Не представляет трудностей установить, что мартенситное превращение является бездиффузионным измерив состав фаз до и после превращения. Бейнит формируется при более высоких температурах и углерод может диффундировать из пластины бейнитного феррита в течение второй стадии реакции. В связи с этим, исходный состав бейнитного феррита не может быть определен прямыми методами.
Имеется три возможности. Углерод может перераспределяться в процессе роста таким образом, что бейнитный феррит никогда не содержит избытка углерода. С другой стороны рост может быть бездиффузионным и избыток углерода сохраняется в растущем феррите. Наконец, возможен промежуточный случай, когда часть углерода может диффундировать, но отстаток сохраняется в бейнитном феррите, который в этом случае будет частично пересыщен углеродом. Таким образом, точно определить роль углерода в процессе роста бейнитного феррита значительно труднее, чем в случае мартенсита.
Бездиффузионный механизм роста может реализоваться только при температурах ниже Т0, когда свободная энергия бейнита становиться меньше чем свободная энергия аустенита того же состава. Геометрическое место точек, соответствующих температуре Т0 в зависимости от концентрации углерода называют "линия Т0", пример которой приведен на диаграмме состояния Fe-C Смотри Рисунок. Бездиффузионный рост может происходить только, если концентрация углерода соответствует области расположенной слева от линии Т0.
| Риснунок иллюстрирует положение линии Т0 на диаграмме состояния Fe-C. Аустенит с содержанием углерода меньшим, чем концентрация, соответствующая линии Т0 , может в принципе превращаться по бездиффузионному механизму. Если аустенит содержит больше углерода, чем концентрация предписываемая линией Т0, то бездиффузионное превращение не возможно в принципе. |
|
Предположим, что пластина бейнитного феррита формируется без участия диффузии, но избыток углерода перераспределяется вскоре после превращения в остаточный аустенит. Следующая пластина бейнита должна расти в аустените обогащенном углеродом (Рисунок а). Этот процесс должен остановиться, когда содержание углерода в аустените достигнет значения, соответствующего линии Т0. Превращение будет незавершенным, поскольку аустенит не достигает равновесного состояния, с точки зрения концентрации углерода, описываемого линией Ae3, к моменту остановки превращения. С другой стороны, если бейнитный феррит в процессе роста имеет равновесную концентрацию углерода, тогда превращение должно прекратиться по достижению концентрации углерода в аустените, соответствующей линии Ae3.
|
(а) Рисунок иллюстрирует явление "незавершенности превращения". Если
бейнитный феррит растет по бездиффузионному механизму, но углерод
перераспределяется между пластиной бейнитного феррита и аустенитом
немедленно после прекращения роста пластины, тогда следующая пластина
должна расти в аустените обогащенном углеродом. При таком механизме
превращение должно останавливаться по достижению линии Т0.
(б) Экспериментальные данные подтверждающие существование линии Т0.
|
Экспериментально обнаружено, что бейнитное превращение действительно останавливается по достижению концентрационной ситуации, соответствующей линии Т0. Соответствие данных позволяет заключить, что рост бейнитного феррита ниже температуры начала бейнитного превращения (Бн) включает зарождение и рост субячеек по мартенситному механизму, с последующей диффузией углерода из альфа-фазы бейнита в окружающий аустенит в области "верхнего" бейнита. Возможность того, что небольшая часть угелрода перераспределяется в течение роста не может быть полностью отброшена, но существует небольшое сомнение, что бейнитная альфа-фаза существенно пересыщена углеродом в начальный момент.
Учет энергии деформации, связанной с превращением, не приводит к существенному изменению выводов сформулированных выше.
Бейнит характеризуется двумя важными параметрами, которые могут быть определены различными экспериментальными методами, например : дилатометрией, измерением электросопротивления, измерением магнитных свойств и металлографией. Во-первых, существует четко определяемая температура Бн, выше которой бейнитное превращение не реализуется, что было установлено исследованием большого количества легированных сплавов. Количество образовавшегося бейнита увеличивается при снижении температуры превращения ниже Бн. Объемная доля увеличивается в процессе изотермического превращения по экспоненциальному закону, ассимптотически приближаясь к предельному значению, которое не изменяется при очень длительных выдержках, даже если значительное количество аустенита сохраняется непревращенным. Фактически, превращение прекращается до того, как состав аустенита станет равновесным. Это явление получило название "явление незавершенности превращения".
Эти наблюдения можно понять, если считать, что рост должен прекратиться, когда концентрация углерода в аустените достигает значения, соответствующего линии Т0 фазовой диаграммы. Поскольку концентрация углерода соответствующая этому условию, увеличивается с уменьшением температуры, большее количество бейнитного ферррита формируется при большем переохлаждении ниже Бн. Ограничение накладываемое на превращение линией Т0 означает, что равновесие, при котором состав аустенита соответствует линии Ae3, не может быть достигнуто, что и наблюдается в эксперименте. Иногда определяют температуру конца бейнитного превращения - Бк, но очевидно, что эта температура не имеет никакого фундаментального значения.