近期，我所在材料领域知名期刊《Materials & Design》在线发表了题为 “Novel reconstruction approaches of austenitic annealing twin boundaries and grain boundaries of ultrafine grained prior austenite”的研究论文，介绍了在相变晶体学表征方面的最新进展。

      获取母相显微组织信息对探索马氏体相变机制及力学性能具有重要意义。随着电子背散射衍射技术（EBSD）的诞生，基于室温下马氏体的晶体学信息以“复原”高温下奥氏体显微组织的重构技术不断发展。但现有的自动重构技术对于板条马氏体钢而言仍存在两个待解决的难题。第一，原奥氏体为粗晶条件下，其退火孪晶界两侧往往存在“取向共享”的马氏体变体，使重构出的孪晶界呈现扭曲的虚假形貌；第二，对于超细晶（例如直径小于1μm）原奥氏体，室温马氏体组织将以单变体与双变体结构为主。原奥氏体晶粒内部马氏体变体数量的不足（<3）将导致现有算法无法实现重构。

      研究者针对性地提出两种新算法来分别克服上述困难。第一种是通过引入相场模拟法来解决“虚假孪晶界”的问题，开发了基于并行计算的“形核-长大-修复”的三步法重构算法。在“形核”步骤中，研究者改进原XABX法，推出三变体法以反推母相取向与取向关系，通过缩小潜在解的范围令计算效率提高了两个数量级，通过引入权重因子并将变体分数纳入考量提高了计算准确性；“长大”算法受晶粒长大的启发，实现“虚假”原奥氏体取向的有效消除；将相场法引入“修复”步骤，成功解决了先前的重构模型可能获得虚假形貌（如锯齿状退火孪晶界、奥氏体晶粒嵌入另一晶粒当中等非正常现象）的风险，本算法的重构结果正确复原了原奥氏体晶界，与MTEX工具箱中的开源脚本重构结果对比，在显微组织细节方面的重构能获得更高的准确度。

图1 粗晶奥氏体样品的板条马氏体组织与晶体学特征。（a）马氏体欧拉角图与带对比图的叠加；（b）图（a）中白线所勾勒的完整原奥氏体晶粒内板条马氏体的{001}极图；（c）相同原奥氏体晶粒内板条马氏体的{011}极图

图2 “三步法”算法的验证。（a）原奥氏体重构晶粒的欧拉角图与板条马氏体的带对比图的叠加；（b）使用MTEX工具箱中的开源脚本重构的奥氏体显微组织

         第二种算法旨在重构超细原奥氏体晶粒的形态（即尺寸与形状），并不涉及取向信息，主要通过判断两相邻条束是否源于同一原奥氏体晶粒来实现重构，命名为BAB（Bi-Adjacent-Block）法。研究者以最佳逼近的思路，提出定量求解位向关系解析解的双变体法，再将双变体法与三变体法相结合，成功应用于超细晶马氏体试样（Fe-12Ni-0.15C合金），将重构得到的原奥氏体晶界以黄色覆盖至相同区域的SEM形貌上，发现二者匹配良好，主要的形态特征保持一致（如图4（b），而且正确识别了约85.23%的界面。此外，重构结果还发现，大角度的母相晶界在马氏体基体中占主导地位（57%），成为了界面强化的主要因素。因此，利用BAB重构算法与变体分析的手段，对进一步探究超细晶板条马氏体的显微组织与力学性能的关系具有重要意义。

图3 超细晶样品淬火后的显微组织特征。（a）马氏体的欧拉角图，其中白色粗/细线分别表示大/小角度晶界；（b）同一区域内原奥氏体晶粒显微组织的SEM形貌；（c）马氏体晶粒的直径直方图

图4 执行BAB算法的重构结果。（a）黑线表示原奥氏体晶界；（b）为进行比较，将重构得到的原奥氏体晶界以黄色覆盖至相同区域的SEM形貌上

        该研究工作得到了国家重点研发计划（2018YFA0702900）的支持。我所博士生孙端君为论文第一作者，顾剑锋教授和郭正洪副教授为论文的通讯作者。上海交通大学陈世朴教授和戎咏华教授为论文发表提供了宝贵建议。

图文：孙端君