Kas ir cementīts?

Cementīts ir ķīmisks savienojums, kura iekļaušana sacietē tēraudu. Katra molekula ir izgatavota no trim dzelzs atomiem, kas saistīti ar vienu oglekļa atomu (Fe3C), veidojot kristāla režģa struktūru, ko sauc par ortorombisku, kur vairākas taisnstūrveida prizmas rodas no vienas un tās pašas pamatstruktūras un krustojas 90 grādu leņķos. Rezultāts ir ļoti cieta un trausla viela, ko sauc par dzelzs karbīdu vai cementītu.

Tīrākā veidā cementīts tiek klasificēts kā neoksīda keramika. Tas ir ciets un inerts, un tas var izturēt saspiešanas spēku, ķīmisku eroziju, noberšanos un temperatūru līdz 3000 grādiem F (1600 C). Tas dabiski veidojas, kausējot baltajam čugunam, kur tas izgulsnējas no dzelzs kā ogleklis, veidojot lielas daļiņas. Dažreiz tas parādās fāzē ar austenītu, dzelzs allotropu, kas dažreiz var atdzist, veidojot martensītu, tēraudu ar ļoti spēcīgu kristāla režģi.

Tērauds tiek rūdīts, lai palielinātu cietību un samazinātu trauslumu, veidojot cementītu. Pirmo soli rūdīšanas procesā sauc par austenizēšanu, kad tēraudu izkausē dzelzs un oglekļa vai austenīta šķīdumā. Tērauds tiek ātri atdzesēts, un no austenīta veidojas martensīts. Pēc tam to atkal karsē un lēnām atdzesē, un veidojas cementīts. Nav iespējams saražot pietiekami daudz enerģijas, lai reakcija noritētu līdz beigām, tāpēc cementītu parasti sajauc ar nelielu daudzumu nepārveidota martensīta, bainīta, kas arī ir Fe3C, bet ar atšķirīgu kristāla struktūru, un ferītu (dzelzi).

Cementīts ir feromagnētisks, kas nozīmē, ka tas parāda magnētiskos raksturlielumus ar vai bez magnētiskā lauka, piemēram, ledusskapja magnētu. Tomēr 480 K (404 F, 207 C) temperatūrā atomu stabi sāk kustēties un vairs nav izlīdzināti. Molekulu spini kļūst nejauši izvēlēti, un magnetizācija beidzas. Viela kļūst paramagnētiska, kas nozīmē, ka tā tiek magnetizēta tikai tad, ja lauku iedarbina ārējs avots. Pat tad magnetizācija būs vāja, jo tā balstās uz inducētiem dipoliem, un neviens ārējs spēks nevar inducēt katru dipolu katrā molekulā neatkarīgi no tā, vai tas ir kristāliskā struktūra vai nē. Faktiski tā ir nelineārā pievilcība, kas piešķir feromagnētiem spēku.

Ir cementītam ļoti līdzīga viela, ko sauc par kohenītu. Tas ir arī Fe3C, izņemot to, ka tas veido stienim līdzīgu kristālu un satur nelielu daudzumu niķeļa un kobalta. Tas dabiski sastopams meteorītos, un uz Zemes ir vietas ar ļoti lielām dzelzs nogulsnēm, piemēram, vulkāniskās magmas plūsmas takas, kas notiek virs ogļu atradnēm.