Карбид железа, по-другому называемый цементитом – это химическое соединение углерода и железа. Он является одним из структурных составных сплавов стали и чугуна, во многом высокие качественные показатели этих металлов обусловлены наличием именно цементита. Рассмотрим здесь подробнее свойства этого вещества.
Особенности карбида железа
Известно два способа процесса получения карбида железа: путем спекания порошков чистых элементов при высоких температурах или методом восстановления оксида углеродом. В результате получается материал, имеющий сложную кристаллическую структуру и обладающий такими свойствами:
- высокая плотность, твердость (близко к твердости алмаза);
- тугоплавкость;
- практически нулевая пластичность;
- противостояние механическим деформациям;
- нелетучесть;
- слабомагнитность до 210 градусов по Цельсию;
- нерастворимость даже в самых агрессивных известных растворителях;
- температура плавления 1640 – 1840 градусов.
Цементит – неустойчивое соединение, подвергающееся распаду, после чего образуется свободный углерод – графит. Не образует окиси со щелочами, водой и гидратом аммиака.
При различных условиях кристаллизации протекают разные химреакции, в результате чего карбид железа получается разных форм: равноосные зерна, сетка по границам зерен, пластины или видманштеттовая структура.
В промышленных масштабах цементит выпускается в форме отливки или порошка, концентрация углерода в нем 6,67% — самая высокая для железоуглеродистого сплава.
Известные формулы
Существуют карбиды железа с различными формулами.
- Применяемый в создании чугуна и стали, имеет формулу Fe3C, и имеет второе название – цементит.
- В природе существует самородный минерал когенит (железоникелевый карбид) с формулой FeNiCo 3C.
- Эдскоттит – минерал, найденный в метеорите. Его формула — Fe5C2.
Цементит классифицируется на три подраздела: первичный (выделяется из жидкости при закалке сплавов в доменной печи), вторичный – карбид железа 2 (выделяется из аустенита), третичный (выделяется из феррита).
Где применяется цементит?
Благодаря высокой стойкости к агрессивным средам, карбид железа нашел очень широкое применение во многих отраслях, часто использование твердосплавного материала не имеет альтернативы:
- металлообрабатывающая и горнодобывающая отрасли;
- производство специальных сверхпрочных хирургических инструментов;
- изготовление штамповочного оборудования;
- использование в радиоэлектронном производстве;
- применение в авиакосмической и судостроительной отрасли;
- внедрение материала в ядерную энергетику.
Отдельно стоит отметить металлургическую промышленность: железо в чистом виде недостаточно прочное, для повышения упругости, твердости, устойчивости к износу в него добавляется углерод. Цементит незаменим в производстве стали и чугуна, поэтому в этой отрасли он очень востребован.