Was ist Zementit?

Zementit ist eine chemische Verbindung, deren Einschluss Stahl härtet. Jedes Molekül besteht aus drei Eisenatomen, die an ein Kohlenstoffatom (Fe3C) gebunden sind, um eine orthorhombische Kristallgitterstruktur zu bilden, bei der mehrere rechteckige Prismen aus derselben Grundstruktur entstehen und sich in einem Winkel von 90 Grad schneiden. Das Ergebnis ist eine sehr harte und spröde Substanz namens Eisenkarbid oder Zementit.

In seiner reinsten Form wird Zementit als nichtoxidische Keramik eingestuft. Es ist fest und inert und hält Druckkräften, chemischem Verschleiß, Abrieb und Temperaturen bis zu 3000 Grad F (1600 C) stand. Es entsteht auf natürliche Weise durch das Schmelzen von weißem geschmolzenem Eisen, wobei es als Kohlenstoff aus dem Eisen ausfällt und große Partikel bildet. Daher erscheint es manchmal in Phase mit Austenit, einem Allotrop von Eisen, das manchmal abkühlen kann, um Martensit zu bilden, einen Stahl mit einem sehr starken Kristallgitter.

Stahl wird angelassen, um die Härte zu erhöhen und die Sprödigkeit zu verringern, wodurch Zementit entsteht. Der erste Schritt im Anlassprozess wird als Austenitisieren bezeichnet, wenn Stahl in einer Lösung aus Eisen und Kohlenstoff oder Austenit geschmolzen wird. Stahl kühlt schnell ab und aus Austenit bildet sich Martensit. Anschließend wird es erneut langsam und kontrolliert erhitzt und abgekühlt, wodurch Zementit entsteht. Da es unmöglich ist, genügend Energie zu erzeugen, um die Reaktion abzuschließen, wird Zementit normalerweise mit kleinen Mengen nicht umgewandeltem Martensit, Bainit, das ebenfalls Fe3C ist, aber eine andere Kristallstruktur aufweist, und Ferrit (Eisen) gemischt.

Zementit ist ferromagnetisch, das heißt, er weist magnetische Eigenschaften mit oder ohne Magnetfeld auf, wie ein Kühlschrankmagnet. Bei 480 K (404 F, 207 C) beginnen sich die Atompole jedoch zu bewegen und sind nicht mehr ausgerichtet. Die Spins der Moleküle werden zufällig und die Magnetisierung hört auf. Der Stoff wird paramagnetisch, das heißt, er wird nur dann magnetisiert, wenn das Feld von einer externen Quelle angelegt wird. Trotzdem wird die Magnetisierung schwach sein, weil sie von induzierten Dipolen abhängt und keine äußere Kraft jeden Dipol in jedem Molekül induzieren kann, ob Kristallstruktur oder nicht. Tatsächlich ist es die nichtlineare Anziehung, die Ferromagneten ihre Stärke verleiht.

Es gibt eine dem Zementit sehr ähnliche Substanz namens Cohenit. Es ist ebenfalls Fe3C, außer dass es einen stabförmigen Kristall bildet und Spuren von Nickel und Kobalt enthält. Es kommt natürlicherweise in Meteoriten vor, und auf der Erde gibt es Orte mit sehr hohen Eisenvorkommen, wie zum Beispiel Fließspuren vulkanischen Magmas, die über Kohlevorkommen führen.

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