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 Fe3C . En peso, es 6,67% de carbono y 93,3% de hierro. Tiene una estructura cristalina ortorrómbica . [4] Es un material duro y quebradizo, [4] normalmente clasificado como una cerámica en su forma pura, y es un componente frecuente e importante en la metalurgia ferrosa . Si bien la cementita está presente en la mayoría de los aceros [5] y fundiciones, 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 teoría de Floris Osmond y J. Werth, en la que la estructura del acero solidificado consiste en una especie de tejido celular, con ferrita como núcleo y Fe3C la envoltura de las células. Por lo tanto, el carburo cementaba el hierro.
En el sistema hierro-carbono (es decir, aceros al carbono simple y fundiciones ) es un componente común porque la ferrita puede contener como máximo 0,02% en peso de carbono sin combinar. [6] Por lo tanto, en aceros al carbono y fundiciones que se enfrían lentamente, una parte del carbono está en forma de cementita. [7] La cementita se forma directamente a partir de la masa fundida en el caso de la fundición blanca . En el acero al carbono , la cementita precipita a partir de la austenita a medida que la austenita se transforma en ferrita durante un enfriamiento lento, o de martensita durante el templado . Una mezcla íntima con ferrita, el otro producto de la austenita, forma una estructura laminar llamada perlita .
Si bien 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 inferiores a la temperatura eutectoide (723 °C) en el diagrama de fase hierro-carbono metaestable.
Las propiedades mecánicas son las siguientes: microdureza a temperatura ambiente 760–1350 HV; resistencia a la flexión 4,6–8 GPa, módulo de Young 160–180 GPa, tenacidad a la fractura por indentación 1,5–2,7 MPa√m. [8]
La cementita cambia de ferromagnética a paramagnética al calentarse a su temperatura de Curie de aproximadamente 480 K (207 °C). [9]
Un carburo de hierro natural (que contiene pequeñas cantidades 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. [10]
Existen otras formas de carburos de hierro metaestables que se han identificado en el acero templado y en el proceso industrial Fischer-Tropsch . Entre ellas se encuentran el carburo épsilon (ε) , Fe2–3C hexagonalmente compacto , que precipita en aceros al carbono simple con un contenido de carbono > 0,2 %, templados a 100–200 °C. El carburo ε no estequiométrico se disuelve por encima de ~200 °C, donde comienzan a formarse carburos de Hägg y cementita. El carburo de Hägg, Fe5C2 monoclínico , precipita en aceros para herramientas endurecidos templados a 200–300 °C. [11] [12] También se ha encontrado de forma natural como el mineral Edscottita en el meteorito Wedderburn . [13]