鐵碳合金相圖教學(xué)實(shí)踐

陳傳輝

摘 要：鐵碳合金相圖是《金屬材料與熱處理》課程教學(xué)的重點(diǎn)，因其內(nèi)容抽象，需要記憶的點(diǎn)、線、組織較多，且關(guān)系復(fù)雜，對(duì)技工院校的學(xué)生來說，就像一個(gè)“迷魂陣”，也成為了教學(xué)的難點(diǎn)。如何透徹地講解鐵碳合金相圖，讓學(xué)生快速學(xué)習(xí)、理解性記憶相圖，是教學(xué)中必須思考和探討的問題。筆者在教學(xué)過程中，采用相圖相關(guān)周邊知識(shí)鋪墊誘導(dǎo)、以點(diǎn)帶線等教學(xué)方法，循序漸進(jìn)的引導(dǎo)學(xué)生理解性學(xué)習(xí)相圖，并用口訣總結(jié)的相圖圖形特征和室溫組織，取得良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：鋪墊誘導(dǎo);循序漸進(jìn);以點(diǎn)帶線;理解性記憶;相圖口訣

一、用生活常識(shí)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

鐵碳合金相圖的知識(shí)繁多，學(xué)生不易接受和理解，極易產(chǎn)生厭學(xué)和畏難情緒，需要首先激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。教師可以列舉一些日常生活中常見的實(shí)例，并提出疑問。銼刀是用什么材料做的？為什么有足夠的硬度和耐磨性。播放鐵匠師傅打鐵的視頻，提出為什么要將鐵燒紅、燒紅的溫度有多高等問題。讓同學(xué)帶著問題去學(xué)習(xí)，進(jìn)而引出鐵碳含金相圖，說明其重要性。

二、用相圖周邊知識(shí)鋪墊誘導(dǎo)進(jìn)入新課

教師利用新舊知識(shí)的聯(lián)系，集中復(fù)習(xí)鐵碳合金相圖周邊知識(shí)，進(jìn)行鋪墊誘導(dǎo)。學(xué)習(xí)相圖前，復(fù)習(xí)純鐵的冷卻曲線，鞏固純鐵的熔點(diǎn)（1538℃）、兩次同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度（1394℃、912℃）和α-Fe、γ-Fe的晶格類型等重要知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)入到Fe和C在合金中的存在形式的復(fù)習(xí)。C既能溶解在γ-Fe，也能溶解在α-Fe中，分別形成單相組織奧氏體（A）和鐵素體（F），C還能與Fe形成金屬化合物滲碳體（Fe3C）。

循序漸進(jìn)，誘導(dǎo)確定主要特性點(diǎn)。含碳量為0的鐵碳合金為純鐵，在前面鋪墊的基礎(chǔ)上，很容易得到A點(diǎn)（純鐵的熔點(diǎn)1538℃）和G點(diǎn)（純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)912℃）。而含碳量為6.69%的鐵碳合金就是滲碳體，進(jìn)而得到其熔點(diǎn)D（1227℃）。教師可以設(shè)置疑問，詢問同學(xué)C可以溶解在γ-Fe，也可以溶解在α-Fe中，那么C在他們當(dāng)中的最大溶解度是多少？最小溶解度是多少？同學(xué)查閱查看相圖和課本，很容易得到最大溶解度分別為E點(diǎn)（1148℃，WC=2.11%）和P點(diǎn)（727℃，WC=0.0218%），最小溶解度分別為S點(diǎn)（即共析點(diǎn)，727℃，WC=0.77%）和Q點(diǎn)（室溫，WC=0.0008%）。教師可以開門見山的講共晶點(diǎn)C（1148℃，WC=4.3%）。這時(shí)，需要通過一些課堂練習(xí)鞏固主要特性點(diǎn)，為后面的學(xué)習(xí)打牢基礎(chǔ)。

三、以點(diǎn)帶線，深化核心概念

共晶點(diǎn)C對(duì)鐵碳合金相圖來說，像人的咽喉一樣重要，211%

為進(jìn)一步讓學(xué)生抓住核心概念的要點(diǎn)和其本質(zhì)特征，教師可以采用對(duì)比教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生思考并回答：共析反應(yīng)和共晶反應(yīng)的反應(yīng)物、反應(yīng)條件、生成物有何異同點(diǎn)，為什么？這樣啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)和比較它們的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，加深學(xué)生對(duì)核心概念理解，提高學(xué)生思考問題和分析問題的能力。

四、連線臨界點(diǎn)，溝畫相圖輪廓

在學(xué)完相圖特征點(diǎn)和共晶反應(yīng)、共析反應(yīng)的基礎(chǔ)上，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生共同連線臨界點(diǎn)，和學(xué)生一起邊吟、邊繪、溝畫相圖輪廓。先畫出坐標(biāo)系，在橫坐標(biāo)上標(biāo)注出特殊含碳量點(diǎn)（0.0218%、0.77%、2.11%、4.3%、6.69%），在縱坐標(biāo)上畫出共晶線ECF、共析線PSK和特殊溫度點(diǎn)（1538℃、912℃、1227℃、1148℃、727℃）。再鏈接具有相同意義的臨界點(diǎn)，純鐵熔點(diǎn)A、共晶點(diǎn)C、Fe3C的熔點(diǎn)D都為液固分界點(diǎn)，連線ACD為液相線。共晶線ECF為液固轉(zhuǎn)變結(jié)束線，連線AECF即為固相線。G點(diǎn)為γ-Fe向α-Fe發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的溫度，S點(diǎn)奧氏體（γ相）開始轉(zhuǎn)化為珠光體（珠光體中的F即是α相），GS線是奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的開始線，而P點(diǎn)奧氏體全部轉(zhuǎn)化為F，GP線是奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的終了線。E點(diǎn)為碳在奧氏體中的最大溶解度點(diǎn)，S點(diǎn)為碳在奧氏體中的最小溶解度點(diǎn)，ES線就是C在奧氏體中的溶解度曲線;同理推出PQ線自然就是碳在鐵素體中的溶解度曲線。

五、按相圖組織規(guī)律，填補(bǔ)相圖組織

相圖連線繪制完畢后，按照“基本組織先標(biāo)好，相間組織共逍遙”的相圖組織規(guī)律，先標(biāo)注四個(gè)單相區(qū)（液相區(qū)L、奧氏體區(qū)A、鐵素體區(qū)F、滲碳體區(qū)Fe3C）和珠光體區(qū)P、萊氏體Ld（低溫萊氏體Ld'）等7個(gè)基本組織，再根據(jù)“相間組織共逍遙”填補(bǔ)完整鐵碳相圖的組織。

六、利用口訣，記憶相圖的形和室溫組織

在同學(xué)對(duì)鐵碳合金相圖充分理解的基礎(chǔ)上，用“兩平、三垂、七弧”相圖口訣記憶相圖的圖形特征。“兩平”是指1148℃的共晶線ECF和727℃的共析線PSK，“三垂”是指WC=0.77%的共析成分和WC=4.3%的共晶成分的鐵碳合金，及WC=2.11%鋼與鑄鐵的分界線。“七弧”是指液相線AC段和CD段、固相線AE段、奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的開始線GS和終了線GP、碳在奧氏體和鐵素體中的溶解度曲線ES、溶解度曲線PQ。另外用“室溫組織要記牢，鐵珠滲萊是關(guān)鍵”相圖口訣記憶相圖室溫下的基本組織。

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