Bainit ist ein mikrostrukturelles Kristallmuster, das sich beim Erhitzen in Stahl bildet. Es ist nach Edgar C. Bain benannt, einem US-Metallurgen, der in Pittsburgh, Pennsylvania, in den USA an der Legierung und Wärmebehandlung von Stahl arbeitete. Bainit entsteht, wenn Austenit schnell abgekühlt wird. Austenit ist ein Allotrop oder eine Form von Eisen, die als Gamma-Eisen bekannt ist und Kohlenstoff und eine kubische Gitterstruktur enthält, wenn sie zwischen 1,670 und 2,552 ° Fahrenheit (910 bis 1,400° Celsius) liegt.
Damit sich die Bainit-Mikrostruktur ausbilden kann, müssen zwei einzigartige Temperaturbedingungen vorliegen. Austenit muss schnell genug abgekühlt werden, damit sich kein Perlit bildet. Perlit ist eine alternierende Schichtstruktur in Stahl aus Ferrit und Zementit, die sich bildet, wenn der Stahl langsam abgekühlt wird und unter eine Temperatur von 1,341 ° Fahrenheit (727 ° Celsius) fällt. Auch die Abkühlung im Austenit muss lange genug verzögert werden, um die Bildung von Martensit zu verhindern. Martensit ist ein sehr hartes, sprödes kristallines Nebenprodukt der Austenitproduktion.
Bei richtiger Verarbeitung von Austenit und Bildung von bainitischem Stahl weist dieser einige der Eigenschaften von Perlit und Martensit auf. Es besitzt einige der extremen Härten von Martensit sowie die zähe Struktur von Perlit. Das bainitische Gefüge besteht aus Ferrit, wie bei Perlit, und ebenfalls aus einer winzigen Dispersion von Zementit.
Verwendungen für bainitische Stahlsorten werden aufgrund ihrer einzigartigen Qualität der Kriechbeständigkeit in der Energieerzeugungsindustrie verwendet. Sie verformen sich unter Belastung weniger wahrscheinlich als andere Stahlsorten. Diese Qualität wird verbessert, indem der Stahl mit Chrom und Molybdän legiert wird, um die Härte zu erhöhen.
Eine andere Variante der Herstellung von bainitischem Stahl besteht darin, ihn mit nichtmetallischen Partikeln zu infundieren, die eine unorganisiertere Mikrostruktur erzeugen. Dies wird als nukleierter Bainit oder nadelförmiger Ferrit bezeichnet und hat eine größere Fähigkeit, Risse abzulenken als herkömmlicher Bainit. Diese Vielfalt wird unter anderem in großen strukturellen Anwendungen verwendet, die häufigen Belastungen ausgesetzt sind, wie z. B. Bohrinseln und Brücken.
Variationen der hergestellten bainitischen Stahlsorten werden oft als oberer Bainit oder unterer Bainit kategorisiert. Der obere Bereich wird während des Abkühlprozesses bei einer Temperatur von 1,022 bis 752° Celsius erzeugt und ähnelt einer Stahlform, die als Widmanstätten-Ferrit bekannt ist. Niedriger bainitischer Stahl wird bei einer Temperaturabkühlung von 550 bis 400 ° Fahrenheit (752 bis 482 ° Celsius) hergestellt, wo er der nadelförmigen Morphologie ähnelt. Obwohl das untere Bainit kein speziell nukleiertes Bainit ist, liegt es in seiner Zusammensetzung irgendwo zwischen oberen Bainit- und Martensitstrukturen.