De microstructuur van hoogbainiet bestaat uit dunne ferrietplaten die elk ongeveer
0.2 micrometer dik en ongeveer 10 micrometer lang zijn. De platen groeien in
groepen, zogenaamde bundels. Binnen elke bundel zijn de platen parallel en
hebben ze dezelfde kristallografische oriëntatie, elk met een wel gedefinieerd
kristallografisch habitusvlak. De individuele platen in een bundel worden vaak
de 'sub-eenheden' van bainiet genoemd. Ze zijn vaak van elkaar gescheiden door
lage hoek korrelgrenzen of door cementietdeeltjes, Figuur.
Hoogbainiet ontwikkelt zich
in verschillende stadia; te beginnen met de nucleatie van ferrietplaten in de
austenietkorrelgrenzen. De groei van elke plaat leidt tot een vormverandering
van het getransformeerde gebied ( Figuur), die nauwkeurig kan beschreven
worden als een invariante vlakvervorming met een grote afschuifcomponent. Deze
laatste is nagenoeg identiek aan deze die vastgesteld wordt bij de
martensiettransformatie. Bainiet groeit echter bij relatief hoge temperaturen
in vergelijking met martensiet. De grote rekken afkomstig van de
vormverandering kunnen niet opgenomen worden door de austenietfase waarvan de
sterkte daalt bij stijgende temperatuur. Deze rekken relaxeren door plastische
vervorming van het naburig austeniet. De lokale verhoging van de
dislocatiedichtheid, veroorzaakt door het vloeien van de austenietblokken,
verhindert een verdere vooruitgang van het beweeglijk transformatiefront (Figuur). De lokale plastische vervorming verhindert
dus de groei van de ferrietplaten zodat iedere 'sub-eenheid' relatief klein
blijft. De grootte van zo'n 'sub-eenheid' is veel kleiner dan de
austenietkorrelgrootte.
|
Net zoals bij martensiet brengt
de vormverandering met zich mee dat het groeimechanisme van bainitisch ferriet
displacief is. Het minimaliseren van de rekenergie, wat samenhangt met de
verplaatsingen verzekert de groei van bainiet als dunne platen. Aangezien de
kristalstructuur van bainiet ontstaat door een gecoördineerde verplaatsing van
atomen, volgt hieruit dat er een oriëntatierelatie tussen het austeniet en het
bainiet moet bestaan. Experimenteel werd aangetoond dat deze oriëntatierelatie
van die aard is dat een paar van de dichtstgestapelde vlakken van de twee
roosters zo goed als parallel zijn net zoals de overeenkomstige
dichtstgestapelde richtingen in deze vlakken. Dit wordt vaag beschreven door
een oriëntatierelatie van het Kurdjumov-Sachs type.
Bainiet vormt zich op welbepaalde
kristallografische vlakken, maar de indices van het habitusvlak vertonen een
aanzienlijke spreiding (Figuur). Dit is te wijten aan het feit dat
de meeste metingen uitgevoerd werden met behulp van lichtmicroscopen zodat het
habitusvlak dat bepaald wordt niet dat van een individuele 'sub-eenheid' is.
Het habitusvlak komt daarentegen overeen met een gemiddelde waarde afhankelijk
van het aantal, de grootte en de verdeling van de 'sub-eenheden' binnen een
bundel. Al deze factoren kunnen variëren met de transformatietemperatuur, de
tijd en de chemische samenstelling.
|
Het werd reeds eerder
beklemtoond dat hoogbainiet zich vormt in twee afzonderlijke fasen. De eerste
fase houdt de vorming in van bainitisch ferriet dat een zeer lage oplosbaarheid
voor koolstof heeft (< 0.02 massa%). Hierdoor wordt het overblijvend
austeniet aangerijkt aan koolstof tijdens de groei van de ferrietfase.
Uiteindelijk kan cementiet precipiteren op de resterende austenietlagen die
zich tussen de ferriet sub-eenheden bevinden. De hoeveelheid cementiet hangt af
van het koolstofgehalte van het staal. Hoge concentraties leiden tot
microstructuren waarin de ferrietplaatjes van elkaar gescheiden worden door
continue lagen van cementiet. Smalle, afzonderlijke cementietdeeltjes vormen
zich wanneer het koolstofgehalte in het staal laag is.
De oriëntatierelatie tussen
de cementietdeeltjes en het austeniet waaruit ze ontstonden, wordt beschreven
door de "Pitsch" oriëntatierelatie:
[0 0 1]Fe3C || [ -2 2 5]gamma
[1 0 0]Fe3C || [ 5 -5 4]gamma
[0 1 0]Fe3C || [ -1 -1 0]gamma
Verschillende kristallografische varianten
van carbides kunnen uit het austeniet precipiteren. Elk precipitaat staat
indirect in verband met het ferriet via de ferriet/austeniet oriëntatierelatie.
Wanneer er voldoende
legeringselementen (zoals silicium of aluminium) die de cementietvorming
vertragen, toegevoegd worden aan het staal is het mogelijk de vorming van
cementiet volledig te onderdrukken. In dit geval bestaat de hoogbainitische
microstructuur enkel uit bainitisch ferriet en aan koolstofaangerijkte
restausteniet. De microstructuur kan ook martensiet bevatten als het
restausteniet zich ontbindt tijdens het koelen tot kamertemperatuur.