Undre bainit


Undre bainit har en mikrostruktur och kristallografiska egenskaper som är mycket lika dem i övre bainit. Den huvudsakliga skillnaden är dock att cementitpartiklar utskiljs också inuti ferritplattorna och inte bara på korngränserna mellan plattorna, som i övre bainit. Figur. *. Det finns därför två slag av cementitpartiklar: de som växer från den kolanrikade austenit, som åtskiljer plattorna i den bainitiska ferriten, och andra som verkar utskiljas från övermättad ferrit. Dessa senare partiklar uppvisar ”anlöpnings” -orienteringsrelationen, som man hittar när karbider utskiljs under värmebehandling av martensit. Denna beskrivs ofta som Bagaryatskis orienteringsrelation:

         [0 0 1] Fe3C  || [ -1  0   1]alpha  
[1 0 0] Fe3C || [ 1 1 1]alpha
[0 1 0] Fe3C || [ -1 2 -1]alpha

lowerbainite
Mikrostrukturen i lägre bainit. Notera utskiljningarna med flera varianter av karbidpartiklar inuti plattorna av lägre bainit. För övrigt består även lägre bainit av fina plattor, organiserade i knippen, med varje platta åtskiljd av filmer av kolanrikad restaustenit eller karbider. (Bhadeshia och Edmonds, Metallurgica Transaction A, 10A (1979) 895 - 907).

Karbiderna i ferriten behöver inte alltid vara cementit. Beroende på den kemiska sammansättningen och omvandlingstemperaturen kan andra övergångskarbider utskiljas först. I till exempel högkolhaltigt stål som innehåller mer än cirka 1 viktsprocent Si (vilket bromsar cementitbildningen), ser man vanligen att epsilonkarbid utskiljs i den bainitiska ferriten.

I motsats till anlöpt martensit utskiljs cementitpartiklarna i lägre bainit ofta bara i en av varianterna av orienteringsrelationen ( Figur), på så sätt att de bildar ett parallellt mönster med ungefär 60° vinkel till axeln i bainitplattan. I anlöpt martensit har karbiderna en tendens att utskiljas i ett Widmanstättenmönster. Detta egendomliga mönster av utskiljningar i lägre bainit kan uppkomma på grund av att karbiderna kärnbildas på ferrit/austenit-mellanytan och därför försöker anta en unik variant av orienteringsrelationen. Denna skulle då ge en optimal anpassning till både austeniten och ferriten, med vilka de är i kontakt.


En bild från transmissionselektronmikroskop, som visar en specifik variant av karbidpartiklar i varje platta. Specifika varianter har en tendens att uppkomma när drivkraften för cementitutskiljning är låg, det vill säga i lågkolhaltiga stål eller vid höga temperaturer, där kolet lätt kan flytta sig från den övermättade ferriten. (Bhadeshia, Acta metallurgica, volym 28 (1980) 1103 - 1114).
singlevariant

En annan möjlig förklaring är att karbidutskiljningen påverkas av spänningar, som hör samman med förskjutningstillväxten av lägre bainit. Denna effekt bör vara mindre påtaglig vid anlöpning av martensit, eftersom drivkraften för karbidutskiljning då är större.

Karbiderna i undre bainit är extremt små, bara några få nanometer stora och cirka 500 nm långa. Då karbiderna utskiljs inuti ferriten kommer en lägre andel kol att fördelas till restausteniten. Detta betyder i sin tur att färre och mindre cementitpartiklar utskiljs mellan ferritplattorna, jämfört med mikrostrukturen i övre bainit. En viktig konsekvens av detta är att lägre bainit vanligtvis är mycket segare än övre bainit, trots det faktum att den också tenderar att vara starkare. De grova cementitpartiklarna i övre bainit är allmänt kända för sin förmåga att kärnbilda klyvbrott och håligheter vid fibrösa brott.