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鐵碳合金相圖的教學(xué)探究
資源天下 2013/12/28 12:49:20
摘要：鐵碳合金相圖是《機(jī)械工程材料》的重點(diǎn)內(nèi)容之一，應(yīng)用極其廣泛。但同時(shí)也是教學(xué)的難點(diǎn)內(nèi)容之一。本文從如何打好基礎(chǔ)；巧妙引入，激發(fā)興趣；分解相圖、化難為易；舉一反三、學(xué)以致用四個(gè)方面就如何上好鐵碳合金相圖這部分內(nèi)容，提出了幾點(diǎn)想法，希望對(duì)今后的教學(xué)有所幫助。
關(guān)鍵詞：工程材料；鐵碳合金相圖；顯微組織；力學(xué)性能
0 引言
鐵碳合金相圖是指在平衡條件下（極其緩慢加熱或冷卻），不同成分的鐵碳合金，在不同溫度下所處狀態(tài)或組織的圖形[1]。鐵碳合金相圖是判斷材料的力學(xué)性能，制定鑄造工藝，確定熱處理工藝（退火、正火、淬火）加熱溫度的重要工具。同時(shí)鐵碳合金相圖也是《機(jī)械工程材料》這門(mén)課的重點(diǎn)內(nèi)容之一，在我們的生產(chǎn)中有著舉足輕重的作用。但該部分內(nèi)容較為抽象、理論性較強(qiáng)，知識(shí)的覆蓋面較廣，學(xué)生理解、掌握起來(lái)具有一定的難度，筆者本著理清成分、組織和性能三者關(guān)系的思想，對(duì)鐵碳合金相圖的教學(xué)談?wù)勛约旱南敕ā?br>
1 打好基礎(chǔ)是關(guān)鍵
要掌握鐵碳合金相圖中每個(gè)相區(qū)的組織，打好基礎(chǔ)是關(guān)鍵。鐵碳合金相圖這部分內(nèi)容的基礎(chǔ)就是鐵碳合金的基本組織。鐵碳合金中，由于鐵和碳的作用形式不同，形成了3中基本相即：鐵素體（F）、奧氏體（A）、滲碳體（Fe3C）及基本相組成的復(fù)相組織珠光體（P）、萊氏體（Ld）。要求同學(xué)們能掌握每種組織的顯微組織形態(tài)、含碳量、形成溫度及力學(xué)性能特點(diǎn)。在講授的過(guò)程中，把三種相的顯微組織以卡片的形式展現(xiàn)給學(xué)生，首先給學(xué)生一個(gè)初步的印象，對(duì)三種相的顯微組織形態(tài)有所認(rèn)識(shí)，再配以圖表的形式將這五種組織的含碳量、形成溫度、力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比，強(qiáng)化認(rèn)識(shí)。這部分內(nèi)容是基礎(chǔ)，是學(xué)習(xí)鐵碳合金相圖的根基，猶如我們?cè)趯W(xué)英文單詞前先學(xué)會(huì)26個(gè)英文字母一樣，必須要打牢。
2 巧妙引入、激發(fā)興趣
“教未見(jiàn)趣，必不樂(lè)學(xué)”，學(xué)習(xí)興趣是學(xué)習(xí)積極性中最現(xiàn)實(shí)、最活躍的成分，是直接推動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的一種內(nèi)部動(dòng)力，是熱愛(ài)學(xué)習(xí)、產(chǎn)生強(qiáng)烈求知欲的基礎(chǔ)[2]。只有當(dāng)學(xué)生自身對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生了濃厚的興趣，才能使整個(gè)認(rèn)識(shí)活動(dòng)興奮起來(lái)，促使他去追求知識(shí)，探索科學(xué)奧秘。因此，在教學(xué)中，要想取得好的效果，就要講究教學(xué)藝術(shù)、手段和方法，千方百計(jì)地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。鐵碳合金相圖本是非�？菰锏闹R(shí)體系，更需要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。筆者在講授該部分內(nèi)容時(shí)，首先以熱點(diǎn)事件“泰坦尼克號(hào)沉船”引入，吸引學(xué)生的眼球。然后講述美國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局的幾位科學(xué)家利用顯微鏡和圖像分析儀對(duì)殘骸進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，制造鉚釘使用的鋼鐵質(zhì)地不純，其中礦渣含量竟然超出了標(biāo)準(zhǔn)鋼材的2倍；另一方面對(duì)“金屬碎片”研究發(fā)現(xiàn)，船體鋼板質(zhì)量有問(wèn)題。以此來(lái)吸引學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
在掌握上述基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，筆者通過(guò)兩個(gè)具體的實(shí)例，引入主題。第一個(gè)例子是清潔球具有很好的塑性和韌性，強(qiáng)度和硬度卻很低。在教學(xué)過(guò)程中可以向?qū)W生展示清潔球的延展性，我們可以任意地拉長(zhǎng)、改變其形狀，而清潔球本身沒(méi)有發(fā)生任何的破壞。第二個(gè)例子是鐵錘，具有很高的硬度和強(qiáng)度，卻不能任意地改變其形狀。同樣我們?cè)谡n上可以演示用鐵錘將一顆釘子砸到木板里，釘子進(jìn)去了，而鐵錘卻沒(méi)有發(fā)生形狀的改變。提出疑問(wèn)：同樣是鐵碳合金為什么表現(xiàn)出來(lái)的性能差別卻這么大，是什么原因?qū)е碌模恳l(fā)學(xué)生思考，在七嘴八舌的討論聲中，給出答案：歸根結(jié)底是由于他們的組織不同，組織決定了性能。那么清潔球和鐵錘的顯微組織又分別是什么呢？從哪里可以找到答案呢？再次提出疑問(wèn)，引出鐵碳合金相圖中。從鐵碳合金相圖中我們可以找出鐵碳合金的顯微組織。
3 分解相圖，化難為易
3.1 Fe-Fe3C相圖中的特性點(diǎn)、特性線
要讀懂鐵碳合金相圖，掌握特性點(diǎn)和特性線的含義是基礎(chǔ)。首先講述相圖中橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)表示的含義。橫坐標(biāo)表示不同成分的鐵碳合金，由于Wc﹥6.69%時(shí)的鐵碳合金脆性極大，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值，而且Fe3C又是一個(gè)穩(wěn)定的化合物，可以作為一個(gè)獨(dú)立的組元，所以實(shí)際上的鐵碳合金相圖是Fe-Fe3C相圖，縱坐標(biāo)表示溫度。表1和表2分別列出了Fe-Fe3C相圖中特性點(diǎn)和特性線的含義。講授過(guò)程中，配合掛圖和多媒體的形式進(jìn)行講解。首先將表1和表2以掛圖的形式展現(xiàn)在黑板上，然后用多媒體ppt展示Fe-Fe3C相圖，當(dāng)鼠標(biāo)指到某個(gè)特性點(diǎn)或特性線時(shí)會(huì)自動(dòng)現(xiàn)出其含義。最后再配合一定的口訣，即“兩平三垂標(biāo)特點(diǎn)，八星閃耀五弧交”[3]，兩平指ECF共晶線和PSK共析線，三垂指S點(diǎn)、E點(diǎn)和C點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的和橫坐標(biāo)軸相垂直的三條垂直線，八星指八個(gè)特征點(diǎn)，五弧指AC、CD、AE、ES、GS五段弧線，加深記憶。
表1 簡(jiǎn)化的Fe-Fe3C相圖的特性點(diǎn)
特性點(diǎn) t/℃ Wc/% 含 義
A 153（未完，下一頁(yè)）
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