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 Nichtoxidkeramik eingestuft. Es ist fest und inert und kann Druckkräften, chemischer Erosion, Abrieb und Temperaturen bis zu 3000 °C standhalten. Es entsteht auf natürliche Weise durch das Schmelzen von weißem Gusseisen, wo es als Kohlenstoff aus dem Eisen ausfällt und große Partikel bildet. Es erscheint auf diese Weise manchmal in Phase mit Austenit, einem Allotrop von Eisen, das manchmal zu Martensit abkühlen kann, einem Stahl mit einem sehr starken Kristallgitter.
Stahl wird angelassen, um die Härte zu erhöhen und die Sprödigkeit durch die Bildung von Zementit zu reduzieren. Der erste Schritt des Anlassprozesses wird als Austenitisieren bezeichnet, wenn der Stahl zu einer Lösung aus Eisen und Kohlenstoff oder Austenit geschmolzen wird. Der Stahl kühlt schnell ab und aus dem Austenit bildet sich Martensit. Anschließend wird es wieder erhitzt und kontrolliert langsam abgekühlt und es entsteht Zementit. Da es unmöglich ist, genügend Energie zu produzieren, um die Reaktion vollständig durchzuführen, wird der Zementit normalerweise mit geringen Mengen an nicht umgewandeltem Martensit, Bainit, das ebenfalls Fe3C ist, aber mit einer anderen Kristallstruktur, und Ferrit (Eisen) gemischt.
Zementit ist ferromagnetisch, das heißt, er weist mit oder ohne Magnetfeld magnetische Eigenschaften 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 randomisiert und die Magnetisierung hört auf. Der Stoff wird paramagnetisch, das heißt, er wird nur magnetisiert, wenn das Feld von einer äußeren Quelle angelegt wird. Selbst dann wird die Magnetisierung schwach sein, weil sie auf induzierten Dipolen beruht und keine äußere Kraft jeden Dipol in jedem Molekül, kristalline Struktur oder nicht, induzieren kann. Tatsächlich ist es die nichtlineare Anziehung, die Ferromagneten ihre Stärke verleiht.
Es gibt eine dem Zementit sehr ähnliche Substanz namens Cohenit. Es ist auch Fe3C, bildet jedoch einen stäbchenförmigen Kristall und enthält Spuren von Nickel und Kobalt. Es kommt natürlich in Meteoriten vor, und auf der Erde gibt es Orte mit sehr hohen Eisenvorkommen, wie vulkanische Magmaströmungspfade, die über Kohlevorkommen auftreten.