“材料科学与不锈钢管工程”四面体的启示

 

 

20世纪60年代初，美国的Cohen教授在提倡建立“材料科学与工程”学科时，为形象地说明这个学科的内涵，把材料的成分/结构、合成/加工、性质（Properties）、服役性能（Performance）画成一个四面体，如下图所示。前三者构成底面的三角形，后者是四面体的顶点。Cohen的“四面体”突出和强调在特定服役条件下材料的服役性能。国际材料科学界对Cohen教授的“四面体”模式有极高的评价，认为它推动了材料科学和相关的航空、航天与装备制造业突飞猛进的发展，具有里程碑的意义。

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无缝和焊接奥氏体不锈钢管
ASTM A790
一般用途铁素体/奥氏体不锈钢无缝和焊接钢管
ASME SA213
锅炉、过热器和换热器用无缝铁素体和奥氏体合金钢管子
ASME SA249
锅炉、过热器换热器和冷凝器用焊接奥氏体钢管子
ASME SA789
一般用途无缝和焊接铁素体/奥氏体不锈钢管子
GB/T14976-2002
流体输送用不锈钢无缝钢管
GB/T12771-2008
流体输送用不锈钢焊接管
高温用电熔化焊奥氏体铬一镍合金钢管
无缝和焊接奥氏体不锈钢公称管

Cohen教授“材料科学与工程”四面体的内涵有两个方面：

（1）某一机件的材料，要从服役条件出发，确定材料需要具备的服役性能；

（2）研究该服役性能与材料的成分/结构、合成/加工、性质（材料的基本性能）的关系。

其实，西安交通大学周惠久院士早在上世纪50年代就提出了“从服役条件出发”的学术思想。周先生在他的《金属材料强度学》等著作中强调指出：“从一种机件或构件的具体服役条件出发，通过典型的失效分析，找出造成材料失效的主导因素，确立衡量材料对此种失效抗力的判据（即相应的强度性能指标），据此选择最合适的材料成分、组织、状态及相应的加工、处理工艺，从材料的角度保证机件的短时承载能力和长期使用寿命……”。

周先生这里所说的失效抗力判据，在他的其他著作中又称“服役性能”。可见，周惠久院士“从服役条件出发”的思路与Cohen教授的“材料科学与工程”四面体是异曲同工的。

1999年，我们将石油管的工程应用与应用基础研究概括为“石油管工程”是受Cohen的“材料科学与工程”四面体的内涵的启示，同时也是受周惠久学术思想的影响。