Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Стали
FagerstaRAÄ2.jpg
Фазы
Микроструктуры
Классы
Другие материалы на основе железа

Цементит (или карбид железа ) представляет собой соединение из железа и углерода , более точно промежуточного переходного металла карбида с формулой Fe 3 C. по весу, это 6,67% углерода и 93,3% железа. Он имеет ромбическую кристаллическую структуру. [1] Это твердый, хрупкий материал, [1] обычно классифицируемый как керамика в чистом виде, часто встречающийся и важный компонент в черной металлургии . 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» возникло в результате исследований Флориса Осмонда и Дж. Верта, где структура затвердевшей стали теоретически представляет собой своего рода клеточную ткань с ферритом в качестве ядра и Fe 3 C в качестве оболочки клеток. Таким образом, карбид скрепил железо. [3]

Металлургия [ править ]

Орторомбический Fe 3 C. Атомы железа голубые.
Фазовая диаграмма железо-углерод

В системе железо-углерод (например, углеродистые стали и чугуны ) он является обычным компонентом, поскольку феррит может содержать не более 0,02 мас.% Несвязанного углерода. [4] Следовательно, в углеродистых сталях и чугуне, которые медленно охлаждаются, часть углерода находится в форме цементита. [5] Цементит образуется непосредственно из расплава в случае белого чугуна . В углеродистой стали цементит выделяется из аустенита, когда аустенит превращается в феррит при медленном охлаждении, или из мартенсита во время отпуска . Тесная смесь с ферритом, другим продуктом аустенита, образуетпластинчатая 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 температуры эвтектоида (723 ° C) на метастабильном железоуглеродистом веществе. фазовая диаграмма.

Чистая форма [ править ]

Цементит превращается из ферромагнитного в парамагнитный при температуре Кюри примерно 480 К. [6]

Зависимость мольного объема цементита от давления при комнатной температуре.

Природный карбид железа (содержащий незначительные количества никеля и кобальта) встречается в железных метеоритах и называется когенитом в честь немецкого минералога Эмиля Коэна , который первым его описал. [7] Поскольку углерод является одним из возможных второстепенных компонентов легких сплавов металлических ядер планет, свойства цементита (Fe 3 C) как простого заменителя когенита при высоких давлениях и температурах изучаются экспериментально. На рисунке показано поведение при сжатии при комнатной температуре.

Другие карбиды железа [ править ]

Существуют и другие формы метастабильных карбидов железа, которые были обнаружены в закаленной стали и в промышленном процессе Фишера-Тропша . К ним относятся карбид эпсилон (ε) , гексагональный плотноупакованный Fe 2-3 C, выделения в углеродистых сталях с содержанием углерода> 0,2%, отпущенные при 100–200 ° C. Нестехиометрический ε-карбид растворяется при температуре выше ~ 200 ° C, где начинают образовываться карбиды Хегга и цементит. Карбид Хегга , моноклинный Fe 5 C 2 , выделяется в закаленных инструментальных сталях, отпущенных при 200–300 ° C. [8] [9]Он также был естественным образом обнаружен в виде минерала Эдскоттит в метеорите Веддерберна [10]. Определение характеристик различных карбидов железа вовсе не является тривиальной задачей, и часто дифракция рентгеновских лучей дополняется мессбауэровской спектроскопией .

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Смит и Хашеми 2006 , стр. 363
  2. ^ Дюран-Шарр 2003
  3. ^ HKDH Bhadeshia (2020). «Цементит» . Международные обзоры материалов . 65 (1): 1-27. DOI : 10.1080 / 09506608.2018.1560984 .
  4. ^ Ashrafzadeh, Milad; Солеймани, Амир Пейман; Панджепур, Масуд; Шаманян, Мортеза (2015). «Образование цементита из смеси гематит-графит путем одновременной термо-механической активации» . Металлургические и Транзакция материалов B . 46 (2): 813–823. DOI : 10.1007 / s11663-014-0228-3 . S2CID 98253213 . 
  5. ^ Smith & Хашеми 2006 , стр. 366-372
  6. ^ SWJ Smith; W. White; С. Г. Баркер (1911). «Температура магнитного перехода цементита» . Proc. Phys. Soc. Лондон . 24 (1): 62–69. DOI : 10.1088 / 1478-7814 / 24/1/310 .
  7. ^ Vagn F. Бухвальд, Справочник по железным метеоритам, Калифорнийский университет Press 1975
  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. ^ Mannix, Лиам (2019-08-31). «Этот метеорит пришел из ядра другой планеты. Внутри него новый минерал» . Возраст . Проверено 14 сентября 2019 .

Библиография [ править ]

  • Смит, Уильям Ф .; Хашеми, Джавад (2006). Основы материаловедения и инженерии (4-е изд.). Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-295358-9.CS1 maint: ref = harv ( ссылка )
  • Дюран-Шарр, Мадлен (2004). Микроструктура сталей и чугунов . Springer. ISBN 978-3-642-05897-4.CS1 maint: ref = harv ( ссылка )
  • Мессбауэровская спектроскопия карбидов железа: от прогноза к экспериментальному подтверждению

Внешние ссылки [ править ]

  • Кристаллическая структура цементита на НРЛ
  • Хальштедт, Бенгт; Джурович, Деян; фон Аппен, Йорг; Дронсковски, Ричард; Дик, Алексей; Кёрманн, Фриц; Хикель, Тилманн; Нойгебауэр, Йорг (март 2010 г.). «Термодинамические свойства цементита (Fe 3 C)». Calphad . 34 (1): 129–133. DOI : 10.1016 / j.calphad.2010.01.004 .
  • Le Caer, G .; Дюбуа, JM; 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. DOI : 10.1021 / j100221a030 .
  • Bauer-Grosse, E .; Frantz, C .; Le Caer, G .; Хейман, Н. (июнь 1981 г.). «Образование метастабильных карбидов типа Fe 7 C 3 и Fe 5 C 2 во время кристаллизации аморфного сплава Fe 75 C 25 ». Журнал некристаллических твердых тел . 44 (2–3): 277–286. DOI : 10.1016 / 0022-3093 (81) 90030-2 .