Cementita

Cementita (o carburo de hierro) es un compuesto de hierro y carbono, más precisamente un carburo de metal de transición intermedio con la fórmula Fe₃ C. En peso, es 6,67% de carbono y 93,3% de hierro. Tiene una estructura cristalina ortorrómbica. Es un material duro y quebradizo, normalmente clasificado como cerámica en su forma pura, y es un componente importante y frecuente en la metalurgia ferrosa. Si bien la cementita está presente en la mayoría de los aceros 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 tiene su origen en 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 tanto, el carburo cementaba el hierro.

Metalurgia

El diagrama de fase de hierro-carbono

En el sistema hierro-carbono (es decir, aceros al carbono simples y hierros fundidos) es un componente común porque la ferrita puede contener como máximo un 0,02 % en peso de carbono sin combinar. Por lo tanto, en los aceros al carbono y las fundiciones que se enfrían lentamente, una parte del carbono se encuentra en forma de cementita. La cementita se forma directamente de la masa fundida en el caso del hierro fundido blanco. En el acero al carbono, la cementita precipita de la austenita a medida que la austenita se transforma en ferrita al enfriarse lentamente, o en martensita durante el revenido. Una íntima mezcla con la ferrita, el otro producto de la austenita, forma una estructura laminar llamada perlita.

Aunque 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 calentarse a temperaturas por debajo de la temperatura eutectoide (723 °C) en el metaestable diagrama de fases 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.

Forma pura

La cementita cambia de ferromagnética a paramagnética al calentarse a su temperatura Curie de aproximadamente 480 K (207 °C).

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.

Otros carburos de hierro

Hay otras formas de carburos de hierro metaestables que se han identificado en el acero templado y en el proceso industrial Fischer-Tropsch. Estos incluyen carburo epsilon (ε), Fe_2–3C compacto hexagonal, precipitados en aceros al carbono simples con un contenido de carbono > 0,2 %, templado a 100-200 °C. El carburo ε no estequiométrico se disuelve por encima de los ~200 °C, donde comienzan a formarse los carburos Hägg y la cementita. El carburo de Hägg, Fe₅C₂ monoclínico, se precipita en aceros templados para herramientas revenidos a 200–300 °C. También se ha encontrado de forma natural como el mineral Edscottite en el meteorito de Wedderburn.