孔德明

《金屬材料與熱處理》是技校機(jī)械加工專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究的是金屬材料的成分、組織、性能、用途及與熱處理之間的關(guān)系和變化規(guī)律。成分與組織決定性能，性能決定用途，通過(guò)熱處理可改變金屬材料的成分、組織，從而達(dá)到改變性能、用途的目的。掌握了金屬材料的性能特點(diǎn)及變化規(guī)律，就可將理論應(yīng)用于生產(chǎn)中，在操作前選用合適的材料，在操作中采用正確的工藝方法，根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚕瑥亩@得優(yōu)質(zhì)工件和良好效益。但是，因?yàn)樗芯康牟牧蟽?nèi)部是肉眼看不見(jiàn)的組織結(jié)構(gòu)，非常抽象，專(zhuān)業(yè)性理論性較強(qiáng)，概念多，理解難度大。技校學(xué)生大部分是初中畢業(yè)生，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差，沒(méi)有養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，對(duì)理論學(xué)習(xí)缺乏興趣，學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難。針對(duì)學(xué)生現(xiàn)狀，如何把這門(mén)抽象但又與生產(chǎn)實(shí)踐緊密相聯(lián)的重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課上好，讓學(xué)生們學(xué)到專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)呢?筆者認(rèn)為，緒論和鐵碳合金相圖兩部分的教學(xué)，對(duì)學(xué)好該課程有重要之處。下面筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐談?wù)務(wù)J識(shí)。

一、精心搞好緒論部分的教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

緒論是授課開(kāi)始敘述課程內(nèi)容要點(diǎn)的部分。它概括總結(jié)了該學(xué)科的教學(xué)目的、基本內(nèi)容、發(fā)展史、在專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的地位及學(xué)習(xí)方法，因此對(duì)教學(xué)有著不可低估的指導(dǎo)作用。俗話說(shuō)，“萬(wàn)事開(kāi)頭難”，良好的開(kāi)端是成功的一半。講好這堂課，可使學(xué)生產(chǎn)生一種想聽(tīng)課、愿意聽(tīng)課、想學(xué)好課的良好狀態(tài)。對(duì)如何講好緒論這部分，筆者談兩點(diǎn)建議：

1．舉例說(shuō)明學(xué)習(xí)該課程的目的

該課程的學(xué)習(xí)目的是：通過(guò)學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握有關(guān)金屬材料與熱處理的基本理論和基本知識(shí)，初步了解金屬材料的應(yīng)用及零件設(shè)計(jì)時(shí)的合理選材，初步掌握正確運(yùn)用熱處理工藝、合理安排零件工藝路線的方法。教材只做了文字?jǐn)⑹?，沒(méi)有舉例說(shuō)明，學(xué)生對(duì)此沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)。為使學(xué)生較好理解此目的，可舉例說(shuō)明。例如，車(chē)工在加工機(jī)床上用的軸承時(shí)，根據(jù)軸承耐磨性高、強(qiáng)度高、硬度好、不易斷裂的性能要求，在備料選材時(shí)應(yīng)選用含碳量較高，含硫、磷及非金屬夾雜物較少的45鋼。為消除毛坯的鍛造應(yīng)力，降低硬度以改善切削加工性能，切削加工前進(jìn)行正火處理；因材料硬度較高，切削時(shí)車(chē)刀要低速運(yùn)轉(zhuǎn)，切削后為提高表面硬度進(jìn)行淬火處理；為減小淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止使用過(guò)程中變形和開(kāi)裂，提高鋼的韌性，適當(dāng)調(diào)整鋼的強(qiáng)度和硬度，使軸承具有較好的綜合力學(xué)性能，再進(jìn)行回火處理；淬火及回火后，再用粗磨糾正淬火變形，最后用精磨消除總的變形。通過(guò)上述處理過(guò)程保證軸承的質(zhì)量。這樣，用生產(chǎn)中的實(shí)例，直觀地說(shuō)明了學(xué)習(xí)該課程的目的及重要性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。針對(duì)授課對(duì)象還可列舉車(chē)工、鉗工、焊工的不同例子，在此不一一贅述。

2．發(fā)展史部分多舉著名的案例，激發(fā)學(xué)生興趣

發(fā)展史部分，教材上只舉了一例，即殷商時(shí)代的青銅器——司母戊大方鼎。舉例單一，不足以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可多舉幾個(gè)例子。筆者上課時(shí)給同學(xué)們補(bǔ)充了以下幾個(gè)例子：春秋末年干將、莫邪鑄劍的傳說(shuō)：鑄造精湛、千年不銹的越王劍的故事；中國(guó)封建社會(huì)的煉丹(金)術(shù)等等。特別是越王勾踐劍，1965年剛出土的時(shí)候，歷經(jīng)兩千多年，仍然寒光閃爍、鋒利無(wú)比，20余層紙一劃而破，表面文飾清晰、精美，尾部有11個(gè)同心圓刻紋，其間隔僅有0.2mm，就是現(xiàn)代的車(chē)削加工技術(shù)也很難做到，它的生產(chǎn)過(guò)程到現(xiàn)在仍然是一個(gè)謎。通過(guò)豐富的實(shí)際案例，使學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣大增。

二、合理組織鐵碳合金相圖的教學(xué)，突破課程難點(diǎn)

鐵碳合金相圖(以下簡(jiǎn)稱相圖)部分在教材中是非常重要的內(nèi)容。相圖知識(shí)是學(xué)習(xí)后續(xù)章節(jié)的基礎(chǔ)，是分析組織、判斷性能、選擇熱處理及鑄鍛工藝溫度的重要依據(jù)。但是，由于相圖中涉及的理論較抽象。新概念較多，加之圖形上的點(diǎn)、線、面均有著不同的含意，因此也是該課程的難點(diǎn)。所以，無(wú)論是教還是學(xué)，師生都有相當(dāng)?shù)碾y度。如何搞好相圖的教學(xué)呢?在教學(xué)過(guò)程中，筆者借鑒了如下做法：

1．認(rèn)識(shí)相圖

一般在相圖教學(xué)中，教師往往按照教材編寫(xiě)的順序，在講完相圖的組成后便直接介紹相圖上點(diǎn)、線、面的含義。相圖上的點(diǎn)、線、面眾多，學(xué)生還茫茫然不知相圖為何物。教師一下子把上面的溫度、成份及含義介紹給學(xué)生，學(xué)生就像掉進(jìn)了“迷魂陣”，丈二和尚摸不著頭腦，效果可想而知。想要解決這一問(wèn)題，要讓學(xué)生先了解相圖的“形”。教師可先將相圖掛在黑板上，像地理教師講解地圖那樣介紹相圖，或制作相圖的動(dòng)畫(huà)課件，利用多媒體教學(xué)，使學(xué)生逐步理解相圖是“表示在緩慢冷卻(或加熱)條件下，不同成份的鐵碳合金或組織隨溫度變化的圖形”。相圖上的線是某些相同意義的點(diǎn)的集合：由線分割出的面又劃分出不同組織的分布區(qū)域，可把簡(jiǎn)化的Fe—Fe3C相圖的“形”概括為十一個(gè)字：“二平、三垂、五弧、九星、十二面”。具體而言，“兩平”是指兩條與橫坐標(biāo)平行的特殊線，即過(guò)1148的共晶線ECF和過(guò)727攝氏度的共析線PSK?！叭埂?，即三條分別過(guò)點(diǎn)S、C、E的虛垂線，分別指含碳量為0.77％的共析成份和4.3％的共晶成份，以及含碳量2.11％鋼與鑄鐵的分界線。“五弧”，即指液相線AC和CD(ACD)：固相線中的AE段：及鐵索體向奧氏體轉(zhuǎn)化的終了線GS和碳在奧氏體中的溶解度曲線SE?！熬判恰?，即相圖上由宇線標(biāo)的九個(gè)點(diǎn)：A、G、P、S、E、C、D、F、K。“十二面”即由各線(含虛垂線)分割成的十二個(gè)不同的組織分布區(qū)域。

2．理解相圖

當(dāng)學(xué)生對(duì)相圖的“形”有了初步的認(rèn)識(shí)后，再?gòu)膶W(xué)生已比較熟悉的點(diǎn)開(kāi)始，由點(diǎn)及線，再由線及面，將相圖上點(diǎn)、線、面的意義進(jìn)一步介紹給學(xué)生，并注意共析與共晶的講解。因?yàn)橐敫钊氲胤治鲋v解相圖，就應(yīng)從不同成份的合金的結(jié)晶過(guò)程分析入手。在分析結(jié)晶的過(guò)程中，重點(diǎn)分析它們的結(jié)晶順序及結(jié)晶過(guò)程和重結(jié)晶過(guò)程中各相中含碳量的變化與相圖中溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即要以共析與共晶為基礎(chǔ)，在共晶溫度以上時(shí)，先結(jié)晶析出的相促使剩余的液相成份向共晶成份(4.3％C)轉(zhuǎn)化：在共晶與共析溫度之間的奧氏體中析出的相要使未轉(zhuǎn)化的奧氏體中的含碳量向共析成份(0.77％C)轉(zhuǎn)化。當(dāng)余下的液相或奧氏體溫度降到共晶或共析成份時(shí)，便會(huì)發(fā)生共晶或共析反應(yīng)。只要學(xué)生掌握了這一規(guī)律，學(xué)生就很容易掌握相圖中各相的分布規(guī)律及成分、溫度與組織三者問(wèn)的關(guān)系。

3．繪制相圖

俗話說(shuō)：“眼過(guò)千遍不如手過(guò)一遍”。為了讓學(xué)生更牢固地掌握相圖，隨時(shí)運(yùn)用相圖，教學(xué)生繪制簡(jiǎn)化的Fe—Fe3C相圖是一個(gè)行之有效的教學(xué)方法。在繪制相圖的過(guò)程中，學(xué)生必須手腦并用，從而進(jìn)一步加深對(duì)相圖的印象和理解。教師可指導(dǎo)學(xué)生按以下步驟畫(huà)圖

先畫(huà)一方框圖，取長(zhǎng)、寬的三等份，及其中幾段的二分之一或三分之一(圖1)：再將有關(guān)點(diǎn)用直線段連接起來(lái)(圖2)：最后用平滑的曲線進(jìn)一步連接，標(biāo)上字母、溫度、含碳量(圖3)

通過(guò)以上畫(huà)法，一張F(tuán)e-Fe3C合金相圖的簡(jiǎn)化圖便出來(lái)了。為幫助學(xué)生快而準(zhǔn)地掌握相圖的畫(huà)法，筆者又借用了一首《相圖訣》(附后)。在教學(xué)中，和學(xué)生一起邊吟誦，邊繪制，邊講解。這樣學(xué)生從手腦并用變成了手、口、腦并用。其結(jié)果既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也強(qiáng)化了教學(xué)效果。通過(guò)口訣結(jié)合講解和畫(huà)法演示，再加上學(xué)生課堂練習(xí)，大部分學(xué)生在課內(nèi)都掌握了簡(jiǎn)化相圖的畫(huà)法。

實(shí)踐表明，通過(guò)上述教學(xué)過(guò)程，大多數(shù)學(xué)生不但認(rèn)識(shí)了相圖的形，而且加深了對(duì)相圖的理解和認(rèn)識(shí)，掌握了簡(jiǎn)化相圖的畫(huà)法，在后續(xù)熱處理章節(jié)的教學(xué)中也變得更加輕松自如。

(附《相圖訣》)

《相圖訣》

溫度成分建作標(biāo)，鐵碳二元要記牢。

兩平三垂標(biāo)特點(diǎn)，九星閃耀五弧交。

共晶共析液固線，十二面里組織標(biāo)。

基本組織先標(biāo)好，相間組織共逍遙。

分析成分?jǐn)嘟M織，鑄鍛處理離不了。

以上是筆者對(duì)金處教學(xué)的一點(diǎn)粗淺認(rèn)識(shí)，不足之處，敬請(qǐng)指正。在教學(xué)實(shí)踐中，筆者深刻體會(huì)到：只要教師在教學(xué)過(guò)程中慎重對(duì)待、積極思考、勇于探索，授課時(shí)靈活運(yùn)用各種教學(xué)方法，不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，降低學(xué)習(xí)難度，突破教學(xué)難點(diǎn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生感到愿學(xué)、有用、能接受掌握，就一定能夠取得理想的教學(xué)效果。