Цементит

Цементи́т ([t͡sɨmʲɪnʲˈtʲit]; англ. Cementite) — карбид железа, химическое соединение с формулой ${\text{Fe}}_3^{}\text{C}$${\ce {Fe3C}}$.

Цементит
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)

ОписаниеПравить

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 свойстваПравить

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

• разлагается при температуре выше 1650 °C:

$\mathsf{F}{\mathsf{e}}_{\mathsf{3}}\mathsf{C}\stackrel{\mathsf{>}{\mathsf{1650}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{3}\mathsf{F}\mathsf{e}\mathsf{+}\mathsf{C}$${\mathsf {Fe_{3}C\ {\xrightarrow {>1650^{o}C}}3Fe+C}}$ 

• Разлагается кислотами (концентрированная):

$\mathsf{F}{\mathsf{e}}_{\mathsf{3}}\mathsf{C}\mathsf{+}\mathsf{6}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{l}\stackrel{}{\to }\mathsf{3}\mathsf{F}\mathsf{e}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{C}\downarrow <!--\; \downarrow \; -->\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\mathsf {Fe_{3}C+6HCl\ {\xrightarrow {}}3FeCl_{2}+C{\downarrow }+3H_{2}{\uparrow }}}$ 

$\mathsf{F}{\mathsf{e}}_{\mathsf{3}}\mathsf{C}\mathsf{+}\mathsf{22}\mathsf{H}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\stackrel{}{\to }\mathsf{3}\mathsf{F}\mathsf{e}\mathsf{(}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->\mathsf{+}\mathsf{+}\mathsf{13}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->\mathsf{+}\mathsf{11}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Fe_{3}C+22HNO_{3}\ {\xrightarrow {}}3Fe(NO_{3})_{3}+CO_{2}{\uparrow }++13NO_{2}{\uparrow }+11H_{2}O}}$ 

• Реагирует с кислородом:

$\mathsf{F}{\mathsf{e}}_{\mathsf{3}}\mathsf{C}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{\mathsf{600}\mathsf{-<!--\; -\; -->}{\mathsf{700}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{F}{\mathsf{e}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {Fe_{3}C+3O_{2}\ {\xrightarrow {600-700^{o}C}}Fe_{3}O_{4}+CO_{2}}}$ 

$\mathsf{4}\mathsf{F}{\mathsf{e}}_{\mathsf{3}}\mathsf{C}\mathsf{+}\mathsf{F}{\mathsf{e}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\stackrel{\mathsf{1000}\mathsf{-<!--\; -\; -->}{\mathsf{1100}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{15}\mathsf{F}\mathsf{e}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{C}\mathsf{O}$${\mathsf {4Fe_{3}C+Fe_{3}O_{4}\ {\xrightarrow {1000-1100^{o}C}}15Fe+4CO}}$ 

ЛитератураПравить

• 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.

СсылкиПравить

Энциклопедия «Кругосвет»^®