徐文胜,张文征,

珠光体是钢中常见的组织，以珠光体组织为主的钢种常应用于轨道钢、冷拔钢丝等对耐磨性和强度要求比较高的场合[1,2,3]。珠光体通常呈现渗碳体与铁素体片层相间形貌，前人很早就发现一定区域的珠光体是由2个相互穿插的同一取向铁素体和渗碳体晶体组成，该区域称为珠光体团(colony)[4]，同时一个珠光体区域内(珠光体团簇，group nodules[5])也存在晶体学取向不同的多个珠光体团的情况。珠光体团的晶体学特征得到了透射电子显微镜(TEM)和电子背散射技术(EBSD)观察的证实[6,7,8,9]。珠光体团内两相的晶体学关系是研究珠光体形貌的一个重要因素[10]。珠光体团内铁素体和渗碳体片层间存在可重复的位向关系，但并不是唯一的[6,11]。已报道的位向关系主要有3种，即Bagaryatsky[12]、Isaichev[13]和Pitsch-Petch[14,15]位向关系，如表1[12,13,14,15,16,17]所示。

表1珠光体团内铁素体与渗碳体片层间几种常见位向关系[12,13,14,15,16,17]

Table 1Several common orientation relationships between cementite and ferrite layers inside pearlite colony[12,13,14,15,16,17]

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在650 ℃保温72 h的样品内，珠光体团将继续长大。随着珠光体的生长，同一个珠光体团内的铁素体取向存在明显变化，这意味着两相之间的位向关系不是完全固定的。图4显示了Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温72 h后魏氏渗碳体界面处形核的珠光体团的EBSD结果。图4a是相颜色图，可以区分各相的组成。图4b是对应的IPF (Z轴)取向颜色图，图中魏氏渗碳体与珠光体中的渗碳体取向颜色明显不同。图5a~c是珠光体团内渗碳体(C)及魏氏渗碳体(WC) 3个晶面族的极图。可见，渗碳体片层与魏氏渗碳体的(100)C取向离得近，但是(010)C和(001)C对应的偏差很大，表明魏氏渗碳体没有作为领先相延续成为珠光体内的渗碳体，不符合已报道的先共析渗碳体分支形成珠光体的过程[6,22]。根据图5a~c的数据，珠光体中渗碳体和魏氏渗碳体2部分的取向都存在一些改变，但是这并没有反映在图4b中同一个珠光体团内渗碳体颜色的变化。相反，图4b中的铁素体颜色变化清楚可见，说明取向存在明显变化，一些区域显示的颜色不连续过渡，比如图4b中方框内黄色和浅粉红色。图4c是珠光体区域EBSD图像质量图，铁素体内部的细线暗示了铁素体内部的晶体学缺陷，有不少的片条可以大致平行于片条走向的细线，似乎中间有分层。仔细对照图4c和b分析，可以发现图4c中的铁素体缺陷对应图4b中的颜色不连续位置，说明这些缺陷可能是小角度晶界。图4d是图4b中铁素体部分，为了定量分析取向的改变，依照图4d中方框内界面，使用OIM analysis分析软件选择方框内界面下侧铁素体让它的颜色变成蓝色，允许的角度偏差值在12°以内。换句话说，图4d中蓝色区域中铁素体的取向与方框内下侧的铁素体取向偏差在12°以内。可以看到，紧靠魏氏渗碳体的铁素体以蓝色区域为主，而未标蓝色的区域远离渗碳体，但是右侧同一铁素体分层中蓝色的区域则在远离魏氏渗碳体的一侧。

图4

图4Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温72 h后形核于魏氏渗碳体界面的珠光体团EBSD测量结果

Fig.4EBSD results of a single pearlite colony nucleated on Widmannst?tten cementite plate in Fe-1.29C-13.9Mn steel after heat treatment at 650 ℃ for 72 h (The dashed lines in Figs.4a, b and d show the split of single ferrite layer, which are clear shown in the corresponding rectangulars)

(a) phase figure (b) IPF map (c) image quality map (d) ferrite part of Fig.4b with part of ferrite colored (The scatter of blue part is within 12°)

图5

图5图4中WC、F和C及A所对应的极图

Fig.5Pole figures of F, C, WC and A in Fig.4 (TD—transverse direction, RD—rolling direction, TD and RD are the axis of sample coordinate system in the equipment)

(a) (100)C(b) (010)C(c) (001)C(d) {011}C(e) {210}C(f) {131}F(g) {101}F(h) {111}F(i) {111}A(j) {101}A(k) pole figure of {100}Aand {100}Funder the orientation relationships with the Bain correspondence (K-S, N-W and G-T) and the experimental results

通过极图可以进一步定量分析铁素体取向变化的规律。图5f~h是图4中铁素体(F)的极图，极图内蓝色和黑色数据点分别对应图4d中铁素体标成蓝色和未标蓝色的部分。极图取向的选取没有采用常见的{100}晶面族是为了方便根据表1中的Pitsch-Petch[14,15]等位向关系与渗碳体进行比较。图5f是铁素体{131}F晶面族的极图，整体看来蓝色和黑色部分铁素体取向变化是连续的，但是取向是明确分开的，分层两侧Euler角度离散的最大值为30°。对比图5f和a中相同位置的红色和深绿色虚线圈内铁素体和渗碳体的数据点，可见铁素体的中2个{131}F极点区域分别与2种渗碳体的(100)C接近平行，并且铁素体的大量蓝色数据点与珠光体中渗碳体更为接近，上述平行关系满足New-3[16]或Pitsch-Petch[14,15]位向关系。根据计算可以得到New-3[16]与Pitsch-Petch[14,15]位向关系比较接近，绕接近平行的(100)C/{131}F转动约7.5°，只是不同研究者强调的平行特征不同，下面可以进一步比较。对比图5f与b中对应位置粉红色和深棕色虚线圈内的铁素体和渗碳体数据点，可见铁素体的2个{131}F极点区域分别接近平行2种渗碳体的(010)C，这部分数据基本符合Pitsch-Petch[14,15]位向关系。也就是说，珠光体中一部分铁素体与珠光体中的渗碳体和魏氏渗碳体的位向关系可以描述为Pitsch-Petch[14,15]的2个不同变体。图5g所示为铁素体{101}F晶面族的极图，2个颜色对应铁素体取向的差异十分明显。对比图5g与d中橙色虚线圈内的数据点，可见图5g中{101}F的一个蓝色数据区域与图5d中珠光体中渗碳体的一个{011}C数据区域基本重合，说明铁素体蓝色区域的这部分的数据更符合表1中New-3[16]位向关系描述。对比图5f和c中相同位置黑色虚线圈内的数据极点可以发现，铁素体{131}F的一个黑色区域数据点大致平行于珠光体中渗碳体(001)C，同时对比图5g和e中相同位置深蓝色虚线圈对应的极点可以发现，铁素体{101}F的一个黑色区域数据点大致平行于珠光体中渗碳体的{210}C的一个区域，对照表1可知这部分铁素体黑色区域与渗碳体更符合New-4[16]位向关系。

同样的方法也适用于铁素体与奥氏体母相之间位向关系的统计。图5i和j分别为图4b中奥氏体(A)的{111}A和{101}A晶面族的极图。对比图5g和i中相同位置深绿色虚线圈中的数据点可见，铁素体的一个{101}F面与奥氏体的一个{111}A密排面很接近，说明图4d中铁素体的(101)F和奥氏体的(111)A基本平行。进一步比对会发现，图5g中深绿色圈内极点对应的离散值比较小，黑色点被蓝色点覆盖，大部分在12°以内。为了排除离散角受极图位置的影响，特别分析了图4d中小方框区域的铁素体，发现分层两侧铁素体(101)F极点是重叠的，但是两侧的铁素体围绕(101)F面法向旋转了约17°，说明黑色和蓝色区域铁素体的(101)F面都与奥氏体的(111)A接近平行，它们之间的取向差主要是来自绕平行面法线方向的转动。对比图5h和j可见，图中相同位置2处橙色与紫色虚线圈内{111}F极点与{101}A区域的位置大致重合，说明不同颜色铁素体区域的2个<111>F密排方向分别大致平行于奥氏体的2个<101>A密排方向。不过比较图5i和j可见，只有紫色虚线圈内<111>F蓝色数据点与<101>A的平行的方向在对应平行的{101}F与{111}A的平行面上，说明靠近魏氏渗碳体的蓝色部分铁素体与奥氏体接近K-S[26]位向关系，而生长后期偏离了该位向关系。而<111>F黑色数据并不是在{101}F与{111}A平行条件下另一个K-S[26]位向关系的变体。上述关系也可以通过与标准极图比较看出，将极图中奥氏体(100)A的极点转至正中央[33]，图5k显示了图4中铁素体与奥氏体之间的位向关系和常见维持Bain[34]相关关系的典型位向关系，即K-S[26]、N-W[27,28]及G-T[35]位向关系。图中可见由K-S[26]和N-W[27,28]位向关系构成的所谓Bain域[36,37]。比较测量的位向关系和理想位向关系，注意到铁素体的蓝色数据点离Bain域较近，而黑色数据点明显更远离Bain域，这似乎意味着铁素体和奥氏体之间的位向关系存在随着珠光体生长偏离Bain[34]相关关系的倾向。

尽管上述分析携带一定程度的误差，仍然可以得到下面半定量的结论。珠光体中的铁素体发生分层，蓝色区域铁素体贴近魏氏渗碳体，它们之间的位向关系接近Pitsch-Petch[14,15]位向关系。分层的铁素体与邻近的渗碳体片层保持不同的位向关系，蓝色区域铁素体与珠光体内渗碳体大致保持New-3[16]位向关系，而黑色区域的铁素体与珠光体内渗碳体大致保持New-4[16]位向关系。蓝色区域铁素体与奥氏体之间接近择优的K-S[26]位向关系，黑色区域与奥氏体之间的位向关系偏离Bain域较远。魏氏渗碳体和奥氏体之间存在F-E[30]位向关系，这与已有结果吻合[38]，故未做具体分析，但是珠光体中的渗碳体与奥氏体之间的位向关系未见报道，也可能是不择优的。分析结果表明，对于这一个珠光体团，铁素体作为领先相的可能性很大，这与来自图3中Colony 3的结论相同。除了珠光体内的铁素体，注意到珠光体团前端奥氏体的取向也发生改变，这可以从图5i和j中数据点的离散可见。此外，图4b中右侧相变前沿奥氏体颜色随珠光体片层变化反映了相变前沿局部奥氏体畸变，说明奥氏体中应变与界面附近的相变应变场相关，仔细观察可见渗碳体前沿的颜色变化更为显著，而铁素体前端颜色更接近远处奥氏体颜色，说明铁素体分层可能起了相变应变场抵消的作用。应变场的传递通常要求界面存在相当大程度的匹配，因此，至少对于这一个珠光体团而言，珠光体转变未必通过通常以为的非共格界面迁移进行，这个结论需要界面精细结构的深入研究来证实，其普适性有待于更多数据的验证，以及进一步定量表征和理论分析。

在650 ℃保温72 h的样品内，很多情况下同一个珠光体团簇内存在晶体学取向不同的若干个珠光体团，图6显示了分别形核于魏氏渗碳体及晶界渗碳体界面的2个珠光体团簇例子。图6a和c是2个团簇的相颜色图，图6b和d为对应区域的IPF (Z轴)图。图6b中的珠光体团簇形核于魏氏渗碳体的两侧，珠光体团I和III中渗碳体片层与魏氏渗碳体的晶体学取向明显不一致，珠光体团II内渗碳体与魏氏渗碳体偏差约10°，因此两者颜色比较相近。右侧虚线分隔开的2个珠光体团I和II之间的形貌和取向明显不连续。基于EBSD数据计算(如表3所示)和极图可知，珠光体团I内铁素体与渗碳体保持Bagaryatsky[12]位向关系，而铁素体片层与魏氏渗碳体或是奥氏体、以及渗碳体片层与奥氏体间的位向关系都未见报道，因此难以确定领先相，这结果说明Bagaryatsky[12]位向关系不是必须以渗碳体是领先相作为前提。珠光体团II内铁素体片层与渗碳体保持Pitsch-Petch[14,15]位向关系，界面处铁素体片层与奥氏体之间的取向接近K-S[26]位向关系，铁素体片层与魏氏渗碳体以及渗碳体片层与奥氏体间的位向关系是不常见的，说明领先相是铁素体的可能性很大。珠光体团III内铁素体与渗碳体片层保持New-2[16]位向关系，铁素体与奥氏体的取向为近K-S[26]位向关系，而铁素体片层与魏氏渗碳体、以及渗碳体片层与奥氏体间的位向关系是不常见的，这也再次说明领先相是铁素体的可能性很大。正如图4和5的情况，有可能早期形核铁素体与奥氏体的位向关系更接近K-S[26]位向关系，珠光体长大过程中铁素体的取向逐渐变化导致生长前沿奥氏体与铁素体之间的位向关系逐步偏离K-S[26]位向关系，鉴于这种偏离，将偏转角在15°范围内都视为近K-S[26]位向关系。

图6

图6Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温72 h后2个珠光体区域EBSD测量结果

Fig.6EBSD results of pearlite group nodules nucleated on WC (a, b) and GC (c, d) in Fe-1.29C-13.9Mn steel after heat treatment at 650 ℃ for 72 h

(a, c) phase maps with different colors

(b, d) IPF color maps of the pearlite group nodules (I~VI are pearlite colonies with different orientation inside the pearlite group nodules)

表3图6中F、C、GC、WC以及A之间的晶体学位向关系

Table 3Orientation relationships between F, C, GC, WC and A in Fig.6

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图6c和d显示了形核于晶界渗碳体的珠光体团簇内各相颜色及IPF (Z轴)取向颜色图。晶界渗碳体左侧珠光体团IV中渗碳体片层的取向与晶界渗碳体的取向不一致。基于EBSD数据计算(如表3所示)及极图可知，图6d中珠光体团IV内铁素体与渗碳体保持Pitsch-Petch[14,15]位向关系，铁素体与晶界渗碳体保持Bagaryatsky[12]位向关系，铁素体片层与所在奥氏体保持的位向关系接近K-S[26]位向关系，而渗碳体片层与奥氏体之间的位向关系未见报道。上述结果表明，珠光体团IV中依附在晶界渗碳体形核的珠光体领先相很可能是铁素体。珠光体团V和VI中珠光体内渗碳体片层与晶界渗碳体的取向大致相同，说明晶界先共析渗碳体外延生长为珠光体内渗碳体，此时可以认为渗碳体是领先相。珠光体团V和VI内铁素体与渗碳体也保持Pitsch-Petch[14,15]位向关系，2个区域内铁素体都与所在奥氏体晶粒接近K-S[26]位向关系。但是同一个奥氏体晶粒内珠光体团IV和V内的铁素体取向是不一致的，图7a~d分别对应图6d中左侧珠光体团IV和V内铁素体{101}F和{111}F极图，以及左侧珠光体生长进入的晶粒内奥氏体的{111}A和{101}A极图。图7a和b中黑色部分数据点对应珠光体团IV内铁素体，蓝色部分对应珠光体团V中铁素体。采用图5中的分析方法，发现2个珠光体团内的铁素体与奥氏体保持近K-S[26]位向关系的2个互为孪晶的变体。2个变体中铁素体与奥氏体大致平行的密排方向是一致的(见图7b和d中虚线圈)，它们大致平行的密排面也相同(见图7a和c中不同颜色的虚线圈)。上述结果进一步表明，奥氏体与铁素体之间有很强的形成择优位向关系的趋势，似乎意味着铁素体作为领先相形核是影响珠光体晶体学的关键，在奥氏体与铁素体之间形成择优位向关系的前提下，如果铁素体碰巧也可以与先共析渗碳体之间维持珠光体要求的择优位向关系，那么先共析渗碳体可以延续到珠光体内，这要求奥氏体正好与晶界渗碳体具有特殊的位向关系，这种情况下，虽然同样可以根据奥氏体与铁素体之间的择优位向关系视铁素体为领先相，但将先共析渗碳体视为领先相更合理。

图7

图7图6中珠光体团簇内铁素体与左侧晶粒内奥氏体基体的极图

Fig.7Pole figures of pearlitic ferrite and austenite matrix in Fig.6 (ND—normal direction)

(a, b) pole figures {101}Fand {111}Fof pearlitic ferrite in Fig.6d (The black and blue parts are corresponding to the pearlitic ferrite in colonies IV and V, respectively) (c, d) pole figures {111}Aand {101}Aof the austenite in left grain

为了考察测试结果的统计性意义，本工作应用EBSD针对650 ℃热处理72 h的样品共测量了14个形核于先共析渗碳体界面的珠光体团和团簇内各部分晶体学信息，测量结果汇总在表4中。No.1~No.9为珠光体形核于魏氏渗碳体，No.10~No.14为珠光体形核于晶界渗碳体。可以看到，绝大多数珠光体团内渗碳体与铁素体保持可重复的某种位向关系。测试表明，先共析渗碳体(包括魏氏渗碳体和晶界渗碳体)与奥氏体之间的位向关系往往保持常见的F-E[30]和Pitsch[29]位向关系，也观察到新的可重复位向关系(New OR)[39]。从表4中可见，大多数珠光体内铁素体形成具有择优自由，这表现在铁素体与所在奥氏体或晶界背面奥氏体之间的位向关系往往接近K-S[26]位向关系 (表4中如果偏离角<5°表达为K-S，如果偏离角>5°同时<15°表达为Near K-S)，特别是对于同一个珠光体团簇内的不同区域，例如No.8、No.9、No.12~No.14的珠光体团簇包含若干晶体学取向不同的珠光体团，不同珠光体团内铁素体与奥氏体之间的位向关系都接近K-S[26]位向关系，不同位置可以出现铁素体与奥氏体之间K-S[26]位向关系的不同变体，从而导致了不同的珠光体内两相的位向关系，以及与此相关珠光体片层间取向差异。珠光体内铁素体和先共析渗碳体之间可以保持特定位向关系也可以是未见报道的(或称随机的)。相反，表4中数据反映珠光体中渗碳体与魏氏渗碳体之间无明显关系，没有观察到可以连续的情况，珠光体内渗碳体与奥氏体之间的位向关系往往是未见报道的(可能是随机的)。上述分析可以基本排除魏氏渗碳体作为领先相外延生长的情况，虽然魏氏渗碳体为珠光体提供了异质形核位置，但是珠光体的晶体学取向主要受作为领先相的铁素体与奥氏体之间界面择优的支配，有的情况下(例如No.8中的一个珠光体团)，铁素体与魏氏渗碳体具有择优位向关系，而与奥氏体之间偏离已知的择优位向关系，但铁素体作为领先相的可能性仍然很大。依附于魏氏渗碳体形核的个别珠光体内铁素体与奥氏体的位向关系也出现完全偏离了K-S[26]位向关系的情况，此时铁素体取向可能由于受生长后期铁素体影响导致取向严重偏离形核的择优位向关系或者存在未知择优位向关系。

表4先共析渗碳体界面形核珠光体内铁素体片层、珠光体内渗碳体片层、先共析渗碳体以及奥氏体基体间不同的位向关系EBSD测量结果

Table 4EBSD results of different orientation relationships between C and F, proeutectoid cementite, and A for the pearlite colonies nucleated on proeutectoid cementite

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当珠光体在晶界渗碳体形核时珠光体中两相与背靠奥氏体保持择优关系的比例明显大于所在奥氏体晶粒，这似乎表明珠光体更倾向往没有择优位向关系的奥氏体晶粒生长，此时多数测试结果表明珠光体内渗碳体与晶界渗碳体连续。珠光体内渗碳体通常与背靠奥氏体保持择优位向关系，珠光体内铁素体也往往与背靠奥氏体保持K-S[26](I)位向关系，后缀(I)表示铁素体与背靠奥氏体而不是生长进入的奥氏体保持K-S[26]位向关系。此时铁素体与晶界渗碳体间保持特定的位向关系，并且生长进入另一个与其没有择优位向关系的奥氏体晶粒，珠光体中的渗碳体与铁素体会保持上述择优位向关系。注意个别珠光体内铁素体与奥氏体的位向关系完全偏离了K-S[26]位向关系，因此不排除铁素体依附于晶界渗碳体形核的情况。由于珠光体渗碳体与晶界渗碳体取向一致，晶界渗碳体自然被认为是领先相。铁素体与背靠奥氏体保持K-S[26]位向关系意味着珠光体必须要与背靠奥氏体接触，也就是晶界渗碳体不能完全隔绝2个晶粒，此时铁素体在晶界渗碳体的空隙处形核，与背靠奥氏体保持择优位向关系，也有可能是奥氏体直接在干净的晶界上分解形成珠光体，因为当珠光体内渗碳体与晶界渗碳体取向一致时，很难去确认晶界附近的渗碳体是先共析渗碳体，因为此时两者的形貌和晶体学都十分相似。当珠光体内渗碳体与晶界渗碳体取向不一致时，可以明确区分珠光体内渗碳体与晶界渗碳体，此时珠光体内铁素体往往与所在奥氏体而不是背靠奥氏体保持近K-S位向关系[26]，铁素体与珠光体内部渗碳体及晶界渗碳体可以分别保持不同的择优位向关系或是相同位向关系的不同变体，晶界渗碳体类似于魏氏渗碳体只是提供一个形核位置，类似于在魏氏渗碳体上形核的情况，铁素体的择优可能是支配因素，它是领先相的可能性比较大。

3讨论

本研究观察到在晶界或晶内(魏氏)先共析渗碳体上形核的珠光体团内部铁素体与渗碳体之间通常可以保持已报道的Pitsch-Petch[14,15]、Bagaryatsky[12]以及Isaichev[13]等位向关系。通过计算发现几种已报道的New-2、New-3和New-4位向关系[16,17]都比较接近Pitsch-Petch[14,15]位向关系(<9°)，考虑到珠光体生长过程中铁素体存在较大的取向变化，如果把3种New位向关系都视作Pitsch-Petch[14,15]位向关系的拓展，那么本体系中Pitsch-Petch[14,15]位向关系占的比例会比较大，而Bagaryatsky[12](以及其邻近的Isaichev[13])位向关系的比例相对较小。从本工作的结果统计来看，绝大多数情况下铁素体与奥氏体(和先共析渗碳体)存在择优位向关系，说明其择优形核是珠光体晶体学形成的择优影响因素。

当珠光体在魏氏渗碳体界面形核时，魏氏渗碳体的取向与珠光体中的渗碳体是不连续的。大多数情况下，铁素体与奥氏体保持K-S[26]或接近K-S[26]位向关系，有时候铁素体与渗碳体可以同时保持Pitsch-Petch[14,15]等择优位向关系，而渗碳体与奥氏体的位向关系未见报道，因此可以确定铁素体为领先相。理论上，当魏氏渗碳体与奥氏体保持Pitsch[29]位向关系时，可能会出现魏氏渗碳体与珠光体渗碳体取向一致的情况，此时正如 Darken和Fisher[40]假设的那样，铁素体与魏氏渗碳体及珠光体内渗碳体保持Isaichev[13]位向关系，铁素体与奥氏体保持K-S[26]位向关系，此时铁素体、渗碳体及奥氏体相互之间都保持择优位向关系。虽然本工作测量结果中存在铁素体、渗碳体及奥氏体相互之间都保持择优位向关系的情况，比如表4中No.3，但是魏氏渗碳体与珠光体渗碳体取向并不一致。这可能是由于渗碳体的惯习面十分稳定难以凸起分叉作为珠光体领先相的位置。

当珠光体在晶界渗碳体界面形核时，与已有报道[6,22]部分一致，即晶界渗碳体可以外延形成珠光体内渗碳体，可以认为渗碳体为领先相。不过Mangan和Shiflet[22]的结果中，当珠光体在晶界渗碳体形核时，珠光体中渗碳体与铁素体只保持Pitsch-Petch[14,15]位向关系，但未给出铁素体与奥氏体之间的位向关系。本工作中珠光体内部两相的位向关系不一定是Pitsch-Petch[14,15]位向关系，晶界渗碳体不都可以外延形成珠光体内渗碳体。珠光体中的渗碳体与晶界渗碳体的晶体学取向一致的情况往往伴随着铁素体与背靠奥氏体之间的位向关系保持近K-S[26]位向关系，说明晶界渗碳体尚未完全隔绝2个奥氏体晶粒。不过，珠光体中的渗碳体与晶界渗碳体的晶体学取向一致时，铁素体也可能与生长进入的奥氏体之间保持接近K-S[26]位向关系。当珠光体中的渗碳体与晶界渗碳体的晶体学取向不一致时，铁素体总是与生长进入的奥氏体之间的位向关系接近K-S[26]位向关系，此时珠光体的晶体学主要由铁素体的择优选择来支配。

前面的分析主要基于晶体学，先共析渗碳体附近的成分分布是影响形核热力学的重要因素。在长时间保温过程中先共析渗碳体的析出会使其附近奥氏体基体中C和Mn的浓度降低，图8为Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温72 h后垂直魏氏渗碳体片两侧Mn和Fe元素分布。可以看出，先共析渗碳体Mn含量较高，而在魏氏渗碳体片两侧存在C和Mn元素的贫瘠区，成为铁素体的优先形核的区域。

图8

图8Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温72 h后垂直魏氏渗碳体片两侧Mn和Fe元素分布

Fig.8Distributions of the Mn and Fe elements vertical to the Widmannst?tten cementite plate in Fe-1.29C-13.9Mn steel after heat treatment at 650 ℃ for 72 h

4结论

(1) 依附于魏氏渗碳体形核的珠光体的领先相是铁素体，魏氏渗碳体不能长入珠光体。铁素体与奥氏体之间的位向关系通常在K-S位向关系附近，珠光体内铁素体与渗碳体之间的位向关系往往存在已知的择优位向关系，铁素体与魏氏渗碳体间可能也存在择优位向关系，但是珠光体内渗碳体与奥氏体基体的位向关系通常不是择优。

(2) 依附于晶界渗碳体形核的珠光体的领先相存在2种可能。晶界先共析渗碳体会延续进入珠光体，此时铁素体往往与背靠奥氏体保持接近K-S位向关系，这时可以视先共析渗碳体为领先相。某些情况下珠光体内渗碳体与晶界渗碳体取向不一致，此时铁素体往往与所在奥氏体保持接近K-S位向关系，这时铁素体可能是珠光体的领先相。

(3) 实验表征了铁素体和渗碳体片层之间的多种位向关系，并未发现数量特别占优的位向关系以及领先相和上述位向关系之间的一一关联。依附于同一先共析渗碳体形核的珠光体团簇内往往存在多个生长取向不一致的区域，它们对应不同铁素体和渗碳体片层之间的不同位向关系或者相同位向关系的不同变体。

(4) 单一分区珠光体团内同一个铁素体片层可能存在较大的取向偏差，并随珠光体生长而增加，可能导致铁素体以小角晶界分层的现象，及分层铁素体与相邻渗碳体间不同的位向关系。奥氏体在靠近珠光体界面附近存在明显畸变，暗示珠光体形成伴随着相当大的相变应力场。

来源--金属学报