【文章內容簡介】 文摘 ——美國化學文摘上登記的化合物總數為 ，其中絕大多數是碳的化合物。眾所周知，生命的基本單元氨基酸、核苷酸是以碳元素做骨架變化而來的。先是一節(jié)碳鏈一節(jié)碳鏈地接長，演變成為蛋白質和核酸；然后演化出原始的單細胞，又演化出蟲、魚、鳥、獸、猴子、猩猩、直至人類。這三四十億年的生命交響樂，它的主旋律是碳的化學演變?？梢哉f，沒有碳，就沒有生命。碳，是生命世界的棟梁之材 金剛石晶瑩美麗，光彩奪目，是自然界最硬的礦石。在所有物質中，它的硬度最大。測定物質硬度的刻畫法規(guī)定，以金剛石的硬度為 10來度量其它物質的硬度。例如 Cr的硬度為 Fe為 、Pb為 、鈉為 。在所有單質中，它的熔點最高，達 3823K。 金剛石晶體屬立方晶系，是典型的原子晶體，每個碳原子都以 sp3雜化軌道與另外四個碳原子形成共價鍵，構成正四面體。這是金剛石的面心立方晶胞的結構。 由于金剛石晶體中 C─C鍵很強，所有價電子都參與了共價鍵的形成，晶體中沒有自由電子，所以金剛石不僅硬度大，熔點高，而且不導電。 室溫下，金剛石對所有的化學試劑都顯惰性，但在空氣中加熱到 1100K左右時能燃燒成 CO2。 金剛石俗稱鉆石，除用作裝飾品外，主要用于制造鉆探用的鉆頭和磨削工具，是重要的現代工業(yè)原料，價格十分昂貴。 石墨 石墨烏黑柔軟，是世界上最軟的礦石。石墨的密度比金剛石小，熔點比金剛石僅低 50K，為3773K。 在石墨晶體中，碳原子以 sp2雜化軌道和鄰近的三個碳原子形成共價單鍵，構成六角平面的網狀結構，這些網狀結構又連成片層結構。 層中每個碳原子均剩余一個未參加 sp2雜化的 p軌道，其中有一個未成對的 p電子，同一層中這種碳原子中的 m電子形成一個 m中心 m電子的大∏鍵 (鍵 )。這些離域電子可以在整個兒碳原子平面層中活動，所以石墨具有層向的良好導電導熱性質。 石墨的層與層之間是以分子間力結合起來的，因此石墨容易沿著與層平行的方向滑動、裂開。石墨質軟具有潤滑性。 由于石墨層中有自由的電子存在，石墨的化學性質比金剛石稍顯活潑。 由于石墨能導電，有具有化學惰性，耐高溫，易于成型和機械加工，所以石墨被大量用來制作電極、高溫熱電偶、坩堝、電刷、潤滑劑和鉛筆芯。 20世紀 80年代中期，人們發(fā)現了碳元素的第三種同素異形體 ──C60。 1995年 9月初，在美國得克薩斯州Rice大學的 Smalley實驗室里， Kroto等為了模擬 N型紅巨星附近大氣中的碳原子簇的形成過程，進行了石墨的激光氣化實驗。他們從所得的質譜圖中發(fā)現存在一系列由偶數個碳原子所形成的分子，其中有一個比其它峰強度大 20~25倍的峰，此峰的質量數對應于由 60個碳原子所形成的分子。 C60分子是以什么樣的結構而能穩(wěn)定呢？層狀的石墨和四面體結構的金剛石是碳的兩種穩(wěn)定存在形式，當 60個碳原子以它們中的任何一種形式排列時，都會存在許多懸鍵，就會非?；顫?，就不會顯示出如此穩(wěn)定的質譜信號。這就說明 C60分子具有與石墨和金剛石完全不同的結構。由于受到建筑學家 Buckminster Fuller用五邊形和六邊形構成的拱形圓頂建筑的啟發(fā)，Kroto等認為 C60是由 60個碳原子組成的球形 32面體，即由 12個五邊形和 20個六邊形組成，只有這樣 C60分子才不存在懸鍵。 碳六十的用途 從 C60被發(fā)現的短短的十多年以來，富勒烯已經廣泛地影響到物理學、化學、材料學、電子學、生物學、醫(yī)藥學各個領域，極大地豐富和提高了科學理論，同時也顯示出有巨大的潛在應用前景。 據報道，對 C60分子進行摻雜，使 C60分子在其籠內或籠外俘獲其它原子或集團，形成類 C60的衍生物。例如C60F60，就是對 C60分子充分氟化，給 C60球面加上氟原子，把 C60球殼中的所有電子“鎖住”，使它們不與其它分子結合，因此 C60F60表現出不容易粘在其它物質上，其潤滑性比 C60要好，可做超級耐高溫的潤滑劑，被視為“分子滾珠”。再如，把 K、 Cs、 Tl等金屬原子摻進 C60分子的籠內，就能使其具有超導性能。用這種材料制成的電機，只要很少電量就能使轉子不停地轉動。再有C60H60這些相對分子質量很大地碳氫化合物熱值極高，可做火箭的燃料。等等 第二章 鋼的熱處理 熱處理是將金屬在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，使其內部的組織結構發(fā)生變化，以獲得所需性能的方法。 加熱的目的是獲得奧氏體組織，保溫的目的是為了使組織轉變完全，使奧氏體成分均勻。冷卻過程是鋼熱處理的關鍵，它決定著鋼在冷卻后的組織和性能。同一種鋼在相同的加熱條件下獲得了奧氏體組織，但以不同的冷卻條件冷卻后鋼的力學性能有著明顯的不同。 鐵碳合金相圖 含碳量 溫度 第一節(jié) 退火與正火 一 退火 退火是將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時間，隨后緩慢冷卻至室溫的熱處理方法。 退火的目的 （ 1) 降低鋼的硬度，提高鋼的塑性，以便于進行切削加工和冷變形。 （ 2） 細化晶粒，均勻組織和成分。（ 3） 消除鋼中的殘余應力，防止變形和開裂。 常用的退火方法 1 完全退火 完全退火是將工件加熱至完全奧氏體化，隨后緩慢冷卻。又稱為重結晶退火，簡稱退火。 2 球化退火 使鋼中碳化物球化而進行的退火稱為球化退火。用于工具鋼、軸承鋼鍛軋后的處理。 3 去應力退火 為消除工件經塑性變形加工、焊接、鑄造等工藝造成的殘余應力而進行的工藝稱為去應力退火。溫度在600186。C以下，所以只消除內應力，鋼的組織不發(fā)生變化。 4 均勻化退火 均勻化退火的工藝特點是溫度高，時間長。其目的是為了消除晶內的偏析，使成分均勻化。其實質是使合金元素的原子充分擴散，所以也叫擴散退火。 二 正火 正火是將鋼加熱至奧氏體化以后，在空氣中冷卻，也可以說是退火的一個特例。正火比退火冷卻速度快，組織細密，強度硬度較退火鋼高。正火不適用于高合金鋼。 正火的目的 與退火基本相同，另外還有以下用途： （ 1） 細化組織，消除熱加工缺陷。 （ 2） 用于低碳鋼，可以提高硬度。 (3) 用于中碳鋼，代替調質處理。 （ 4） 用于高碳鋼，可消除網狀滲碳體。 （ 5） 對于性能要求不高的工件，可作為最終熱處理。 三 退火與正火的選擇 1 從切削加工考慮，一般低碳鋼采用正火，高碳鋼采用退火。 2 從使用性能上考慮，如果零件性能要求不高，用正火作為最終熱處理；當零件形狀復雜時，正火有引起變形和開裂的危險，宜采用退火。 3 從經濟上考慮，正火比退火生產周期短，成本低，操作方便，故在可能的條件下優(yōu)先采用正火。 第二節(jié) 鋼的淬火 淬火是指把鋼加熱到規(guī)范中某一溫度，保持一定時間，然后以適當的冷卻速度冷卻至室溫的工藝方法。 1 淬火的目的 淬火的主要目的是獲得馬氏體組織，為回火作組織準備；獲得高硬度、高彈性、韌性；使之具有某些特殊的物理和化學性能。 2 淬火介質 常用的淬火介質有水、鹽類水溶液、油、空氣等。一般碳鋼用水和鹽類水溶液；合金鋼用油類等。 3 冷卻速度 淬火后要想得到馬氏體組織，冷卻速度必須大于臨界冷卻速度， 但速度太快，會引起工件的體積收縮太快，引起變形和開裂。所以，控制冷卻速度是淬火工藝的關鍵技術。 4 淬火方法 有單液淬火、雙介質退火馬氏體分級淬火、貝氏體分級淬火等。以滿足不同鋼種、不同零件的使用需要。 5 鋼的淬透性和淬硬性 鋼的淬透性是指鋼在規(guī)定條件下淬火，所能獲得淬透層深度的能力。影響鋼淬透性的主要因素是鋼的化學成分、冷卻速度 鋼的淬硬性是指鋼在規(guī)定條件下淬火、能達到最大硬度的能力。鋼的淬硬性主要取決于含碳量，含碳量越高，淬硬性也越高。 淬透性和淬硬性是兩個截然不同的概念。 6 冷處理 工件淬火冷卻到室溫后，繼續(xù)在0186。C以下冷卻的熱處理工藝叫作冷處理。 7 淬火缺陷 氧化和脫碳、過熱及過燒、變形和開裂、硬度不足和軟點。 第三節(jié) 鋼的回火 回火是指鋼在淬火后，再加熱至工藝規(guī)定的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。 淬火鋼回火的目的：調整鋼的硬度和強度，提高鋼的韌性，獲得所需性能；消除淬火時的內應力，防止變形和開裂；溫定組織和尺寸。 低溫回火 250186。C,得到的組織是回火馬氏體，具有高的硬度和耐磨性，主要用于刀具、量具等。 中溫回火 350186。C500186。C，中溫回火到的組