本项目属于材料加工工程科学领域。大多金属材料在加工过程中均涉及固态相变，其动力学决定相变发生、发展及最终产物类型、形态及尺度等特征，也决定了材料最终服役性能。随非平衡加工技术的快速发展，金属材料固态相变的复杂性也不断提高，如何不依赖于经验而准确描述并有效控制这一过程成为本科学领域的挑战性难题，也是我国重要装备制造领域迫切需要解决的关键科学问题之一。在国家自然科学基金杰项目、重点、面上、青年项目等资助下，本项目历经15年系统深入研究，在非平衡材料固态相变理论方面取得了突破性进展，推动了金属材料热加工工程学科的发展。主要发现点如下：

    （1）建立了综合考虑扩展等动力学和热力学效应的固态相变动力学模型以准确描述相变机理。从非平衡金属材料固态相变的复杂性出发，扩展了传统等动力学原理，建立了耦合热力学效应的固态相变动力学框架，提出了耦合热力学驱动力变化的纳米晶长大热-动力学模型，实现了金属材料热加工所涉及固态相变过程的准确描述。

    （2）揭示了非平衡凝固和固态相变共同作用下的微观组织演化规律以准确预测组织形成。将非平衡凝固组织热力学状态与固态相变动力学过程耦合，阐明了非平衡凝固对后续固态相变的影响机理，建立了非平衡凝固效应下的晶粒细化模型，通过非平衡凝固组织热力学状态与固态析出动力学过程的耦合，实现了DD3高温合金非平衡凝固与固态相变的一体化调控。

    （3）提出了基于热力学/动力学参数协同变化的相变路径设计方法以准确控制相变过程。考虑非平衡金属材料热加工过程中热/动力学的协同变化，提出了金属微观缺陷热-动力学复合稳定化方法，实现了纳米晶材料晶界稳定性及塑性变形位错稳定性的调控，提出了面向复杂工艺流程的组织控制和相变路径设计新方法，成功应用于工程合金及高性能铁基纳米软磁材料的加工制备。

    本项目开拓出"非平衡相变过程控制与组织形成理论"的新学科增长点，在本领域重要国际期刊发表SCI论文113篇，其中一区38篇，二区33篇，在世界青年科学家大会等重要学术会议做邀请报告20余次。20篇代表论文包括金属材料领域最具影响力期刊Acta Materialia（IF=5.058）9篇、Scripta Materialia（IF=3.305）3篇；研究成果被日本国家材料研究院K. Hono（Scripta Mater主编）、美国卡耐基梅隆大学D.E. Laughlin（Metal Mater Trans A主编）、凝固领域权威学者M. Rappaz等所著的12篇综述或专著22次成段引用；被美、德、英、法、日等46个国家和地区，MIT、马普所、橡树岭国家实验室等415所研究机构的1004位学者（含国内7位院士、7位长江或杰青），在Science、Nature Communication、JACS、Acta Mater等高度评价和广泛他引371次，SCI他引346次。Sandia国家实验室材料学部主任E.A. Holm结合本成果，在Science上撰文揭示了纯金属晶粒长大停止的本质；K. Hono和D.E. Laughlin在权威专著《Physical Metallurgy》第五版中指出，本成果证实氢与位错交互作用可导致位错密度增大的理论观点；M. Rappaz在权威专著《Solidification》中将本成果作为包晶合金组织微观偏析的例证；代表论文6和20入选ESI高被引论文。项目执行期内，项目主持人获批国家杰出青年科学基金、获聘长江学者特聘教授、入选中组部万人计划领军人才；项目第二完成人获德国洪堡奖学金。