Bainit

Gefüge, das bei der Wärmebehandlung von Kohlenstoffstahl durch isotherme Umwandlung oder kontinuierliche Abkühlung aus dem Austenit bei Temperaturen unterhalb der Perlit- bis hin zur Martensitbildung entstehen kann (benannt nach Edgar C. Bain, USA).

Bainit hat nadeliges Aussehen ähnlich wie Martensit und besteht aus einem Gemenge von Ferrit und Karbiden. Voraussetzung für die Bainitbildung ist die Einhaltung eines bestimmten Abkühlungsverlaufes, wobei weder Martensit noch Perlit entstehen darf.Umgangssprachlich wird oft von bainitischem Gusseisen gesprochen, was in den meisten Fällen nicht korrekt ist, da hier Karbide unerwünscht sind. Demzufolge weist bainitisches Gusseisen eine Mischung aus feinkörnigem nadeligem Ferrit und (durch Kohlenstoff stabilisierten) hochkohlenstoffhaltigen Austenit auf. Zum Vergleich besteht Bainit im Stahl aus Ferrit und Karbiden. Das ZTU-Schaubild (Bild 1) zeigt die Zusammenhänge am Beispiel von drei verschiedenen Abkühlkurven, ausgehend von der Austenitisierungstemperatur. Kurve 1 zeigt das Abschrecken auf Martensit. Im Gegensatz dazu zeigt die Kurve 2 das typische Zwischenstufenvergüten; hier wird auf eine Temperatur im Bereich der bainitischen Umwandlung abgefangen, auf dieser Temperatur isotherm gehalten und nach entsprechender Zeit weiter auf Raumtemperatur abgekühlt. Kurve 3 zeigt die Abkühlung auf Bainit; sie führt an der Perlitnase vorbei und dann durch das Gebiet der bainitischen Umwandlung mit kontinuierlicher Abkühlgeschwindigkeit, wie es beispielsweise in einer Sandform geschehen kann. 4 und 5 Stellt den Perlit bzw. Bainitbereich schematisch dar.

Die mechanischen Eigenschaften des Bainits, vor allem die Zähigkeitseigenschaften sind unterschiedlich und hängen vom Temperaturbereich ab bei dem der Bainit gebildet wurde. Von „oberem Bainit“ (Bild 2, links) spricht man wenn er sich bei Umwandlungstemperaturen unterhalb des Bereichs der Perlitbildung formiert hat. Durch die hier vorliegenden günstigen Diffusionsbedingungen diffundiert der Kohlenstoff an die Korngrenzen der Ferritnadeln und es können hier unregelmäßige und unterbrochene Karbide (Zementit) entstehen. Wegen der regellosen Verteilung hat das Gefüge oft ein körniges Aussehen (körniger Bainit). Im Gegensatz dazu spricht man von „unterem Bainit“ (Bild 2, rechts) wenn die Umwandlungstemperaturen kurz oberhalb der Martensitbildung liegen. Hier reichert sich durch die Ferritbildung der Austenit an Kohlenstoff an, bei weiterer Abkühlung wandeln sich diese Austenitbereiche in Ferrit, Zementit, nadeligen Bainit und möglicherweise Martensit um.

Oberer Bainit erreicht höhere Schlagarbeitswerte als der untere Bainit, doch liegt der Bereich der Übergangstemperatur deutlich höher. Unterer Bainit hat in der Regel niedrigere Hochlagenwerte, aber auch niedrigere Übergangstemperaturen, was für die Verwendung bei tiefen Temperaturen günstig ist.

Weiterführende Stichworte:

Metallische Grundmasse von Gusseisen
Gefügeausbildung von Gusseisen
Gusseisen
Austenitisches Gusseisen, Karbidisches Gusseisen, Ferritisches Gusseisen

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