Bainit – co to jest i jak powstaje w stali?
Bainit to ważny składnik strukturalny stali. Powstaje podczas chłodzenia austenitu. Jego właściwości zależą od temperatury przemiany. Zrozumienie bainitu pomaga w obróbce cieplnej.
Czym dokładnie jest bainit?
Bainit to składnik strukturalny wielu stopów żelaza. Jest to struktura metastabilna. Powstaje z rozpadu austenitu. Przemiana zachodzi w określonym przedziale temperatur. Ten przedział leży między perliter a martenzytem.
Bainit składa się z dwóch faz. Są to przesycony węglem ferryt oraz węgliki. Węgiel jest wydzielany w postaci węglików. Osnowę stanowią kryształy roztworu stałego. Ferryt jest przesycony węglem.
Bainit jest twardszy niż zwykły ferryt. Wynika to z dużej koncentracji dyslokacji. Ta struktura jest pośrednia. Leży między perlitem a martenzytem.
W 1930 roku dwójka naukowców – E.S. Davenport i Edgar Bain zaobserwowali nową mikrostrukturę składającą się z „iglastych, ciemnych wydzieleń”.
Nazwano ją bainitem na cześć Edgara Baina.
W 1934 roku pierwszy raz użyto stwierdzenia bainit w stosunku do tej mikrostruktury.
Początkowo nazywano ją martenzyt-troostyt. Nazwa podkreślała jej pośrednie cechy.
Proces powstawania bainitu – przemiana bainityczna
Bainit powstaje w wyniku przemiany austenitu. Jest to przemiana austenitu przechłodzonego. Zachodzi w zakresie temperatur od około 550°C. Dolna granica to temperatura początku martenzytu (M S). Najczęściej powstaje podczas izotermicznej przemiany. Austenit jest przechładzany do 550-250°C. Przemiana bainityczna nie jest bezdyfuzyjna. Węgiel dyfunduje w strukturze. Diagramy CTPc (TTT) i CTPc (CCT) pokazują kinetykę przemiany. Pomagają przewidzieć strukturę po chłodzeniu.
Rodzaje bainitu – bainit górny i dolny
Struktura bainitu zależy od temperatury przemiany. Różnice są morfologiczne. Wyróżniamy bainit górny i dolny.
Bainit górny
Bainit górny powstaje w wyższych temperaturach. Zakres to 550–350 °C. Według innych źródeł to 550-400°C. Charakteryzuje się inną morfologią. Węgliki wydzielają się między płytkami ferrytu. Twardość bainitu górnego wynosi 380-500 HB. To około 40-45 HRC.
Bainit dolny
Bainit dolny powstaje w niższych temperaturach. Zakres to poniżej 350 °C. Inne źródła podają 400–250°C. Węgliki wydzielają się wewnątrz płytek ferrytu. Są ustawione pod kątem do osi płytki. Twardość bainitu dolnego wynosi 500-600 HB. To około 55 HRC.
Zarówno bainit górny, jak i dolny mają podobną budowę. Składają się z kolonii płytek ferrytu. Płytki są oddzielone. Między nimi znajduje się nieprzemieniony austenit. Może tam być też martenzyt i cementyt.
| Rodzaj bainitu | Zakres temperatury | Twardość (HB) | Twardość (HRC) |
|---|---|---|---|
| Bainit górny | 550-350 °C (lub 550-400°C) | 380-500 | ~40-45 |
| Bainit dolny | <350 °C (lub 400-250°C) | 500-600 | ~55 |
Morfologia bainitu – struktura mikro
Bainit ma strukturę akularną. Oznacza to, że tworzy iglaste lub płytkowe formy. Osnowa to ferryt przesycony węglem. Wydzielenia węglików są drobne. Ich rozmieszczenie zależy od temperatury. W bainicie górnym węgliki są między płytkami. W bainicie dolnym węgliki są wewnątrz płytek. Płytki ferrytu tworzą kolonie. Między koloniami mogą występować resztki austenitu. Może pojawić się też martenzyt lub cementyt.
Zastosowanie i znaczenie bainitu
Struktura bainityczna ma korzystne właściwości. Charakteryzuje się dobrą kombinacją wytrzymałości i ciągliwości. Jest to pośrednie rozwiązanie. Właściwości leżą między perlitem a martenzytem. Bainit jest użyteczny w obróbce cieplnej. Proces hartowania bainitycznego (austempering) wykorzystuje tę przemianę. Celem jest uzyskanie struktury bainitycznej na całym przekroju.
Bainite microstructure becomes useful as no additional heat treatments are required after initial cooling to achieve a hardness value between that of pearlitic and martensitic steels.
Wystąpienie bainitu dolnego jest ważne. Stanowi jeden z postulatów kryterium wystarczającej hartowności. Dotyczy to przekroju miarodajnego hartowanego elementu. Procesy takie jak obróbka cieplna są kluczowe. Metallurgia wykorzystuje te przemiany.
- Uzyskanie struktury bainitycznej nie wymaga dodatkowych obróbek cieplnych.
- Struktura bainitu zapewnia twardość między perlitem a martenzytem.
- Wystąpienie bainitu dolnego świadczy o hartowności materiału.
Co to jest bainit?
Bainit to metastabilny składnik stali. Powstaje z rozpadu austenitu. Składa się z przesyconego ferrytu i węglików.
Kto odkrył bainit?
Bainit odkryli E. S. Davenport i Edgar Bain. Nazwano go na cześć Edgara Baina.
W jakich temperaturach powstaje bainit?
Bainit powstaje w zakresie 250–650 °C. Bainit górny tworzy się między 550–350 °C. Bainit dolny poniżej 350 °C.