关于《金属材料与热处理》教学的几点认识

孔德明

《金属材料与热处理》是技校机械加工专业的一门专业基础课，主要研究的是金属材料的成分、组织、性能、用途及与热处理之间的关系和变化规律。成分与组织决定性能，性能决定用途，通过热处理可改变金属材料的成分、组织，从而达到改变性能、用途的目的。掌握了金属材料的性能特点及变化规律，就可将理论应用于生产中，在操作前选用合适的材料，在操作中采用正确的工艺方法，根据需要选择适当的热处理工艺，从而获得优质工件和良好效益。但是，因为它研究的材料内部是肉眼看不见的组织结构，非常抽象，专业性理论性较强，概念多，理解难度大。技校学生大部分是初中毕业生，学习基础较差，没有养成良好的学习习惯，对理论学习缺乏兴趣，学习起来比较困难。针对学生现状，如何把这门抽象但又与生产实践紧密相联的重要的专业基础课上好，让学生们学到专业基础知识呢?笔者认为，绪论和铁碳合金相图两部分的教学，对学好该课程有重要之处。下面笔者结合自己的教学实践谈谈认识。

一、精心搞好绪论部分的教学，激发学生的学习兴趣

绪论是授课开始叙述课程内容要点的部分。它概括总结了该学科的教学目的、基本内容、发展史、在专业教学中的地位及学习方法，因此对教学有着不可低估的指导作用。俗话说，“万事开头难”，良好的开端是成功的一半。讲好这堂课，可使学生产生一种想听课、愿意听课、想学好课的良好状态。对如何讲好绪论这部分，笔者谈两点建议：

1．举例说明学习该课程的目的

该课程的学习目的是：通过学习，使学生掌握有关金属材料与热处理的基本理论和基本知识，初步了解金属材料的应用及零件设计时的合理选材，初步掌握正确运用热处理工艺、合理安排零件工艺路线的方法。教材只做了文字叙述，没有举例说明，学生对此没有感性认识。为使学生较好理解此目的，可举例说明。例如，车工在加工机床上用的轴承时，根据轴承耐磨性高、强度高、硬度好、不易断裂的性能要求，在备料选材时应选用含碳量较高，含硫、磷及非金属夹杂物较少的45钢。为消除毛坯的锻造应力，降低硬度以改善切削加工性能，切削加工前进行正火处理；因材料硬度较高，切削时车刀要低速运转，切削后为提高表面硬度进行淬火处理；为减小淬火时产生的内应力，防止使用过程中变形和开裂，提高钢的韧性，适当调整钢的强度和硬度，使轴承具有较好的综合力学性能，再进行回火处理；淬火及回火后，再用粗磨纠正淬火变形，最后用精磨消除总的变形。通过上述处理过程保证轴承的质量。这样，用生产中的实例，直观地说明了学习该课程的目的及重要性，激发了学生学习的动力。针对授课对象还可列举车工、钳工、焊工的不同例子，在此不一一赘述。

2．发展史部分多举著名的案例，激发学生兴趣

发展史部分，教材上只举了一例，即殷商时代的青铜器——司母戊大方鼎。举例单一，不足以激发学生的学习兴趣，可多举几个例子。笔者上课时给同学们补充了以下几个例子：春秋末年干将、莫邪铸剑的传说：铸造精湛、千年不锈的越王剑的故事；中国封建社会的炼丹(金)术等等。特别是越王勾践剑，1965年刚出土的时候，历经两千多年，仍然寒光闪烁、锋利无比，20余层纸一划而破，表面文饰清晰、精美，尾部有11个同心圆刻纹，其间隔仅有0.2mm，就是现代的车削加工技术也很难做到，它的生产过程到现在仍然是一个谜。通过丰富的实际案例，使学生学习该课程的兴趣大增。

二、合理组织铁碳合金相图的教学，突破课程难点

铁碳合金相图(以下简称相图)部分在教材中是非常重要的内容。相图知识是学习后续章节的基础，是分析组织、判断性能、选择热处理及铸锻工艺温度的重要依据。但是，由于相图中涉及的理论较抽象。新概念较多，加之图形上的点、线、面均有着不同的含意，因此也是该课程的难点。所以，无论是教还是学，师生都有相当的难度。如何搞好相图的教学呢?在教学过程中，笔者借鉴了如下做法：

1．认识相图

一般在相图教学中，教师往往按照教材编写的顺序，在讲完相图的组成后便直接介绍相图上点、线、面的含义。相图上的点、线、面众多，学生还茫茫然不知相图为何物。教师一下子把上面的温度、成份及含义介绍给学生，学生就像掉进了“迷魂阵”，丈二和尚摸不着头脑，效果可想而知。想要解决这一问题，要让学生先了解相图的“形”。教师可先将相图挂在黑板上，像地理教师讲解地图那样介绍相图，或制作相图的动画课件，利用多媒体教学，使学生逐步理解相图是“表示在缓慢冷却(或加热)条件下，不同成份的铁碳合金或组织随温度变化的图形”。相图上的线是某些相同意义的点的集合：由线分割出的面又划分出不同组织的分布区域，可把简化的Fe—Fe3C相图的“形”概括为十一个字：“二平、三垂、五弧、九星、十二面”。具体而言，“两平”是指两条与横坐标平行的特殊线，即过1148的共晶线ECF和过727摄氏度的共析线PSK。“三垂”，即三条分别过点S、C、E的虚垂线，分别指含碳量为0.77％的共析成份和4.3％的共晶成份，以及含碳量2.11％钢与铸铁的分界线。“五弧”，即指液相线AC和CD(ACD)：固相线中的AE段：及铁索体向奥氏体转化的终了线GS和碳在奥氏体中的溶解度曲线SE。“九星”，即相图上由宇线标的九个点：A、G、P、S、E、C、D、F、K。“十二面”即由各线(含虚垂线)分割成的十二个不同的组织分布区域。

2．理解相图

当学生对相图的“形”有了初步的认识后，再从学生已比较熟悉的点开始，由点及线，再由线及面，将相图上点、线、面的意义进一步介绍给学生，并注意共析与共晶的讲解。因为要想更深入地分析讲解相图，就应从不同成份的合金的结晶过程分析入手。在分析结晶的过程中，重点分析它们的结晶顺序及结晶过程和重结晶过程中各相中含碳量的变化与相图中温度的对应关系，即要以共析与共晶为基础，在共晶温度以上时，先结晶析出的相促使剩余的液相成份向共晶成份(4.3％C)转化：在共晶与共析温度之间的奥氏体中析出的相要使未转化的奥氏体中的含碳量向共析成份(0.77％C)转化。当余下的液相或奥氏体温度降到共晶或共析成份时，便会发生共晶或共析反应。只要学生掌握了这一规律，学生就很容易掌握相图中各相的分布规律及成分、温度与组织三者问的关系。

3．绘制相图

俗话说：“眼过千遍不如手过一遍”。为了让学生更牢固地掌握相图，随时运用相图，教学生绘制简化的Fe—Fe3C相图是一个行之有效的教学方法。在绘制相图的过程中，学生必须手脑并用，从而进一步加深对相图的印象和理解。教师可指导学生按以下步骤画图

先画一方框图，取长、宽的三等份，及其中几段的二分之一或三分之一(图1)：再将有关点用直线段连接起来(图2)：最后用平滑的曲线进一步连接，标上字母、温度、含碳量(图3)

通过以上画法，一张Fe-Fe3C合金相图的简化图便出来了。为帮助学生快而准地掌握相图的画法，笔者又借用了一首《相图诀》(附后)。在教学中，和学生一起边吟诵，边绘制，边讲解。这样学生从手脑并用变成了手、口、脑并用。其结果既提高了学生的学习兴趣，也强化了教学效果。通过口诀结合讲解和画法演示，再加上学生课堂练习，大部分学生在课内都掌握了简化相图的画法。

实践表明，通过上述教学过程，大多数学生不但认识了相图的形，而且加深了对相图的理解和认识，掌握了简化相图的画法，在后续热处理章节的教学中也变得更加轻松自如。

(附《相图诀》)

《相图诀》

温度成分建作标，铁碳二元要记牢。

两平三垂标特点，九星闪耀五弧交。

共晶共析液固线，十二面里组织标。

基本组织先标好，相间组织共逍遥。

分析成分断组织，铸锻处理离不了。

以上是笔者对金处教学的一点粗浅认识，不足之处，敬请指正。在教学实践中，笔者深刻体会到：只要教师在教学过程中慎重对待、积极思考、勇于探索，授课时灵活运用各种教学方法，不断激发学生的学习兴趣，降低学习难度，突破教学难点，充分调动学生的学习积极性，使学生感到愿学、有用、能接受掌握，就一定能够取得理想的教学效果。