La cementite è un composto chimico la cui inclusione indurisce l’acciaio. Ogni molecola è composta da tre atomi di ferro legati a un atomo di carbonio (Fe3C) per formare una struttura reticolare cristallina chiamata ortorombica, in cui più prismi rettangolari derivano dalla stessa struttura di base e si intersecano ad angoli di 90 gradi. Il risultato è una sostanza molto dura e fragile chiamata carburo di ferro o cementite.
Nella sua forma più pura, la cementite è classificata come ceramica non ossidata. È solido e inerte e può resistere a forze di schiacciamento, erosione chimica, abrasione e temperature fino a 3000 gradi F (1600 C). Si forma naturalmente dalla fusione della ghisa bianca, dove precipita dal ferro sotto forma di carbonio per formare particelle di grandi dimensioni. A volte appare così in fase con l’austenite, un allotropo del ferro, che a volte può raffreddarsi per formare la martensite, un acciaio con un reticolo cristallino molto forte.
L’acciaio viene temperato per aumentare la durezza e ridurre la fragilità creando cementite. Il primo passo nel processo di rinvenimento è chiamato austenizzazione, quando l’acciaio viene fuso in una soluzione di ferro e carbonio, o austenite. L’acciaio si raffredda rapidamente e dall’austenite si forma la martensite. Viene quindi riscaldato nuovamente e raffreddato lentamente in modo controllato e si forma la cementite. È impossibile produrre energia sufficiente per portare a termine la reazione, quindi la cementite viene solitamente miscelata con piccole quantità di martensite non convertita, bainite, anch’essa Fe3C, ma con una struttura cristallina diversa, e ferrite (ferro).
La cementite è ferromagnetica, il che significa che mostra caratteristiche magnetiche con o senza campo magnetico, come un magnete da frigorifero. A 480K (404 F, 207 C), tuttavia, i poli atomici iniziano a muoversi e non sono più allineati. Gli spin delle molecole vengono randomizzati e la magnetizzazione cessa. La sostanza diventa paramagnetica, il che significa che viene magnetizzata solo se il campo viene applicato da una sorgente esterna. Anche allora, la magnetizzazione sarà debole perché si basa su dipoli indotti e nessuna forza esterna può indurre ogni dipolo in ogni molecola, struttura cristallina o meno. Infatti, è l’attrazione non lineare che conferisce ai ferromagneti la loro forza.
Esiste una sostanza molto simile alla cementite chiamata cohenite. È anche Fe3C, tranne per il fatto che forma un cristallo simile a un bastoncino e contiene tracce di nichel e cobalto. Si trova naturalmente nei meteoriti e sulla Terra ci sono luoghi con depositi di ferro molto alti, come le scie di flusso di magma vulcanico che si verificano sui depositi di carbone.