Carbono na Bainita

A verificação que a transformação martensítica é adifusional é facilmente comprovado mostrando-se que não ocorre variação da composição local antes e após a transformação. Porém a bainita forma-se a alta temperatura e o carbono pode difundir do interior da ripa em fração de segundo. Em conseqüência a composição original no local da bainita não pode ser medida diretamente.

Existem três possibilidades para a difusão do carbono. Pode ocorrer partição do carbono durante o crescimento e a ferrita nunca apresentará excesso de carbono. Por outro lado, o crescimento pode ser adifusional em relação ao carbono, e este pode ficar aprisionado pelo avanço da interface. Finalmente, pode existir um caso intermediário em que pode ocorrer a difusão de alguns átomos de carbono e os demais ficam impedidos de deixar a ferrita parcialmente saturada. É mais difícil determinar precisamente o comportamento do carbono durante o crescimento da bainita do que na transformação martensítica.

O crescimento não difusional requer que a transformação ocorra abaixo de T₀, quando a energia livre da bainita torna-se menor que a da austenita com a mesma composição. A linha que determina a variação da temperatura T₀ em função da concentração de carbono, é chamado curva T₀, um exemplo é apresentado para o diagrama Fe-C, Figura. O crescimento sem difusão somente pode ocorrer se a concentração de carbono na austenita estiver à esquerda da curva T₀.

Exemplo da curva Tzero para o diagrama Fe-C. A austenita com concentração menor que a dada na curva T0 pode, em princípio, transformar-se sem difusão. Mas, em princípio, a transformação adifusional não é possível se a austenita contiver teor de carbono superior ao dado pela curva T0. Alfa refere-se a ferrita e Gama refere-se a austenita.

Supondo que a ripa de ferrita forma-se sem difusão mas, o excesso de carbono é rejeitado para a austenita residual. A próxima ripa de bainita crescerá a partir da austenita enriquecida (Figura a). Este processo irá ser interrompida quando a concentração de carbono da austenita atinge a concentração da curva T₀. A reação é dita incompleta, uma vez que a austenita não atinge a composição de equilíbrio dada pela curva Ae3 no ponto em que a reação é interrompida. Se por outro lado, a ferrita cresce com a concentração de carbono em equilíbrio, a transformação será interrompida quando a concentração de carbono da austenita atingir a curva Ae3.

(a) Fenômeno da reação incompleta. Se a bainita cresce sem difusão mas, com o carbono escapando da ripa imediatamente após a interrupção do crescimento, a próxima ripa deve crescer a partir da austenita enriquecida. Por este mecanismo a reação deve parar na curva T0. (b) Dados experimentais que confirmam a curva T zero.

Foi constatado experimentalmente que a transformação bainítica é interrompida no contorno T₀ (Figura b). Uma comprovação desta evidência é que o crescimento da bainita abaixo da temperatura B_S envolve nucleações sucessivas e o crescimento de sub-unidades de martensita, seguido da formação da bainita superior pela difusão do carbono na austenita vizinha. A possibilidade que uma pequena fração de carbono nunca é parcionada durante o crescimento não pode ser tomada como uma regra geral, existem algumas dúvidas que a bainita é em princípio substancialmente saturada de carbono.

Estas conclusões não são significativamente modificadas quando a energia de deformação da transformação é considerada na análise.

Existem duas características importantes da bainita que podem ser verificadas por diversas técnicas, por exemplo, dilatometria, resistividade elétrica, medidas magnéticas e metalografia. Primeiramente, existe uma temperatura B_S muito bem definida, acima da qual não há formação de bainita, esta característica foi determinada em um grande número de aços ligados. A quantidade de bainita formada aumenta com a redução da temperatura abaixo de B_S. A fração de bainita aumenta durante a transformação isotérmica de forma sigmoidal em função do tempo, atingindo um limite assintótico que não sofre modificação com aumento do tempo de tratamento térmico, permanecendo uma quantidade considerável de austenita não transformada. A transformação realmente é interrompida antes que a austenita atinge sua composição em equilíbrio, este efeito é denominado "fenômeno da reação incompleta".

Estas observações são entendidas quando se aceita que o crescimento deve cessar se a concentração de carbono na austenita atinge a curva T₀ do diagrama de fase. Desde que esta condição é encontrada sempre que a concentração de carbono aumenta com a redução da temperatura de transformação, mais bainita pode formar com maiores superresfriamentos abaixo de B_S. Mas, esta restrição T₀ significa que o equilíbrio nunca pode ser atingido quando a austenita tem composição dada pela linha Ae3, como foi observado experimentalmente. Algumas vezes, a temperatura final de transformação bainítica, B_F é definida mas, esta não é importante.