Bainite ist eine acicular Mikrostruktur (nicht eine Phase), der sich in Stahlen bei Temperaturen von ungefähr 250-550°C formt (je nachdem Inhalt beeinträchtigen). Zuerst beschrieben von E. S. Davenport und Edgar Bain ist es eines der Zergliederungsprodukte, die sich formen können, wenn austenite (hat das Gesicht Kubikkristallstruktur von Eisen in den Mittelpunkt gestellt), vorbei an einer kritischen Temperatur von 727 °C (ungefähr 1340 °F) abgekühlt wird. Davenport und Bain haben ursprünglich die Mikrostruktur als ein ähnliches Aussehen habend mit gehärtetem martensite beschrieben.

Eine feine non-lamellar Struktur, bainite besteht allgemein aus cementite und an der Verlagerung reichem ferrite. Die hohe Konzentration von Verlagerungen in der Ferrite-Gegenwart in bainite macht das ferrite härter, als es normalerweise sein würde.

Die Temperaturreihe für die Transformation zu (250-550°C) bainite ist zwischen denjenigen für pearlite und martensite. Wenn gebildet, während des dauernden Abkühlens ist die kühl werdende Rate, um bainite zu bilden, schneller als das erforderlich, pearlite, aber weniger schnell zu bilden, als es erforderlich ist, martensite (in Stahlen derselben Zusammensetzung) zu bilden. Die meisten Legierungselemente werden die Temperatur senken, die für die maximale Rate der Bildung von bainite erforderlich ist, obwohl Kohlenstoff dabei am wirksamsten ist.

Die Mikrostrukturen von martensite und bainite scheinen zuerst ziemlich ähnlich; das ist eine Folge der zwei Mikrostrukturen, die viele Aspekte ihrer Transformationsmechanismen teilen. Jedoch bestehen morphologische Unterschiede wirklich, die verlangen, dass ein TEM sieht. Unter einem einfachen leichten Mikroskop scheint die Mikrostruktur von bainite dunkler als martensite wegen seines niedrigen Reflexionsvermögens.

Bainite ist ein Zwischenglied von pearlite und martensite in Bezug auf die Härte. Deshalb wird die bainitic Mikrostruktur nützlich darin keine zusätzlichen Wärmebehandlungen sind nach der Initiale erforderlich, die kühl wird, um einen Härte-Wert zwischen diesem von pearlitic und martensitic Stahlen zu erreichen.

Geschichte

In den 1920er Jahren hat der Davenport und Bain eine neue Stahlmikrostruktur entdeckt, die sie provisorisch martensite-troostite, wegen seiner genannt haben, zwischen der bereits bekannten niedrigen Temperatur martensite Phase Zwischen-seiend, und was dann als troostite (jetzt fein-pearlite) bekannt war. Diese Mikrostruktur wurde nachher bainite von den Kollegen von Bain an United States Steel Corporation genannt, obwohl es für den Namen Zeit in Anspruch genommen hat, der von der wissenschaftlichen Gemeinschaft mit Büchern erst 1947 aufzunehmen ist scheiternd, bainite namentlich zu erwähnen. Bain und der Davenport hat auch die Existenz von zwei verschiedenen Formen bemerkt: 'Obere Reihe' bainite, der sich bei höheren Temperaturen und 'niedrigerer Reihe' bainite geformt hat, der sich in der Nähe vom martensite geformt hat, fängt Temperatur an (diese Formen sind jetzt als ober bekannt - und sinken beziehungsweise-bainite). Die frühe Fachsprache war weiter durch das Übergreifen, in einer Legierung, von der niedrigeren Reihe der pearlite Reaktion und der oberen Reihe des bainite mit der zusätzlichen Möglichkeit von proeutectoid ferrite verwirrt.

Bildung

An 900 °C wird ein typischer niedriger Flussstahl völlig austenite, der hohen Temperaturphase von Eisen zusammengesetzt. Unter ungefähr 700 °C (723 °C in reinem Eisen) ist der austenite thermodynamisch nicht stabil und unter Gleichgewicht-Bedingungen, es wird eine eutectoid Reaktion erleben und pearlite - eine durchgeschossene Mischung von ferrite und cementite (FeC) bilden. Zusätzlich zu den thermodynamischen durch das Phase-Diagramm angezeigten Rücksichten sind die Phasenumwandlungen in Stahl schwer unter Einfluss der Kinetik. Das führt zur Kompliziertheit von Stahlmikrostrukturen, die stark unter Einfluss der kühl werdenden Rate sind. Das kann durch ein Diagramm der dauernden kühl werdenden Transformation (CCT) illustriert werden, das die Zeit plant, die erforderlich ist, eine Phase zu bilden, wenn eine Probe an einer spezifischen Rate abgekühlt wird, so Gebiete im Zeittemperaturraum zeigend, aus dem die erwarteten Phase-Bruchteile für einen gegebenen Thermalzyklus abgeleitet werden können.

Wenn der Stahl langsam abgekühlt wird, wird die Transformation mit den Gleichgewicht-Vorhersagen übereinstimmen, und pearlite wird die Mikrostruktur mit einem Bruchteil von proeutectoid ferrite oder cementite abhängig von der chemischen Zusammensetzung beherrschen. Jedoch ist die Transformation von austenite bis pearlite eine zeitabhängige wiederaufbauende Reaktion, die die in großem Umfang Bewegung der Eisen- und Kohlenstoff-Atome verlangt. Während sich der zwischenräumliche Kohlenstoff sogleich sogar bei gemäßigten Temperaturen verbreitet, wird die Selbstverbreitung von Eisen äußerst langsam bei Temperaturen unter 600 °C, bis, zu allen praktischen Zwecken, es anhält. Demzufolge kann ein schnell abgekühlter Stahl eine Temperatur erreichen, wo sich pearlite trotz der Reaktion nicht mehr formen kann, die unvollständig ist und der restliche austenite, der thermodynamisch nicht stabil ist.

Austenite, der sehr schnell abgekühlt wird, kann martensite, ohne jede Verbreitung entweder von Eisen oder von Kohlenstoff durch das Scheren der flächenzentrierten Kristallstruktur des austenite in eine verdrehte Körper - tetragonal Struktur bilden. Diese Nichtgleichgewicht-Phase kann sich nur bei niedrigen Temperaturen formen, wo die treibende Kraft für die Reaktion genügend ist, um die beträchtliche durch die Transformation auferlegte Gitter-Beanspruchung zu überwinden. Die Transformation ist mit dem Phase-Bruchteil im Wesentlichen zeitunabhängig, der abhängt, nur der Grad des Abkühlens unter dem kritischen martensite fängt Temperatur an. Weiter kommt es ohne die Verbreitung entweder von stellvertretenden oder von zwischenräumlichen Atomen vor, und so erbt martensite die Zusammensetzung des Elternteilaustenite.

Bainite besetzt ein Gebiet zwischen diesem Zwei-Prozess in einer Temperaturreihe, wo Eisenselbstverbreitung beschränkt wird, aber es gibt ungenügende treibende Kraft, um martensite zu bilden. Im Gegensatz zu pearlite, wo der ferrite und cementite kooperativ, bainite Formen durch die Transformation von Kohlenstoff-superdurchtränktem ferrite mit der nachfolgenden Verbreitung von Kohlenstoff und dem Niederschlag von Karbiden wachsen. Eine weitere Unterscheidung wird häufig zwischen dem so genannten tiefer-bainite gemacht, der sich bei Temperaturen formt, die an der Martensite-Anfang-Temperatur näher sind und ober-bainite sind, der sich bei höheren Temperaturen formt. Diese Unterscheidung entsteht aus den Verbreitungsraten von Kohlenstoff bei der Temperatur, bei der sich der bainite formt. Wenn die Temperatur dann hoch ist, wird sich der Kohlenstoff schnell weg vom kürzlich gebildeten ferrite verbreiten und Karbide im Kohlenstoff-bereicherten restlichen austenite zwischen den ferritic Tellern bilden, sie ohne Karbide verlassend. Bei niedrigen Temperaturen wird sich der Kohlenstoff mehr faul verbreiten und kann sich niederschlagen, bevor er den bainitic ferrite verlassen kann. Es gibt eine Meinungsverschiedenheit über die Details des Transformationsmechanismus von bainite; beide Theorien werden unten vertreten.

Displacive Theorie

Eine der Theorien über den spezifischen Bildungsmechanismus für bainite ist, dass es bei einer scheren Transformation, als in martensite vorkommt. Wie man sagt, verursacht die Transformation eine Betonung erleichternde Wirkung, die durch die Orientierungsbeziehungsgegenwart in bainitic Mikrostrukturen bestätigt wird. Es, gibt jedoch, ähnliche Betonungserleichterungseffekten, die in Transformationen gesehen sind, die, wie man betrachtet, martensitic in der Natur nicht sind, aber der Begriff 'ähnlicher' bezieht identisch nicht ein. Die mit bainite vereinigte Erleichterung ist ein invariant — die Flugzeug-Beanspruchung mit einem großen schert Bestandteil. Die einzige Verbreitung, die bei dieser Theorie vorkommt, ist während der Bildung der Karbid-Phase (gewöhnlich cementite) zwischen den ferrite Tellern.

Sich verbreitende Theorie

Die sich verbreitende Theorie des Transformationsprozesses von bainite basiert auf der kurzen Reihe-Verbreitung an der Transformationsvorderseite. Hier kontrollieren zufällige und unkoordinierte thermisch aktivierte Atomsprünge Bildung, und die Schnittstelle wird dann durch die wiederaufbauende Verbreitung wieder aufgebaut. Der Mechanismus ist nicht im Stande, die Gestalt noch durch die bainite Transformation verursachte Oberflächenerleichterung zu erklären.

Morphologie

Normalerweise bainite manifiests als Anhäufungen, genannte Bündel, ferrite Teller (Subeinheiten), die durch behaltenen austenite, martensite oder cementite getrennt sind. Während die Subeinheiten getrennt, wenn angesehen, auf einer 2-dimensionalen Abteilung scheinen, werden sie tatsächlich in 3 Dimensionen miteinander verbunden und übernehmen gewöhnlich einen linsenförmigen Teller oder Latte-Morphologie. Die Bündel selbst sind mit dem dickeren mit der nucleation Seite vereinigten Ende keilförmig.

findet, nimmt die Dicke der ferritic Teller mit der Transformationstemperatur zu. Nervennetzmodelle haben angezeigt, dass das nicht eine direkte Wirkung der Temperatur per se, aber eher eines Ergebnisses der Temperaturabhängigkeit der treibenden Kraft für die Reaktion und die Kraft des austenite Umgebung der Teller ist. Bei höheren Temperaturen, und senken folglich undercooling, die reduzierte thermodynamische treibende Kraft verursacht eine Abnahme in der nucleation Rate, die individuellen Tellern erlaubt, größer zu wachsen, bevor sie physisch an einander stoßen. Weiter muss das Wachstum der Teller durch den Plastikfluss in der Umgebung austenite angepasst werden, der schwierig ist, wenn der austenite stark ist und dem Wachstum des Tellers widersteht.

Oberer Bainite

So genannter "oberer bainite" formt sich um den 400-550°C in Bündeln. Diese Bündel enthalten mehrere Latten von ferrite, die zu einander ungefähr parallel sind, und die eine Beziehung von Kurdjumov-Sachs mit der Umgebung austenite ausstellen, obwohl sich diese Beziehung abbaut, weil die Transformationstemperatur gesenkt wird. Der ferrite in diesen Bündeln hat eine Kohlenstoff-Konzentration unter 0.03 %, auf am Kohlenstoff reichen austenite um die Latten hinauslaufend.

Der Betrag von ferrite, der sich zwischen den Latten formt, basiert auf dem Kohlenstoff-Inhalt des Stahls. Für einen niedrigen Flussstahl werden normalerweise diskontinuierliche "Längsbalken" oder kleine Partikeln von cementite zwischen Latten da sein. Für einen höheren Flussstahl werden die Längsbalken dauernd entlang den angrenzenden Latten.

Tiefer Bainite

Senken Sie Bainite-Formen zwischen dem 250-400°C, und nimmt mehr Acicular-Form an als oberer bainite. Es gibt nicht fast als viele niedrige Winkelgrenzen zwischen Latten in tiefer bainite. In tiefer bainite wird sich das Gewohnheitsflugzeug in ferrite auch davon bewegen

Unvollständige bainite Transformation

Die frühe Forschung über bainite hat gefunden, dass bei einer gegebenen Temperatur sich nur ein bestimmte Volumen-Bruchteil des austenite zu bainite mit dem Rest verwandeln würde, der sich zu pearlite nach einer verlängerten Verzögerung zersetzt. Das ist der Fall gewesen, ungeachtet der Tatsache dass ein ganzer austenite zur pearlite Transformation bei höheren Temperaturen erreicht werden konnte, wo der austenite stabiler war. Der Bruchteil von bainite, der sich vergrößert als die verminderte Temperatur formen konnte. Das wurde durch die Erklärung der Tatsache schließlich erklärt, dass, als sich der bainitic ferrite geformt hat, der superdurchtränkte Kohlenstoff zur Umgebung austenite so thermodynamisch das Stabilisieren davon gegen die weitere Transformation vertrieben würde.

Links

• Online-Lehrbuch, das bainite, von der Universität von Cambridge Presse und das Institut für Materialien, Minerale gewidmet ist und Abbauend
• Die Legierungselemente in Stahl, durch Edgar C. Bain
• Übersicht von Bainite auf vielfachen Sprachen
• Der Davenport und der ursprüngliche Artikel von Bain
• Der erste Hauptteil in der Welt nanostructured Metall