| 标题 | 各个击破“铁碳合金相图”教学难点 |
| 范文 | 管爱琴 摘 要：铁碳合金相图的绘制、分析和应用是金属材料与热处理教学中的重点，也是难点。本文提供了破解“铁碳合金相图”教学难点的方法，只有化解该难点，掌握并灵活运用铁碳合金相图，才能充分理解这门课及其他各章节的知识。 关键词：铁碳合金相图 成分 内部组织 性能 分析 金属材料与热处理是技工院校机械类专业中的一门专业基础课，通过对这门课的学习，可以帮助学生理解材料的成分、内部组织、热处理工艺与性能之间的关系；掌握它们的内在规律；了解通过控制金属材料的成分和冷、热加工工艺过程来控制其组织，提高材料性能，或获得具有某种特殊性能的新材料知识。最终达到培养学生正确选择和合理使用材料，掌握热处理工艺规范等多方面的能力。 学校五年制数控、模具、焊接等机械专业高技班选用的是中国劳动社会保障出版社的全国高等职业技术院校机械类专业通用教材《金属材料与热处理》第五版，其中第三章第三节是铁碳合金相图。铁碳合金相图建立、识读和应用是第三章的难点，也是重点，如果没有掌握好，那么学生对本章节及其他章节某些知识只会一知半解。金属材料中钢和铸铁是工业中应用最广的铁碳合金，要掌握各种钢和铸铁的组织性能特点及热处理原理，首先必须了解铁碳合金的成分、组织与性能之间的相互关系，铁碳合金相图就是研究铁碳合金的组织与性能关系的重要工具。它为铁碳合金的选材提供理论依据，同时又是制定铸、锻、焊、热处理等热加工工艺的重要依据之一。所以这部分知识是这门课程整个教学内容的重点，它起到一个承前启后、提纲挈领的作用，在整个知识体系中占有重要的地位。 铁碳合金相图是难点，笔者在教学中发现，由于这部分知识的内容较为抽象，又没有具体实验和教具可以演示，加上技校的学生缺少实践方面的认识，教和学都存在一定的难度。笔者尝试将其进行分解，然后采用各个击破、集体记忆等方法，效果不错，也希望以此能与各位同行共同切磋。 一、三步设疑导入 对于非金属材料与热处理专业的学生只需要掌握简化后的Fe-Fe3C相图，即教材39页图3-19。它看起来真像一张纵横交错的渔网。如果我们在进入该内容之前没有很好地引导而直接进入的话，学生多半会被表面的“复杂假象”所“网”住，求知的步履就会受到阻绊。 通过三步设疑引导： 第一，金属材料应用广泛，而碳钢和铸铁更是工业上最广泛、最重要的金属材料。不同成分的铁碳合金性能不一样，如车间里接触到的45钢和灰铸铁。相同成分的铁碳合金经过不同的热处理性能也不一样，想知道为什么吗？学完铁碳相图就能知分晓。 第二，向学生强调Fe-Fe3C相图的重要——Fe-Fe3C相图是理解和应用金属材料的重点知识的必备工具，是这门课的重点。每位同学均须“不择手段”牢记它。 第三，不要被它的复杂假象所吓倒，我们有对付它的方法——分而击之。 二、铁碳相图组成简介——合金相图的三要素 制造刀具的刃具钢、制造模具的模具钢、制造量具的量具钢、制造机床的铸铁……包括苏通大桥的斜拉绳钢材等等种类繁多。许许多多铁碳合金各自在自己的“岗位”上体现出不同的性能，发挥着不同的作用。那么炼钢厂的师傅们是如何“变化”出这些种类不同的“神奇钢铁侠”呢？各种各样钢铁材料为什么性能不同呢？它们的性能可以控制吗？可以改变吗？ 其实只要（主要）控制好两个因素：碳的含量及温度，就可以完成上面的任务。通过碳的含量变化就可以得到不同种类的钢铁；相同种类的钢材改变温度就能改变钢材性能。这样铁碳合金相图的三要素——铁碳合金成分、性能（组织）和温度三者出来了。体现在图中就是以横坐标表示碳含量的变化，以纵坐标表示温度的变化，相关曲线围成的区域以符号表示组织的变化（图1）。基本因素是材料成分及温度条件的变化，即使是同一种钢材，经不同温度的处理方法（热处理），也会产生不同的材料特性。 三、感性记忆，直观绘制相图框架 在展开讲解前我们需要直观地动画绘制框架图（图2）。 一是画矩形标两个决定性要素（包括名称、单位、范围）即横坐标（表示碳含量的变化）：Fe、Fe3C、C/%、0、6.69；纵坐标（表示温度的变化）T/℃ 二是画主要线，“两条水平直线（PSK，ECF），两对翅膀（AE、AC对 CD， GS对SE ）”。可顺便提一下为什么CD是点画线。 三是标注S、E、C三点的含碳量，标注A、G、D三点的温度。有选择地介绍特性点的含义：①两熔点A、D，②共晶点C、共析点S，③同素异构转变点G，④碳在γ-Fe中最大溶解度点E。 四、填写组织，输入铁碳相图的“血肉” 方法：首先通过讲解两大转变理解地填写各区域组织。 上半部分——共晶转变（包括亚共晶转变和过共晶转变）。 下半部分——共析转变（包括亚共析转变和过共析转变）。 然后通过介绍铁碳相图中的特性线：ACD线、AECF线、ECF线，PSK线（A1线），GS线（A3线），ES线（ACM线）等的含义巩固记忆各区域组织（图3）。 五、双向看图，学会识图 对不同种类的铁碳合金在图上的分布区域，可记“左铁中钢右铸铁”等。识读分析铁碳合金相图抓住两个方向：纵向——铁碳合金组织随温度变化而发生转变；横向——铁碳合金组织随成分变化而变化（重点掌握室温）。这是识读铁碳合金相图的方法，也是不同成分的铁碳合金性能不一样，相同成分的铁碳合金经过不同的热处理性能也不一样的本质原因所在。 六、集体记忆：自主学习中收获全部所学 最后为了检验学生理解记忆相图情况，还可以借鉴考虑用一种集体记忆的方法。全班按照自然组分四组参与，分别选派二位选手，分二批上黑板默写相图。要求：第一位画出图形框架，第二位完成各区域组织的填写。选手不能重复上台，完成任务后全班共同评议。最好最快的学生得10分，其他依次为8分、6分、4分，前一步骤未完成的学生可以请本组其他同学帮忙，但是不得分，最后总结评比。 这是一种寓教于乐的教学方法，学生对这样的方式会保持较高的热情，他们会在游戏中保持高度的注意力，每个人都会为自己、为全组同学努力，从而掌握并牢记住相图。 （作者单位：南通工贸技师学院） |
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