La transizione da bainite superiore a bainite inferiore

Se la temperatura di trasformazione isoterma viene ridotta al di sotto di BS, si ottiene la bainite inferiore nella quale i carburi precipitano nella ferrite e si ha una conseguente riduzione della quantità di precipitati tra austenite e ferrite. Questa transizione da bainite superiore a bainite inferiore può essere spiegata in termini dei rapidi processi di rinvenimento che si verificano dopo la crescita di una lamella sovrasatura di bainite. Il carbonio in eccesso tende a ripartirsi con l'austenite residua per diffusione ma la sovrasaturazione può anche essere ridotta dalla precipitazione in ferrite.

Il tempo necessario a una lamella di ferrite sovrasatura per decarburarsi per diffusione nell'austenite è mostrato in Figura per un generico acciaio. A temperature elevate la diffusione è così rapida che per i carburi non c'è possibilità di precipitazione in ferrite e si ha quindi la formazione di una microstruttura costituita da bainite superiore. Alla fine la cementite precipita dall'austenite residua arricchita di carbonio.

Decarburisation Tempo necessario per la decarburazione di una lamella di bainite sovrasatura. Tempi brevi danno luogo a microstrutture costituite da bainite superiore perché per i carburi non c'è possibilità di precipitazione in ferrite. Tratto da Takahashi e Bhadeshia, Materials Science and Technology, volume 6 (1990) 592-603.

Con il diminuire della temperatura di trasformazione e, conseguentemente, con l'aumentare del tempo necessario alla decarburazione, una parte del carbonio ha la possibilità di precipitare nella ferrite sotto forma di fini carburi e il resto si ripartisce nell'austenite per dare luogo, infine, alla precipitazione dei carburi interlamellari. Questa è la microstruttura della bainite inferiore. Dal momento che soltanto una parte del carbonio diffonde nell'austenite, i carburi interlamellari risultano essere più piccoli di quelli associati alla bainite superiore. Questo è il motivo per cui la bainite inferiore, con la sua struttura molto fine, risulta sempre molto più tenace della bainite superiore, anche se solitamente ha una resistenza molto più elevata.

Un corollario al meccanismo della transizione da bainite superiore a bainite inferiore è che negli acciai ad alto carbonio si ottiene soltanto la bainite inferiore. La grande quantità di carbonio intrappolato nella ferrite durante la trasformazione semplicemente non può sfuggire nell'austenite abbastanza velocemente e, di conseguenza, la precipitazione in ferrite è inevitabile. Al contrario, negli acciai a tenore di carbonio molto basso il tempo necessario alla decarburazione è così breve che in seguito alla trasformazione a tutte le temperature comprese tra la fine della perlite e l'inizio della martensite si ottiene soltanto la bainite superiore.

Durante le trasformazioni isoterme è possibile anche ottenere delle miscele di bainite superiore e inferiore. Poiché la bainite superiore si forma per prima, l'austenite residua diviene sempre più ricca di carbonio e con il procedere della trasformazione la tendenza alla formazione della bainite inferiore aumenta.