De overgang van hoog- naar laagbainiet

Wanneer de isotherme transformatietemperatuur verlaagd wordt tot beneden B_S, wordt een laagbainiet bekomen waarbij carbides precipiteren in het bainitisch ferriet en er een daarmee overeenstemmende verminderde precipitatie is van carbides vanuit het austeniet dat zich tussen de ferrieteenheden bevindt. Deze overgang van hoog- naar laagbainiet kan verklaard worden door middel van het snelle ontlaatproces dat optreedt na de groei van de aan koolstof oververzadigde bainietplaten. De overmaat aan koolstof verdeelt zich over het resterende austeniet door middel van diffusie, maar de oververzadiging kan ook afnemen door precipitatie in het ferriet.

De tijd die een oververzadigde ferrietplaat nodig heeft om te ontkolen door diffusie naar het austeniet is weergegeven in Figuur voor een typisch staal. Op hoge temperatuur is de diffusie zo snel dat de precipitatie van carbides in het ferriet niet mogelijk is wat aanleiding geeft tot een hoogbainitische microstructuur. Cementiet kan precipiteren uit de koolstof-aangerijkte residuele austeniet.

De benodigde tijd om een oververzadigde bainietplaat te ontkolen. Een korte tijd leidt tot een hoogbainitische microstructuur omdat de carbides geen tijd hebben om te precipiteren in het ferriet. Naar Takahashi en Bhadeshia, Materials Science and Technology, volume 6 (1990) 592-603.

Wanneer de transformatietemperatuur verlaagd wordt en de tijd voor de ontkoling toeneemt, heeft een gedeelte van de koolstof de mogelijkheid te precipiteren in het ferriet als fijne carbides. Het overblijvende koolstof verdeelt zich over het austeniet en kan eventueel precipiteren als carbides tussen de ferrietplaten. Dit is de microstructuur van laagbainiet. De tussen-plaat carbides zijn veel kleiner dan deze in het hoogbainiet omdat maar een fractie van het koolstof zich verdeelt over het austeniet. Ondanks de hogere sterkte van laagbainiet bezit laagbainiet, met zijn fijne microstructuur, daarom altijd een veel hogere taaiheid dan hoogbainiet.

Een gevolg van het mechanisme van de overgang van hoog- naar laagbainiet is dat in stalen die een hoge koolstofconcentratie hebben enkel laagbainiet gevormd wordt. De grote hoeveelheid koolstof wordt door de transformatie gevangen in het ferriet. Deze koolstof kan niet snel genoeg diffunderen in het austeniet zodat precipitatie in het ferriet onvermijdelijk is. Daarentegen is de tijd voor ontkoling in stalen met heel laag koolstofgehalte zo klein dat enkel hoogbainiet bekomen wordt door de transformatie bij elke temperatuur tussen de perliet-stop en martensiet-start temperatuur.

Het is ook mogelijk om mengsels van hoog- en laagbainiet te verkrijgen bij isotherme transformatie. Omdat hoogbainiet eerst gevormd wordt, zal het resterende austeniet rijker worden aan koolstof zodat de kans om laagbainiet te vormen stijgt naarmate de transformatie vordert.