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 % carbono y 93,3 % hierro. Tiene una estructura cristalina ortorrómbica . ^{[ 4 ]} Es un material duro y quebradizo, ^{[ 4 ]} normalmente clasificado como cerámica en su forma pura, y es un constituyente frecuente e importante en la metalurgia ferrosa . Si bien la cementita está presente en la mayoría de los aceros ^{[ 5 ]} y hierros fundidos, 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 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 la ferrita como núcleo y Fe₃C _la envoltura de las células. El carburo, por lo tanto, cementaba el hierro.

En el sistema hierro-carbono (es decir, aceros al carbono simples y hierros fundidos ) es un constituyente común porque la ferrita puede contener como máximo 0,02 % en peso de carbono no combinado. ^{[ 6 ]} Por lo tanto, en aceros al carbono y hierros fundidos que se enfrían lentamente, una porción del carbono está en forma de cementita. ^{[ 7 ]} La cementita se forma directamente a partir del fundido en el caso del hierro fundido blanco . En el acero al carbono , la cementita precipita de la austenita cuando esta se transforma en ferrita durante el enfriamiento lento, o de la martensita durante el revenido . Una mezcla íntima con la ferrita, el otro producto de la austenita, forma una estructura laminar llamada perlita .

Si bien la cementita es termodinámicamente inestable, convirtiéndose finalmente en austenita (bajo contenido de carbono) y grafito (alto contenido de carbono) a temperaturas más elevadas, no se descompone al calentarse a temperaturas inferiores a la temperatura eutectoide (723  °C) en el diagrama de fases metaestable hierro-carbono.

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 morfología de la cementita desempeña un papel fundamental en la cinética de las transformaciones de fase en el acero. La temperatura de enrollado y la velocidad de enfriamiento afectan significativamente la formación de cementita. A temperaturas de enrollado más bajas, la cementita forma finas colonias perlíticas, mientras que a temperaturas más altas, precipita como partículas gruesas en los límites de grano. Esta diferencia morfológica influye en la velocidad de formación y descomposición de la austenita, ya que la cementita fina promueve transformaciones más rápidas debido a su mayor área superficial y la proximidad de la interfaz carburo-ferrita. Además, la cinética de disolución de la cementita durante el recocido es más lenta para los carburos gruesos, lo que afecta la evolución microestructural durante los tratamientos térmicos. ^{[ 9 ]}

La cementita cambia de ferromagnética a paramagnética al calentarse hasta su temperatura de Curie de aproximadamente 480 K (207 °C) . ^{[ 10 ]}  

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. ^{[ 11 ]}

Existen otras formas de carburos de hierro metaestables que se han identificado en acero templado y en el proceso industrial Fischer-Tropsch . Estas incluyen el carburo épsilon (ε) , Fe₂₋₃C _hexagonal compacto , que precipita en aceros al carbono simples 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 los carburos de Hägg y la cementita. El carburo de Hägg , Fe₅C₂ monoclínico , precipita en aceros para herramientas ^endurecidos templados a 200–300 °C. ^{[ 12} _] ^{[ 13 ]} También se ha encontrado de forma natural como el mineral Edscottita en el meteorito Wedderburn . ^{[ 14 ]}   

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