ベイナイト
変態後のベイニティックフェライトの転位密度は10から10 cmに達する。この転位密度を持つために、変態温度の上昇に伴ってベイニティックフェライトの生成が少なくなり、より高温では、多くの炭化物が存在するようになる。
塑性変形においては、これらの転位のごく一部のみがすべり転位として働く。金属格子中のすべり転位の運動は、金属格子の立体構造の不動転位や溶解した不純物原子、炭化物、結晶粒界、相界面により妨げられる。転位強化の関与は定量的に、
σ v e r s = α 1 ⋅ G ⋅ b ⋅ ρ {\displaystyle \sigma _{vers}=\alpha _{1}\cdot G\cdot b\cdot {\sqrt {\rho }}}
として見積もられる。ここでα1は定数、Gは剪断弾性係数、bはバーガースベクトルの大きさ、ρは全体の転位密度である。
すべり転位とそれぞれのすべり面上の侵入型原子或いは置換型原子との間には、
σ M K = α 2 ⋅ G ⋅ C M {\displaystyle \sigma _{MK}=\alpha _{2}\cdot G\cdot C^{M}}
の応力分配が成り立つ。ここでα2とMは定数、Cは不純物原子の濃度である。変態温度が低下するとベイニティックフェライトに固溶した炭素が増加するため、固溶強化が大きくなる。
強い炭素の拡散分配がα相の炭素濃度Xとγ相の炭素濃度Xで起こり、ここで、γ相の自由エンタルピーはGからGへ低下し、同時に変態してα相となった体積の自由エンタルピーはGまで低下する。系全体の自由エンタルピーはΔG減少し、変態のための駆動力はΔGαとして与えられる。
非平衡反応の条件に置き換えたときの駆動力は、生成した相のX或いはXの異なる炭素濃度として与えられる。図5にオーステナイト相の濃度をXγ、フェライト相の濃度をXα > Xとした場合を示す。純粋な拡散支配変態においては、駆動力ΔGαは専ら相界面前方の拡散領域の移動で消費(散逸)して(ΔG = ΔGα)、その炭素濃度はXm < Xとなる。しかしながら、もし相界面のΔGsに加えて剪断が誘起されるなら、相界面の移動において協調的な原子の移動が必要となり、その場所の炭素濃度はXi < Xmとなる。
ΔGαのΔGdとΔGsの分配は拡散が剪断と同じ速度の場合の結果である。この拡散と剪断の結びつきは、図14に示すように移動界面の前方に炭素が濃化するためである。オーステナイト相の炭素の濃化Xiは変態界面に影響を与える。オーステナイト相からの炭素の拡散は、オーステナイトの炭素濃度Xγを増加させる(図14の破線)。XγがXmの値に達するのは、系のエンタルピーの損失がΔG以上にならないために、更なる反応があっても不可能である。ベイナイト変態の停止は例えば炭化物を生成させてXを下げることにより、再開は温度を低くすることでできることになる。
現在のベイナイトの変態機構の説明は文献により大きく三種類に分かれており、混乱を生む原因となっている。分類は
ミクロ組織による説明
動力学的な説明(過去)
表面起伏による説明
と分けることができる。前者は拡散説(diffusionからD説とも)、後二説は剪断説(shearからS説、若しくはマルテンサイト説やdisplace説、無拡散説、diffusionless説)と呼ばれる。このような説明が並立することから、特定の相変態現象としてのベイナイト変態に、一般的な合意がないことが容易に理解されよう。