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.Bainitt. (2009, 14. februar). I Store norske leksikon. Hentet 12. juni 2015 fra https://snl.no/bainitt.

 Dannelse 
Bainitt dannes ved omvandling av austenitt, vanligvis ved temperaturer mellom ca. 250 og ca. 500 °C.Bainitt. (2009, 14. februar). I Store norske leksikon. Hentet 12. juni 2015 fra https://snl.no/bainitt. Noen oppgir også 250-450 og andre 250-550 grader.  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.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 61. Veksten av platene etterfølges av geometriendringer med store skjærlaster.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 61. 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.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 61. Platene innen en samling får omtrent den samme krystallretningen.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 61. 

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.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 189. Nedre bainitt får karbider (oftest sementitt) inne i selve ferritten.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 61, 88 og 189. 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.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 88. Hovedårsaken til forskjellene er trolig temperaturene som reduserer atomenes muligheter til å forflyttes seg.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 190. Forflytningene av karbid skjer etter veksten av bainitten.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 89. I en del legering med mye silisium eller aluminium er karbidbevegelsene neglisjerbare.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 89.

 Varmebehandling 
Varmebehandling er oppvarming av bainitt med så lav temperatur at austenitt ikke dannes. Formålet er å bedre egenskapene ved at karbon og karbider flytter på seg.

Bainitten i seg selv inneholder lite karbon, da det har flyttet seg som grove sementitt-partikler.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 91. Flytting av grove partikler tar også lengre tid enn for eksempel i martensitt.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 92.

Dersom en har et høyt karboninnhold (mer enn 0,4%) kan varmebehandling ha en positiv effekt på restene av austenitt.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 94f.

Bainitt får i motsetning til martensitt, normalt ikke videre varmebehandling før det kan tas i bruk.

Varmebehandling kan i noen tilfeller medføre at bainitten blir sprø. Legeringselementer som fosfor, tinn og i en mindre grad silisium kan bidra til sprøhet:
 Oppvarming til 650 grader kan føre til utskillelse av enkelte legeringselementer som fosfor, som kan medføre brudd i korngrensene. Det kan forebygges ved bråkjøling.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 307ff.
 Oppvarming til 300-350 grader kan øke innholdet av sementitt i grensene til austenitten og korngrensene svekkes.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 309.
 Oppvarming til 300-350 grader i en blanding av martensitt kan medføre at sementittpartiklene blir større, og store nok til å sprekke opp stålet lokalt. Dette danner så grunnlaget for videre oppsprekking. En kan forebygge dette ved å inkludere ca. 0,5% molybden. Det knytter seg til fosforatomene og forhindrer de å utskilles i korngrensene. Større mengder er ikke til nytte.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 309.

 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).Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 286f.

Den høyeste bruddstyrken som er oppnådd i bainitt er 1600MPa.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001). Effekten av karbon på strekkstyrken er om lag 400MPa for hver volumprosent karbon.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 289. Styrken er ikke avhengig av kornstørrelsen i austenitten.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 290. 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.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 297.

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.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 339f.

Den geometriske formen med parallelle ferrittnålene kan medføre at spaltesprekker kan propagere.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 237.

 Bruksområder 
 Bilindustrien som del av høyfast stål for kollisjonsbeskyttelse.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001).
 Kjetting av høy styrke (som R5) vil gjerne inneholde en blanding av bainitt og martensitt, med bainitt i midten av kjettingløkkene.

Referanser

Kategori:Metaller