巧講《金屬材料與熱處理》

謝　晨

《金屬材料與熱處理》是全國(guó)技工學(xué)校機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的通用教材，本課程內(nèi)容主要由金屬的性能、金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、鋼的熱處理、金屬材料及非金屬材料(選學(xué))五部分組成，基本涵蓋了機(jī)械工業(yè)中常用的各類(lèi)材料。該課程是一門(mén)從生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)，直接服務(wù)于生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。由于材料種類(lèi)繁多，性能又千變?nèi)f化，本課程涉及的術(shù)語(yǔ)、概念多，而且抽象，對(duì)于年紀(jì)小、缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，是一本難啃的“天書(shū)”。筆者在多年的教學(xué)中，積累了一些教學(xué)方法，通過(guò)“巧講”盡量做到形象生動(dòng)，理論聯(lián)系實(shí)際講清重要概念和基本理論。下面就從“巧用比較法”、“巧用歸納總結(jié)法”、“巧用演示法”和“巧用實(shí)驗(yàn)法”四個(gè)方面來(lái)進(jìn)行闡述。

一、巧用比較法

在講解金屬的力學(xué)性能硬度這部分內(nèi)容時(shí)，可以充分利用比較法。布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度試驗(yàn)法都是硬度試驗(yàn)，都是通過(guò)硬度試驗(yàn)來(lái)測(cè)得材料的硬度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須具備兩個(gè)共同的條件壓頭、試驗(yàn)力，這是他們的共同點(diǎn)。然而在選擇壓頭的種類(lèi)和試驗(yàn)力的大小上，他們又有很多不同之處。緊緊抓住不同點(diǎn)，如壓頭的材質(zhì)、壓頭的形態(tài)、試驗(yàn)力大小的不同，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出三種硬度試驗(yàn)各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。最后從硬度試驗(yàn)的“符號(hào)、含義、壓頭選擇、試驗(yàn)力、優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍”六個(gè)方面列表對(duì)新課進(jìn)行總結(jié)，使問(wèn)題簡(jiǎn)單化、直觀化。

還可以利用比較法將難以理解的概念與生活知識(shí)相比較，起到化難為易的效果。像純金屬的結(jié)晶中過(guò)冷現(xiàn)象與百米沖刺沖過(guò)終點(diǎn)的慣性相比較，鑄鐵中的石墨與舊衣服上的小裂縫相比較等等。總之，通過(guò)這樣的比較和分析，學(xué)生豁然開(kāi)朗，較快地接受了新概念，對(duì)解決教學(xué)難點(diǎn)也很有益處。

二、巧用歸納總結(jié)法

1、平時(shí)積累階段

主要是授完新課后，對(duì)全課的內(nèi)容進(jìn)行歸納與總結(jié)，可以是教師示范，也可以由教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行或師生共同完成。歸納總結(jié)必須體現(xiàn)提綱挈領(lǐng)，全面準(zhǔn)確，力求形式多樣、有深度，不能只是前面教學(xué)內(nèi)容的機(jī)械再現(xiàn)或重復(fù)。如第五章非合金鋼(碳素鋼)講完后，可以歸納總結(jié)成表1：

依照同樣格式、方法還可以編制：常用合金鋼的牌號(hào)及應(yīng)用：鑄鐵、有色金屬的牌號(hào)及應(yīng)用歸納表，以及力學(xué)性能指標(biāo)及含義歸納表和鋼的熱處理歸納表。

2、期末整理提高階段

平時(shí)的學(xué)習(xí)是量的積累，期末復(fù)習(xí)整理階段要善于將知識(shí)點(diǎn)連成線、由線連成片，最后形成知識(shí)網(wǎng)，達(dá)到質(zhì)的飛躍。

知識(shí)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

配合平時(shí)的歸納總結(jié)表，厚厚的一本《金屬材料與熱處理》就清晰地展現(xiàn)在我們眼前了。

三、巧用演示法

1、復(fù)習(xí)鞏固階段

主要抓住純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變和鐵碳合金相及組織這兩大知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行。復(fù)習(xí)中，要注意強(qiáng)調(diào)三個(gè)點(diǎn)：純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變a-Fe→r-Fe的912℃(G點(diǎn))，共晶點(diǎn)(C點(diǎn))(溫度1148℃，含碳量4.3％C)，共析點(diǎn)(S點(diǎn))(溫度727℃，含碳量為0.77％C)。

2、建立相圖

鐵碳合金相圖的建立要環(huán)環(huán)相扣，由點(diǎn)到線再到面，步步為營(yíng)。切忌一下把完整的相圖“放映”到學(xué)生眼前。

(1)建立坐標(biāo)：

(2)在溫度坐標(biāo)軸上找溫度點(diǎn)：A點(diǎn)1538℃、G點(diǎn)912℃、D點(diǎn)1227℃，在成分坐標(biāo)軸上找成分點(diǎn)：0.77％C、2.11％C、4.3％C；

(3)找溫度線1148℃(ECF線藍(lán)色顯示)，727℃(PSK線紅色顯示)；

(4)成分點(diǎn)與溫度線得交點(diǎn)：0.77％c與727℃得交點(diǎn)S點(diǎn)(共析點(diǎn)紅色加粗)，2.11％與1148℃得交點(diǎn)E點(diǎn)(碳在r-Fe中最大溶解度)，4.3％C與1148℃相交點(diǎn)C點(diǎn)(共晶點(diǎn)藍(lán)色加粗)；

(5)連點(diǎn)成線得相區(qū)：A、C連線得AC線，A、E連線得AE線，D、C連線成DC線，G、s連線得GS線，E、S連線得ES線：

(6)填寫(xiě)整個(gè)相區(qū)的組織遵循從高溫到低溫，先鋼后鐵，緊扣兩點(diǎn)(共晶點(diǎn)C，共析點(diǎn)S)、兩線(共晶轉(zhuǎn)變線ECF,共折轉(zhuǎn)變線PSK)。共晶組織Ld藍(lán)色顯示，共析組織P紅色顯示。

3、相圖分析

典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析用從上到下閃亮的線條貫穿，表示從高溫冷卻到低溫的全過(guò)程。當(dāng)冷卻線和相圖中各特征線相交，用組織閃爍來(lái)表示發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變，并配以結(jié)晶過(guò)程示意圖。特別強(qiáng)調(diào)PSK線以下，組織由于含碳量的不同發(fā)生的變化。

動(dòng)畫(huà)效圖明顯的多媒體課件，再配上鮮明的色彩，鐵碳合金相圖就活靈活現(xiàn)地展現(xiàn)在學(xué)生面前，最后可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相圖知識(shí)進(jìn)行總結(jié)。同樣，共析鋼過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線也可以制成多媒體課件，配合教學(xué)。

四、巧用實(shí)驗(yàn)法

隨著學(xué)校辦學(xué)實(shí)力的提高，建立了力學(xué)實(shí)驗(yàn)室和金相實(shí)驗(yàn)室，配備了拉伸試驗(yàn)機(jī)，布氏、洛氏硬度機(jī)各一臺(tái)，可以進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和硬度實(shí)驗(yàn)：金相顯微鏡八臺(tái)和各類(lèi)試樣若干，可進(jìn)行試樣的顯微組織分析；同時(shí)與齒輪廠進(jìn)行了校企合作，可安排學(xué)生參觀熱處理車(chē)間。

實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)圍繞以下三個(gè)中心：

1、理論教學(xué)——轉(zhuǎn)變學(xué)生思想

采用講授與演示相結(jié)合的教學(xué)方法，通過(guò)演示和講授，轉(zhuǎn)變學(xué)生輕視實(shí)驗(yàn)的思想，

通過(guò)“多看一點(diǎn)，多聽(tīng)一點(diǎn)”激發(fā)學(xué)生對(duì)本學(xué)科的興趣。

2、動(dòng)手操作——形成能力培養(yǎng)體系

基本儀器的使用，可開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生在一周內(nèi)通過(guò)觀察、操作，配合查找儀器、儀表結(jié)構(gòu)示意圖，使用參數(shù)等，掌握正確的使用方法，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)的操作，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成全部實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，并完成數(shù)據(jù)記錄，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的成功經(jīng)驗(yàn)與失敗教訓(xùn)，提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的建議，及減小誤差的方法。這階段主要側(cè)重于對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)研究能力的培養(yǎng)，通過(guò)層層深化，在實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練中促進(jìn)綜合素質(zhì)的提高。

3、內(nèi)引外聯(lián)——擴(kuò)展教學(xué)內(nèi)容

首先要求學(xué)生利用已有技能自行加工實(shí)驗(yàn)試樣，從選材到加工工藝都由學(xué)生自行操作，自行解決；其次，請(qǐng)專(zhuān)業(yè)人員來(lái)校舉辦講座，拓寬知識(shí)面，通過(guò)實(shí)驗(yàn)課，使學(xué)生真真切切地學(xué)會(huì)探索知識(shí)的方法和技巧。

(作者單位：江蘇省常州技師學(xué)院)