1、金屬材料與熱處理教學(xué)中的難點(diǎn)分析     摘要    鐵碳合金相圖的識(shí)讀和應(yīng)用是金屬材料與熱處理教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，如何突破難點(diǎn)，達(dá)到好的教學(xué)效果，是教師經(jīng)常討論的問題，本文對(duì)解決這一難點(diǎn)進(jìn)行探討并提出一些見解和解決方法。?  關(guān)鍵詞    力學(xué)性能  內(nèi)部組織  同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變  鐵碳合金相圖  化學(xué)成分       “金屬材料與熱處理”是

2、技校理論教學(xué)課程中一門與生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系比較密切的課程，是機(jī)械專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)各專業(yè)工藝學(xué)與生產(chǎn)實(shí)習(xí)課的基礎(chǔ)。通過對(duì)這門課的學(xué)習(xí)，不僅可以幫助學(xué)生掌握常用鋼材料的成分、組織、性能及熱處理工藝之間的相互關(guān)系，同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生正確選擇和合理使用材料、制訂和掌握熱處理工藝規(guī)范等多方面的能力。? 本課程主要包括：金屬的性能；金屬學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)；鋼的熱處理；常用金屬材料等內(nèi)容。其中第二部分金屬學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)是整門課程的基礎(chǔ)知識(shí)，它3介紹金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)及其結(jié)晶過程；鐵碳合金相圖的建立、識(shí)讀和應(yīng)用。如果這部分基礎(chǔ)知識(shí)沒有掌握好，那么學(xué)生對(duì)前面所講的金屬性能的知識(shí)只會(huì)一知半解，而后部分鋼的熱處理和常用的金屬材料的知

3、識(shí)就會(huì)沒辦法理解和掌握。所以第二部分知識(shí)是這門課程整個(gè)教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)，它起到一個(gè)承前啟后、畫龍點(diǎn)睛的作用：同時(shí)由于這部分知識(shí)的內(nèi)容較為抽象（如合金的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)晶的過程：鐵碳合金相圖的建立過程）沒有具體實(shí)驗(yàn)和教具可以演示，加上技校學(xué)生沒有實(shí)踐感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)，缺少對(duì)這部分知識(shí)的感知認(rèn)識(shí)，致使在教學(xué)中學(xué)生學(xué)和老師教都存在一定的難度。下面我就這一重難點(diǎn)的突破，作一些初淺的探討。?  一、深入分析，找出突破口?   金屬學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)這部分內(nèi)容主要有3個(gè)章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍對(duì)第四章“鐵碳合金的組織”，“鐵碳合金相圖的建立、識(shí)讀、應(yīng)用”等幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)較難理解和掌

4、握，而教師對(duì)這部分知識(shí)在教學(xué)過程也常常出現(xiàn)很難講明講透的現(xiàn)象。其實(shí)在這個(gè)難點(diǎn)的處理上，我們只要深入分析，找出知識(shí)貫穿點(diǎn)，就很容易找到突破口。我們可以給學(xué)生列一關(guān)系式進(jìn)行分析如圖：?  碳              組成        溫度      決定    

5、0; 材料的內(nèi)部組織? 鐵           材料的力學(xué)性能? 各種微量元素    材料的化學(xué)成分 材料的選用 ? 這個(gè)關(guān)系式清楚地告訴我們材料的選用是根據(jù)鋼材的力學(xué)性能（強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等）來確定的，材料的力學(xué)性能是由材料的內(nèi)部組織來確定的，而內(nèi)部組織的轉(zhuǎn)變則是由溫度變化和材料的化學(xué)成分不同而引起的，并且材料的化學(xué)成分是由碳、鐵和一些微量元素組成，其中變化最大的是碳的含量，決定了材料的內(nèi)部組織的變化。通過這

6、樣分析，學(xué)生就很容易理解：為什么含碳量越多鋼材的強(qiáng)度越高，而塑性、韌性則降低？因?yàn)楹剂康拇笮「淖兞瞬牧系膬?nèi)部組織，組織變化必然引起力學(xué)性能變化：為什么相同成分的鋼材加溫到相同高的溫度，由于采用不同冷卻方式，最終得到力學(xué)性能也不同？因?yàn)闇囟茸兓淖冧摬膬?nèi)部組織而引起力學(xué)性能變化。很清楚，問題的關(guān)鍵就是鋼材內(nèi)部組織，則鋼材內(nèi)部組織就是難點(diǎn)的切入點(diǎn)。只要了解了鐵碳合金內(nèi)部組織的定義、性能、變化原因，那么識(shí)讀鐵碳合金相圖就會(huì)迎刃而解。?  二、深入淺出，化繁為簡(jiǎn)?   鐵碳合金的組織在教科書中介紹較為抽象。例如：固溶體的概念，書上的定義是“一種組元的原子溶入到另一組元的

7、晶格中所形成的均勻固相。”這樣的解釋很難讓學(xué)生。例如：固溶體的概念，書上的定義是“一種組元的原子溶入到另一組元的晶格中所形成的均勻固相。”這樣的解釋很難讓學(xué)生理解。如果我們?cè)诮虒W(xué)過程中，通過實(shí)際的例子告訴學(xué)生，當(dāng)純鐵加熱到熔化后，碳元素可以溶解到鐵水中去，鐵水凝固成固態(tài)時(shí)，碳元素仍被留在鐵中，這種在固態(tài)下溶解有其他元素的組織叫做“固溶體”，又因?yàn)榧冭F在固態(tài)下有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，即有-Fe和-Fe兩種晶格，其對(duì)碳元素的溶解能力不同，所以就形成了兩種固溶體，分別叫做“鐵素體”和“奧氏體”，它是鐵碳合金基本組織中的兩個(gè)組織。這樣解釋，學(xué)生的思路就會(huì)很清晰，將復(fù)雜的抽象的概念簡(jiǎn)單化，很容易理解和掌握知識(shí)并

8、收到良好的教學(xué)效果。同樣在分析鐵碳合金相圖時(shí)，我們也可以先將圖中標(biāo)注的鐵碳合金組織化繁為簡(jiǎn)，采用簡(jiǎn)單易懂的語言、文字來講解鐵碳合金組織的定義。并將其歸納如下表：? 鐵碳合金組織? 組織名稱    符號(hào)    組織類型    含碳量    晶格類型    力學(xué)性能 鐵素體    F    固溶體 &#

9、160;  00.0218    -Fe體心?驕?    近似于鐵，溫度、硬度不高，塑性、韌性良好 奧氏體    A    固溶體    0.772.11    -Fe面心?驕?    強(qiáng)度、硬度不高，塑性好（易鍛造）   滲碳體    F

10、e?3C    金屬化合物    0.69    斜方晶體    硬而脆，塑性、韌性很差   珠光體    P    機(jī)械混合物    0.77    -Fe體心?驕?    介于鐵素體和滲碳體   

11、高溫萊氏體    Ld    機(jī)械混合物    4.3    -Fe面心?驕?    介于奧氏體和滲碳體   低溫萊氏體    Ld    機(jī)械混合物    4.3    -Fe體心?驕?  

12、0; 介于奧氏體和滲碳體     通過對(duì)合金組織的分析，讓學(xué)生掌握了鐵碳合金組織的概念、性質(zhì)，同時(shí)也要讓學(xué)生了解鐵碳合金組織是如何隨溫度變化而發(fā)生轉(zhuǎn)變的，在這個(gè)難點(diǎn)的突破方法上，教師可以以“金屬同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)作為切入口。我們知道金屬在固態(tài)下隨溫度的改變；由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。以純鐵為例，液態(tài)純鐵在1538進(jìn)行結(jié)晶，得到具有體心立方晶格-Fe，繼續(xù)冷卻到1394時(shí)發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц?Fe，再冷卻到912時(shí)又發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)槭覝伢w心立方晶格的-Fe。由于金屬晶格存在著隨溫

13、度改變而發(fā)生晶格變化的特性，導(dǎo)致金屬組織隨溫度的變化而發(fā)生轉(zhuǎn)變。以鐵碳合金組織為例，鐵碳合金組織是由基體純鐵和碳組成，溫度變化使基體純鐵晶格發(fā)生轉(zhuǎn)變，不同晶格的基體和不同含量的碳組合，就會(huì)出現(xiàn)不同的鐵碳合金組織，這就是鐵碳合金組織會(huì)隨溫度變化而產(chǎn)生變化的原因。清楚這點(diǎn)后，我們?cè)賹?duì)照看鐵碳合金相圖就一目了然。溫度、含碳量、材料組織、力學(xué)性能等，在圖中就能分析得很清楚。例如：溫度為600，含碳量為4.6的鋼材的組織是Ld+Fe?3C-萊氏體+滲碳體，力學(xué)性能是脆而硬的組織。而含碳量為0.45的鋼材室溫組織為F+P-鐵素體+珠光體，這種組織的力學(xué)性能是有一定強(qiáng)度、硬度、并具有良好的塑性、韌性。? &

14、#160;三、歸納總結(jié)，加深理解和記憶?   前面我們將重點(diǎn)、難點(diǎn)的知識(shí)內(nèi)容作了具體分析講解，為了加深學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶，達(dá)到更好的教學(xué)效果，最后還可以將金屬的基礎(chǔ)知識(shí)這部分教學(xué)內(nèi)容歸納小結(jié)為：? 1、金屬的晶體結(jié)構(gòu)是由原子有規(guī)則的排列所形成，原子排列的具體方式不同，便組成了幾種不同類型的晶格（體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格）。? 2、純鐵組織中不同類型晶格對(duì)碳元素的溶解能力不相同，形成不同類型的鐵碳合金基本組織。? 3、純鐵在固態(tài)下，隨溫度轉(zhuǎn)變會(huì)出現(xiàn)不同的晶格類型。這種現(xiàn)象稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。? 4、鐵碳合金的5種基本組織（鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體）由于各自基體中的含碳量不同，表現(xiàn)出來的力學(xué)性能就不一樣，組織之間會(huì)隨溫度改變而發(fā)生相互之間的轉(zhuǎn)變。如：含碳量為0.77的鋼，在8000時(shí)的組織是奧氏體，而在室溫下組織轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。轉(zhuǎn)變的原因是由于鐵碳合金的基體鐵發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。? 5、鐵碳合金相圖是表示鐵碳合金成分、