共析组织在热处理过程中普遍存在,其共析协作生长机制作为一种热处理过程的基本相变现象,广泛的存在于碳钢等材料中。准确获得该过程中的微观组织演变及规律是深入理解相变机制和控制最终组织形态的基础。而现有协作生长研究多集中于共晶转变过程,对共析方面的研究还不够深入。同时共析形核生长实验理论的多样性,缺乏直接实验动态观察手段。因此,本文从模拟方面切入,以常用Fe-C二元合金为研究对象,试图建立符合多种理论的Fe-C合金珠光体共析形核生长模型,采用多相场法研究共析转变过程的协作形核过程、生长过程及多岛屿生长过程。首先,在Fe-C合金珠光体形核生长经典模型的基础上,依据a)奥氏体边界处铁素体、奥氏体、渗碳体的碳扩散比晶粒内快和b)珠光体实际形核过程非常短暂两种实验理论现象,对奥氏体界面扩散和奥氏体边界形核速率两个方面进行分析,提出了引入边界扩散和台阶生长速度控制项的形核生长改进模型。在此基础上引入各向异性及取向关系模型,探讨多岛屿（取向）珠光体片层组织生长。随后给出了片层珠光体相场和浓度场的数值求解过程。其次,通过逐步引入不同修正条件,讨论上述改进模型的可靠性。随后采用该片层协作形核生长的改进模型,探讨Fe-C合金珠光体在此模型下的最优形核生长参数,并研究形核生长参数与珠光体片层形核间的规律。针对该形核生长改进模型,引入了各向异性及取向关系,发现了各向异性引导片层的倾斜生长,并且倾斜生长的角度与片层珠光体和奥氏体取向差相同。鉴于形核位置的不确定性,探讨不同形核位置模型下片层形核及生长机制,考虑奥氏体晶粒内部形核时,可以出现分岔生长现象,然而片层生长取向关系基本保持不变。再次,采用多相场模型对Fe-C合金单岛屿珠光体进行模拟研究。分析了单岛屿珠光体的生长机制,调整不同的初始参数,获得片间距、等温温度对片层生长速率及生长形态的影响规律。鉴于各向异性对形核生长规律的影响,讨论了各向异性模型对单岛屿珠光体生长的影响,与各向同性结果对比不仅仅获得了倾斜生长的可行性,同时也说明了协作生长中会存在择优取向。对于含碳化合物对片层协作生长的影响,文中以先共析渗碳体为研究对象,考虑不同位置及尺寸的先共析渗碳体,分析了其对片层协作生长的影响规律。然后,综合片层组织的形核过程及协作生长过程,基于珠光体形核生长改进模型,研究了Fe-C合金多岛屿片层生长行为演化过程。分别讨论了不同形核位置模型、不同等温温度时片层生长规律。发现不同取向的两岛屿相遇时,生长方向以取向差较大的岛屿为主;当两岛屿的取向差别较小时,生长方向以两岛屿边界组成的角平分线为主。随后研究了含碳化合物对多岛屿珠光体片层生长过程的影响,发现奥氏体晶粒中含碳化合物区域越大,则更易限制片层的形核生长。最后,采用不同等温温度和不同等温时间进行了等温转变实验,分析了Fe-C合金珠光体片层间距和珠光体形貌。随后对比了模拟结果,验证了珠光体片层间距、形核过程、多岛屿协作生长形态及含碳化合物影响规律。