La cementita es un compuesto químico cuya inclusión endurece el acero. Cada molécula está formada por tres átomos de hierro unidos a un átomo de carbono (Fe3C) para formar una estructura de red cristalina llamada ortorrómbica, donde múltiples prismas rectangulares surgen de la misma estructura de base y se cruzan en ángulos de 90 grados. El resultado es una sustancia muy dura y quebradiza llamada carburo de hierro o cementita.
En su forma más pura, la cementita se clasifica como cerámica sin óxido. Es sólido e inerte y puede soportar la fuerza de aplastamiento, la erosión química, la abrasión y temperaturas de hasta 3000 grados F (1600 C). Se forma naturalmente por la fusión del hierro fundido blanco, donde se precipita del hierro como carbón para formar partículas grandes. A veces aparece así en fase con la austenita, un alótropo del hierro, que a veces puede enfriarse para formar martensita, un acero con una red cristalina muy fuerte.
El acero se templa para aumentar la dureza y reducir la fragilidad mediante la creación de cementita. El primer paso en el proceso de templado se llama austenización, cuando el acero se funde en una solución de hierro y carbono, o austenita. El acero se enfría rápidamente y la martensita se forma a partir de la austenita. Luego se calienta nuevamente y se enfría lentamente de manera controlada, y se forma cementita. Es imposible producir suficiente energía para completar la reacción, por lo que la cementita generalmente se mezcla con pequeñas cantidades de martensita no convertida, bainita, que también es Fe3C, pero con una estructura cristalina diferente, y ferrita (hierro).
La cementita es ferromagnética, lo que significa que muestra características magnéticas con o sin campo magnético, como un imán de refrigerador. Sin embargo, a 480K (404 F, 207 C), los polos atómicos comienzan a moverse y ya no están alineados. Los giros de las moléculas se vuelven aleatorios y cesa la magnetización. La sustancia se vuelve paramagnética, lo que significa que solo se magnetiza si el campo es aplicado por una fuente externa. Incluso entonces, la magnetización será débil porque depende de dipolos inducidos, y ninguna fuerza externa puede inducir cada dipolo en cada molécula, estructura cristalina o no. De hecho, es la atracción no lineal la que da fuerza a los ferroimanes.
Existe una sustancia muy similar a la cementita llamada cohenita. También es Fe3C, excepto que forma un cristal con forma de varilla y contiene trazas de níquel y cobalto. Ocurre naturalmente en meteoritos, y en la Tierra hay lugares con depósitos de hierro muy altos, como senderos de flujo de magma volcánico que pasan sobre depósitos de carbón.