Cinetica

La velocità della reazione bainitica richiede di essere considerata in termini di una serie di eventi distinti. Una sub-unità nuclea su un bordo grano austenitico e si allunga a una certa velocità prima che la sua crescita sia impedita dalla deformazione plastica nell'austenite. Allora nuove sub-unità nucleano alla sua estremità e la struttura del fascio si sviluppa finché questo processo continua. Perciò la velocità complessiva di allungamento di un fascio è minore di quella di una sub-unità perché c'è un intervallo tra la formazione di sub-unità successive. La frazione in volume della bainite dipende dall'insieme dei fasci che crescono nelle diverse regioni del campione. Anche gli eventi di precipitazione dei carburi influenzano la cinetica, soprattutto perché sottraggono il carbonio sia dall'austenite residua sia dalla ferrite sovrasatura.

Si conosce ancora poco della nucleazione della bainite tranne il fatto che l'energia di attivazione per la nucleazione è direttamente proporzionale alla driving force della trasformazione. Ciò è coerente con le teorie sulla nucleazione della martensite. Tuttavia, al contrario della martensite, durante la nucleazione della bainite il carbonio deve ripartirsi nell'austenite, benché il nucleo in seguito si sviluppi in una sub-unità che cresce senza diffusione.

La scala delle singole lamelle di ferrite è troppo piccola per poter essere risolta adeguatamente con un microscopio ottico che è in grado soltanto di rivelare gli aggregati di lamelle. Usando tecniche a più elevata risoluzione, come per esempio la spettroscopia a fotoemissione elettronica, è stato possibile studiare direttamente il procedere della reazione bainitica. Come prevedibile si è trovato che l'allungamento delle singole lamelle di bainite avviene a una velocità molto maggiore di quella attesa sulla base di un processo controllato dalla diffusione. Nondimeno, questa velocità è assai più bassa di quella della martensite, essendo la driving force per la formazione della bainite più bassa a causa delle più alte temperature di trasformazione. Le lamelle tendono a crescere a velocità costante, ma solitamente sono interrotte prima che possano attraversare il grano austenitico.

La velocità di allungamento di un fascio è ancora più bassa a causa del ritardo dovuto alla necessità della ripetuta nucleazione delle sub-unità. Nonostante ciò, di solito si trovano velocità di allungamento dei fasci più alte di circa un ordine di grandezza rispetto a quanto atteso per un processo di crescita controllato dalla diffusione del carbonio. Sono state anche fatte delle misure sulla velocità di ispessimento dei fasci bainitici, processo che sembra essere discontinuo e nel quale lo spessore aumenta a passi discreti di circa 0.5 micrometri. Queste ampiezze di passo sono correlate con la dimensione delle sub-unità osservate mediante microscopia elettronica in sezioni sottili. Pertanto il processo di ispessimento di un fascio dipende dalla velocità con la quale le sub-unità nucleano in posizioni adiacenti.

Queste caratteristiche generali della trasformazione, cioè la variazione della frazione di bainite con il tempo, la temperatura, la struttura del grano austenitico e la composizione chimica della lega, si possono considerare in modo più appropriato in termini di un diagramma TTT. Un modo semplificato di vedere la situazione è quello per il quale il diagramma TTT consiste di due curve separabili a forma di C. Quella a temperatura più alta descrive l'evoluzione dei prodotti della trasformazione diffusionale, come ferrite e perlite, mentre la parte inferiore rappresenta le reazioni che avvengono per spostamento, come per esempio la ferrite Widmanstätten e la bainite. Negli acciai bassolegati, che si trasformano rapidamente, queste due curve si sovrappongono così tanto che di fatto esiste una sola curva per tutte le reazioni. Con l'aumento del contenuto di elementi di lega che ritardano la decomposizione dell'austenite, le due curve sovrapposte cominciano a divenire distinte e nel diagramma TTT si sviluppa una caratteristica 'baia' attorno alla temperatura BS. Tale baia è importante nella progettazione di alcuni acciai altoresistenziali che devono essere deformati in austenite a bassa temperatura prima dell'inizio della trasformazione (ausforming).