La cementita (o carburo de hierro ) es un compuesto de hierro y carbono , más precisamente un carburo de metal de transición intermedio con la fórmula Fe 3 C. En peso, es 6,67% de carbono y 93,3% de hierro. Tiene una estructura cristalina ortorrómbica . [1] Es un material duro y quebradizo, [1] normalmente clasificado como cerámico en su forma pura, y es un componente importante y que se encuentra con frecuencia en la metalurgia ferrosa . Si bien la cementita está presente en la mayoría de los aceros y fundiciones, [2]se produce como materia prima en el proceso de carburo de hierro, que pertenece a la familia de tecnologías alternativas de fabricación de hierro. El nombre cementita se originó a partir de la investigación de Floris Osmond y J. Werth, donde la estructura del acero solidificado consiste en una especie de tejido celular en teoría, con ferrita como núcleo y Fe 3 C como envoltura de las células. Por tanto, el carburo cementó el hierro. [3]
Metalurgia
En el sistema hierro-carbono (es decir , aceros al carbono y fundiciones ) es un componente común porque la ferrita puede contener como máximo un 0,02% en peso de carbono no combinado. [4] Por lo tanto, en los aceros al carbono y los hierros colados que se enfrían lentamente, una parte del carbono está en forma de cementita. [5] La cementita se forma directamente de la masa fundida en el caso de la fundición blanca . En el acero al carbono , la cementita se precipita a partir de la austenita a medida que la austenita se transforma en ferrita al enfriarse lentamente, o de la martensita durante el revenido . Una mezcla íntima con ferrita, el otro producto de la austenita, forma una estructura laminar llamada perlita .
Mientras que la cementita es termodinámicamente inestable y eventualmente se convierte en austenita (bajo nivel de carbono) y grafito (alto nivel de carbono) a temperaturas más altas, no se descompone al calentarla a temperaturas por debajo de la temperatura del eutectoide (723 ° C) en el hierro-carbono metaestable. diagrama de fases.
Forma pura
La cementita cambia de ferromagnética a paramagnética a su temperatura de Curie de aproximadamente 480 K. [6]
Un carburo de hierro natural (que contiene cantidades menores de níquel y cobalto) se encuentra en los meteoritos de hierro y se llama cohenita en honor al mineralogista alemán Emil Cohen , quien lo describió por primera vez. [7] Dado que el carbono es uno de los posibles componentes menores de la aleación ligera de los núcleos planetarios metálicos, las propiedades de alta presión / alta temperatura de la cementita (Fe 3 C) como un proxy simple de la cohenita se estudian experimentalmente. La figura muestra el comportamiento compresivo a temperatura ambiente.
Otros carburos de hierro
Hay otras formas de carburos de hierro metaestables que se han identificado en el acero templado y en el proceso industrial de Fischer-Tropsch . Estos incluyen carburo épsilon (ε) , Fe 2-3 C hexagonal compacto , precipitados en aceros al carbono simple con contenido de carbono> 0,2%, templados a 100-200 ° C. El ε-carburo no estequiométrico se disuelve por encima de ~ 200 ° C, donde comienzan a formarse los carburos de Hägg y la cementita. El carburo de Hägg , monoclínico Fe 5 C 2 , precipita en aceros para herramientas templados templados a 200–300 ° C. [8] [9] También se ha encontrado de forma natural como el mineral Edscottita en el meteorito Wedderburn [10] La caracterización de diferentes carburos de hierro no es una tarea trivial, ya menudo la difracción de rayos X se complementa con espectroscopía de Mössbauer .
Referencias
- ↑ a b Smith y Hashemi , 2006 , p. 363
- ^ Durand-Charre 2003
- ^ HKDH Bhadeshia (2020). "Cementita" . Revisiones internacionales de materiales . 65 (1): 1–27. doi : 10.1080 / 09506608.2018.1560984 .
- ^ Ashrafzadeh, Milad; Soleymani, Amir Peyman; Panjepour, Masoud; Chamán, Morteza (2015). "Formación de cemento a partir de la mezcla de hematita-grafito por activación térmica-mecánica simultánea" . Metalúrgica y de Materiales Transacciones B . 46 (2): 813–823. doi : 10.1007 / s11663-014-0228-3 . S2CID 98253213 .
- ^ Smith y Hashemi , 2006 , págs. 366–372
- ^ SWJ Smith; W. White; SG Barker (1911). "La temperatura de transición magnética de la cementita" . Proc. Phys. Soc. Lond . 24 (1): 62–69. doi : 10.1088 / 1478-7814 / 24/1/310 .
- ^ Vagn F. Buchwald, Manual de meteoritos de hierro, University of California Press 1975
- ↑ Gunnar Hägg, Z. Krist. , Vol. 89, pág. 92-94, 1934.
- ^ Smith, William F. (1981). Estructura y propiedades de las aleaciones de ingeniería . Nueva York: McGraw-Hill. págs. 61–62. ISBN 978-0-07-0585607.
- ^ Mannix, Liam (31 de agosto de 2019). "Este meteorito vino del núcleo de otro planeta. En su interior, un nuevo mineral" . La edad . Consultado el 14 de septiembre de 2019 .
Bibliografía
- Smith, William F .; Hashemi, Javad (2006). Fundamentos de la ciencia y la ingeniería de los materiales (4ª ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-295358-9.
- Durand-Charre, Madeleine (2004). Microestructura de Aceros y Fundiciones . Saltador. ISBN 978-3-642-05897-4.
- Espectroscopia de Mössbauer de carburos de hierro: de la predicción a la confirmación experimental
enlaces externos
- Estructura cristalina de cementita en NRL
- Hallstedt, Bengt; Djurovic, Dejan; von Appen, Jörg; Dronskowski, Richard; Dick, Alexey; Körmann, Fritz; Hickel, Tilmann; Neugebauer, Jörg (marzo de 2010). "Propiedades termodinámicas de la cementita (Fe 3 C)". Calphad . 34 (1): 129-133. doi : 10.1016 / j.calphad.2010.01.004 .
- Le Caer, G .; Dubois, JM; Pijolat, M .; Perrichon, V .; Bussiere, P. (noviembre de 1982). "Caracterización por espectroscopia de Moessbauer de carburos de hierro formados por síntesis de Fischer-Tropsch". La Revista de Química Física . 86 (24): 4799–4808. doi : 10.1021 / j100221a030 .
- Bauer-Grosse, E .; Frantz, C .; Le Caer, G .; Heiman, N. (junio de 1981). "Formación de carburos metaestables de tipo Fe 7 C 3 y Fe 5 C 2 durante la cristalización de una aleación amorfa de Fe 75 C 25 ". Revista de sólidos no cristalinos . 44 (2–3): 277–286. doi : 10.1016 / 0022-3093 (81) 90030-2 .