Cementit

Järnkarbid

Järnkarbidplattor
Namn
IUPAC-namn Järnkarbid
Andra namn Cementit
Identifierare
CAS-nummer	12011-67-5   Y
3D-modell ( JSmol )	Interaktiv bild
ECHA InfoCard	100.031.411
EG-nummer	234-566-7
CompTox Dashboard ( EPA )	DTXSID10894255
InChI InChI=1S/C.3Fe Nyckel: TXAHJXBWFZQNQY-UHFFFAOYSA-N
LEDER [C].[Fe].[Fe].[Fe]
Egenskaper
Kemisk formel	Fe 3 C
Molar massa	179,546 g/mol
Utseende	mörkgrå eller svarta kristaller, luktfria
Densitet	7,694 g/cm3 , fast
Smältpunkt	1 227 °C (2 241 °F; 1 500 K)
Vattenlöslighet	olöslig
Strukturera
Kristallstruktur	Rhombohedral , oP16
Rymdgrupp	Pnma, nr 62
Gitterkonstant	a = 0,509 nm, b = 0,6478 nm, c = 0,4523 nm
Formelenheter ( Z )	4
Termokemi
Värmekapacitet ( C )	105,9 J.mol -1 -K -1
Std molär entropi ( S ⦵ 298 )	104,6 J.mol -1 -K -1
Std formationsentalpi ( Δ f H ⦵ 298 )	25,1 kJ·mol -1
Gibbs fri energi (Δ f G ⦵ )	20,1 kJ·mol -1
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa). Infobox referenser

Cementit (eller järnkarbid ) är en förening av järn och kol , närmare bestämt en mellanliggande övergångsmetallkarbid med formeln Fe ₃ C. I vikt är det 6,67 % kol och 93,3 % järn. Den har en ortorombisk kristallstruktur. Det är ett hårt, sprött material, normalt klassificerat som en keramik i sin rena form, och är en ofta förekommande och viktig beståndsdel i järnmetallurgi . Medan cementit finns i de flesta stål och gjutjärn, produceras det som ett råmaterial i järnkarbidprocessen, som tillhör familjen alternativa järntillverkningstekniker. Namnet cementit har sitt ursprung i Floris Osmonds och J. Werths teori , där strukturen hos stelnat stål består av ett slags cellvävnad, med ferrit som kärna och Fe ₃ C cellernas hölje. Karbiden cementerade därför järnet.

Metallurgi

Järn-kol fasdiagrammet

I järn-kol-systemet (dvs. vanligt kolstål och gjutjärn ) är det en vanlig beståndsdel eftersom ferrit kan innehålla högst 0,02 viktprocent okombinerat kol. Därför, i kolstål och gjutjärn som långsamt kyls, är en del av kolet i form av cementit. Cementit bildas direkt från smältan när det gäller vitt gjutjärn . I kolstål fälls cementit ut från austenit när austenit omvandlas till ferrit vid långsam avkylning eller från martensit under härdning . En intim blandning med ferrit, den andra produkten av austenit, bildar en lamellstruktur som kallas perlit .

Medan cementit är termodynamiskt instabilt och så småningom omvandlas till austenit (låg kolhalt) och grafit (hög kolhalt) vid högre temperaturer, sönderdelas den inte vid uppvärmning vid temperaturer under den eutektoida temperaturen (723 °C) på det metastabila järn- kolet . fas diagram.

Mekaniska egenskaper är följande: rumstemperatur mikrohårdhet 760–1350 HV; böjhållfasthet 4,6–8 GPa, Youngs modul 160–180 GPa, fördjupningsbrottseghet 1,5–2,7 MPa√m.

Ren form

Cementit ändras från ferromagnetisk till paramagnetisk vid uppvärmning till dess Curie-temperatur på cirka 480 K (207 °C).

En naturlig järnkarbid (innehållande mindre mängder nickel och kobolt) förekommer i järnmeteoriter och kallas kohenit efter den tyske mineralogen Emil Cohen , som först beskrev den.

Andra järnkarbider

Det finns andra former av metastabila järnkarbider som har identifierats i härdat stål och i den industriella Fischer-Tropsch-processen . Dessa inkluderar epsilon (ε) karbid , sexkantigt tätpackat Fe _2–3 C, fällningar i vanligt kolstål med kolhalt > 0,2 %, anlöpt vid 100–200 °C. Icke-stökiometrisk ε-karbid löses över ~200 °C, där Häggkarbider och cementit börjar bildas. Häggkarbid , monoklin Fe ₅ C ₂ , fälls ut i härdade verktygsstål anlöpt vid 200–300 °C. Den har också hittats naturligt som mineralet Edscottite i Wedderburn-meteoriten

Bibliografi

•   Haynes, William M., red. (2016). CRC Handbook of Chemistry and Physics (97:e upplagan). CRC Tryck på . ISBN 9781498754293 .
•   Smith, William F.; Hashemi, Javad (2006). Foundations of Materials Science and Engineering (4:e upplagan). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-295358-9 .

externa länkar

• Kristallstruktur av cementit vid NRL
• Hallstedt, Bengt; Djurovic, Dejan; von Appen, Jörg; Dronskowski, Richard; Dick, Alexey; Körmann, Fritz; Hickel, Tilmann; Neugebauer, Jörg (mars 2010). "Cementitens termodynamiska egenskaper (Fe ₃ C)". Calphad . 34 (1): 129–133. doi : 10.1016/j.calphad.2010.01.004 .
• Le Caer, G.; Dubois, JM; Pijolat, M.; Perrichon, V.; Bussiere, P. (november 1982). "Karakterisering av Moessbauer-spektroskopi av järnkarbider bildade av Fischer-Tropsch-syntes". Journal of Physical Chemistry . 86 (24): 4799–4808. doi : 10.1021/j100221a030 .
• Bauer-Grosse, E.; Frantz, C.; Le Caer, G.; Heiman, N. (juni 1981). "Bildning av av _Fe7C3- och _{Fe5C2 - typ} under kristallisationen av en _{amorf Fe75C25} - legering " _. Journal of Non-Crystalline Solids . 44 (2–3): 277–286. Bibcode : 1981JNCS...44..277B . doi : 10.1016/0022-3093(81)90030-2 .