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自上世纪50年代McLean建立平衡晶界偏聚理论以来，仍有若干晶界偏聚的经典实验结果不能得到解释，已困扰材料学界百年的钢的回火脆性和金属与合金中温脆性这两大晶界脆性难题，也没获得解决。
80年代起，在国家自然科学基金重点项目和面上项目的资助下，钢铁研究总院徐庭栋，系统研究了晶界、空位和溶质原子交互作用引起晶界结构和成分的变化规律，建立了非平衡晶界偏聚的动力学理论体系。主要研究内容和创新为：
1．创建了热循环引起的溶质非平衡晶界偏聚动力学理论，包括实验发现临界时间现象，给出临界时间公式，建立了热力学和动力学方程，提出临界冷却速率概念，给出平衡偏聚和非平衡偏聚关系的模型，成功地解释了若干经典的晶界偏聚实验结果。一些国际文献称此为Xu
Tingdong模型。
2．发现非平衡晶界共偏聚现象，给出表述此现象的热力学解析表达式。是对Guttmann共偏聚理论的重大发展，为微合金化技术提供了新的理论基础。
3．以非平衡偏聚为基础，提出了普遍的晶界脆性机理。将钢的回火脆性和金属与合金的中温脆性的发生机理，统一在非平衡偏聚理论基础上(见图2-7)，是材料强韧化基础研究的突破性进展。
4．发现多晶材料在弹性应力作用下晶界滞弹性弛豫的微观机制。张应力引起晶界吸收基体的空位，引发溶质非平衡晶界偏聚，压应力引起晶界发射空位，引发溶质非平衡晶界贫化。建立了描述此物理过程的晶界区应力平衡的结构方程和成分方程，以及晶界偏聚和贫化的动力学方程。创建了表述弹性应力引起晶界微观结构和成分变化的新理论。为材料力学性质的研究开辟了一个新的研究方向，成为材料科学与工程研究的一个新生长点。
以上成果共发表论文80余篇，检索的35篇论文被引用2153次以上，其中他人引用1506次以上。10篇代表论文被他人引用1107次以上，3篇单篇他人引用超过百次的是230，228，156次。徐庭栋应国际材料学界权威期刊Progress
in Materials Science之邀，用一期100页的篇幅专门总结和评述了本项目的上述成就。
该研究解决了金属结构材料微观结构和强韧化这一传统经典领域的实验和理论认识的一系列难题，推动了材料科学与工程的发展。研究成果被评为2008年度国家自然科学奖二等奖。 |
