Цементит представляет собой химическое соединение, включение которого упрочняет сталь. Каждая молекула состоит из трех атомов железа, связанных с одним атомом углерода (Fe3C ) для формирования структуры кристаллической решетки, называемой орторомбической, где несколько прямоугольных призм возникают из одной и той же базовой структуры и пересекаются под углами 90 градусов. В результате получается очень твердое и хрупкое вещество, называемое карбидом железа или цементитом.
В чистом виде цементит классифицируется как неоксидная керамика. Он твердый и инертный, выдерживает дробление, химическую эрозию, истирание и температуру до 3000 градусов по Фаренгейту (1600 °C). Он образуется естественным образом при плавлении белого чугуна, где он осаждается из железа в виде углерода с образованием крупные частицы. Иногда он появляется таким образом в фазе с аустенитом, аллотропом железа, который иногда может охлаждаться, образуя мартенсит, сталь с очень прочной кристаллической решеткой.
Сталь закаляют для повышения твердости и уменьшения хрупкости путем создания цементита. Первый этап процесса отпуска называется аустенизацией, когда сталь плавится в раствор железа и углерода или аустенит. Сталь быстро охлаждается, и из аустенита образуется мартенсит. Затем его снова нагревают и медленно охлаждают контролируемым образом, при этом образуется цементит. Невозможно произвести достаточно энергии, чтобы довести реакцию до конца, поэтому цементит обычно смешивают с небольшими количествами непрореагировавшего мартенсита, бейнита. , который также представляет собой Fe3C, но с другой кристаллической структурой, и феррит (железо).
Цементит является ферромагнитным, что означает, что он проявляет магнитные характеристики с магнитным полем или без него, как холодильник. магнит. Однако при 480 К (404 F, 207 C) атомные полюса начинают двигаться и больше не выстраиваются. Спины молекул становятся случайными, и намагничивание прекращается. Вещество становится парамагнитным, что означает, что оно намагничивается только в том случае, если поле приложено внешним источником. Даже в этом случае намагниченность будет слабой, потому что она зависит от индуцированных диполей, и никакая внешняя сила не может индуцировать каждый диполь в каждой молекуле, независимо от того, имеет она кристаллическую структуру или нет. Фактически именно нелинейное притяжение придает ферромагнетикам их силу.
Существует вещество, очень похожее на цементит, называемое коэнитом. Это также Fe3C, за исключением того, что он образует стержнеобразный кристалл и содержит следовые количества никеля и кобальт. Это происходит естественным образом в метеоритах, а на Земле есть места с очень высокими отложениями железа, такие как следы потоков вулканической магмы, которые возникают над угольными отложениями.