Бейнит в стали

Если сталь охлаждается от температуры аустенитизации немного быстрее, чем просто на воздухе, то возникает возможность образования такой микроструктуры стали как бейнит.

Различия бейнита и перлита

Подобно перлиту бейнит образуется из аустенита и также сначала зарождается вдоль границ аустенитных зерен. Поэтому при быстром охлаждении стали возникает конкуренция на границах зерен между перлитом и бейнитом, как это показано на рисунке 1.

beynit-perlit-1000Рисунок 1 – Смешанная перлитная и бейнитная структуры, которые образовались по границам первичных аустенитных зерен (показаны белыми линиями). Ускоренно охлажденная американская сталь 1095 (аналог сталей У9 или У10).
Исходное увеличение 1000х.

Бейнит и перлит под световым микроскопом

Бейнит – это более светлая структура, которая растет от границ первичных аустенитных зерен. Белая тонкая линия вдоль старых аустенитных зерен – это и есть бейнит. Аналогично перлиту бейнит является смесью феррита и цементита. Однако внутренняя структура бейнита отличается от перлита. Если в перлите цементит присутствует в виде пластин, расположенных между пластинами феррита, то в бейните он находится в виде своего рода нитей или маленьких частиц, разбросанных по ферритной матрице.

Фронт роста бейнита и перлита

На фотографии рисунка 1 можно видеть еще одно отличие этих двух структур – перлита и бейнита. Фронт роста перлита имеет сферическую форму, а у бейнита выглядит иглообразным. Однако надо помнить, что фотография на рисунке 2 – это двумерный разрез через структуру. Если бы фронт роста бейнита действительно был игольчатым, то эти иглы были бы видны только, если бы разрез лежал параллельно осям игл, что маловероятно. Поэтому ясно, что фронт роста бейнита здесь имеет пластинчатую форму и выглядит игольчатым в двухмерном изображении для многих ориентаций плоскости разреза по этому фронту. Фронт роста бейнита на этой микрофотографии такой же пластинчатый, как и у бейнитных структур большинства сталей.

Максимальное увеличение светового микроскопа

Оптическая микрофотография на рисунке 2 была сделана при максимально полезном увеличении 1000х. При более высоком увеличении никаких новых структурных составляющих увидеть уже нельзя. Дело в том, что такое увеличение находится уже за пределами разрешения оптического микроскопа – 0,2 мкм. Пластинчатые и «ниточные» структуры цементита в перлите и бейните не видны, потому что обе слишком малы, чтобы их можно было разглядывать в оптический микроскоп.

После полировки и травления шлифа стального образца цементитные пластины рассеивают свет и поэтому выглядят темными в оптическом микроскопе. Перлит выглядит темнее чем бейнит потому что он рассеивает свет от свои пластин более эффективно, чем бейнит от своих мельчайших частиц.

Бейнит и перлит под электронным микроскопом

Сканирующий электронный микроскоп делает снимки поверхности с разрешением, которое значительно выше чем у светового микроскопа – в сто раз: 2 нанометра вместо 0,2 микрометров.

На рисунке 2 и 3 показаны микрофотографии перлита и бейнита в той же точке, что и на микрофотографии рисунка 1.

perlit-21000Рисунок 2 – Микрофотография сканирующего электронного микроскопа в той точке, что и на рисунке 1. Исходное увеличение: 21000х

beynit-20000Рисунок 3 – Микрофотография сканирующего электронного микроскопа в той точке, что и на рисунке 1. Исходное увеличение: 20000х

На обеих фотографиях темная фаза – это цементит. Различие между этими двумя микроструктурами хорошо видно из этих двух фотографий. С увеличением скорости охлаждения расстояние между цементитными пластинками в перлите уменьшается. На рисунке 3 это расстояние составляет 0,05 мкм – это минимальное расстояние для неотпущенного и недеформированного перлита. Как видно на рисунке 4 цементит в бейните в основном присутствует в виде частиц, которые имеют форму нитей или лент. Как оси этих лент бейнита, так и плоскости пластин перлита ориентированы вдоль направления роста этих структур.

См. также обзор Микроструктура стали

Источник: John D. Verhoeven, Steel Metallurgy for Non-Metallurgists, 2007