Cementita

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.

Metalurgia

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]

Forma pura

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]

Otros carburos de hierro

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]

Referencias

^ de Haynes, pág. 4.67
^ Herbstein, FH; Smuts, J. (1964). "Comparación de los refinamientos de la estructura de la cementita Fe3C mediante difracción de neutrones y rayos X". Acta Crystallographica . 17 (10): 1331–1332. Bibcode :1964AcCry..17.1331H. doi : 10.1107/S0365110X64003346 .
^ Haynes, pág. 5.23
^Ab Smith y Hashemi 2006, pág. 363
^ Verhoeven, John D. (2007). Metalurgia del acero para no metalúrgicos. ASM International. pág. 35. ISBN 978-1-61503-056-9.
^ Ashrafzadeh, Milad; Soleymani, Amir Peyman; Panjepour, Masoud; Shamanian, Morteza (2015). "Formación de cementita a partir de una mezcla de hematita y grafito mediante activación termomecánica simultánea". Metallurgical and Materials Transactions B . 46 (2): 813–823. Bibcode :2015MMTB...46..813A. doi :10.1007/s11663-014-0228-3. S2CID 98253213.
^ Smith y Hashemi 2006, págs. 366-372
^ Bhadeshia, HKDH (2020). "Cementita". Reseñas internacionales de materiales . 65 (1): 1–27. Código bibliográfico :2020IMRv...65....1B. doi : 10.1080/09506608.2018.1560984 .
^ Smith, SWJ; White, W.; Barker, SG (1911). "La temperatura de transición magnética de la cementita". Proc. Phys. Soc. Lond . 24 (1): 62–69. Bibcode :1911PPSL...24...62S. doi :10.1088/1478-7814/24/1/310.
^ Buchwald, Vagn F. (1975) Manual de meteoritos de hierro , University of California Press
^ Hägg, Gunnar (1934). "Pulverphotogramme eines neuen Eisencarbides". Zeitschrift für Kristallographie - Materiales cristalinos . 89 (1–6): 92–94. doi :10.1524/zkri.1934.89.1.92. S2CID 100657250.
^ Smith, William F. (1981). Estructura y propiedades de las aleaciones de ingeniería . Nueva York: McGraw-Hill. pp. 61–62. ISBN 978-0-07-0585607.
^ Mannix, Liam (31 de agosto de 2019). «Este meteorito procede del núcleo de otro planeta. En su interior hay un nuevo mineral». The Age . Consultado el 14 de septiembre de 2019 .

Bibliografía

Haynes, William M., ed. (2016). Manual de química y física del CRC (97.ª edición). CRC Press . ISBN 9781498754293.
Smith, William F.; Hashemi, Javad (2006). Fundamentos de la ciencia y la ingeniería de materiales (4.ª ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-295358-9.

Enlaces externos

Estructura cristalina de la cementita en el 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)". Calfad . 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". The Journal of Physical Chemistry . 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 ". Journal of Non-Crystalline Solids . 44 (2–3): 277–286. Bibcode :1981JNCS...44..277B. doi :10.1016/0022-3093(81)90030-2.

[crc-1] Haynes, pág. 4.67

[2] Herbstein, FH; Smuts, J. (1964). "Comparación de los refinamientos de la estructura de la cementita Fe3C mediante difracción de neutrones y rayos X". Acta Crystallographica . 17 (10): 1331–1332. Bibcode :1964AcCry..17.1331H. doi : 10.1107/S0365110X64003346 .

[3] Haynes, pág. 5.23

[smith363-4] Ab Smith y Hashemi 2006, pág. 363

[5] Verhoeven, John D. (2007). Metalurgia del acero para no metalúrgicos. ASM International. pág. 35. ISBN 978-1-61503-056-9.

[6] Ashrafzadeh, Milad; Soleymani, Amir Peyman; Panjepour, Masoud; Shamanian, Morteza (2015). "Formación de cementita a partir de una mezcla de hematita y grafito mediante activación termomecánica simultánea". Metallurgical and Materials Transactions B . 46 (2): 813–823. Bibcode :2015MMTB...46..813A. doi :10.1007/s11663-014-0228-3. S2CID 98253213.

[7] Smith y Hashemi 2006, págs. 366-372

[8] Bhadeshia, HKDH (2020). "Cementita". Reseñas internacionales de materiales . 65 (1): 1–27. Código bibliográfico :2020IMRv...65....1B. doi : 10.1080/09506608.2018.1560984 .

[9] Smith, SWJ; White, W.; Barker, SG (1911). "La temperatura de transición magnética de la cementita". Proc. Phys. Soc. Lond . 24 (1): 62–69. Bibcode :1911PPSL...24...62S. doi :10.1088/1478-7814/24/1/310.

[10] Buchwald, Vagn F. (1975) Manual de meteoritos de hierro , University of California Press

[11] Hägg, Gunnar (1934). "Pulverphotogramme eines neuen Eisencarbides". Zeitschrift für Kristallographie - Materiales cristalinos . 89 (1–6): 92–94. doi :10.1524/zkri.1934.89.1.92. S2CID 100657250.

[12] Smith, William F. (1981). Estructura y propiedades de las aleaciones de ingeniería . Nueva York: McGraw-Hill. pp. 61–62. ISBN 978-0-07-0585607.

[13] Mannix, Liam (31 de agosto de 2019). «Este meteorito procede del núcleo de otro planeta. En su interior hay un nuevo mineral». The Age . Consultado el 14 de septiembre de 2019 .