Bainitt

Bainitt er en nålformet plateliknende mikrostruktur i austenittisk stål etter egnet varmebehandling. Bainitt kan videre deles i øvre og nedre bainitt som dannes ved ulike temperaturer og har forskjellige mekaniske egenskaper.
Navnet er etter den amerikanske metallurgen Edgar Collins Bain.

Dannelse

Bainitt dannes ved omvandling av austenitt, vanligvis ved temperaturer mellom ca. 250 og ca. 500 °C.  Temperaturen vil være avhengig av kjemisk sammensetting og nedkjølingshastigheten.
Bainitt opptrer etter hurtig nedkjøling. Ved langsommere nedkjøling får en oftest perlitt og ved enda hurtigere nedkjøling martensitt. Under nedkjøling vil atomer flytte seg, men det tar tid. Karbonatomer beveger seg til korngrensene og danner karbider - oftest som cementittpartikler (Fe₃C). Er nedkjølingen hurtig får atomer får liten tid til å flytte seg særlig langt inne i kornstrukturen.
Bainitten vokser under nedkjølingen til samlinger (engelsk sheaves) av tynne plater av ferritt. Veksten av platene etterfølges av geometriendringer med store skjærlaster. Platene er til en viss grad skilt fra hverandre med en slags film (rester av blant annet austenitt eller sementitt), slik at spenningen av hele samlingen blir mye mindre enn innen hver plate. Platene innen en samling får omtrent den samme krystallretningen.
Nedre bainitt lages ved lavere temperaturer enn øvre bainitt. Ferritten i øvre bainitt blir fri for karbider, mens restene av austenitt får ansamlingen av karbon. Nedre bainitt får karbider (oftest sementitt) inne i selve ferritten. I nedre bainitt vil noe karbon fra overmettet ferritt bevege seg til den gjenværende austenitten, men mengden karbider som beveger seg fra austenitten er mindre enn i øvre bainitt. Hovedårsaken til forskjellene er trolig temperaturene som reduserer atomenes muligheter til å forflyttes seg. Forflytningene av karbid skjer etter veksten av bainitten. I en del legering med mye silisium eller aluminium er karbidbevegelsene neglisjerbare.

Egenskaper

Martensitten er lysere i fargen enn bainitt. Perlitten har derimot en perlemorsfarge. Bainitt er hardere og mer sprø enn perlitt. Herdestrukturen på bainitt ligner på martensitt, men er mindre hard og sprø. Egenskapene til martensitt kan forbedres ved varmebehandling, men ikke for bainitt.
Bainitt har vanligvis cementitt og ferritt med mange defekter i krystallstrukturen (dislokasjoner). Den høye konsentrasjonen av dislokasjoner i ferritten gjør den hardere enn det normalt ville være.
Hardheten øker lineært med karboninnholdet, med ca 190HV for hver volumprosent karbon (Vickers hardhet).
Den høyeste bruddstyrken som er oppnådd i bainitt er 1600MPa. Effekten av karbon på strekkstyrken er om lag 400MPa for hver volumprosent karbon. Styrken er ikke avhengig av kornstørrelsen i austenitten. Styrken reduseres ved oppvarming. Bainittisk stål har ikke en klar flytegrense, men en definerer oftest 0,2% tøyning som flyt.
Strekkforlengelsen ved brudd er bedre for bainitt enn for andre stål, mens arealreduksjonen er større.
Blandinger av bainitt og martensitt reduserer duktilitet, seighet og styrke. Det er knyttet til de store forskjellene i styrke. Ved å varmebehandle blandingen, blir styrkeforskjellene vesentlig mindre. Blandingen kan da få bedre egenskaper enn de to typene hver for seg. Det gjelder spesielt ved bruk av nedre bainitt. Bruk av ca. 20% nedre bainitt i martensitt fører til økt styrke og seighet.
Den geometriske formen med parallelle ferrittnålene kan medføre at spaltesprekker kan propagere.