Цементит - Cementite

Стали
FagerstaRAÄ2.jpg
Микроструктуры
Классы
Другие материалы на основе железа

Цементит (или же карбид железа) это сложный из утюг и углерод, а точнее промежуточный переходный металл карбид с формулой Fe3По весу это 6,67% углерода и 93,3% железа. Имеет ромбический Кристальная структура.[1] Это твердый, хрупкий материал,[1] обычно классифицируется как керамика в чистом виде и является часто встречающимся и важным компонентом черная металлургия. Хотя цементит присутствует в большинстве сталей и чугунов,[2] он производится в качестве сырья в процессе производства карбида железа, который принадлежит к семейству альтернативных технологий производства чугуна. Название цементит возникла из исследования Флорис Осмонд и Дж. Верт, где структура затвердевшей стали теоретически представляет собой своего рода клеточную ткань с феррит как ядро ​​и Fe3C конверт клеток. Поэтому карбид цементированный железо.[3]

Металлургия

Орторомбическое Fe3C. Атомы железа синие.
Фазовая диаграмма железо-углерод

В системе железо-углерод (т.е. углеродистые стали и чугуны ) это общий компонент, потому что феррит может содержать не более 0,02 мас.% несвязанного углерода.[4] Следовательно, в углеродистых сталях и чугунах, которые медленно охлаждаются, часть углерода находится в форме цементита.[5] Цементит образуется непосредственно из расплава в случае белый чугун. В углероде стали цементит выпадает из аустенит как аустенит превращается в феррит при медленном охлаждении или из мартенсит в течение закалка. Тесная смесь с ферритом, другим продуктом аустенита, образует ламеллярная структура называется перлит.

Хотя цементит термодинамически нестабилен и в конечном итоге превращается в аустенит (низкий уровень углерода) и графит (высокий уровень углерода) при более высоких температурах, он не разлагается при нагревании при температурах ниже эвтектоид температура (723 ° C) на метастабильной фазовой диаграмме железо-углерод.

Чистая форма

Цементит меняется с ферромагнитный к парамагнитный на своем Температура Кюри примерно 480 К.[6]

Зависимость мольного объема цементита от давления при комнатной температуре.

Карбид природного железа (содержащий незначительное количество никеля и кобальта) встречается в железные метеориты и называется когенит в честь немецкого минералога Эмиль Коэн, который первым описал это.[7] Поскольку углерод является одним из возможных второстепенных компонентов легких сплавов металлических ядер планет, свойства цементита (Fe3C) как простой заменитель когенита изучаются экспериментально. На рисунке показано поведение при сжатии при комнатной температуре.

Прочие карбиды железа

Есть и другие формы метастабильный карбиды железа, которые были обнаружены в закаленной стали и в промышленных Процесс Фишера-Тропша. К ним относятся эпсилон (ε) карбид, шестиугольный плотно упакованный Fe2-3C, выделяется в углеродистых сталях с содержанием углерода> 0,2%, отпущенных при 100–200 ° C. Нестехиометрический ε-карбид растворяется при температуре выше ~ 200 ° C, где начинают образовываться карбиды Хегга и цементит. Карбид Hägg, моноклинический Fe5C2, выпадает в затвердевшие инструментальные стали отпущен при 200–300 ° C.[8][9] Он также был найден в природе как минерал Эдскоттит в Метеорит Веддерберна[10] Определение характеристик различных карбидов железа - совсем нетривиальная задача, и часто дифракция рентгеновских лучей дополняется Мессбауэровская спектроскопия.

Рекомендации

  1. ^ а б Смит и Хашеми, 2006 г., п. 363
  2. ^ Дюран-Шарр 2003
  3. ^ Х. К. Д. Х. Бхадешия (2020). «Цементит». Международные обзоры материалов. 65 (1): 1–27. Дои:10.1080/09506608.2018.1560984.
  4. ^ Ашрафзаде, Милад; Солеймани, Амир Пейман; Панджепур, Масуд; Шаманян, Мортеза (2015). «Образование цементита из смеси гематит-графит путем одновременной термо-механической активации». Металлургические операции и операции с материалами B. 46 (2): 813–823. Дои:10.1007 / s11663-014-0228-3. S2CID  98253213.
  5. ^ Смит и Хашеми, 2006 г., стр. 366–372
  6. ^ S.W.J. Смит; W. White; С.Г. Баркер (1911). «Температура магнитного перехода цементита». Proc. Phys. Soc. Лондон. 24 (1): 62–69. Дои:10.1088/1478-7814/24/1/310.
  7. ^ Вагн Ф. Бухвальд, Справочник по железным метеоритам, издательство Калифорнийского университета, 1975 г.
  8. ^ Гуннар Хэгг, З. Крист., Vol. 89, с. 92-94, 1934.
  9. ^ Смит, Уильям Ф. (1981). Структура и свойства инженерных сплавов. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. С. 61–62. ISBN  978-0-07-0585607.
  10. ^ Манникс, Лиам (31.08.2019). «Этот метеорит пришел из ядра другой планеты. Внутри него новый минерал». Возраст. Получено 2019-09-14.

Библиография

внешняя ссылка

  • Кристаллическая структура цементита на НРЛ
  • Хальштедт, Бенгт; Джурович, Деян; фон Аппен, Йорг; Dronskowski, Ричард; Дик, Алексей; Кёрманн, Фриц; Хикель, Тилманн; Нойгебауэр, Йорг (март 2010 г.). «Термодинамические свойства цементита (Fe3C) ». Calphad. 34 (1): 129–133. Дои:10.1016 / j.calphad.2010.01.004.
  • Le Caer, G .; Дюбуа, Дж. М .; Pijolat, M .; Perrichon, V .; Бюссьер, П. (ноябрь 1982 г.). «Характеристика с помощью мессбауэровской спектроскопии карбидов железа, образованных синтезом Фишера-Тропша». Журнал физической химии. 86 (24): 4799–4808. Дои:10.1021 / j100221a030.
  • Bauer-Grosse, E .; Frantz, C .; Le Caer, G .; Хейман, Н. (июнь 1981 г.). «Образование Fe7C3 и Fe5C2 метастабильные карбиды типа при кристаллизации аморфного Fe75C25 сплав ». Журнал некристаллических твердых тел. 44 (2–3): 277–286. Дои:10.1016/0022-3093(81)90030-2.