La bainite inferiore ha una microstruttura e delle caratteristiche cristallografiche molto simili a quelle della bainite superiore. La principale differenza è nel fatto che le particelle di cementite precipitano anche all'interno delle lamelle di ferrite (Figura). Esistono perciò due tipi di cementite precipitata: quella che cresce dall'austenite arricchita di carbonio e che separa le lamelle di ferrite bainitica e quella che precipita dalla ferrite sovrasatura. Queste ultime particelle presentano l'orientazione tipica del 'rinvenimento' che si trova quando i carburi precipitano durante il trattamento termico della martensite e che sono spesso riferite come relazioni di orientazione di Bagaryatski:
[0 0 1] Fe3C || [ -1 0 1]alfa
[1 0 0] Fe3C || [ 1 1 1]alfa
[0 1 0] Fe3C || [ -1 2 -1]alfa
Microstruttura della bainite inferiore. Si noti la precipitazione di parecchie varianti di particelle di carburo all'interno della stessa lamella di ferrite bainitica inferiore. D'altra parte anche la bainite inferiore consiste in aggregati di fini lamelle organizzate in fasci, in cui ciascuna lamella è parzialmente separata da sottili strati di austenite residua arricchita di carbonio o da carburi. Tratto da Bhadeshia ed Edmonds, Metallurgical Transactions A, 10A (1979) 895-907. |
I carburi nella bainite inferiore non sono necessariamente cementite. Altri carburi di transizione possono precipitare prima della cementite in funzione della composizione chimica dell'acciaio e della temperatura di trasformazione; per esempio, nel caso degli acciai ad alto carbonio che contengono più dell'1% in peso di silicio (che ritarda la formazione della cementite), nella ferrite bainitica si osservano comunemente precipitati di carburo epsilon.
Contrariamente al caso della martensite rinvenuta, le particelle di cementite nella bainite inferiore precipitano frequentemente secondo una sola variante delle relazioni di orientazione (Figura), così da disporsi su linee parallele a circa 60° dall'asse della lamella di bainite. Nella martensite rinvenuta, invece, i carburi tendono a precipitare con un arrangiamento di tipo Widmanstätten. Questa particolare modalità di precipitazione nella ferrite bainitica si può originare poiché i carburi nucleano all'interfaccia ferrite/austenite e pertanto tentano di adottare un'unica variante delle relazioni di orientazione, quella che fornisce il migliore adattamento reticolare sia con l'austenite sia con la ferrite con le quali sono in contatto.
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Immagine al microscopio elettronico in trasmissione di una bainite inferiore in cui si osserva una singola variante di particelle di carburo in ciascuna lamella. Le singole varianti tendono a formarsi quando la driving force per la precipitazione della cementite è bassa, cioè negli acciai a basso carbonio, o alle alte temperature in cui il carbonio può sfuggire rapidamente dalla ferrite sovrasatura. Tratto da Bhadeshia, Acta Metallurgica, volume 28 (1980) 1103-1114. |
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Un'altra spiegazione plausibile è che la precipitazione dei carburi sia influenzata dalle tensioni associate alla crescita per spostamento della bainite inferiore. Tale effetto dovrebbe essere meno pronunciato durante il rinvenimento della martensite poiché la driving force per la precipitazione è maggiore.
I carburi nella bainite inferiore sono estremamente fini: sono spessi soltanto pochi nanometri e lunghi circa 500 nanometri. Dal momento che questi precipitano entro la ferrite, una minore quantità di carbonio può essere ripartita nell'austenite residua. Di conseguenza ciò comporta che tra le lamelle di ferrite precipitino particelle di cementite sempre più piccole e in numero minore rispetto a una bainite superiore. Un'importante conseguenza è che la bainite inferiore è generalmente più tenace della bainite superiore, nonostante abbia la tendenza a essere più resistente. E' infatti ben nota la capacità delle grossolane particelle di cementite nella bainite a favorire la nucleazione di fratture e cavità.