Цементит

Цементит
Структура оружейной стали после ковки и отжига. Чёрный — цементит, белый — феррит.
Фазы железоуглеродистых сплавов
Феррит (твёрдый раствор внедрения C в α-железе с объёмно-центрированной кубической решёткой) Аустенит (твёрдый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решёткой) Цементит (карбид железа; Fe3C метастабильная высокоуглеродистая фаза) Графит стабильная высокоуглеродистая фаза
Структуры железоуглеродистых сплавов
Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит) Мартенсит (сильно пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе с объёмно-центрированной тетрагональной решёткой) Перлит (эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита) Сорбит (дисперсный перлит) Троостит (высокодисперсный перлит) Бейнит (устар.: игольчатый троостит) — ультрадисперсная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и карбидов железа
Стали
Конструкционная сталь (до 0,8 % C) Высокоуглеродистая сталь (до ~2 % C): инструментальная, штамповая, пружинная, быстрорежущая Нержавеющая сталь (легированная хромом) Жаростойкая сталь Жаропрочная сталь Высокопрочная сталь
Чугуны
Белый чугун (хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит) Серый чугун (графит в форме пластин) Ковкий чугун (графит в хлопьях) Высокопрочный чугун (графит в форме сфероидов) Половинчатый чугун (содержит и графит, и ледебурит)

Цементи́т ([t͡sɨmʲɪnʲˈtʲit]; англ. Cementite) — карбид железа, химическое соединение с формулой ${\ce {Fe3C}}$.

Описание

Концентрация углерода в цементите — 6,67 % по массе — предельная для железоуглеродистых сплавов. Цементит — метастабильная фаза; образование стабильной фазы — графита во многих случаях затруднено. Цементит имеет орторомбическую кристаллическую решётку, очень твёрд и хрупок, слабо магнитен до 210 °C.

Структура цементита

В зависимости от условий кристаллизации и последующей обработки цементит может иметь различную форму — равноосных зёрен, сетки по границам зёрен, пластин, а также видманштеттову структуру.

Цементит в разных количествах, в зависимости от концентрации, присутствует в железоуглеродистых сплавах уже при малых содержаниях углерода. Формируется в процессе кристаллизации из расплава чугуна. В сталях выделяется при охлаждении аустенита или при нагреве мартенсита. Цементит является фазовой и структурной составляющей железоуглеродистых сплавов, составной частью ледебурита, перлита, сорбита и троостита. Цементит — представитель так называемых фаз внедрения, соединений переходных металлов с лёгкими металлоидами. В фазах внедрения велики доля как ковалентной, так и металлической связи.

Твёрдость по Бринеллю больше 800 кг/мм².

• Первичный цементит кристаллизуется из жидкого сплава;
• Вторичный цементит — из аустенита;
• Третичный цементит — из феррита.

Химические свойства

Серый, относительно твёрдый, термически устойчивый. Не реагирует с водой, щелочами, гидратом аммиака.

• разлагается при температуре выше 1650 °C:

${\mathsf {Fe_{3}C\ {\xrightarrow {>1650^{o}C}}3Fe+C}}$

• Разлагается кислотами (концентрированная):

${\mathsf {Fe_{3}C+6HCl\ {\xrightarrow {}}3FeCl_{2}+C{\downarrow }+3H_{2}{\uparrow }}}$

${\mathsf {Fe_{3}C+22HNO_{3}\ {\xrightarrow {}}3Fe(NO_{3})_{3}+CO_{2}{\uparrow }++13NO_{2}{\uparrow }+11H_{2}O}}$

• Реагирует с кислородом и оксидом железа(II,III):

${\mathsf {Fe_{3}C+3O_{2}\ {\xrightarrow {600-700^{o}C}}Fe_{3}O_{4}+CO_{2}}}$

${\mathsf {4Fe_{3}C+Fe_{3}O_{4}\ {\xrightarrow {1000-1100^{o}C}}15Fe+4CO}}$

• Водородная коррозия:

${\mathsf {Fe_{3}C+2H_{2}\ \xrightarrow {t,p} 3Fe+CH_{4}}}$

Литература

• Бунин К. П., Баранов А. А. Металлография. — М.: Металлурия, 1970.
• Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Физика металлов, М., 1978.
• Кузьмин Б. А., Самохоцкий А. И., Кузнецова Т. Н. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы. — М., "Высшая школа", 1971. — 352 с.
• Неорганическая химия в реакциях / Р.А.Лидин, В.А.Молочко, Л.Л.Андреева. — Москва: "Дрофа", 2007. — Т. 3. — 640 с. — ISBN 978-5-358-01303-2.

Ссылки

Энциклопедия «Кругосвет»^®