关于铁碳合金相图讲解的几点建议

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在实际生产中,我们经常会遇到选材及热处理方面的问题,若选材不当或热处理工艺不合理,不仅会影响使用,严重的还会造成经济损失或生产事故。而铁碳合金相图的分析及应用是合理选材及热处理工艺安排的基础。

铁碳合金相图是在理想状态下,不同成分铁碳合金组织状态随温度的变化而变化的图解。此相图虽是在理想状态下绘制的,但却精确地指明了在不同的温度段各组织状态之间的转化及性能的转变,对实际生产加工极具指导意义。然而相图中组织多而杂,理论性强且不易熟记,所以学生在学习过程中比较难掌握。如何在教学过程中使得内容浅显易懂,让学生能够在理解的基础上熟记相图呢?笔者就相图的讲解方面,提些个人看法。

一、引导学生善于观察与联想

学生要读懂相图,首先要明白相图中各字母表示的含义以及它们之间的含义。如A代表的是奥氏体,是碳在γ铁(γ-Fe)中的间隙固溶体,在727℃时,溶碳量为0.77%;F代表的是铁素体,是碳在α铁(α-Fe)中的间隙固溶体,在727℃时,溶碳量为0.0218%。通过以上信息,我们可以知道奥氏体A和铁素体F的晶格类型以及在某一温度段的含碳量。这些内容显而易见,但深思一下,就会发现这样一个问题:同一温度下同样是碳溶解在纯铁中,奥氏体和铁素体的含碳量却不同,这是否跟它们的结构有关,它们之间有什么联系吗?这样很自然地就把学生的目光引到之前介绍过的纯铁同素异构转变(γ-Fe在912℃时转变成α-Fe)上来。当碳溶入γ-Fe时,纯铁就变成了奥氏体A,碳溶入α-Fe时,纯铁就变成了铁素体F,奥氏体A和铁素体F之间会不会也发生了同素异构转变呢?进而引导学生进行知识系统关系间的联想。

二、充分调动学生的好奇心理,带着疑问去学习

通过前面的分析,我们引出了一系列的问题,如奥氏体A与铁素体F之间是否存在联系?相图中有一条ES线,此线的上方为单一的奥氏体A,此线的下方却是奥氏体A和渗碳体Fe3C的混合物,这是怎么一回事呢……充分利用学生的好奇心和求知欲,让他们带着疑问来研究分析铁碳合金相图。通过相图的层层剖析,自己设置问题,分析问题,讨论问题,解决问题,并从中获取知识。

三、结合生活常识,抽象内容直观化

相图中的ES线,此线之上为单一的奥氏体A,此线之下为奥氏体A和渗碳体Fe3C的混合物。这是由于温度的降低(由1148℃降到727℃),在ES线段上发生了组织转变,从单一的奥氏体A中逐渐析出渗碳体Fe3C,并且温度越低,析出量越多。教师这样空洞的讲解,学生可能不易理解,但如果利用生活常见现象来说明,则简单得多。此处可列举盐块溶解于水的现象,水温较高时,盐块全部溶于水中;当温度逐渐下降,水的底部就会出现白色晶体,也就是盐,且水温越低,析出的盐量越多。也可以列举蜂蜜中出现蜂蜡,冬天花生油出现絮状物的实例……生活中所见的现象,往往印象深刻,容易理解,利用生活常识来讲解,就可以使得抽象内容直观化。

四、灵活运用多媒体进行授课

相图中组织复杂,线条较多,教师单靠口头描述讲解,学生不易理解,所以在讲解时可借助多媒体辅助教学。多媒体直观性强,包含的内容较多,综合了口头讲解和板书的优点,并且可添加图片及动画演示,使枯燥的知识更加生动形象,能引起学生的兴趣,激发求知欲,便于知识的理解与掌握。例如教师在讲相图中不同组织结构时,可在多媒体上添加各类组织在显微镜下的图片,让学生能够清晰地看到各组织形态,加深印象。教师将不同温度下组织间所发生的转变制成动画,通过演示,学生就能轻松地了解整个转变过程,直观形象。

五、理论与实际应用有机结合

理论知识是实际应用的基础,要通过实际的应用才能显示出它的价值。同样,学习相图的目的就是要利用其中的理论知识,来解决实际问题。例如通过相图我们可以看到钢的熔化和浇注温度比铸铁高,这将导致晶粒粗大性能变差,所以在铸造业中,铸铁的应用比较广泛。力学性能要求较高的零件一般选择锻造,这就要求锻件应具有较好的塑性且强度较低。此要求又与铁碳合金的含碳量有关,含碳量较低时,铁碳合金的强度、硬度低,但塑性、韧性好;含碳量较高时,强度、硬度高,脆性大,易开裂。经过分析可得,锻造时应选择钢类材料……可以发现这些应用的实例都与相图有关,因而讲解中我们可结合实际生产,将理论知识融入其中,便于理解和掌握。

教师合理地运用多媒体,充分调动学生的好奇心,结合生活的常识及实际生产应用,引导学生去观察、探索、思考,使学生能够将书本知识内化为自己的知识,并且能够与实践相结合,最终达到学以致用的目标。

(作者单位:青岛市技师学院)