導(dǎo)師序言
鋼鐵材料是一個(gè)很奇妙的材料，雖然用途極廣，人人熟悉，并被長(zhǎng)期廣泛深入研究，但其多變的、復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和變化過(guò)程一直吸引著學(xué)術(shù)界的廣泛興趣，而且還有著很多未解之謎。在純鐵中加入千分之幾的碳就可以把其強(qiáng)度提高數(shù)倍，甚至同樣化學(xué)成分的鋼鐵僅僅通過(guò)熱處理，強(qiáng)度也可以相差數(shù)倍。除了儲(chǔ)量豐富外，這也是其成為工業(yè)界使用量最大的金屬材料的一個(gè)重要原因（中國(guó)目前實(shí)際鋼產(chǎn)量接近每年人均1 t）。作為現(xiàn)代工業(yè)的基石，其性能的持續(xù)提升優(yōu)化始終是材料科學(xué)研究的核心驅(qū)動(dòng)力。微觀組織的精確調(diào)控是實(shí)現(xiàn)鋼鐵材料高性能化的關(guān)鍵，而固態(tài)相變作為理解組織演變的核心物理過(guò)程，其機(jī)理研究兼具重要的科學(xué)意義與工程價(jià)值。

在眾多影響鋼鐵相變的因素中，合金元素的作用尤為復(fù)雜，特別是強(qiáng)碳化物形成元素（如 Nb、V、Ti）在界面處的偏聚與相間析出行為，因涉及熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、晶體學(xué)等多尺度、多物理場(chǎng)的強(qiáng)耦合作用，成為物理冶金領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)的研究難點(diǎn)和前沿?zé)狳c(diǎn)。董浩凱博士的論文以此為切入點(diǎn)，聚焦于“合金元素偏聚與析出對(duì)鋼中奧氏體/鐵素體（α/γ）界面遷移行為的影響”，開(kāi)展了一系列系統(tǒng)而深入的研究，取得了階段性的創(chuàng)新成果。其論文入選“清華大學(xué)博士學(xué)位論文叢書(shū)”，實(shí)至名歸。

通覽全書(shū)，作者展現(xiàn)了清晰的“由簡(jiǎn)入繁”研究思路。他首先回歸基礎(chǔ)，以高純 Fe�睠 二元模型合金為研究對(duì)象，利用高精度的場(chǎng)發(fā)射電子探針顯微分析直接測(cè)定生長(zhǎng)中的仿晶界鐵素體與魏氏體鐵素體前沿奧氏體中的碳濃度。這一關(guān)鍵數(shù)據(jù)使得能量耗散值的精確估算成為可能。結(jié)合對(duì)界面遷移速率的細(xì)致測(cè)量，作者定量對(duì)比估算出了非共格與半共格兩種不同類(lèi)型相界面的本征遷移率（后者比前者約小一個(gè)數(shù)量級(jí)），同時(shí)揭示了伴隨魏氏體鐵素體切變長(zhǎng)大產(chǎn)生的相變應(yīng)變能（約20 J/mol）。這項(xiàng)工作為整個(gè)領(lǐng)域提供了關(guān)于界面本征屬性的關(guān)鍵基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，為后續(xù)深入理解更復(fù)雜體系中界面遷移受阻的機(jī)理奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在奠定二元體系基礎(chǔ)后，作者將目光投向強(qiáng)碳化物形成元素Nb的影響，設(shè)計(jì)了循環(huán)相變實(shí)驗(yàn)方案，巧妙地實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)α/γ界面與相間析出 NbC顆粒的交互作用。通過(guò)精心控制初始條件并結(jié)合熱膨脹儀記錄相變動(dòng)力學(xué)，作者清晰地捕捉到相間析出 NbC 對(duì)界面遷移的顯著釘扎效應(yīng)，表現(xiàn)為相變起始溫度的滯后。運(yùn)用界面處吉布斯自由能守恒模型，作者定量估算出了正逆奧氏體�茶F素體相變過(guò)程中釘扎力對(duì)應(yīng)的能量耗散值，分別約為15 J/mol和5 J/mol。

作者進(jìn)一步系統(tǒng)研究了不同Nb含量合金在750~850℃的鐵素體等溫相變動(dòng)力學(xué)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)同一遷移α/γ界面的晶體學(xué)性質(zhì)、能量耗散值及元素偏聚量的準(zhǔn)原位、多尺度、全方位的定量分析，提出了Nb在非共格界面上的顯著偏聚是引起相變動(dòng)力學(xué)變緩的主要原因。作者將測(cè)得的界面移動(dòng)速率、能量耗散值及Nb偏聚量與溶質(zhì)拖曳理論模型進(jìn)行了交叉對(duì)比分析，定量揭示了它們之間的物理聯(lián)系，并優(yōu)化確定了 Nb 的界面偏聚能和跨界面擴(kuò)散系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)。此外，研究發(fā)現(xiàn)，伴隨的相間析出 NbC 通過(guò)消耗鐵素體中的固溶Nb來(lái)削弱溶質(zhì)拖曳效應(yīng)，從而對(duì)相變動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生了復(fù)雜影響。

作為董浩凱同學(xué)的博士研究生導(dǎo)師，我見(jiàn)證了他從課題選擇、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)攻關(guān)到論文撰寫(xiě)的全過(guò)程。他面對(duì)高難度實(shí)驗(yàn)的堅(jiān)韌不拔，面對(duì)挫折時(shí)的冷靜思考，以及追求、精益求精的態(tài)度，都給我留下了深刻印象。能夠指導(dǎo)如此的學(xué)生完成這項(xiàng)高水平的研究工作，是我莫大的榮幸。他是我所指導(dǎo)的研究生中優(yōu)質(zhì)位獲得清華大學(xué)博士學(xué)位論文的學(xué)生，也是首個(gè)獲得Acta Materialia期刊頒發(fā)的Acta Student Award獎(jiǎng)的清華學(xué)生。實(shí)際上，董浩凱同學(xué)的論文是在清華大學(xué)陳浩教授和日本東北大學(xué)古原忠教授的具體指導(dǎo)下完成的，借此機(jī)會(huì)也非常感謝他們的高水平指導(dǎo)和辛勤付出。同時(shí)，我也要感謝所有關(guān)心和幫助過(guò)董浩凱同學(xué)的老師、同學(xué)和朋友，沒(méi)有你們的支持和幫助，董浩凱同學(xué)的博士學(xué)位論文不可能取得如此優(yōu)異的成績(jī)。

“一流博士生教育體現(xiàn)一流大學(xué)人才培養(yǎng)的高度”。董浩凱博士的這項(xiàng)工作，正是清華大學(xué)致力于培養(yǎng)具有“獨(dú)立之精神，自由之思想”，兼具創(chuàng)新能力與國(guó)際視野的頂尖人才的成功例證。他的研究成果不僅豐富了現(xiàn)代物理冶金的知識(shí)寶庫(kù)，也為鋼鐵材料的微觀組織精準(zhǔn)調(diào)控和性能優(yōu)化提供了新的科學(xué)依據(jù)和實(shí)驗(yàn)支持。

衷心希望本書(shū)的出版能促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者、研究生的交流與學(xué)習(xí)，激發(fā)更多創(chuàng)新思想。也祝愿董浩凱博士在未來(lái)的科研道路上，繼續(xù)秉持求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神，勇攀高峰，取得更加輝煌的成就！
楊志剛
2025年7月1日于清華園