Zementit

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung
keine Einstufung verfügbar
H- und P-Sätze H: siehe oben
P: siehe oben

Zementit ist eine Verbindung von Eisen und Kohlenstoff der Zusammensetzung Fe3C (ein Eisencarbid) und tritt als metastabile Phase in Stahl und weißem Gusseisen auf. Er hat seinen Namen von „Zement“ (Zementstahl, früher „cämentierter Stahl“ = aufgekohlter Stahl).

Vorkommen

In der Mineralogie ist Zementit unter dem Namen Cohenit als meteoritisches Nickel-Eisen-Mineral in Verbindung mit Cobalt ([Fe, Ni, Co]3C) bekannt.

Kristallstruktur
Struktur von Zementit
Fe: __ C: __. Es sind die zweifach überkappt-prismatischen Koordinationspolyeder von Fe um C gezeigt.
Allgemeines
Name Zementit
Andere Namen
  • Eisencarbid
  • Trieisencarbid
Verhältnisformel Fe3C
CAS-Nummer 12011-67-5
Kurzbeschreibung graue orthorhombische Kristalle
Eigenschaften
Molare Masse 179,55 g/mol
Aggregatzustand fest
Dichte 7,69 g/cm3
Schmelzpunkt 1837 °C
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0 25,1 kJ/mol
Primärzementitnadeln

Gewinnung und Darstellung

Als Primärzementit (Fe3CI) wird Zementit bezeichnet, der durch eine Kristallisation aus der Schmelze hervorgegangen ist (Linie CD im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm). Sekundärzementit (Fe3CII) entsteht durch Ausscheidung aus dem Austenit (Linie ES), Tertiärzementit (Fe3CIII) durch Ausscheidung aus dem Ferrit (Linie PQ). Besonders wichtig sind die eutektischen bzw. eutektoiden Phasengemische Ledeburit bei Gusseisen und Perlit bei Stahl. Primärzementit bildet aus der Schmelze zunächst grobe Nadeln. Sekundärzementit scheidet sich, aufgrund abnehmender Löslichkeit des Eisens für Kohlenstoff, als Korngrenzen- oder Schalenzementit um die Austenit- bzw. späteren Perlitkristalle ab. Metallografisch erscheint der Zementit im Perlit als Streifenzementit. Tertiärzementit lagert sich an den nächstliegenden vorhandenen Zementit an, aus reinem Ferrit scheidet er sich an den Korngrenzen aus. Daneben kann durch Weichglühen erreicht werden, dass der Zementit sich globular zusammenballt.

Eigenschaften

Bei langen Glühzeiten oder extrem langsamer Abkühlung zerfällt der metastabile Zementit in Eisen und Graphit. Die Kristallstruktur von Zementit ist relativ kompliziert. In einer orthorhombischen Elementarzelle befinden sich zwölf Eisen- und vier Kohlenstoffatome, wobei die Kohlenstoffatome relativ unregelmäßig (zweifach überkappttrigonal-prismatisch) von acht Eisenatomen umgeben sind. Zementit ist sehr hart (HV=800) und verschleißfest, aber spröde und daher schlecht plastisch verformbar. Er hat eine geringere Dichte als Eisen und ist unterhalb seiner Curietemperatur von 215 °C ferromagnetisch.

Molvolumen als Funktion des Drucks für Zementit bei Zimmertemperatur.

Da Kohlenstoff eine der möglichen leichten Komponenten in den Eisenlegierungen ist, die die Kerne von Planeten bilden, werden die Eigenschaften von Eisen-Kohlenstoff-Verbindungen auch unter extrem hohen Drücken und/oder Temperaturen experimentell untersucht. Die nebenstehende Grafik zeigt das Molvolumen als Funktion des Drucks bei Zimmertemperatur für Zementit als einer vereinfachten Modellsubstanz für Cohenit.

Verwendung

Eisencarbid kann als Katalysator bei chemischen Reaktionen (zum Beispiel der Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff) eingesetzt werden.

Siehe auch

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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 21.04. 2017