一般成分均匀的奥氏体高温转变产物都为片状珠光体，只有在A₁附近的温度范围内保温足够长的时间才可能使片状渗碳体球化，得到粒状珠光体。

图2-6 铁碳合金中铁素体（F）、

奥氏体（A）及渗碳体（Fe₃C）在A₁点以下的吉布斯自由能状态图

珠光体的形成过程包含两个同时进行的过程：一个是碳的扩散过程，生成高碳的渗碳体和低碳的铁素体；另一个是晶体的点阵重构过程，由面心立方点阵的奥氏体转变成体心立方点阵的铁素体和复杂斜方点阵的渗碳体。

1.珠光体转变的领先相

珠光体相变符合一般的相变规律，是一个形核及核长大的过程。由于珠光体是由两个相组成的，因此成核有领先相问题。那么晶核究竟是铁素体还是渗碳体呢？很明显，铁素体和渗碳体在同一微小区域同时出现的可能性是很小的。这个问题由于很难通过试验来直接验证，所以到目前为止，还没有一个统一的认识。某些研究认为，珠光体形成的领先相因相变发生的温度和奥氏体成分的不同而异，过冷度小时渗碳体是领先相，过冷度大时铁素体是领先相；在亚共析钢中铁素体是领先相，在过共析钢中渗碳体是领先相，而在共析钢中渗碳体和铁素体作领先相的趋势是相同的。但是，一般认为共析钢中珠光体形成时的领先相是渗碳体，其原因如下：

1）珠光体中的渗碳体与从奥氏体中析出的先共析渗碳体的晶体位向相同，而珠光体中的铁素体与直接从奥氏体中析出的先共析铁素体的晶体位向不同。

2）珠光体中的渗碳体与共析转变前产生的渗碳体在组织上常常是连续的，而珠光体中的铁素体与共析转变前产生的铁素体在组织上常常是不连续的。

3）奥氏体中未溶解的渗碳体有促进珠光体形成的作用，而先共析铁素体的存在对珠光体的形成则无明显的影响。(www.daowen.com)

2.片状珠光体的形成机理

当奥氏体过冷到A₁以下，发生珠光体转变时，其晶核多半产生在奥氏体的晶界上或其他晶体缺陷（如位错）比较密集的区域。因为这些部位有利于产生能量、成分和结构起伏，晶核就在这些高能量、接近渗碳体的碳质量分数和类似渗碳体晶体点阵的区域产生。图2-7是片状珠光体形成过程示意图。由于能量、成分和结构的起伏，首先在奥氏体晶界上产生一小片渗碳体（晶核）。这样的晶核，一方面为渗碳体成长提供碳原子的面积大，另一方面形成渗碳体所需要的碳原子扩散距离缩短。这种片状珠光体晶核，不仅向纵的方向长大，而且向横的方向长大，如图2-7a所示。渗碳体横向长大时，吸收了两侧的碳原子，而使其两侧的奥氏体碳质量分数降低，当碳质量分数降低到足以形成铁素体时，就在渗碳体两侧出现铁素体片，如图2-7b所示。新生成的铁素体片，除了伴随渗碳体向纵向长大外，也向横向长大。铁素体横向长大时，必然要向侧面的奥氏体中排除多余的碳，因而使侧面奥氏体的碳浓度增大，这就促使了另一片渗碳体的形成，出现新的渗碳体片。如此连续下去，就会形成许多铁素体-渗碳体相间的片层。珠光体的横向长大，主要是靠铁素体和渗碳体片不断增多来实现的。这时，在晶界的其他部分有可能产生新的晶核（渗碳体小片），如图2-7c所示。当奥氏体中已经形成片层相间的铁素体与渗碳体的集团并且继续长大时，在长大着的珠光体与奥氏体的相界面上，也有可能产生新的具有另一长大方向的渗碳体晶核，如图2-2d所示。这时，在原始奥氏体中，各种不同取向的珠光体不断长大，而在奥氏体晶界上和珠光体-奥氏体相界面上，又不断产生新的晶核并不断长大，如图2-7e所示。直到长大着的各个珠光体晶群相碰，奥氏体全部转变成珠光体时，珠光体形成即告结束，如图2-7f所示。

3.粒状珠光体的形成机理

在一般情况下，奥氏体向珠光体转变总是形成片状珠光体，但是在特定的奥氏体化和冷却条件下，也有可能形成粒状珠光体。所谓的特定条件是：奥氏体化温度低，保温时间较短，即加热转变未充分进行，此时奥氏体中有许多未溶解的残留碳化物或许多微小的高浓度碳的富集区；其次是转变为珠光体的等温温度要高，等温时间要足够长，或冷却速度极慢，这样可能使渗碳体成为颗粒（球）状，即获得粒状珠光体。粒状珠光体的形成与片状珠光体的形成情况基本相同，也是一个形核及长大过程，不过这时的晶核主要来源于非自发晶核。在共析钢和过共析钢中，粒状珠光体的形成以未溶解的渗碳体质点作为相变的晶核，它按球状的形式长大，成为铁素体基体上均匀分布的粒状渗碳体的粒状珠光体组织。

图2-7 片状珠光体形成过程示意图

总之，粒状珠光体是通过片状珠光体的球化而获得的。渗碳体片上由于有位错而存在着亚晶界，在亚晶界处是一曲率半径很小的凹坑，在此因碳的浓度比平面处高，并且以渗碳体的形式向附近的平面处扩散、堆积，凹坑处的渗碳体不断地溶解使平面处因渗碳体不断地堆积而增厚，直至凹坑处渗碳体断开，断开后的渗碳体尖角处因碳浓度高而溶解，这样就使渗碳体变成球状，如图2-8所示。

图2-8 片状珠光体破断球化过程示意图