Cementita

Identificación
Cementita

__ Fe __ C Estructura cristalina de la cementita
Sinónimos	carburo de trifer
N o CAS	12011-67-5
N o ECHA	100,031,411
N o CE	234-566-7
Propiedades químicas
Fórmula bruta	C Fe 3Fe 3 C
Masa molar	179,546 ± 0,007 g / mol C 6,69%, Fe 93,31%,
Propiedades físicas
Densidad	7,662 g / cm 3
Cristalografía
Sistema de cristal	Ortorrómbico
Símbolo de Pearson	${\ Displaystyle oP16 \,}$
Clase de cristal o grupo espacial	Pnma ( n o 62) ortorrómbico Hermann-Mauguin: ${\ Displaystyle P ~ 2_ {1} / n ~ 2_ {1} / m ~ 2_ {1} / a \,}$ Hermann-Mauguin ejecuta: ${\ Displaystyle Pnma \,}$ Moscas de Schoen: ${\ Displaystyle D_ {2h} ^ {16} \,}$
Strukturbericht	D0 11
Parámetros de malla	a = 508,37 pm , b = 674,75 pm , c = 451,65 pm

Unidades de SI y STP a menos que se indique lo contrario.

La cementita es un carburo de hierro de fórmula Fe 3 C( fracciones de masa : 93,3% de hierro , 6,67% de carbono ), que cristaliza en el sistema ortorrómbico con una densidad de 7,662 g / cm 3 , ligeramente inferior a la del hierro ( 7,874 g / cm 3 ).

La cementita es un componente común de los productos de acero , como los aceros y la fundición blanca , que contribuye a sus propiedades físicas y mecánicas. De elementos como el manganeso o el cromo se puede reemplazar parcialmente al hierro. En estado puro, es una cerámica .

La cementita existe en la naturaleza en forma de un mineral llamado cohenita . La cohenita está presente en meteoritos de hierro (donde se descubrió) y meteoritos mixtos , donde el hierro se sustituye parcialmente por níquel y cobalto . También se encuentra en ciertas rocas terrestres, pero es muy raro, solo se encuentra en contextos extremadamente reductores .

Origen del nombre

El nombre cementita proviene de la investigación de Floris Osmond y J. Werth, donde el acero solidificado tenía una estructura celular, Fe 3 Cformando la envoltura de células hechas de ferrita: Fe 3 CHierro "Cementait" ("cemento" se dice cemento en inglés ).

Propiedades

La cementita es un material frágil ( A% = 0 , R m = 700 MPa ), resistente al desgaste y muy duro , con una dureza Vickers generalmente evaluada alrededor de 800. No es mecanizable , y su presencia en forma de inclusiones en perlita y Es probable que la bainita altere la maquinabilidad de estos materiales e induzca desgaste por abrasión en las herramientas de torno .

A temperatura ambiente, la cementita es ferromagnética , con una temperatura de Curie de 460 K ( 186,85 ° C ).

La cementita es termodinámicamente metaestable y puede descomponerse en α ferrita y grafito bajo el efecto de un recocido muy largo o un enfriamiento muy lento:

Fe 3 C⟶ 3 Fe + C .

En la práctica, se descompone solo si se mantiene a temperaturas superiores al punto eutectoide ( 723 ° C ). Según la mayoría de los diagramas de hierro-carbono (de) , puede existir en estado sólido hasta aproximadamente 1230 a 1320 ° C , que técnicamente corresponde a su punto de fusión , pero, según estos diagramas, puede comenzar a fundirse a partir de 1148 ° C. C , el punto de fusión de la ledeburita , eutéctico en el diagrama.

Se dice que la cementita es primaria cuando proviene de la cristalización de la fase líquida a una concentración de masa de carbono superior al 4,3%, correspondiente al eutéctico del diagrama hierro-carbono. Se dice que es secundario cuando se obtiene por precipitación con austenita por debajo de esta concentración de carbono, y terciario con ferrita por debajo de una concentración de carbono en masa del 0,8%.

En aceros

Los aceros tienen un contenido de carbono relativamente bajo (menos del 2,11% C en masa). Como resultado, el carbono nunca alcanza localmente la concentración necesaria para formar grafito. Para describir los aceros, por lo tanto, utilizamos un diagrama hierro-carbono metaestable binario , que muestra la cementita.

Durante la fundición, el acero se solidifica en forma de austenita (hierro γ). Por debajo de cierta temperatura, la austenita se descompone.

En el caso del enfriamiento lento de un acero hipoeutectoide (cuyo contenido de carbono es inferior al 0,77% C en masa), la austenita se transforma en ferrita (hierro α); éste puede contener menos carbono que la austenita, por lo que la austenita residual se enriquece en carbono y se transforma:

ya sea en cementita si el acero contiene muy poco carbono (menos de 0.022% C en masa);
o en perlita ( eutectoide ), que es una sucesión de laminillas de ferrita y cementita.

En el caso del enfriamiento lento de un acero hipereutectoide (cuyo contenido de carbono está entre 0,77 y 2,11% en masa), la austenita se transforma en cementita; esto puede contener más carbono que la austenita, por lo que la austenita residual se agota en carbono y se convierte en perlita.

Las fases formadas son diferentes si el acero contiene suficiente carbono (más del 0,3% en masa) y el enfriamiento es suficientemente rápido (temple): martensita (fase de desequilibrio formada por el mecanismo de cizallamiento), bainita y troostita .

La perlita esferoidal o perlita coalescida es un agregado de ferrita y cementita en forma de precipitados globulares de cementita en una matriz ferrítica.

En las fuentes

Los hierros fundidos tienen un mayor contenido de carbono.

Para velocidades de enfriamiento lentas, y especialmente con los elementos de aleación denominados “grafitizantes” (silicio, cobre, níquel), puede producirse la formación de grafito (fundición gris). Esto se hace reduciendo la austenita en carbono; por debajo de un determinado contenido en función de la velocidad de enfriamiento, el grafito formado permanece como está y el resto de la aleación se comporta como un acero, por lo tanto con la formación de cementita.

Para velocidades de enfriamiento rápidas, y en particular en presencia de elementos anti-grafitizantes (manganeso), no se forma grafito sino solamente cementita (hierro fundido blanco).

Por lo tanto, utilizamos dos diagramas binarios: el diagrama metaestable (con cementita) y el diagrama estable (con grafito).

Notas y referencias

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