γ+G α+γ +G
1.8.3.1.Cơ chế chuyển biến
Sau khi đã được austenit hoá, gang cầu được tôi đẳng nhiệt ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ A1. Phản ứng giai đoạn 1, từ austenit bão hoà C sẽ tiết ra pha ferit bainit hình kim. Do hàm lượng C trong ferit α rất nhỏ, lượng C thừa sẽ chuyển sạng austenit làm cho austenit giàu C hơn [59]:
Tốc độ phản ứng và tỷ phần pha phụ thuộc vào nhiệt độ, thành phần nguyên tố C và phụ thuộc năng lượng cần thiết để hình thành các pha ferit và austenit (hình 1.43i).
Xét hệ hợp kim Fe-C. Cân bằng năng lượng hai pha α và γ đạt được tại giá trị nồng độ cân bằng xcb. Nếu làm nguội hợp kim có nồng độ bằng xcb tại nhiệt độ nhỏ hơn A1 và trên Ms, chuyển biến γbh → α +γHC sẽ xảy ra. Năng lượng pha γ sẽ dịch chuyển theo đường bf, năng lượng pha α dịch chuyển theo đường cd. Pha γ có
nồng độ xγ lớn hơn rất nhiều, pha α có nồng độ C nhỏ hơn rất nhiều so với nồng độ ban đầu x. Phản ứng dừng lại và tỷ phần pha của α và γ được tính theo qui tắc đòn bẩy trên đoạn df.
Giả thiết, hàm lượng C ban đầu của gang là X %, hợp kim đang tiết pha tại nhiệt độ T1 < nhiệt độ chuyển biến cùng tích. Khi tiết pha, sự chênh lệch năng lượng giữa hai pha α và γ tương ứng với đoạn ac. Năng lượng của pha α di chuyển theo đoạn ca, năng lượng pha γ dịch chuyển theo đoạn af. Quá trình sẽ dừng lại khi nồng độ hai pha α và γ đạt giá trị tại hai điểm d và f. Tỷ phần hai pha cũng tính theo qui tắc cánh tay đòn trên hai đoạn de và ef tương ứng.
Mầm các kim ferit hình thành trên biên giới hạt austenit đòi hỏi một năng lượng tối thiểu tương đương đoạn ac trên hình 1.27i, sau đó mầm tiếp tục lớn lên. Trong quá trình phát triển của các kim ferit, lượng C dư sẽ chuyển từ ferit sang austenit, làm giàu C trong austenit và gọi là austenit cacbon cao (hình 1.27ii). Tổ chức ausferit được hình thành.
ii)
Hình 1.27Trình tự chuyển hóa tổ chức
i)
theo quá trình tôi đẳng nhiệt [59].
Chuyển biến bainit là chuyển biến không chuyển vị và sẽ dừng lại khi nồng độ C trong austenit đạt giá trị tương ứng với nhiệt độ cân bằng To. Khi nhiệt độ tăng, các lá bainit trở nên dày hơn, các sợi mảnh trong cấu trúc cũng dễ bị phân huỷ hơn. Tuy nhiên, các dải austenit xuất hiện giống như các tấm mỏng xen kẽ giữa các tấm ferit bainit. Nhiệt độ đẳng nhiệt thấp (300 oC), các tấm bainit có hình dáng xấu hơn. Trong trường hợp này, austenit dạng khối xuất hiện. Khối austenit ở nhiệt độ cao có kích cỡ nhỏ hơn so với khối austenit xuất hiện ở nhiệt độ thấp. Cacbon thừa từ bainit làm cho austenit chưa chuyển biến trở nên ổn định hơn và lúc đó, austenit sẽ xuất hiện tại biên hạt [89].