Wpływ jaki wywiera struktura określonego materiału na jego własności sprowadza się do reakcji wielkości ziaren oraz ich orientacji. Wraz ze zmniejszaniem się średniej wielkości ziarna, większa jest granica ich plastyczności, twardość, a mniejsza jest plastyczność materiału. Natomiast w przypadku orientacji, uporządkowana statystycznie orientacja krystalograficzna ziaren, czyli tekstura, generalnie jest szkodliwa. Jest ona bowiem przyczyną anizotropii właściwości, szczególnie mechanicznych, które są niepożądane przez konstruktorów. Ważny wpływ na własności ma niejednorodność materiałów. W jednofazowej strukturze polega ona często na zróżnicowanej wielkości ziaren wywołanej np. nierównomiernymi odkształceniami plastycznymi na przekroju lub rekrystalizacją wtórną. Różna wielkość ziaren pogarsza własności mechaniczne i może też być przyczyną wyraźnej kruchości materiału. W roztworze stałym niejednorodność struktury polegać może na dendrytycznej segregacji, czyli zróżnicowaniu chemicznego składu w obrębie ziaren a także pomiędzy nimi, mającej wpływ w pewien sposób na gorsze właściwości mechaniczne. Jakość materiału może mieć również wpływ na niejednorodność struktury, czyli obecności makro- i mikropęknięć, porów i wtrąceń niemetalicznych. Defekty takie dość wyraźnie pogarszają własności wytrzymałościowe. Wywołują one na powierzchni albo wewnątrz przekroju, działając jako koncentratory, spiętrzenia naprężeń, które silnie zmniejszają wytrzymałość statyczną, w szczególności zmęczeniową. W strukturach dwufazowych występują stopy metali zbudowane z roztworów stałych lub mieszanin składników. Najważniejsze cechy struktur dwufazowych, pozostających w stanie równowagi to:

a) struktura krystaliczna oraz skład chemiczny obydwu faz,

b) udział objętościowy obydwu faz,

c) kształt oraz sposób rozmieszczenia ziaren obydwu faz.

W struktura dwufazowej w stanie równowagi wyróżniamy ziarna dwóch rodzajów o zróżnicowanych kształtach. Ziarna w każdej fazie w różny sposób reagują na odczynnik używany do strawienia zgładu. Tak więc na obrazie mikroskopowym są odmiennie zabarwione.

Działanie struktury na właściwości określonego materiału jest złożone. Każda faza składowa ma odrębne właściwości. Wynika z tego, że właściwości materiału w pewnym sensie są wypadkową obydwu faz. Ważne znaczenie ma udział pojedynczych faz w strukturze, a także ich geometryczny kształt, natomiast wielkość ziaren ma niewielkie znaczenie. Zauważalny wpływ wywiera także niejednorodność struktury, która objawia się głównie segregacją strefową, czyli nierównomiernym rozmieszczeniem ziaren poszczególnych faz. Natomiast różnica w wielkości ziaren pojedynczej fazy w dwufazowych stopach występuje rzadziej.

Zestawienie struktur dwu- i jednofazowych wypada zdecydowanie z korzyścią dla struktur jednofazowych jeśli chodzi o odporność na elektrochemiczną korozję. W przypadku struktur dwufazowych sąsiedztwo ziaren różnych faz jest potencjalnym mikroogniwem, co jest najważniejszym powodem niższej odporności korozyjnej. Biorąc pod uwagę właściwości mechaniczne trudno jest stwierdzić zdecydowaną wyższość, ponieważ generalnie struktury jednofazowe charakteryzują się zwiększoną plastycznością, natomiast struktury dwufazowe są bardziej wytrzymałe.

Wpływ kształtu ziaren:

W przypadku jednofazowych struktur w stanie równowagi ziarno ma kształt poliedryczny, a struktury dwufazowe, o czym wcześniej wspomniano, zaliczyć można następujących typów: płytkowego, ziarnistego, kulkowego, dyspersyjnego i iglastego. Struktury rzeczywiste nie mają często wyraźnych cech konkretnego typu. Utrzymuje się, że deformacja jest spowodowana warunkami krzepnięcia lub częściej - różnymi zanieczyszczeniami stopu.

W skład struktury ziarnistej wchodzą równoosiowe ziarna obydwu faz jednakowej wielkości (w przybliżeniu), które rozmieszczone są w sposób nie uporządkowany statystycznie. Przykład struktury ziarnistej może stanowić dwufazowy mosiądz o zawartości od 38 do 48% cynku. Zakładając, że rozkład ziaren będzie równomierny w obydwu fazach, właściwości stopu zależeć będą od wielkości ziaren. Gruboziarnistość często jest powodem kruchości i nieco mniejszej wytrzymałości.

Na strukturę płytkową składają się z przypadkowo zorientowane pęki (kolonie) ułożonych na przemian płytek obydwu faz. Taką strukturą odznaczają się stopy składające się z mieszanin eutektoidalnych lub eutektycznych, pod warunkiem odpowiedniej czystości. Natomiast w warunkach izotermicznych podczas tworzenia się struktury grubość każdego rodzaju płytek jest praktycznie jednakowa. Typowym przykład struktury płytkowej stanowi mieszanina eutektoidalna cementytu i ferrytu, będąca składnikiem stopów żelaza i zwana perlitem. Często obie fazy w przypadku struktur płytkowych różnią się wyraźnie twardością i wytrzymałością. W tym przypadku właściwości stopu będą zależeć od m.in. dyspersji płytek. Wraz ze wzrostem dyspersji, czyli zmniejszania grubości płytek, zwiększą się wytrzymałość i twardość stopu, a także nieco zmniejsza się kruchość.

Na strukturę kulkową składają się w przybliżeniu jednakowych rozmiarów kuliste wydzielenia jednej fazy, umieszczonej w ziarnistej osnowie innej w sposób równomierny. Przykład takiej struktury stanowi cementyt kulkowy o stalach wysokowęglowych i średniowęglowych. Strukturę kulkową nierzadko otrzymuje się poprzez długotrwałe ogrzewanie stopu mającego strukturę płytkową, jak to bywa w przypadku np. perlitu. Wówczas następuje koagulacja płytek określonej fazy - cementytu i koalescencja płytek drugiej - ferrytu. W tym też przypadku własności stopu wykazują podobną, jak było to w przypadku struktury płytkowej, powiązanie z dyspersją. Oprócz tego segregacja kulistych wydzieleń określonej fazy, która objawia się nierównomiernie ułożonymi skupieniami, a szczególnie pasmami wydzieleń, powoduje pogorszenie właściwości, powodujące kruchość, a wręcz wyraźniejszą plastyczność i anizotropię wytrzymałości. Mając jednakowe składy, stop ze strukturą płytkową odznacza się zwiększoną twardością i wytrzymałością, natomiast stop o strukturze kulkowej charakteryzuje się wyraźnie zwiększoną plastycznością.

W strukturze iglastej wyróżnia się mniej lub bardziej wyraźnych igieł określonej fazy, które rozmieszczone są w ziarnistej osnowie innej fazy. Przykładem wspomnianej struktury może być zaeutektyczny stop aluminiowo-siarkowy. Struktura ta, która jest zwykle krucha i twarda, jest przeważnie niepożądana. Można niekiedy uniknąć struktury iglastej, jeżeli zastosuje się zabieg odlewniczej modyfikacji. Zwiększenie liczby zarodków krystalizacji może spowodować takie rozdrobnienie wspomnianej fazy, że nabiorą one kształtu drobnych oraz równo osiowych ziaren.

Wreszcie struktura dyspersyjna (rysunek 14) składa się z praktycznie kulistych i bardzo drobnych wydzieleń określonej fazy (często jest to faza międzymetaliczna), rozłożonych równomiernie (ciągłe wydzielanie) w osnowie ziaren innej fazy roztworu stałego. Struktura taka powstaje wskutek wydzielania się z roztworu stałego fazy przesycającej, np. Al-Mg, Al-Cu itp. Struktura dyspersyjna działa umacniająco przez blokową niedyslokację, powiększając wyraźnie twardość i wytrzymałość, płacąc za to zmniejszeniem ciągliwości stopu. Toteż struktura dyspersyjna często wywołana jest przez zabieg polegający na cieplnej obróbce utwardzania dyspersyjnego. Posortowanie wydzieleń, czyli skupienie ich np. na granicach ziaren osnowy - wydzielanie nieciągłe, może być przyczyną dość dużej kruchości stopu.

Rola stanu technologicznego:

Technologiczne procesy w charakterystyczny sposób mogą modyfikować strukturę, w rezultacie wpływając na własności materiału.

Konstrukcja odlewu charakteryzuje się takimi cechami jak: gruboziarnistość i często objawy przegrzania, a oprócz tego dużą liczbą wad materiałowych, takich jak: rzadzizny materiałowe, pęcherze gazowe, pory. W specyficznych przypadkach transkrystalizacji, czyli bardzo rozwiniętej strefy ziaren słupkowych, stop wykazywać może anizotropię właściwości.

Zbyt wysoka temperatura może także objawiać się selektywnym wzrostem ziaren określonej fazy, co pojawia się w stopach łożyskowych (babbitach cynowych - SnSbCu).

Struktura odlewów, nawet bez silnych objawów jej przegrzania, ma słabą wytrzymałość. Wpływają na to wady materiałowe, które zmniejszają czynny przekrój oraz koncentrują naprężenia. W roztworach stałych dodatkową tego przyczyną jest dendrytyczna segregacja stopu.

Wady struktur odlewu można w dużym stopniu zmniejszyć, albo nawet całkowicie usunąć poprzez zabiegi obróbki cieplnej. Wyżarzanie ujednorodniające znacznie zmniejsza segregację dendrytyczną. Podczas ujednorodniania zmniejszana jest twardość, a jej ustabilizowanie daje znak do zakończenia procesu.

Wady materiałowe, takie jak: pory, rzadzizny i inne, nie mogą być usunięta poprzez obróbkę cieplną, a jedynie poprzez obróbkę plastyczną na gorąco. Podobnie jest w przypadku gruboziarnistości nieżelaznych stopów. Dostatecznie silny gniot może spowodować rozdrobnienie struktury. Plastyczna i cieplna obróbka zmieniając strukturę odlewu zwiększa jej wytrzymałość zmęczeniową i statyczną, natomiast niewiele zmniejsza twardość, a także usuwa kruchość.

Struktury materiałów odkształconych plastycznie na zimno zależą od ich stopnia gniotu. Nieduże i średnie gnioty spowodują wydłużenie się ziaren. Wtrącenia niemetaliczne i plastyczne, takie jak: siarczki żelaza znajdujące się w stali, są odkształcane i rozciągane w kierunku maksymalnego wydłużenia, a kruche i twarde, takie jak: węgliki lub tlenki w stali, są rozkruszane i również rozciągane w tym samą stronę. Wymienione zmiany prowadzą do stworzenia struktury włóknistej. Znaczny gniot doprowadza do pęknięcia wydłużonych ziaren i następuje ich fragmentacja. Stworzone w ten sposób okruchy ziaren ulegają przemieszczeniu i obrotom, przyjmując przy tym wyznaczoną orientację krystalograficzną, która zbliżona jest do kierunku maksymalnego odkształcenia. Tworzona jest tym sposobem tekstura odkształcenia, co objawia się poprzez anizotropię własności.

Jak już wcześniej wspomniano, plastyczna obróbka na zimno, jest powodem umocnienia materiału, proporcjonalnie do gniotu. Wystarczająco silne odkształcenie ponadto jest powodem anizotropii właściwości.

Plastyczna obróbka na gorąco eliminuje nieciągłości materiału, charakterystyczne dla odlewu i zmniejsza wielkość ziaren. Poprawiają się więc mechaniczne własności.

Metal polikrystaliczny, zwłaszcza drobnoziarnisty, nie wykazuje anizotropii, gdyż posiada przypadkową orientację krystalograficzną pojedynczych ziaren. Większe ziarna lepiej przejawiają swoje cechy indywidualne, dlatego też metale gruboziarniste odznaczać się mogą śladową anizotropią, co objawiają się określonym rozrzutem wyników. Okoliczności ulegną zmianie, jeśli metal polikrystaliczny jest teksturowany. Uprzywilejowana orientacja większej liczby ziaren jest powodem anizotropii, zarówno materiałów drobno- jak i gruboziarnistych.

Tekstura w odkształceniu plastycznym jest szczególnie wyczuwalna w blachach i drutach. Tekstury materiałów konstrukcyjnych ogólnie są niepożądane. Dzieje się tak dlatego, iż rekrystalizacja nie usuwa całkiem tekstury, która pozostaje jako tekstura rekrystalizacji. Natomiast dla taśm i blach dozwoloną anizotropia została ustalona umownie.

Najbardziej pożądaną strukturą jest struktura ujednorodniona, gdyż zapewnia ona idealne właściwości materiału.

W przypadku struktury ujednorodnionej najlepszą geometrycznie formą stanowią ziarna poliedryczne. Nieuporządkowana statystycznie orientacja ziaren oraz dominujący poliedryczny kształt zapewniać mogą izotropię właściwości.

Wśród struktur ujednorodnionych najbardziej do najbardziej pożądanych należą drobnoziarniste struktury, z powodu dużej twardości i wytrzymałości, przy jednoczesnym braku kruchości a także niedużym rozrzucie wyników prób własności mechanicznych. Gruboziarniste struktury na ogół są niepożądane, gdyż często są zbyt kruche, a prócz tego mają mniejszą twardość i wytrzymałość, a także są powodem rozrzutu wyników mechanicznych prób.

Wpływ struktur na fizyczne właściwości:

W stopach które znajdują się w równowadze fizyczne właściwości, takie jak: przewodność elektryczna, mogą zależeć głównie od rodzaju istniejących faz, składów chemicznych tych stopów, a także udziałów w stopach. Własności mechaniczne, np.: granica plastyczności, wytrzymałość, wydłużenie, moduł sprężystości, twardość i przewężenie, poza wspomnianymi czynnikami zależą także od ziarnistości tych faz, kształtu i rozmieszczenia ziaren. Oprócz tego własności mechaniczne zależą od wad struktury krystalicznej: ruchliwości dyslokacji stężenia wakansów i gęstości. Wreszcie pewne własności fizyczne, takie jak: siła termoelektryczna, przewodność elektryczna, przenikalność magnetyczna silnie zmniejszają odkształcenia materiałów.

Metale techniczne w przypadku mikrostruktury jednofazowej, dzięki relatywnie dużej różnicy naprężeń pomiędzy wytrzymałością a granicą plastyczności ogólnie charakteryzują się znaczną ciągliwością, a małą wytrzymałością i twardością. Zwykle mają dobrą przewodność cieplną i elektryczną oraz dużą wytrzymałość na korozję.

W stopach o jednofazowej mikrostrukturze stałych roztworów zachowywane są typy sieci przestrzennej metalu, czyli rozpuszczalnika. Porównując sieć metalu rozpuszczalnika, wypełnienie sieci przez dwa gatunki atomów, które różnią się promieniami, spowoduje w sieci tego roztworu, zakłócenia w rozkładach sił międzyatomowych oraz deformację sieci, co wywołuje naprężenia własne. Toteż roztwory stałe, wobec czystych metali, charakteryzują się większą wytrzymałością i twardością, przy z reguły dobrej ciągliwości. Zaś przewodność cieplna i elektryczna, a także odporność na korozję stałych roztworów jest zwykle gorsza niż metali.

Składy ziaren roztworu stałego ulegają analogicznej zmianie jak składy stopów. W takim razie zależność określonej własności od składu stopu jest krzywą ciągłą z szerokim ekstremum, np.: min dla przewodności max dla twardości cieplnej. Charakterystyczną cechą roztworów stałych jest zwłaszcza wyraźna zmiana własności w zakresie niewielkich stężeń. Przykładowo dodatek do miedzi od 0,9 do 1.0% kadmu zwiększa odporność na rozciąganie stałego roztworu od 195 do 490 MPa, czyli o 150%.

Biorąc pod uwagę stopy o strukturze dwufazowej mieszaniny składników albo roztworów stałych nasyconych, skład każdej z faz jest stały, ale proporcjonalnej zmianie do składu stopu podlega jedynie współudział tych faz. Zatem właściwości mieszaniny składników i roztworów stałych liniowo zmieniają się wraz ze zmianą ich składu. Mechaniczne właściwości uzależnione są dodatkowo od wielkości ziaren oraz ich wzajemnego ułożenia w zwiększonym stopniu niż fizyczne właściwości, mogą wykazywać niektóre odchylenia od przebiegu liniowego. Przykładowo: wytrzymałość lub twardość, wyjątkowo silnie zależne od dyspersji, w wielu mieszaninach wykazują maksimum w przypadku składu eutektycznego lub eutektoidalnego, dzięki temu, że struktury te są drobnoziarniste.

Fazy międzymetaliczne posiadają zwykle bardziej złożone struktury, o małej symetrii, w porównaniu do metali, a także ich roztworów. W wyniku tego są twardsze, bardziej kruche i mniej plastyczne. Także ich cechy chemiczne i fizyczne są inne niż cechy ich składników. Toteż w układach zawierających fazy międzymetaliczne, ich składom stechiometrycznym na ogół odpowiadają ekstrema własności (np. minimum przewodności elektrycznej i maksimum twardości). Ekstrema te są wyraźniejsze wraz ze zwężaniem się zakresu stężeń wytrzymałości fazy międzymetalicznej.

5.1.1. Przemiana perlitu w austenit

Przemiana perlitu w austenit przebiega powyżej temperatury równowagi austenitu z ferrytem i cementytem. Przemiana ta ma charakter dyfuzyjny, tj. zachodzi rozpuszczanie się cementytu i równomierne rozmieszczanie się węgla w austenicie drogą dyfuzji. W zwykłych warunkach stosunkowo szybkiego nagrzewania stali występuje opóźnienie przemiany i konieczne jest podwyższenie temperatury, aby przemiana zaszła w określonym czasie. Perlit przegrzany powyżej temperatury Ac1 przemienia się w austenit z różną szybkością, zależnie od stopnia przegrzania. Szybkość przebiegu tej przemiany zależy również w znacznym stopniu od początkowej struktury stali, tj. od stopnia dyspersji cementytu i od jego kształtu. Im drobniejsze są cząstki cementytu, a tym samym większa ich ogólna powierzchnia, tym szybciej zachodzą opisane przemiany.

Zabieg cieplny polegający na wygrzewaniu stali w celu wytworzenia struktury austenitu przed chłodzeniem nazywany jest austenityzowaniem.

5.1.2. Zmiana wielkości ziarna austenitu

Przekroczenie temperatury przemiany Ac1 zaznacza się raptownym zmniejszeniem ziarn to znaczy nowo powstałe ziarna austenitu są zawsze bardzo drobna i w zasadzie ich wymiary nie zależą od wielkości ziarn perlitu, z którego utworzył się austenit. Rozdrobnienie ziarna austenitu w czasie przemiany jest związane z tworzeniem się dużej liczby zarodków nowych ziarn na olbrzymiej i bardzo rozwiniętej powierzchni granicznej między ferrytem i cementytem.

Zjawisko rozrostu jest procesem samorzutnym, gdyż jego następstwem jest zmniejszenie łącznej powierzchni ziarn (zmniejsza się energia powierzchniowa), wysoka temperatura zapewnia dostatecznie szybki przebieg tego procesu.

W praktyce rozróżnia się dwa typy stali (rys. 5.3):

stale wykazujące skłonność do rozrostu ziarn austenitu, który zaczyna się po niewielkim przekroczeniu temperatury Ac1 stale te nazywamy gruboziarnistymi;

stale nie mające skłonności do rozrostu ziarn austenitu bezpośrednio po przekroczeniu temperatury Ac1 W stalach tych ziarno zaczyna się rozrastać dopiero po nagrzaniu ich do temperatury ok. 1000°C.

Zbyt wysokie i długotrwałe wygrzewanie stali podczas austenityzowania powoduje więc rozrost ziarn austenitu. Z kolei wielkość ziarna perlitu zależy od wyjściowej wielkości ziarna austenitu, z którego powstał perlit. Im większe są ziarna austenitu, tym większe tworzą się na ogół ziarna perlitu. Powstanie struktury gruboziarnistej jest niepożądane, gdyż stal taka charakteryzuje się niższą wytrzymałością i udarością. Dlatego w czasie austenityzowania stali skłonnych do rozrostu ziarna należy ściśle przestrzegać określonych temperatury i czasu grzania.

5.1.3. Przemiana austenitu w struktury perlityczne

Przemiana austenitu w struktury perlityczne (lub bainityczne) przebiega w temperaturze niższej niż A1. Rozpoczyna się przy pewnym przechłodzeniu, gdy energia swobodna mieszaniny ferrytu z cementytem (perlitu) stanie się mniejsza od energii swobodnej austenitu.

Im niższa jest temperatura przemiany, tj. im większe przechłodzenie, tym większa jest różnica swobodnych energii i tym szybciej przebiega przemiana.

Z drugiej strony przemianie austenitu w perlit towarzyszy dyfuzja połączona z przegrupowaniem węgla, gdyż powstają dwie fazy znacznie różniące się zawartością węgla od austenitu. Ferryt zawiera bardzo mało węgla (maks. ok. 0,02%). cementyt zaś 6,67% węgla. Szybkość dyfuzji raptownie zmniejsza się przy obniżaniu temperatury, w związku z tym wzrost przechłodzenia powoduje zmniejszenie szybkości przebiegu przemiany.

W wyniku łącznego działania obu czynników szybkość przemiany początkowo zwiększa się ze wzrostem przechłodzenia, osiągając przy pewnej wartości przechłodzenia swe maksimum, a potem zmniejsza się.

Wykresy CTP

Przebieg procesu przemiany przechłodzonego austenitu wygodnie jest rozpatrywać na podstawie wykresów rozpadu austenitu, zwanych wykresami CTP (czas, temperatura, przemiana). Na wykresach tych naniesione są linie początku i końca

przemian we współrzędnych logarytm czasu-temperatura, przy czym rozróżnia się wykresy dla przemian austenitu w warunkach izotermicznych oznaczane CTPi oraz wykresy przemian austenitu w warunkach chłodzenia ciągłego, oznaczane CTPc. Na rysunku 4.6 podany jest schematycznie wykres CTP; dla stali węglowej eutektoidalnej. Trwałość przechłodzonego austenitu zmienia się w zależności od temperatury. Dla stali eutektoidalnej przy małych przechłodzeniach trwałość austenitu jest duża, następnie zmniejsza się i minimum występuje w temperaturze ok. 500°C, po czym znowu trwałość austenitu jest coraz większa aż do temperatury ok. 200°C, poniżej której przechłodzony austenit przechodzi w martenzyt.

Wykresy CTPi, buduje się wykorzystując krzywe kinetyczne przemiany austenitu, dla określonego stopnia przechłodzenia, wskazujące ilość wytworzonego perlitu w zależności od czasu jaki upłynął od początku przemiany.

Rys. 5.6. Wykres CTPi przedstawiający linie początku i końca przemian austeniu przechłodzonego w warunkach izotermicznych

Na rysunku 5.7 pokazano kilka krzywych kinetycznych obrazujących przebieg przemiany w różnych temperaturach, a więc i przy różnych stopniach przechłodzenia. Jak widać, w początkowym okresie przemiana odbywa się z bardzo małą prędkością, jest to tzw. okres inkubacyjny. Punkty p1, p2, p3 wskazują czas, w którym doświadczalnie stwierdza się początek przemiany (wytworzone jest już wówczas ok. 0,5% perlitu). W miarę upływu czasu wzrasta szybkość przemiany (szybkość ta jest maksymalna, gdy przemianie uległo ok. 50% austenitu), następnie przebiega ona coraz wolniej, aż wreszcie kończy się w punktach k1, k2, k3. Z krzywych kinetycznych obrazujących przemianę austenitu w perlit odmierza się czasy od początku chłodzenia do początków i końców przemiany, a odpowiadające im przy różnych temperaturach punkty p i k rozmieszcza się w układzie temperatura-log czasu, na prostych poziomych odpowiadających tym temperaturom. Otrzymuje się w ten sposób wykres CTPi, (rys. 5.7 II).

Struktury, jakie otrzymuje się w wyniku przemiany, zależą od stopnia przechłodzenia austenitu, czyli od temperatury przemiany.

Zakres temperatury od A1 do ok. 500°C odpowiada przemianie austenitu w perlit. Perlit utworzony w temperaturze wysokiej przy małym stopniu przechłodzenia jest grubopłytkowy. Natomiast w miarę obniżania temperatury perlit staje się coraz drobniejszy, jego płytki stają się coraz cieńsze i powstaje struktura o stosunkowo dużym stopniu dyspersji, która nosi nazwę perlitu drobnego. W stalach podeutektoidalnych i nadeutektoidalnych przemiana perlityczna poprzedzona jest innymi przemianami strukturalnymi. W stali podeutektoidalnej z austenitu tworzy się najpierw ferryt, a w stalach nadeutektoidalnych przed rozpoczęciem przemiany perlitycznej wydziela się z austenitu cementyt (rys. 5.8). Dalsza przemiana perlityczna przebiega podobnie, jak w stali eutektoidalnej. Na rysunku 5.9 podany jest schematycznie wykres CTPi, dla stali węglowej podeutektoidalnej, na którym naniesiono dodatkowe linie przemian izotermicznych (dla różnych temperatur) prowadzących do powstania odpowiednich struktur. Obniżenie temperatury rozpadu austenitu powoduje, że przemiana zachodzi w warunkach utrudnionej dyfuzji. Struktura produktów rozpadu austenitu w takich linkach nosi nazwę bainitu. W przypadku stali eutektoidalnych przemiana austenitu w bainit zachodzi w temperaturze ok. 500-200°C (rys. 5.6, 5.7), przy czym rozróżnia się bainit dolny o strukturze drobnoiglastej i jeszcze większym stopniu dyspersji wydzieleń cementytu. W odróżnieniu od perlitu ferryt w bainicie zawiera znacznie więcej węgla (tym więcej, im niższa była temperatura przemiany). Bainit górny wykazuje twardość ok. 45 HRC, natomiast twardość bainitu dolnego wynosi ok. 55 HRC. Tę stosunkowo dużą twardość tłumaczy się znaczną dyspersją struktury oraz zniekształceniem sieci.

---