碳化三铁

碳化三铁（或碳化铁）是铁和碳的化合物，更准确地说是中间过渡金属碳化物，化学式为 Fe3C。 按重量计算，它含有 6.67% 的碳和 93.3% 的铁。 它具有正交晶体结构。 它是一种硬而脆的材料，通常被归类为纯净形式的陶瓷，并且是黑色冶金中常见且重要的成分。 虽然渗碳体存在于大多数钢和铸铁中，但它是在碳化铁工艺中作为原材料生产的，属于替代炼铁技术系列。 渗碳体的名称源于Floris Osmond和J. Werth的理论，其中凝固钢的结构由一种细胞组织组成，以铁素体为核，Fe3C为细胞外层。 因此，碳化物使铁凝固。

在铁碳系统（即普通碳钢和铸铁）中，它是一种常见成分，因为铁素体最多可包含 0.02wt% 的未化合碳。 因此，在缓慢冷却的碳钢和铸铁中，一部分碳以渗碳体形式存在。 碳化三铁在白口铸铁的情况下直接从熔体中形成。 在碳钢中，当奥氏体在缓慢冷却时转变为铁素体时，渗碳体会从奥氏体中析出，或者在回火过程中会从马氏体中析出。 与铁素体（奥氏体的另一种产物）的紧密混合物形成称为珠光体的层状结构。

虽然渗碳体在热力学上不稳定，最终会在较高温度下转化为奥氏体（低碳水平）和石墨（高碳水平），但在低于亚稳态铁碳共析温度（723°C）的温度下加热时不会分解 相图。

机械性能很难获得。 Bhadeshia 最近的评论提供了以下内容： 760-1350HV 的室温显微硬度； 弯曲强度为 4.6−8 GPa； 杨氏模量160-180 GPa； 压痕断裂韧性 1.5-2.7 MPa√m

碳化三铁在其居里温度约为 480 K 时从铁磁性变为顺磁性。

天然碳化铁（含有少量镍和钴）存在于铁陨石中，并以首先描述它的德国矿物学家 Emil Cohen 的名字命名为 cohenite。 由于碳是金属行星核可能的次要轻合金成分之一，因此通过实验研究了渗碳体 (Fe3C) 作为 cohenite 的简单替代物的高压/高温特性。

在回火钢和工业费-托工艺中还发现了其他形式的亚稳态碳化铁。 这些包括 epsilon (ε) 碳化物、六方密排 Fe2-3C、碳含量大于 2 的普通碳钢中的析出物。 0.2%，在 100–200 °C 下回火。 非化学计量的 ε-碳化物在 ~200 °C 以上溶解，此时 Hägg 碳化物和渗碳体开始形成。 Hägg 碳化物，单斜 Fe5C2，在 200–300 °C 回火的硬化工具钢中沉淀。