淺談金屬材料與熱處理課程鐵碳合金教學

摘 要：金屬材料與熱處理課程是機械類學科學生必學的重要課程。學生通過學習，獲得有關金屬材料及熱處理的基本知識，了解常用金屬材料的成分及熱處理對其組織和性能的影響，具備正確選擇金屬材料及熱處理工藝的能力，為后續專業課程的學習打下一定的基礎。但在實際教學過程中，很多學生覺得這門課程的知識點碎，較難理解，不能很好地掌握。針對此問題，本文就如何更好地學習金屬材料與熱處理中鐵碳合金一章進行探討。

關鍵詞：金屬材料 熱處理 鐵碳合金 實驗

金屬材料與熱處理課程是機械類學科學生必學的重要課程。學生通過學習，為后續專業課程的學習打下一定的基礎。但在實際教學過程中，很多學生覺得這門課程的知識點碎，較難理解，即使當堂理解了，但在后續復習的過程中很難將知識點有機地統一在一起。

首先，“金屬材料與熱處理”主要分為兩部分，一是金屬材料，二是熱處理。要準確地理解什么是金屬，掌握金屬材料的力學性能及工藝性能。在金屬材料中有一個很重要的知識點就是“鐵碳合金”。在學習鐵碳合金時，老師應向學生強調：“我們之前學過金屬了，金屬是由單一元素構成的，如金、銀、銅、鐵等。但是純金屬一般在使用上受限，原因主要是價格較高，強度和硬度也較低，冶煉困難，所以我們要使用綜合性能高的材料，這就是合金材料。我們通過改變金屬材料中合金的化學成分或組織結構，可以進一步提高金屬材料的力學性能。金屬材料是金屬及其合金的總稱。而鋼鐵是現在工業中應用最為廣泛的合金，它們均是以鐵和碳為基本元素組成的合金，故又稱為鐵碳合金。”只有把這些解釋清楚了，學生才能清晰地知道金屬材料究竟是個什么概念，才能更好地進行鐵碳合金課程的學習。

教過金屬材料的老師都知道，鐵碳合金知識點的學習一直是個難點，很多學生對于像“鐵素體”“珠光體”“滲碳體”“萊氏體”這些組織都是一知半解，很難理解。對此筆者個人認為，如果學校有金相組織實驗室，我們就可以讓學生們在實驗室里通過顯微鏡好好觀察各項組織的結構，通過觀察，對彼此之間的結構和圖像一一對應起來，這樣學生就能很好地理解并掌握了。如果實在沒有條件，教師可以通過圖片講解各組織的區別，其實上面提到的“鐵素體”“珠光體”等就是鋼鐵材料的不同類別，由于其含碳量的不同，鋼鐵材料呈現出的組織、性能和應用場合也不同。為了更好地區分它們，我們給它們起了對應的名稱，這就像人們的名字一樣。

掌握了鐵碳合金的不同組織之后，我們就要進行鐵碳合金相圖的學習了。此前在教授此知識點的時候學生都不太容易理解，為此教師不要一開始就給學生們灌輸書本上的內容，也不要急于講鐵碳合金相圖，教師可以先通過實驗，讓學生了解鐵碳合金在不同的溫度及熱處理下呈現的不同狀態及性能。

實驗的材料有：45號鋼，（h=5mm D=13mm HRB=84），加熱設備有坩堝電爐和箱式電爐。實驗目的是通過熱處理的不同工藝使相同的實驗樣本得到不同的性能，具體達到以下情況：獲得較高的硬度和耐磨性，同時改善塑性和韌性，減少脆性；具有高的彈性極限，同時具有高的韌性，能承受沖擊、振動和交變載荷。把兩個實驗樣件45號鋼放到坩堝爐中加熱，坩堝爐的溫度設定為820℃，保溫時間為5分鐘，之后把樣件從坩堝爐中拿出，迅速放到水中進行淬火冷卻，之后對2個樣件進行硬度測試。樣件硬度一個是53，一個是57。把兩個樣件分別放到不同溫度的箱式電爐中進行再次加熱（此過程稱為回火）。一個電爐的溫度設定為200℃（低溫回火），另外一個電爐的溫度設定為400℃（中溫回火），時間都設定為30分鐘。經過一定的等待時間后，把樣件分別拿出進行測試，經過低溫回火測出樣件的硬度為52，中溫回火測得的硬度為32。最終硬度為52的樣件有較高的硬度和耐磨性，同時改善了塑性和韌性，符合第一個要求。而硬度為32的樣件很明顯是由原來的硬度57下降到了32，硬度降低，同時具有較高的韌性，能承受沖擊，符合第二個要求。

到此，教師通過實驗讓學生清晰地看到，通過熱處理工藝把相同材料的樣件通過不同的工藝，最終得到材料的性能不同。有個總體的了解后，教師再進行鐵碳合金相圖的講解，學生們就好理解了。教師如果不能做此類實驗，還可以通過下載一些類似的實驗視頻，讓學生有一個直觀、清晰的認識。這樣不僅可以增強學生們的學習興趣，讓其真正理解熱處理在生產生活中的重要性，而且對教學也有很好的引導作用。

以上就是筆者對鐵碳合金一章教學的一些看法，希望能對教授此類課程的老師有所幫助。

（作者單位：南陽高級技工學校）