Kinetik


Den hastighet som bainitreaktionen sker med kan beskrivas i termer av ett antal separata händelser. En delenhet kärnbildas på en austenitkorngräns och förlänger sig med en viss hastighet innan dess tillväxt stoppas genom plastisk deformation i austeniten. Nya delenheter kärnbildas sedan vid dess spets och knippstrukturen utvecklas ju längre processen fortsätter. Den totala tillväxthastigheten i längdsled av ett knippe är därför lägre än för en individuell delenhet, på grund av att det finns ett visst intervall mellan bildandet av de successiva delenheterna. Volymandelen bainit beror på summan av knippen som växer från olika delar av provet. Förekomst av karbidutskiljning påverkar också kinetiken, främst genom att ta bort kol antingen från restausteniten eller från den övermättade ferriten.

Man känner till mycket lite om kärnbildning av bainit, förutom att aktiveringsenergin är direkt proportionell mot drivkraften för omvandlingen. Detta är i överensstämmelse med teorin för martensitens kärnbildning. Till skillnad från martensiten måste dock kolet omfördela sig till austeniten under bainitkärnbildningen, trots att kärnan sedan utvecklas till en delenhet som växer utan diffusion.

Storleken på individuella ferritplattor är för liten för att kunna upplösas med optiska mikroskop. Dessa kan bara upplösa kluster av plattor. Genom att använda metoder med högre upplösning, som fotoemission-elektronmikroskop, har det varit möjligt att direkt studera hur bainitreaktionen framskrider. Det är inte förvånande att man funnit att förlängningen av individuella bainitplattor sker med en hastighet som är mycket högre* än vad som förväntas från en diffusionsstyrd process. Tillväxthastigheten är emellertid mycket lägre än för martensit, på grund av att drivkraften för bainitbildandet är lägre genom de högre omvandlingstemperaturerna. Plattorna har en tendens att växa med en konstant hastighet, men stoppas oftast innan de kan utbreda sig över hela austenitkornet.

Förlängningshastigheten för ett knippe är ännu lägre, på grund av förseningen som uppstår när nya underenheter måste kärnbildas om och om igen. Ändå finner man att förlängningshastigheten för knippen är cirka en tiopotens högre än vad man förväntar sig från en tillväxt styrd av koldiffusion. Man har även gjort mätningar av bainitknippenas ökning i tjockledsled. Denna process verkar vara diskontinuerlig och tjockleken ökar i diskreta steg på cirka 0.5 mm. Dessa steghöjder stämmer överens med storleken på delenheterna, som man sett i tunna folier med elektronmikroskopi. Tjockleksökningen beror därför på hastigheten varmed delenheterna kärnbildas i närliggande områden inom ett knippe.

De övergripande omvandlingskarakteristika, det vill säga förändringen i andelen bainit med hänsyn till tid, temperatur, austenitkornstorlek och legeringsinnehåll studeras bäst med TTT-diagram. En förenklad beskrivning är att TTT-diagrammet består av två separerade C-kurvor. Kurvan vid högre temperatur beskriver uppkomsten av produkter från diffusionsstyrd omvandling, som ferrit och perlit, medan den lägre C-kurvan representerar skjuvningsmekanismer som ger Widmanstättenferrit och bainit. I lågt legerade stål som omvandlas snabbt, överlappar dessa två kurvor varandra så mycket att det bara verkar finnas en kurva, som är en kombination av alla reaktioner. När legeringshalten ökas, för att bromsa sönderfallet av austenit, börjar de båda kurvorna att synas tydligt och en speciell "vik" utvecklas omkring Bs-temperaturen i TTT-diagrammet. Denna vik är viktig vid konstruktion av vissa höghållfasta (ausformade) stål som måste deformeras i austenitområdet vid låga temperaturer innan omvandlingen börjar.