導師序言
鋼鐵材料是一個很奇妙的材料，雖然用途極廣，人人熟悉，并被長期廣泛深入研究，但其多變的、復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和變化過程一直吸引著學術(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度提高數(shù)倍，甚至同樣化學成分的鋼鐵僅僅通過熱處理，強度也可以相差數(shù)倍。除了儲量豐富外，這也是其成為工業(yè)界使用量最大的金屬材料的一個重要原因（中國目前實際鋼產(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)化始終是材料科學研究的核心驅(qū)動力。微觀組織的精確調(diào)控是實現(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程，其機理研究兼具重要的科學意義與工程價值。

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

通覽全書，作者展現(xiàn)了清晰的“由簡入繁”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象，利用高精度的場發(fā)射電子探針顯微分析直接測定生長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)合對界面遷移速率的細致測量，作者定量對比估算出了非共格與半共格兩種不同類型相界面的本征遷移率（后者比前者約小一個數(shù)量級），同時揭示了伴隨魏氏體鐵素體切變長大產(chǎn)生的相變應(yīng)變能（約20 J/mol）。這項工作為整個領(lǐng)域提供了關(guān)于界面本征屬性的關(guān)鍵基準數(shù)據(jù)，為后續(xù)深入理解更復雜體系中界面遷移受阻的機理奠定了堅實基礎(chǔ)。

在奠定二元體系基礎(chǔ)后，作者將目光投向強碳化物形成元素Nb的影響，設(shè)計了循環(huán)相變實驗方案，巧妙地實現(xiàn)了移動α/γ界面與相間析出 NbC顆粒的交互作用。通過精心控制初始條件并結(jié)合熱膨脹儀記錄相變動力學，作者清晰地捕捉到相間析出 NbC 對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素體相變過程中釘扎力對應(yīng)的能量耗散值，分別約為15 J/mol和5 J/mol。

作者進一步系統(tǒng)研究了不同Nb含量合金在750~850℃的鐵素體等溫相變動力學，實現(xiàn)了對同一遷移α/γ界面的晶體學性質(zhì)、能量耗散值及元素偏聚量的準原位、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力學變緩的主要原因。作者將測得的界面移動速率、能量耗散值及Nb偏聚量與溶質(zhì)拖曳理論模型進行了交叉對比分析，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 通過消耗鐵素體中的固溶Nb來削弱溶質(zhì)拖曳效應(yīng)，從而對相變動力學產(chǎn)生了復雜影響。

作為董浩凱同學的博士研究生導師，我見證了他從課題選擇、方案設(shè)計、實驗攻關(guān)到論文撰寫的全過程。他面對高難度實驗的堅韌不拔，面對挫折時的冷靜思考，以及追求、精益求精的態(tài)度，都給我留下了深刻印象。能夠指導如此的學生完成這項高水平的研究工作，是我莫大的榮幸。他是我所指導的研究生中優(yōu)質(zhì)位獲得清華大學博士學位論文的學生，也是首個獲得Acta Materialia期刊頒發(fā)的Acta Student Award獎的清華學生。實際上，董浩凱同學的論文是在清華大學陳浩教授和日本東北大學古原忠教授的具體指導下完成的，借此機會也非常感謝他們的高水平指導和辛勤付出。同時，我也要感謝所有關(guān)心和幫助過董浩凱同學的老師、同學和朋友，沒有你們的支持和幫助，董浩凱同學的博士學位論文不可能取得如此優(yōu)異的成績。

“一流博士生教育體現(xiàn)一流大學人才培養(yǎng)的高度”。董浩凱博士的這項工作，正是清華大學致力于培養(yǎng)具有“獨立之精神，自由之思想”，兼具創(chuàng)新能力與國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)代物理冶金的知識寶庫，也為鋼鐵材料的微觀組織精準調(diào)控和性能優(yōu)化提供了新的科學依據(jù)和實驗支持。

衷心希望本書的出版能促進相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者、研究生的交流與學習，激發(fā)更多創(chuàng)新思想。也祝愿董浩凱博士在未來的科研道路上，繼續(xù)秉持求真務(wù)實的科學精神，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