Het is gemakkelijk te
bewijzen dat de martensiettransformatie diffusieloos is door de lokale
chemische samenstelling te bepalen vóór en na de transformatie. Bainiet vormt
zich bij iets hogere temperaturen zodat de koolstof binnen fracties van een
seconde kan ontsnappen uit de platen. De originele chemische samenstelling van bainiet
kan dus niet rechtstreeks gemeten worden.
Er zijn drie mogelijkheden. De koolstof kan
zich tijdens de groei verdelen tussen ferriet en austeniet zodat het ferriet
nooit een overmaat aan koolstof kan bevatten. Anderzijds kan de groei
diffusieloos zijn waarbij de koolstof gevangen wordt door de zich
voortbewegende fasegrens. Tenslotte is er nog een tussenweg waarbij slechts een
deel van de koolstof kan diffunderen. De overblijvende koolstof wordt dan
gevangen in het ferriet zodat dit laatste gedeeltelijk oververzadigd is.
Hierdoor is het dus veel moeilijker om de precieze rol van koolstof tijdens de
groei van het bainitisch ferriet te definiëren dan de rol van koolstof in
martensiet.
Voor een welbepaalde chemische samenstelling vereist diffusieloze groei een
transformatietemperatuur onder T0, de temperatuur waarbij de Gibbs-vrije
energie van bainiet kleiner wordt dan die van austeniet met dezelfde chemische
samenstelling. Het verloop van de T0 temperatuur in functie van het
koolstofgehalte wordt de T0-curve genoemd. In de Figuur wordt een voorbeeld hiervan
getekend in het Fe-C fasediagram. Diffusieloze groei kan enkel gebeuren als het
koolstofgehalte van het austeniet aan de linkerkant ligt van de T0-curve.
|
Veronderstel dat de bainietplaat zonder diffusie gevormd wordt, maar dat een
overmaat aan koolstof nadien snel uitgestoten wordt in het overblijvend
austeniet. De volgende bainietplaat moet dan groeien vanuit koolstof aangerijkt
austeniet (Figuur a). Dit proces moet tot stilstand komen
wanneer de koolstofconcentratie in het austeniet de T0-curve
bereikt. De reactie wordt als onvolledig beschouwd omdat het austeniet zijn
evenwichtssamenstelling (gegeven door de Ae3-curve) niet bereikt heeft op dit
ogenblik. Wanneer anderzijds het ferriet groeit met een evenwichtsconcentratie
koolstof, zal de transformatie stoppen als de koolstofconcentratie in het
austeniet de Ae3-curve bereikt.
Er werd experimenteel aangetoond dat de bainiettransformatie inderdaad stopt
aan de T0-grens (Figuur b). Aanvullend bewijs is dat de
groei van bainiet onder de BS-temperatuur de opeenvolgende nucleatie
en martensitische groei van sub-eenheden omvat, gevolgd door de diffusie van
koolstof in het omringende austeniet. De mogelijkheid dat een kleine
hoeveelheid koolstof tijdens de groei toch verdeeld wordt over de twee fasen
kan niet volledig uitgesloten worden, maar er is weinig twijfel dat bainiet
aanvankelijk overzadigd is aan koolstof.
Deze conclusies veranderen niet noemenswaardig wanneer met de vervormingsenergie
van de transformatie rekening gehouden wordt bij deze analyse.
Er zijn twee belangrijke eigenschappen van bainiet die kunnen aangetoond worden
door een waaier van technieken, zoals dilatometrie, elektrische weerstand,
magnetische metingen en metallografisch onderzoek. Vooreerst is er een goed
gedefinieerde BS-temperatuur waarboven geen bainiet kan gevormd
worden. Het bestaan van deze temperatuur werd voor een groot aantal gelegeerde
staalsoorten bevestigd. De hoeveelheid bainiet die gevormd wordt, stijgt
naarmate de transformatietemperatuur daalt onder de BS-temperatuur.
De bainietfractie stijgt tijdens isotherme transformatie als een sigmoidale
functie van de tijd waarbij een limietwaarde bereikt wordt die niet verandert
bij langere warmtebehandelingen zelfs niet wanneer belangrijke hoeveelheden
austeniet ongetransformeerd blijven. Eigenlijk stopt de transformatie voordat
het austeniet zijn evenwichtssamenstelling bereikt, zodat het effect aangeduid
wordt als een "onvolledige reactie".
Deze vaststellingen kunnen begrepen worden wanneer men zich realiseert dat de
groei moet stoppen als de koolstofconcentratie in het austeniet deze van de T0-curve
van het fasediagram bereikt. Omdat deze voorwaarde bereikt wordt bij steeds hogere
koolstofconcentraties wanneer de transformatietemperatuur verlaagt, kan er zich
meer bainiet vormen met grotere onderkoelingen onder BS. De T0-beperking
betekent echter dat evenwicht, wanneer austeniet een samenstelling heeft,
gegeven door de Ae3 fasegrens, nooit kan bereikt worden zoals experimenteel
aangetoond wordt. Een bainiet-stop temperatuur BF wordt soms
gedefinieerd, maar heeft duidelijk geen fundamentele betekenis.