Микроструктура и кристаллографические характеристики "нижнего" бейнита очень похожи на характеристики, присущие "верхнему" бейниту. Основное различие состоит в том, что частицы цементита также выделяются внутри пластин бейнитного феррита. Таким образом в структуре пристутствуют два типа выделений цементита : первый выделяется из обогащённого углеродом аустенита, который разделяет пластины бейнитного феррита; второй - из пересыщенного углеродом бейнитного феррита. В последнем случае частицы цементита ориентированы в соответствии с ориентационным соотношением Багаряцкого, такая же ориентация карбидов наблюдается и при отпуске мартенсита:
[0 0 1] Fe3C || [ -1 0 1]альфа
[1 0 0] Fe3C || [ 1 1 1]альфа
[0 1 0] Fe3C || [ -1 2 -1]альфа
Микроструктура "нижнего" бейнита. Четко просматривается выделение нескольких вариантов ориентировки карбидных частиц внутри пластины альфа-фазы "нижнего" бейнита. "Нижний" бейнит также состоит из тонких пластинок бейнитного феррита, образующих бейнитный агрегат. Каждая пластина отделена от остальных внутри агрегата, тонкими прослойками обогащенного углеродом остаточного аустенита или карбидами. (Bhadeshia and Edmonds, Metallurgical Transactions A, volume 10A (1979) 895-907.) |
Карбид выделившийся в бейнитном феррите не всегда является цементитом. В зависимости от химического состава и температуры превращения, на начальной стадии возможно выделение промежуточных карбидов. Например в высокоуглеродистой стали, содержащей более 1% по массе кремния (который замедляет образование цементита), обычно наблюдают выделение эпсилон карбида из бейнитного феррита.
В отличие от отпущенного мартенсита, цементит, выделившийся из "нижнего" бейнита, имеет только один вариант в соответствии с ориентационным соотношением (Рисунок). Частицы цементита образуют параллельные упорядоченные цепочки, расположенные под углом ~ 600 к оси пластины бейнитного феррита. В отпущенном мартенсите выделившиеся карбиды образуют Видманштеттову структуру. Такой особый способ выделения из альфа-фазы "нижнего" бейнита может возникать вследствие того, что карбиды зарождаются на границе раздела бейнитный феррит/аустенит и, таким образом, приспосабливаются к единственному варианту ориентационного соотношения, именно тому варианту, который позволяет оптимальным образом соответствовать аустениту и ферриту, с которыми карбиды находятся в контакте.
|
ПЕМ микрофотография "нижнего" бейнита, показывающая единственный вариант ориентации карбидных частиц в каждой пластине альфа-фазы. Единственный вариант ориентировки возникает, когда движущая сила образовани цементита мала, т.е. в низкоуглеродитых сталях или в области высоких температур, при которых углерод может легко диффундировать в пересыщенном феррите (Bhadeshia, Acta Metallurgica, volume 28 (1980) 1103-1114). |
|
Другим правдоподобным объяснением обсуждаемого явления является то, что напряжения, связанные со сдвиговым ростом "нижнего" бейнита, влияют на процесс выделения карбидов. Этот эффект может проявляться не так сильно при отпуске мартенсита, поскольку в этом случае движущая сила выделения карбидов больше.
Карбиды, образующиеся в "нижнем" бейните, чрезвычайно мелкие - толщина порядка нескольких нанометров, длина около 500 нанометров. Поскольку они образуются из бейнитного феррита, меньшее количество углерода диффундирует в остаточный аустенит. Это означает, что количество и размер карбидов, выделяющихся между пластинами бейнитного феррита, уменьшается по сравнению с "верхним" бейнитом. Важным следствием этого, является более высокая вязкость "нижнего" бейнита, несмотря на то, что "нижний" бейнит обеспечивает также и более высокую прочность. Грубые частицы цементита в "верхнем" бейните оказывают неблагоприятное действие на вязкость, поскольку они способствуют зарождению трещин.