Цементит

Карбид железа
	; Пластины из карбида железа
Имена
	Название ИЮПАК Карбид железа
	Другие имена Цементит
Идентификаторы
Номер CAS	12011-67-5 ;
3D model ( JSmol )	Интерактивное изображение ;
Информационная карта ECHA	100.031.411
Номер ЕС	234-566-7 ;
Панель управления CompTox ( EPA )	DTXSID10894255 ;
	показывать ИнЧИ
	показывать УЛЫБКИ
Характеристики
Химическая формула	Фе 3 С
Молярная масса	179.546 g/mol
Появление	темно-серые или черные кристаллы, без запаха
Плотность	7,694 г/см 3 , твердый
Температура плавления	1227 ° C (2241 ° F; 1500 К)
Растворимость в воде	нерастворимый
Структура
Кристаллическая структура	Орторомбический , oP16
Космическая группа	Пнма, нет. 62
Постоянная решетки	а = 0,509 нм, б = 0,6478 нм, с = 0,4523 нм
Формульные единицы ( Z )	4
Термохимия
Теплоемкость ( С )	105,9 Дж·моль −1 ·К −1
Стандартный моляр ; энтропия ( S ⦵ 298 )	104,6 Дж·моль −1 ·К −1
Стандартная энтальпия ; образование (Δ f H ⦵ 298 )	25,1 кДж·моль −1
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ⦵ )	20,1 кДж·моль −1
	Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). Ссылки на инфобоксы

Цементит (или карбид железа ) — соединение железа углерода и , точнее промежуточный карбид переходного металла с формулой Fe ₃ C. По весу он состоит из 6,67% углерода и 93,3% железа. Имеет орторомбическую кристаллическую структуру. ^[4] Это твердый, хрупкий материал, ^[4] обычно классифицируется как керамика в чистом виде и является часто встречающимся и важным компонентом в черной металлургии . Хотя цементит присутствует в большинстве сталей ^[5] и чугуны, он производится в качестве сырья в процессе карбида железа, который принадлежит к семейству альтернативных технологий производства чугуна. Название «цементит» произошло от теории Флориса Осмонда и Дж. Верта, согласно которой структура затвердевшей стали состоит из своеобразной ячеистой ткани, феррит ядром которой является _{Fe 3} , а оболочкой ячеек — C. Таким образом, карбид цементировал железо.

Металлургия

В системе железо-углерод (то есть в углеродистых сталях и чугунах ) это обычный компонент, поскольку феррит может содержать не более 0,02 мас.% несвязанного углерода. ^[6] Поэтому в углеродистых сталях и чугунах, медленно охлаждаемых, часть углерода находится в виде цементита. ^[7] В случае белого чугуна цементит образуется непосредственно из расплава . В углеродистой стали цементит выделяется из аустенита , когда аустенит превращается в феррит при медленном охлаждении, или из мартенсита во время отпуска . Тесная смесь с ферритом, другим продуктом аустенита, образует пластинчатую структуру, называемую перлитом .

Хотя цементит термодинамически нестабилен и со временем превращается в аустенит (низкий уровень углерода) и графит (высокий уровень углерода) при более высоких температурах, он не разлагается при нагревании при температурах ниже эвтектоидной температуры (723 °C) на метастабильные железо-углеродистые соединения. фазовая диаграмма.

Механические свойства следующие: микротвердость при комнатной температуре 760–1350 HV; прочность на изгиб 4,6–8 ГПа, модуль Юнга 160–180 ГПа, вязкость разрушения при вдавливании 1,5–2,7 МПа√м. ^[8]

Чистая форма

Цементит превращается из ферромагнитного в парамагнитный при нагревании до температуры Кюри примерно 480 К (207 ° C). ^[9]

Природный карбид железа (содержащий незначительное количество никеля и кобальта) встречается в железных метеоритах и называется когенитом в честь немецкого минералога Эмиля Коэна , который впервые его описал. ^[10]

Прочие карбиды железа

Существуют и другие формы метастабильных карбидов железа, которые были идентифицированы в закаленной стали и в промышленном процессе Фишера-Тропша . К ним относятся карбид эпсилон (ε) , гексагональный плотноупакованный Fe _2–3 C, выделения в простоуглеродистых сталях с содержанием углерода > 0,2 %, отпущенных при 100–200 °С. Нестехиометрический ε-карбид растворяется при температуре выше ~ 200 ° C, при этом начинают образовываться карбиды Хэгга и цементит. Карбид Хэгга , моноклинный Fe ₅ C ₂ , выделяется в закаленных инструментальных сталях, отпущенных при температуре 200–300 °C. ^[11]^[12] Он также был обнаружен в природе в виде минерала Эдскоттит в метеорите Уэддерберн . ^[13]

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Хейнс, с. 4,67
^ Хербштейн, Ф.Х.; Смэтс, Дж. (1964). «Сравнение рентгеноструктурных и нейтронографических уточнений структуры цементита Fe ₃ C» . Акта Кристаллографика . 17 (10): 1331–1332. Бибкод : 1964AcCry..17.1331H . дои : 10.1107/S0365110X64003346 .
^ Хейнс, с. 5.23
^ Jump up to: ^а ^б Смит и Хашеми 2006 , с. 363
^ Верховен, Джон Д. (2007). Металлургия стали для неметаллургов . АСМ Интернешнл. п. 35. ISBN 978-1-61503-056-9 .
^ Ашрафзаде, Милад; Сулеймани, Амир Пейман; Панджепур, Масуд; Шаманян, Мортеза (2015). «Образование цементита из гематит-графитовой смеси методом одновременной термомеханической активации» . Металлургические операции и операции с материалами B . 46 (2): 813–823. Бибкод : 2015MMTB...46..813A . дои : 10.1007/s11663-014-0228-3 . S2CID 98253213 .
^ Смит и Хашеми 2006 , стр. 366–372.
^ Бхадешиа, Гонконг (2020). «Цементит» . Международные обзоры материалов . 65 (1): 1–27. Бибкод : 2020ИМРв...65....1Б . дои : 10.1080/09506608.2018.1560984 .
^ Смит, SWJ; Уайт, В.; Баркер, С.Г. (1911). «Температура магнитного перехода цементита» . Учеб. Физ. Соц. Лонд . 24 (1): 62–69. Бибкод : 1911PPSL...24...62S . дои : 10.1088/1478-7814/24/1/310 .
^ Бухвальд, Вагн Ф. (1975) Справочник по железным метеоритам , University of California Press
^ Хэгг, Гуннар (1934). «Порошковые фотограммы нового карбида железа». Журнал кристаллографии - Кристаллические материалы . 89 (1–6): 92–94. дои : 10.1524/zkri.1934.89.1.92 . S2CID 100657250 .
^ Смит, Уильям Ф. (1981). Структура и свойства конструкционных сплавов . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. стр. 61–62. ISBN 978-0-07-0585607 .
^ Мэнникс, Лиам (31 августа 2019 г.). «Этот метеорит прибыл из ядра другой планеты. Внутри него новый минерал» . Возраст . Проверено 14 сентября 2019 г.

Библиография

Хейнс, Уильям М., изд. (2016). Справочник CRC по химии и физике (97-е изд.). ЦРК Пресс . ISBN 9781498754293 .
Смит, Уильям Ф.; Хашеми, Джавад (2006). Основы материаловедения и инженерии (4-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN 978-0-07-295358-9 .

Внешние ссылки

Кристаллическая структура цементита в НРЛ
Халльштедт, Бенгт; Джурович, Деян; фон Аппен, Йорг; Дронсковский, Ричард; Дик, Алексей; Корманн, Фриц; Хикель, Тилманн; Нойгебауэр, Йорг (март 2010 г.). «Термодинамические свойства цементита (Fe ₃ C)». Кальфад . 34 (1): 129–133. дои : 10.1016/j.calphad.2010.01.004 .
Ле Каер, Г.; Дюбуа, ЖМ; Пижолат, М.; Перришон, В.; Бюссьер, П. (ноябрь 1982 г.). «Характеристика карбидов железа, полученных в результате синтеза Фишера-Тропша, с помощью мессбауэровской спектроскопии». Журнал физической химии . 86 (24): 4799–4808. дои : 10.1021/j100221a030 .
Бауэр-Гросс, Э.; Франц, К.; Ле Каер, Г.; Хейман, Н. (июнь 1981 г.). «Образование метастабильных карбидов типа Fe ₇ C ₃ и Fe ₅ C ₂ при кристаллизации аморфного сплава Fe ₇₅ C ₂₅ ». Журнал некристаллических твердых тел . 44 (2–3): 277–286. Бибкод : 1981JNCS...44..277B . дои : 10.1016/0022-3093(81)90030-2 .

[crc-1] Jump up to: ^а ^б Хейнс, с. 4,67

[2] Хербштейн, Ф.Х.; Смэтс, Дж. (1964). «Сравнение рентгеноструктурных и нейтронографических уточнений структуры цементита Fe ₃ C» . Акта Кристаллографика . 17 (10): 1331–1332. Бибкод : 1964AcCry..17.1331H . дои : 10.1107/S0365110X64003346 .

[3] Хейнс, с. 5.23

[smith363-4] Jump up to: ^а ^б Смит и Хашеми 2006 , с. 363

[5] Верховен, Джон Д. (2007). Металлургия стали для неметаллургов . АСМ Интернешнл. п. 35. ISBN 978-1-61503-056-9 .

[6] Ашрафзаде, Милад; Сулеймани, Амир Пейман; Панджепур, Масуд; Шаманян, Мортеза (2015). «Образование цементита из гематит-графитовой смеси методом одновременной термомеханической активации» . Металлургические операции и операции с материалами B . 46 (2): 813–823. Бибкод : 2015MMTB...46..813A . дои : 10.1007/s11663-014-0228-3 . S2CID 98253213 .

[7] Смит и Хашеми 2006 , стр. 366–372.

[8] Бхадешиа, Гонконг (2020). «Цементит» . Международные обзоры материалов . 65 (1): 1–27. Бибкод : 2020ИМРв...65....1Б . дои : 10.1080/09506608.2018.1560984 .

[9] Смит, SWJ; Уайт, В.; Баркер, С.Г. (1911). «Температура магнитного перехода цементита» . Учеб. Физ. Соц. Лонд . 24 (1): 62–69. Бибкод : 1911PPSL...24...62S . дои : 10.1088/1478-7814/24/1/310 .

[10] Бухвальд, Вагн Ф. (1975) Справочник по железным метеоритам , University of California Press

[11] Хэгг, Гуннар (1934). «Порошковые фотограммы нового карбида железа». Журнал кристаллографии - Кристаллические материалы . 89 (1–6): 92–94. дои : 10.1524/zkri.1934.89.1.92 . S2CID 100657250 .

[12] Смит, Уильям Ф. (1981). Структура и свойства конструкционных сплавов . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. стр. 61–62. ISBN 978-0-07-0585607 .

[13] Мэнникс, Лиам (31 августа 2019 г.). «Этот метеорит прибыл из ядра другой планеты. Внутри него новый минерал» . Возраст . Проверено 14 сентября 2019 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]