Промежуточное, или бейнитное, превращение

Промежуточное превращение протекает в температурном интервале между областями перлитного и мартенситного превращений, когда самодиффузия атомов железа практически подавлена, а диффузия атомов углерода еще высока. Поэтому промежуточное превращение сочетает в себе элементы диффузионного перлитного и бездиффузионного мартенситного превращений. Образующаяся при этом структура по имени американского металлурга Э.Бейна (Е.Bain) получила название бейнит.

Механизм бейнитного превращения состоит в следующем. Сначала в пределах аустенитного зерна происходит диффузионное перераспределение атомов углерода, приводящее к образованию как обедненных, так и обогащенных углеродом объемов аустенита. В результате этого перераспределения обедненные углеродом участки аустенита оказываются в области мартенситного превращения для низкоуглеродистого аустенита. Происходит γ→α превращение с образованием низкоуглеродистого мартенсита. В процессе изотермической выдержки в объемах аустенита с наиболее высокой концентрацией углерода могут выделяться частицы цементита. Это, естественно, приведёт к обеднению соответствующих участков углеродом и протеканию в них превращения по мартенситному механизму.

Таким образом, бейнит - структура, состоящая из низкоуглеродистого мартенсита и частиц цементита. Как и мартенситное, промежуточное превращение часто не идет до конца. Нераспавшийся аустенит при дальнейшем охлаждении может претерпевать в определенной мере мартенситное превращение либо сохраниться в виде остаточного аустенита.

В зависимости от температуры распада переохлажденного аустенита различают: верхний бейнит, образующийся в области температур 500-350°С, и нижний бейнит, образующийся от 350°С до точки Мн. Различие механизмов образования верхнего и нижнего бейнита заключается в следующем. В области более высоких температур, т.е. при образовании верхнего бейнита, в кристаллах аустенита происходит существенная дифференциация по содержанию углерода: объемы аустенита обогащаются им сильно, а кристаллы α-фазы менее значительно. Поэтому цементит выделяется в основном из аустенита. В области более низких температур, т.е. при образовании нижнего бейнита, обогащение аустенита углеродом сравнительно невелико, а пересыщение α-фазы существенно. Поэтому цементит выделяется главным образом в кристаллах α-фазы.

В связи с выделением сравнительно грубых зерен цементита, верхний бейнит по сравнению с продуктами распада аустенита в перлитной области - сорбитом и трооститом, а также по сравнению с нижним бейнитом обладает пониженной пластичностью. Твердость и прочность верхнего и нижнего бейнита высокие. На структуру бейнита обрабатывают стали, которым необходимо придать износостойкость, упругость, высокую статическую, динамическую и циклическую прочность. Высокие пластические свойства нижнего бейнита позволяют повышать прочность изделий дополнительным наклепом.