Mediante medidas de composición local antes y después de la transformación, es fácil demostrar que la transformación martensítica es una transformación adifusional. La bainita se forma a temperaturas algo más altas que la martensita, por lo que el carbono puede escapar de la ferrita en una fracción de segundo. Su composición original no puede ser por tanto medida directamente.
Tres son las diferentes formas posibles de actuar el carbono durante el crecimiento de la bainita. Primeramente, puede difundir durante el crecimiento, de tal forma que la ferrita nunca podrá contener ningún exceso en carbono. El crecimiento, por otro lado, puede ser adifusional, quedando el carbono atrapado por el avance de la intercara. Finálmente, hay un caso intermedio en el cual parte del carbono puede difundir, y el resto quedar atrapado dejando a la ferrita parcialmente sobresaturada en carbono. Por tanto, es mucho más difícil determinar el papel que juega el carbono en el crecimiento de la bainita, que en el caso de la martensita.
Un crecimiento adifusional requiere que la transformación ocurra a temperaturas inferiores a la temperatura T0, para la cual la energía libre de la bainita es menor que la de la austenita de la misma composición. La representación de la temperatura T0 como una función de la concentración de carbono en la austenita es conocida como la curva T0, un ejemplo es mostrado en el diagrama de fases Fe-C en la Figura. Un crecimiento sin difusión sólo puede ocurrir si la concentración de carbono en la austenita queda a la izquierda de la curva T0.
| Ilustración de la construcción de la curva T0 en el diagrama de fases Fe-C. Toda austenita con una concentración menor que la dada por la curva T0 puede en un principio transformar sin difusión. Sin embargo, la transformación adifusional no es posible si la austenita tiene una concentración en carbono mayor que la dada por la curva T0. Alfa se refiere a ferrita y gamma a austenita. |
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Supongamos que una placa de bainita se forma sin difusión, y que cualquier exceso en carbono es inmediatamente difundido a la austenita residual. La siguiente placa de bainita debe crecer desde la austenita enriquecida en carbono (Figura a). Este proceso debe acabar cuando la concentración en carbono de la austenita alcance la curva T0. Se dice entonces que la reacción es incompleta, pues la austenita en el punto en el cual la reacción se detiene, no ha alcanzado su composición de equilibrio (dada por la curva Ae3). Si por el contrario, la ferrita creciera difusionalmente, la transformación cesaría cuando la austenita alcanzase la curva Ae3.
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(a) Fenómeno de reacción incompleta. La bainita crece sin difusión, sin embargo
cuando el carbono escapa de la ferrita inmediátamente cesa el crecimiento, de tal
forma que la siguiente placa de ferrita debe crecer apartir de la austenita
enriquecida. Por #233;ste mecanismo la reacción debe detenerse en la curva T-cero. (b) Datos experimentales que confirman la curva T-cero. |
Experimentalmente se ha demostrado, que de hecho, la transformación se detiene en la frontera T0 (Figura b). Luego, de la experiencia podemos concluir que el crecimiento de la bainita a temperaturas por debajo de BS implica la sucesiva nucleación y crecimiento martensítico de sub-unidades, seguido, en el caso de bainita superior, de la difusión de carbono en la autenita colindante. Sin embargo, no puede ser descartada la posibilidad de que una pequeña fracción de carbono difunda durante el crecimiento, aunque hay pocas dudas de que la bainita es sustancialmente sobresaturada en carbono al principio.
Cuando la energía de deformación de la transformación es incluida en el análisis, estas conclusiones no se modifican sustancialmente.
Hay dos importantes características de la bainita, las cuales pueden ser demostradas por varias y diferentes técnicas experimentales, por ejemplo, dilatometría, resistividad eléctrica, medidas magnéticas y metalografía. En primer lugar, la temperatura BS por encima de la cual no se formaría bainita, está bien definida y ha sido confirmado para un amplio rango de aceros aleados. Por otro lado, la cantidad de bainita formada aumenta a medida que la temperatura de transformación se reduce por debajo de la temperatura BS. La fracción de volumen formada varía sinusoidalmente con el tiempo para una temperatura de transformación dada, alcanzando un límite asintótico invariable en tratamientos térmicos prolongados, aún en el caso de la presencia de austenita residual sin transformar. De hecho, la transformación cesa antes de que la austenita alcance su composición de equilibrio, y es por esto que a este fenómeno se le denominada "fenómeno de reacción incompleta".
Estas observaciones son entendidas si se tiene en cuenta que el crecimiento debe cesar si la concentración de carbono en la austenita alcanza la curva T0 del diagrama de fases. Si a ésto le añadimos el hecho de que la concentración de carbono aumenta cuando la temperatura de transformación disminuye, entonces más bainita puede formarse cuanto mayor sea el sub-enfriamiento por debajo de BS. Sin embargo, la restricción que supone la curva T0 implica, que la concentración de equilibrio dada por la curva Ae3 no puede ser alcanzada, como ha sido observado experimentalmente. En ocasiones, se define una temperatura final de transformación bainitica BF, sin embargo, claramente su significado no es fundamental.