ベイナイト
ベイナイト(英: bainite、米国の冶金学者エドガー・ベインに由来する)は炭素鋼や低合金鋼の等温保持或いは連続冷却の熱処理により生じる金属組織(相ではない)の一つである。
中間組織(独: Zwischenstufengefüge、英: intermediate structure)または中間段階変態生成物(組織)(独: Zwischenstufen Umwandlungsprodukt、英: intermediate stage transformation products)、或いはその頭文字Zwの語は特にドイツ語圏において「広義の」ベイナイトとほぼ同じ意味で用いられる。これはミクロ組織の生成する温度及び冷却速度がパーライト変態とマルテンサイト変態の間にあることによる。つまりZwは「狭義の」ベイナイトを含む変態組織の総称であるから、Zwの意味でベイナイトを用いるのは適切でない。ドイツ語圏では用語の問題を避けるために、以前からZwと呼ばれてきたのである。
この温度域においては、マルテンサイト変態の急激な結晶構造の変化(無拡散変態)と拡散変態が結びついて、異なる変態機構が起こりうる。冷却速度及び炭素量、合金元素とその結果としての変態温度への依存性から、「広義の」ベイナイトは固有の形態を持たない。ベイナイトには、パーライトと同様にフェライト相(α)とセメンタイト相(Fe3C)が含まれているものの、その形や大きさ、分散状況が大きく異なる。ベイナイト組織の形態として、上部ベイナイト(或いはグラニュラーベイナイト)及び下部ベイナイトの区別が知られている。
オーステンパー或いは等温変態におけるベイナイト変態は、オーステナイト(γ)化に続く焼入れ中のMs点(マルテンサイト変態開始温度)以上の温度(約250-550°C、合金元素にあまり依存しない)で起こる。
この説明はベイナイト変態とマルテンサイト変態の関連性が表面起伏に反映されていると見る。この考えでは板状のベイナイトとして観察される相(ベイニティックフェライトプレート)が、オーステナイトの剪断によりできたもの、つまりMs点以上でできたマルテンサイトと同様であるとし、ベイナイト変態は相界面の移動を通じた非熱的な原子の移動であるとする。ここで変態率は剪断の前後のオーステナイト中の侵入型原子の拡散によって決まる。この説明は中高炭素鋼の変態をよく説明でき、ベイナイト変態の比較多数説であるものの、低炭素鋼や非鉄金属の変態をうまく説明できない。また、ウイドマンステッテン組織のように、拡散変態でも表面起伏が起こることは留意する必要がある。
が成り立つことを示しているのに対し、ピッカリング(Pickering)は
( 010 ) F e 3 C ‖ ( 110 ) γ {\displaystyle (010)_{Fe_{3}C}\|(110)_{\gamma }}
[ 001 ] F e 3 C ‖ [ 1 ̄ 12 ] γ {\displaystyle [001]_{Fe_{3}C}\|[{\overline {1}}12]_{\gamma }}
[ 100 ] F e 3 C ‖ [ 1 1 ̄ 1 ] γ {\displaystyle [100]_{Fe_{3}C}\|[1{\overline {1}}1]_{\gamma }}
を示している。
ピッカリングは、フェライトとセメンタイトの間に方位関係が一切認められないことから、このセメンタイトがフェライトから生じたものでなく、オーステナイトから生じたものであろうと結論づけている。
350から400°Cの温度範囲においては、変態の活性化エネルギーはγ鉄中の炭素拡散のそれ(1.34 eV)にほぼ相当する、34,000 cal/mol(1.48 eV)と測定される。350°C以下においては、フェライト中に一定の平衡濃度に近い0.3%の炭素量が観察され、その際、試験片が保持される変態温度の上昇に伴って線形に減少する様子が観察される。
また、上部ベイナイト生成の活性化エネルギーは18,000から32,000 cal/mol(0.78から1.39 eV)、或いは22,000から30,000 cal/mol(0.95から1.30 eV)が測定されている。