工藝性能等係統探索基礎上，研究成（chéng）功38Cr２Mo２VA中溫超高強度鋼。由於巧妙地利用了Mo元素的（de）強二次硬化效應，少（shǎo）量Cr元素與Mo配伍能壓低（dī）Mo的硬化峰值，減少其（qí）對基體韌性的傷（shāng）害程度（dù），調整鋼的韌性；少量Cr還可以提高Mo硬（yìng）化峰前（qián）的硬度，調整鋼的回火（huǒ）曲線，拓寬回火（huǒ）溫（wēn）度範圍等特性，不僅達到了超高強（qiáng）度、綜合力（lì）學性能良好、耐溫高達500℃，而（ér）且，合（hé）金元素總添加量（liàng）不足5%，從而將中溫超高強度鋼由中合金（jīn）體係降為低合金（jīn）體係。新鋼種（zhǒng）的研究成功，解決了飛機後機身超溫超重的選材問題，還（hái）曆練了他自（zì）主創新的能（néng）力和智慧，並獲得（dé）國家發明三（sān）等獎。 

 

起落架是飛機的第一關鍵構（gòu）件（jiàn），疲勞性能要求很高。長期以來，起落架壽命（mìng）短，故障多，一直是困擾我國飛機設（shè）計發展和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（shòu）命起（qǐ）落（luò）架應（yīng）用研究（jiū）課題。首先結合我國（guó）熔煉設備和技術現狀提出“提純原材料，降低硫含量”、“鐓－拔開坯”技術（shù）路線建議，與撫順鋼廠創新提純技術，於（yú）1985年一舉達到美國標準要求（qiú）和實物水平（píng），開拓了一條自己（jǐ）的冶金技術路（lù）線，中國航空超高強度鋼開始（shǐ）走上了VIM＋VAR雙（shuāng）真空熔煉的高純道路。300M鋼（gāng）是世界最好的起落架鋼，強度高，韌性良好，固有（應力集（jí）中係數Kt＝1）疲勞強（qiáng）度高，用作起落架可做到體積小、重量（liàng）輕、壽命長、使用可（kě）靠。但是，其突出缺點是疲勞強度（dù）對（duì）應力集中敏感和氫脆敏感（gǎn）。如不解決，非（fēi）但不能滿（mǎn）足起落（luò）架要求、充分發揮其超高強（qiáng）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（yǔ）技術思路，從（cóng）抗疲勞原理出發，設計了長壽（shòu）命（mìng）起落架的總體技術方案。研究並提出一種“無應力集中”抗疲勞概（gài）念，創新了抗疲勞應用技（jì）術體係，即表麵完整性（xìng）機械加工技術體係、表（biǎo）層組織（zhī）再改造（zào）性（xìng）技術體係（xì）、表麵完整複合防護技術體係、構件細節設計技術體係和（分課題負責人為主創新的）10多（duō）項先進工藝。這些技術克服了300M鋼的兩項弱點，回（huí）複了因應力集中喪失的疲勞強度，抑製和防止（zhǐ）了（le）氫脆。用國產300M鋼製造起落架的疲勞壽命一舉達到5000小時未失效，增（zēng）加載荷30％再繼續試驗（yàn）至6000小時仍未失效。這一結果（guǒ）遠遠超過了課題規定3000小時指標，也超過了國外同類起落架5000小時最高規定壽命指標。如今，起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（jià）研究成功開拓了一條材（cái）料（liào）應用研究（jiū）道路，又增添了超越國外先進水平的經曆（lì）和能（néng）力。該研究獲得國家科技（jì）進步一等獎。

 

我國是一個海洋大國，飛機需要在極端海洋氣候環境中服役，他摒棄了國外的超高強度鋼發展道路和認識，堅持（chí）研究發展超高強度（dù）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，初步獲得三個新機理：超細（xì）馬氏體板條、超細沉澱相M２C、Fe２Mo和逆（nì）轉變奧氏體。優選了一個（gè）合金成分體係：Fe－13Cr－12Co－Mo－Me。在（zài）實驗室采用VIM＋VAR雙真空（kōng）高（gāo）純熔煉和控製相變熱處理後，抗拉強度接近1900MPa，斷裂（liè）韌性（KⅠc ）達到110MPam1/2 ，率先把不（bú）鏽鋼提升到了超高強度高韌性。與此（cǐ）同時，還設計了一種表（biǎo）層硬（yìng）化型不鏽齒輪（lún）軸承（chéng）鋼Fe－14Cr－12Co－Mo－Nb－Me，力學性能達到σb ～1850MPa，KⅠc ～110MPam 1/2，探索研究（jiū）的表層超硬－韌化方法可使鋼的表麵硬度達到HRC70以上（shàng），500℃下的（de）硬度保持在HRC63，率先把齒輪軸承鋼（gāng）也提升到了超高強度（dù）、高韌性，獲得國家發（fā）明專利。

 

經曆50多年研究，他的（de）科研成果構築了我國航空超高強度（dù）鋼體係架構：低合金鋼、中合金鋼（gāng）、高合金鋼（gāng）和不（bú）鏽鋼，發表了數十篇學術論文和“合（hé）金鋼設計”專著，培養博士生，被譽為“超高強度（dù）鋼（gāng）之父”。集多項航空超高（gāo）強度鋼研究創新、工程應用成功、達到和超過國外先進水（shuǐ）平，他（tā）提出了材（cái）料科學與工程“兩（liǎng）個全過程”概念，即“材料研製全過程”和“材料應用研究全（quán）過程（chéng）”。將材（cái）料科學與工程從“四要素”時代領入了“兩個全過程”新時代，新時代的特征（zhēng）是材料兼具極限性（xìng）能和極限服役性能。當記者問到（dào）中國先進材料的發展方向時他（tā）堅（jiān）定地強調了一個字：“純”！

 

如今79歲高齡他仍堅守在（zài）科研一線，滿懷信（xìn）心地在和年輕同伴們研究創新先進材料，為我們偉大祖國的材料事業繼續奉獻著光（guāng）和熱！用趙院士自己的話說：“我隻（zhī）是眾多科（kē）研工作者中的一員，我在做我應該做的（de）事情。我們偉大的祖國走向富強、繁榮，趕超發（fā）達國家是我畢生的願（yuàn）望！”

 

堅持自主創新（xīn）路   成就製造（zào）強國夢

 

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

 

中國夢的核心是工業現代化，先進機械製（zhì）造業是工業化的支柱，高端機械裝備製造是強國的主要標誌，機械製（zhì）造直接關係國民經濟繁榮、國家安全建設和科技創新戰略發展。趙院士創新了抗疲勞製造（zào）——新一代先進製造技術。

 

趙院士說，經曆60年發展、特別是改革開（kāi）放30多年發展中國已經成為一個機械製造大國和世界第二（èr）大經濟（jì）體，正在向機（jī）械製造強（qiáng）國邁進，這是一個曆史性轉變。當前遇（yù）到（dào）的最大困（kùn）惑和難（nán）題是（shì）機械製造升級（jí）轉型，問題未得解決（jué）不僅遲滯轉變進（jìn）程，導致了國民（mín）經濟下滑，而且這一趨勢還會繼續。國民經濟生產力構成中製造占60%以上，社會財富的60%由機械製造創造，而中國僅占20 %左右，空間（jiān）和潛（qián）力很大，解決（jué）了機械製（zhì）造升級轉型問題經濟不但不再下行（háng），反而會走上發展快車道。所以，舉國上下在探索一條機械製（zhì）造強國之道。道路（lù）是什麽，該如何走，趙院（yuàn）士提出了自己（jǐ）的見解：抗疲勞製造是必由之路（lù）。

 

他解釋說，高端機械裝備製造是高科技傳承，產業鏈和價值鏈（liàn）的高（gāo）端，改變中國引進（jìn）仿製、競爭弱勢的根本出路。高端機械裝備製造（zào）是一個複雜的體係，如構件、部件到整機的機械結構（gòu）體（tǐ）係以保證功能，功能（néng）、性（xìng）能與全壽期的成本統一的（de）經濟可承受（shòu）性體係以保證生（shēng）存等。同時保障這些體係的是長壽命、高可靠，其體現（xiàn）者是（shì）關鍵構件。所謂關鍵構件包括轉動構（gòu）件、傳動構件、主承力構件，它（tā）們（men）都在動態下（xià）服役，主要失效模式是疲勞。大量機械裝備提前失效、失事造成災難性後果，並非結構存在什麽問題，而是由於關鍵構件疲勞失效（xiào）。據報，飛機空中（zhōng）解體、火車出軌、塔吊突然倒塌、兒童遊樂車（chē）突（tū）然倒塌居然都是（shì）因為對接螺栓疲勞失效。一個不起眼的關鍵構件失效不僅嚴重威脅機械裝備服役安全、釀（niàng）成災（zāi）難性（xìng）後果，而且導致機械裝備的功能、經濟可承受性乃至信譽都蕩然無存。可見，沒有關鍵構件高端機械裝（zhuāng）備製造無疑於無米之炊！中國製造的（de）關鍵構件存在壽命短、可靠性差、結構重等三大問題，當然無法（fǎ）升級轉型到高端機械裝備製（zhì）造。關鍵構件是設計、材料、製（zhì）造三位一體技術集成（chéng）。所以，關鍵（jiàn）構件必須建立三個技術體（tǐ）係：設計技（jì）術體係（xì）、材料技術體係、製造技（jì）術體係。其中，設計技術（shù）體係主司結構，材料（liào）技（jì）術體係主司強度，製造技術體係主司壽命。設計、材料、製造三個技術各自獨立、互不孕育，而融合一體、不可分割，同等（děng）重（chóng）要（yào）、不可偏廢方能製造出關（guān）鍵構件。但是，長期以來製造不僅沒有作為核心技術發展，反而被邊緣化了（le）。關鍵構件和高端機械裝備是製（zhì）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（gāo）端（duān）機械裝備。製造技術、關鍵構件、高端機械裝備製造一脈相承。他講了一個小故（gù）事，早在1950年美國發展民航客機（jī）用渦輪噴氣發動機擬定壽命30000小（xiǎo）時，但被擱淺了（le），原因（yīn）是主軸承達不到壽命要求。於是，從選材（cái）開始、冶金、製（zhì）造（zào）、試驗一路研究，到（dào）1960年主軸承壽命達到了30000小時，發動（dòng）機投入（rù）生產、服役。1983年中國研製的一種發動（dòng）機擬定壽命200小時，也是因為主（zhǔ）軸承（chéng）達不到壽命要（yào）求被擱淺（qiǎn）。不過，解（jiě）決辦法是（shì）有什麽用什麽。接著研究新型發動機時還是主軸承達不（bú）到（dào）壽命要求，還是（shì）有什麽用什麽，應付湊合。如今，主軸承（chéng）製約了發動機和高端機（jī）械（xiè）裝（zhuāng）備製造。所以，在科學技術發展中沒有捷（jié）徑，該做的（de）事一（yī）定要做。今天偷個懶（lǎn），明天要花（huā）更大功夫補償，甚（shèn）至（zhì）貽誤大事。

 

趙（zhào）院士說，縱觀世界機械製造技術已發展三代：“成形”製造、表麵完整性製（zhì）造、抗疲勞製造。所謂“成形”製造就是中國普遍采用的按照設計圖紙規定要求製造構件的技（jì）術，基本特征是製造與壽命無關（guān）。“成形”製造帶來兩大問題：一是（shì）導致高（gāo）強度材料不敷應用，即誘發疲勞強度應力（lì）集中敏感，當應力集中係（xì）數Kt=3時疲勞強度降低約50%，Kt=5時降低約80%，高強度鋁合金、鈦合金、高（gāo）溫合金、超高強度（dù）鋼、齒輪（lún）軸承鋼等均如此；二是關鍵構件提前疲勞失效（xiào），即“成形”製造留下（xià）的切削刀（dāo）痕不連續造成了很（hěn）高的應力集中，該處成為疲勞源，導致（zhì）構件提前疲勞失效，高強度（dù）鋁合金、鈦合金、高（gāo）溫合（hé）金、超（chāo）高強（qiáng）度（dù）鋼、齒輪軸承鋼構件也均如此，並成為“兩（liǎng）大問題”的原因，亟待淘汰。

 

50年前全世界都和中國現狀一樣，而美國於1948年到1970年花（huā）了20多年時間研究成功表麵完整性製（zhì）造。所（suǒ）謂表麵完整性製造是控（kòng）製表麵完整（zhěng）性、以疲勞為判據和提高疲勞強度的製造技術，理（lǐ）論基礎是疲勞，關鍵心技術是（shì）切削和表麵強化，高強度材料和構件（jiàn）疲勞強度（dù）應力集中敏感得到改善。對“成形（xíng）”製造的最大進步在於表麵完整性製造與壽命相關，並取得三大效果：關鍵構件長壽命、高可靠、結構（gòu）減重，美國戰機F15、F16壽命達（dá）到5000飛行小時世界最高水平，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（shì），表麵完整（zhěng）性製造認識局限、效果有限，應予跨越。

 

趙院士和他的團隊花了30年時間研究創新一種抗疲勞製造。提出了新概念：抗疲勞製（zhì）造（zào）是控製表麵完整性和表（biǎo）麵變質（zhì）層、以疲勞為判據和（hé）達到極限疲勞強度的製造技術；提出了新理論：“無應力集中”抗疲勞概念；建立了關鍵技術體係（xì）：抗疲勞製造關鍵技術體係、極限（xiàn）壽命設計技（jì）術體（tǐ）係、極限（xiàn）性（xìng）能材料體（tǐ）係等，形成了第三代（dài）機械製造技術。用以製造的超高（gāo）強度鋼、齒輪軸承鋼、耐溫高強度鈦合金、高溫合金疲勞壽（shòu）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（háng）小時世（shì）界（jiè）最高規定壽命，多種（zhǒng）飛機使用（yòng），從1991年服役至今無一故障；製（zhì）造的（de）主軸承滾珠接觸（chù）疲勞壽命達到400萬小時，對（duì）比試驗超過世界領（lǐng）先水平的同一軸承滾珠一（yī）個數量（liàng）級。抗疲勞（láo）製造顛覆了材料，推動（dòng）先進材料跨（kuà）入“兩個全過（guò）程”新時代（dài），走上極限性（xìng）能和高純淨度發展道路；顛覆了設計技術，亟待創新理（lǐ）論和方法（fǎ），走上（shàng）極限壽命、極限可靠性、極限減重設計。抗疲勞製造建立了機械製造新理念：從“成形”製造的精密、高效、表麵完整性製造的精密、長壽命、高效（xiào）到抗疲勞製造的精密（mì）、極限壽命、高（gāo）效；關鍵構件的壽命從“成形（xíng）”製造的（設定數量級為1）表麵完（wán）整性製造的10提高到抗疲勞製造的100；抗（kàng）疲勞製造改變了疲勞失效模式並與製造無關，因（yīn）而製造的關鍵構件達到了極限壽命、極限可靠性、極限減重。風水輪流轉，遂後大家將看到的是中國製造的關鍵（jiàn）構件和（hé）裝備比西方發達國家製造的壽命更長，可靠性更高！

 

趙院士呼籲，加速抗疲勞製（zhì）造研究（jiū）發展，建立（lì）抗疲勞製造、極限（xiàn）壽命設計、極限性能材料新（xīn）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（běn）道路，是實現機械製造（zào）強國的根本道（dào）路。轉變60年養成的習慣和觀念，從仿製慣性中掙脫出來，換上創新理（lǐ）念和思維，舉國上下聚焦抗疲勞製造，落實措（cuò）施，一定會在不長時間成就中（zhōng）國成為一個達到和超過西方發達國家（jiā）的關鍵構件製造強國和高端機械（xiè）裝備製（zhì）造強國。表麵完整製造曾經為西方發（fā）達國家帶去了機械製造強國，抗疲勞製造是中國的一個強國機遇，關鍵是應抓住機遇！

 

遵守科學規律  實踐中華民族（zú）偉大複興夢（mèng）

 

采訪到科研（yán）成果如何獲得時（shí）趙院士很有感慨地（dì）說，他很慶幸自己走上（shàng）了科學研究道路，但一輩子有太多辛（xīn）苦；他忠實於科學研究，一輩子（zǐ）奉獻給（gěi）了創新；他樂於科學研究，有諸多（duō）成功享受。他說，一個人畢（bì）生（shēng）要做兩件事情“一是認識世界求得生存，一是改（gǎi）造（zào）世界求得生存（cún）好”。一個科研工作者要做（zuò）三件事：認識（shí）科學規律知道能做什麽，遵守（shǒu）科（kē）學規律並開拓創（chuàng）新，發現科學（xué）規律知道該（gāi）做什（shí）麽並做到更好。所以，在50多年的科研生涯中他從（cóng）不吝惜（xī）勞苦與智慧，主動把研究目標定在領先國際（jì）水平上，不僅連續創新成功多項達到和領先國際水平（píng）的成果（guǒ），而且發現多項科學規律，提（tí）出了新概（gài）念、新理論、新技術。

 

1、科學（xué）技術（shù）“全過程研究”概念

 

集（jí）多項研究成功經曆提出了一（yī）種科學技術“全過程研究”概念。他（tā）推崇科學認（rèn）識論。科學認識論指出，人類在認識客觀世界時（shí）需要經曆認識、實踐（jiàn），再認識、再實踐……認識單元的反（fǎn）複循環才能獲（huò）得相對真（zhēn）理，隻有真理才可（kě）用以改造世界。他實踐科（kē）學認（rèn）識論，認為科（kē）學技術研究是人類認識客觀世界的組成部分。把科學（xué）技術研（yán）究作為一個“全過程研究”，即認識單元，並分解為四個要素（sù）：應用基礎理論、科學技術、工程化生產和服役失效反（fǎn）饋，四個要素反複循環才能獲得相對（duì）真知，真知（zhī）才可用以成就產品和人才。其中（zhōng），“應用基礎理論”直接導向（xiàng）技術創新，“科學技術（shù）”是研究創新的（de）主（zhǔ）體，“工程化生（shēng）產”是有價（jià）值的形式，“服役失效反饋”是（shì）科學技術（shù）的可用性；後一個要素是前一要素的歸宿與判（pàn）據，不能導致科學技術創新的應用基礎理論是不（bú）適用的理論，不能工程（chéng）化生產並形成有價值的形式的科學技術是無用的，不能適應服役的產品應予拋棄，服役失效反饋（kuì）是“全過程研究”或一個認（rèn）識單元（yuán）的（de）終結。實踐是檢驗（yàn）真理的唯一標準，“服役失效反饋”理論與“應（yīng）用基礎理論”一（yī）致（zhì）證（zhèng）明“科（kē）學技術”是真知，認識結束，不相一致時“全（quán）過程研究（jiū）”反（fǎn）複進行直到一致。

 

趙院士強調，研究科學技術的（de）目的全在（zài）於應（yīng）用，實踐“全過（guò）程研究”可以獲得可用可（kě）靠的科學技（jì）術。“全過程研究”是科學（xué）技術研究的普（pǔ）遍規律和準則（zé），務必遵（zūn）守這一科學規律（lǜ），實施這一準則。因為已有太多（duō）的教（jiāo）訓：很多（duō）科學技術研究者不知道“全過程研究”，更少有人實施（shī）“全過程研究”，以（yǐ）致立了很多研究項目獲得成功的很少，可用可靠的的成果更（gèng）少；很多研究者辛勞多年卻未做出成果，虛度了年華；不（bú）少研究者用非真知教授學生，流傳了大量（liàng）的錯誤概念，混亂了（le）學（xué）術環境，貽（yí）誤了一代又一代學子。 

 

2、材（cái）料科學與工程“兩個全（quán）過程”概念

 

縱觀千百年人類文明發展史清晰可見材（cái）料（liào）的身影，經曆了石材、木材、鐵材、複合材料，材料是人類進步的（de）推動力。如今，先進材料已經發（fā）展成為科學前沿，理論、實（shí）驗達到高水平，具有極限性能特征，極大地推（tuī）動多種學科發展，殊不知（zhī）先進材料經曆了艱難的發展曆程。半個世紀前材料還處於科學和工程分立而相（xiàng）互製約的狀態，直到上個世紀70年代美國才找到（dào）了一個科學規律：材料科學（xué）與工程，結束（shù）了混沌狀態（tài），推動了材料大發展，並成為高等專業教育的一級學科。到了90年（nián）代中又找到了一個新規（guī）律：材料科學與（yǔ）工程“四要素”，並（bìng）推動材料獲得極限性能。所謂“四要素”指的是成分、組成與結構，合成與（yǔ）加工，性質和（hé）服役行為，西方發達國家普遍采用（yòng）“四（sì）要（yào）素”研究材料，材料科學與工程進入“四要素”時（shí）代（dài），幾年（nián）前還發展了“基因設（shè）計”。沒有（yǒu）規矩不能成方（fāng）圓。中國也將材料（liào）科學與工程列為高等專業教育的一級學科，卻未能遵循“四要素”研究材料，甚至知之甚少，導致了與西方發達（dá）國家材料的差別（bié）和落（luò）後（hòu）狀態。

 

研究材料的目的全在於應用，用得好才是好材料。趙院士研究發現具有極限性能的材料並（bìng）不一定好用，甚至不（bú）可應用。例如，久負盛名的低合金超高強度鋼300M具有極限力學性能：抗拉強度σb～1960MPa、屈服（fú）強度σ0.2～1625MPa、伸長率δ5～10 %，斷麵（miàn）收縮率ψ～40 % 、斷裂韌（rèn）性KⅠc～80 MPam½、疲勞強度σF ～1035MPa，廣泛用做各種飛機起落架。但是，當構件表麵壓一個硬度壓痕造成（chéng）應力集中後（hòu）疲（pí）勞強度驟降至245MPa，在海水介質中僅（jǐn）為105MPa，因而成為一（yī）個不可應用材料（liào）。不僅300M鋼，高（gāo）強度鋁合金、鈦合金、齒輪軸承鋼、高溫合金同樣如此，即（jí）疲勞強度（dù）應力集中敏感，如不解（jiě）決，服役中（zhōng）潛在災難性後（hòu）果。為此（cǐ），他提出了材料應用研究概（gài）念，研究應用技術，並賦予了材料（liào）極限服役性能。例（lì）如，300M鋼在（zài）任何高應力（lì）集中下疲勞強度均達到1000MPa以上，真（zhēn）正（zhèng）成為一個可用可靠材料。不僅300M鋼（gāng），高強度鋁合金、鈦合金、齒輪軸承鋼、高溫合金同（tóng）樣如此，即抑製了疲勞強度應力集中敏感。於是，他提出了（le）材料科學與工程“兩個全過程”概念：一個是“材（cái）料研製全過程（chéng）”，一個是“材料應用研究（jiū）全過（guò）程”。“材料研製全過程”賦予材料極限性能，“材料應用研究（jiū）全過程” 賦予材料極限應用性能，“兩個全過程” 賦（fù）予材料極限服役性能。材料科學與工程進入了“兩（liǎng）個全（quán）過程”新時代。

 

3、“無應力集中”抗疲勞概念

 

趙院士發現了高強度材（cái）料疲勞強度（dù）應力集中敏感現象和關鍵構件（jiàn）服役（yì）中提前疲勞失效現象，其原因均為高應力集中。在“成形”製造中高應力集中（zhōng）體現為切削加工刀痕不連續處，應力（lì）集中很高，並導致高強度材料不敷應用，關鍵構件“三大問題”；在表麵完整性製造（zào）中體現為表麵強化留下的凹凸處，應力集中較低，材料疲勞強度應力集中敏感程度降低，關鍵構件恢複到長壽命（mìng）、高可靠、結（jié）構減（jiǎn）重（chóng）。但是，材料疲勞強度應力集中敏感現象（xiàng）和關鍵構件服役中提前疲勞失效現象的（de）始作俑者仍然是製造（zào），材（cái）料和構件的潛力仍未得到充分發揮，威脅服（fú）役安（ān）全。為徹（chè）底解決材料（liào）疲勞強度應力集中敏感和關鍵構件服役中提前疲勞失（shī）效問題，趙院士研究了一種（zhǒng）抗疲勞（láo）製造（zào）技術，消除了製造帶來的應力集中，疲勞強度應力集中敏（mǐn）感現象得以消（xiāo）除，即不同應力集中下材（cái）料疲（pí）勞（láo）強度均為無應（yīng）力集中（zhōng）時的材料疲勞強度，從而材料潛能得到充分利（lì）用；關鍵構件服役中提前疲勞失（shī）效現象也得以消除，疲勞失效與製造無（wú）關，並達到（dào）極限壽命、極限可靠性（xìng）、極限減重（chóng）。從而提出了“無應（yīng）力集中”抗疲勞（láo）概念：帶有應力集中的構（gòu）件具有無應力集（jí）中時的疲勞強度（dù）。其核心是（shì）從應力集（jí）中視角認識疲（pí）勞問題，從應力集中入（rù）手解決壽命問（wèn）題。遵照這（zhè）一理論研究創新了一係列的抗疲勞製造技術，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、齒輪軸承鋼構件疲勞強度全都達到無應力集中時的疲勞強度，應力集中係數越高疲勞（láo）壽命提高越多，如（rú）應力集中係數Kt=4構件疲勞壽命提高了100倍、甚至1000倍以上。在“無應力集中”抗疲勞概（gài）念指導下機械製造技術走上了（le）抗疲勞製造之路，機（jī）械製造進入了抗疲勞製造新時代。抗疲勞製造（zào）為中國升級轉型高端機（jī）械裝備製（zhì）造提供了保證，為關鍵構件製造強國和機械製造強國開啟了大門。

 

趙院士（shì）最後強（qiáng）調，科學（xué）規（guī）律是創新之（zhī）源，遵守科學規律是創新之本，發現科學規律是創新之魂。尊重科學是中華民族的傳統美（měi）德，傳承（chéng）並發揚這一美德是中華民族偉大複興的希望和保證。