Цементит

Концентрация углерода в цементите — 6,67 % по массе — предельная для железоуглеродистых сплавов. Цементит — метастабильная фаза; образование стабильной фазы — графита во многих случаях затруднено. Имеет орторомбическую кристаллическую решётку, очень твёрд и хрупок, слабо магнитен до 210 °C^[1].

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^[2]. Цементит является фазовой и структурной составляющей железоуглеродистых сплавов, составной частью ледебурита, перлита, сорбита и троостита^[3].

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^[4].

Серый, относительно твёрдый, термически устойчивый. 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 кислотами (концентрированная):

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

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

• Реагирует с кислородом:

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

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

• Водородная коррозия:

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