Цементит

Цементит
Фазы железоуглеродистых сплавов
Феррит [δ] (твёрдый раствор внедрения C в α-железе с объёмно-центрированной кубической решёткой) Аустенит [γ] (твёрдый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решёткой) Цементит (Fe3C, карбид железа; 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)

Цементит (англ. Cementite) — карбид железа, химическое соединение с формулой ${\displaystyle {\ce {Fe3C}$.

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.

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

Цементит не реагирует с водой, щелочами, гидратом аммиака.

• Разлагается при температуре выше 1650 °C:

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

• Разлагается концентрированными кислотами:

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

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

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

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

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

• Взаимодействует с водородом:

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

• 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.

Энциклопедия «Кругосвет»^®