Qu’est-ce que la bainite – Acier bainitique – Définition

La bainite est une microstructure en forme de plaque qui se forme dans les aciers à partir d’ austénite lorsque les vitesses de refroidissement ne sont pas assez rapides pour produire de la martensite mais sont encore assez rapides pour que le carbone n’ait pas assez de temps pour diffuser pour former de la perlite. Comme la perlite, les phases constitutives de la bainite sont la ferrite et la cémentite. Des processus de diffusion lors du refroidissement sont impliqués dans sa formation. Cependant, les formes des phases sont très différentes dans la perlite et la bainite. le différence clé entre la perlite et la bainite est que la perlite contient des couches alternées de ferrite et de cémentite tandis que la bainite a une microstructure en forme de plaque.

Fine structure non lamellaire, la bainite est généralement constituée de cémentite et de ferrite riche en dislocations. La grande densité de dislocations dans la ferrite présente dans la bainite et la taille fine des plaquettes de bainite rendent cette ferrite plus dure qu’elle ne le serait normalement. Les aciers bainitiques sont généralement plus résistants et plus durs que les aciers perlitiques; pourtant, ils présentent une combinaison souhaitable de résistance et de ductilité. La dureté de la bainite peut être comprise entre celle de la perlite et celle de la martensite non trempée dans la même dureté d’acier.

La bainite a été décrite pour la première fois par ES Davenport et Edgar Bain, d’où le nom de bainite. À la fin des années 1920, ils ont lancé l’étude des aciers trempés par une méthode appelée transformation isotherme.

Autrempe

L’austempering est un traitement thermique utilisé pour former de la bainite pure, une microstructure de transition trouvée entre la perlite et la martensite. L’austénitisation consiste à refroidir rapidement la pièce métallique de la température d’austénitisation à environ 230 à 400 °C, en maintenant à une température constante pour permettre une transformation isotherme. Pour éviter la formation de perlite ou de martensite, l’acier est trempé dans un bain de métaux en fusion ou de sels. L’acier est ensuite maintenu à la température de formation de la bainite, au-delà du point où la température atteint un équilibre, jusqu’à ce que la bainite se forme complètement. L’acier est ensuite retiré du bain et refroidi à l’air, sans formation de perlite ou de martensite. Selon la température de maintien, l’austreme peut produire de la bainite supérieure ou inférieure.

La bainite est une microstructure en forme de plaque qui se forme dans les aciers à partir d’austénite lorsque les vitesses de refroidissement ne sont pas assez rapides pour produire de la martensite mais sont encore assez rapides pour que le carbone n’ait pas assez de temps pour se diffuser pour former de la perlite. le différence clé entre la perlite et la bainite est que la perlite contient des couches alternées de ferrite et de cémentite tandis que la bainite a une microstructure en forme de plaque.

Fine structure non lamellaire, la bainite est généralement constituée de cémentite et de ferrite riche en dislocations. La grande densité de dislocations dans la ferrite présente dans la bainite et la taille fine des plaquettes de bainite rendent cette ferrite plus dure qu’elle ne le serait normalement. Les aciers bainitiques sont généralement plus résistants et plus durs que les aciers perlitiques; pourtant ils présentent une résistance supérieure aux chocs. La dureté de la bainite peut être comprise entre celle de la perlite et celle de la martensite non trempée dans la même dureté d’acier.

L’Austreme est applicable à la plupart des aciers à moyenne teneur en carbone et des aciers alliés. Les aciers faiblement alliés sont généralement limités à des sections de 9,5 mm ou moins, tandis que les aciers plus durcissables peuvent être trempés en sections jusqu’à 50 mm d’épaisseur.

Autres phases courantes dans les aciers et les fers

Le traitement thermique des aciers nécessite une compréhension à la fois des phases d’équilibre et des phases métastables qui se produisent lors du chauffage et/ou du refroidissement. Pour les aciers, les phases d’équilibre stable comprennent:

• Ferrite. La ferrite ou α-ferrite est une phase de structure cubique centrée du fer qui existe en dessous de températures de 912 °C pour de faibles concentrations de carbone dans le fer. L’α-ferrite ne peut dissoudre que jusqu’à 0,02 % de carbone à 727 °C. Cela est dû à la configuration du réseau de fer qui forme une structure cristalline BCC. La phase primaire de l’acier à faible teneur en carbone ou doux et de la plupart des fontes à température ambiante est ferromagnétique α-Fe.
• Austénite. L’austénite, également connue sous le nom de fer en phase gamma (γ-Fe), est une phase de fer à structure cubique à faces centrées non magnétique. L’austénite dans les alliages fer-carbone n’est généralement présente qu’au-dessus de la température eutectoïde critique (723 °C) et en dessous de 1500 °C, selon la teneur en carbone. Cependant, il peut être conservé à température ambiante par des ajouts d’alliages tels que le nickel ou le manganèse. Le carbone joue un rôle important dans le traitement thermique, car il élargit la plage de température de stabilité de l’austénite. Une teneur en carbone plus élevée abaisse la température nécessaire pour austénitiser l’acier, de sorte que les atomes de fer se réarrangent pour former une structure de réseau fcc. L’austénite est présente dans le type d’acier inoxydable le plus couramment utilisé, qui est très connu pour sa résistance à la corrosion.
• Graphite. L’ajout d’une petite quantité de carbone non métallique au fer échange sa grande ductilité contre une plus grande résistance.
• Cémentite. La cémentite (Fe₃C) est un composé métastable et, dans certaines circonstances, on peut la dissocier ou la décomposer pour former de l’α-ferrite et du graphite, selon la réaction: Fe₃C → 3Fe (α) + C (graphite). La cémentite dans sa forme pure est une céramique et elle est dure et cassante, ce qui la rend appropriée pour le renforcement des aciers. Ses propriétés mécaniques sont fonction de sa microstructure, qui dépend de la manière dont il est mélangé à la ferrite.

Les phases métastables sont:

• Perlite. En métallurgie, la perlite est une structure métallique en couches de deux phases, qui se compose de couches alternées de ferrite (87,5 % en poids) et de cémentite (12,5 % en poids) que l’on trouve dans certains aciers et fontes. Il est nommé pour sa ressemblance avec la nacre.
• Martensite. La martensite est une structure métastable très dure avec une structure cristalline tétragonale centrée sur le corps (BCT). La martensite se forme dans les aciers lorsque la vitesse de refroidissement de l’austénite est si élevée que les atomes de carbone n’ont pas le temps de se diffuser hors de la structure cristalline en quantité suffisante pour former de la cémentite (Fe₃C).
• Baïnite. La bainite est une microstructure en forme de plaque qui se forme dans les aciers à partir d’austénite lorsque les vitesses de refroidissement ne sont pas
  assez rapides pour produire de la martensite mais sont encore assez rapides pour que le carbone n’ait pas assez de temps pour se diffuser pour former de la perlite. Les aciers bainitiques sont généralement plus résistants et plus durs que les aciers perlitiques; pourtant, ils présentent une combinaison souhaitable de résistance et de ductilité.

Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 and 2. Janvier 1993.
US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus:
Diagramme de phase [/lgc_column ]