铁碳合金相图教学探究

2022-09-10

铁碳合金相图是研究钢和铸铁的基础, 对于钢铁材料的应用以及热加工和热处理工艺的制订也具有重要的指导意义。这部分内容既是重点, 同时也是难点。如何让学生比较方便地掌握该部分知识, 取得好的教学效果, 长期以来一直是人们关注的一个热点问题。在教学实践中, 我们对此进行了初步的探究, 积累了一定的经验, 具体做法是:

1 澄清几个易被人们忽视的问题

1.1 铁碳合金相图的名称

目前在不同的教材中提法不一, 共有三种提法, 即铁碳合金平衡图、铁碳合金状态图及铁碳合金相图。三种提法都说明它一定的含义:平衡图是指在极其缓慢的加热或冷却的条件下 (称为平衡状态) 建立起来的图形, 故称为平衡图;从相律的观点来看, 我们认为叫铁碳合金相图比较确切, 因为相律是研究相变的规律, 而状态图 (含平衡状态图) 实际上也是相变图。

1.2 铁碳合金研究的范围

铁碳合金相图是研究钢、铁的基本工具。钢的碳质量分数<2.11%, 铁的碳质量分数在2.1 1~6.6 9%之间, 碳质量分数>6.6 9%的铁碳合金在工业上没有使用价值, 故目前应用的铁碳合金相图的碳质量分数不是0~100%的完整图形, 而是只研究碳质量分数在0~6.69%的一部分。即以Fe作为一组元, 碳质量分数为6.69%的Fe3C作为另一组元的F e—F e 3 C二元合金相图。

2 点、线温度与成分的差异

A点、G点、D点温度;E C F线、P S K线温度;S点、E点、F点成分等不同的教材版本标注的数据有差异。应给学生交待清楚:主要由于测试条件不同, 资料介绍不同, 故数据略有出入, 但从宏观上看, 数据差距不大, 不影响相图分析的准确性。

2.1 渗碳体的区别

铁碳合金相图中一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体和共析渗碳体共五种, 他们的形态都存在一定的差异。在教学中如不单独列出, 详细介绍, 学生们一般都难以搞清。

一次渗碳体是从液态铁碳合金中结晶出的共晶渗碳体, 用符号F e 3 CⅠ表示, 其形状呈粗大较规则的板片状;

二次渗碳体是从奥氏体中析出的渗碳体, 用符号F e 3 CⅡ表示, 其形态一般是沿奥氏体晶界呈网状分布;

三次渗碳体是从铁素体中析出的渗碳体, 用符号F e 3 CⅢ表示, 其形态一般是沿铁素体晶界呈片状分布;

铁碳液态合金在1148℃恒温下发生共晶反应, 形成莱氏体, 莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体。其形态为莱氏体中的连续的基体, 奥氏体呈粒状分布在渗碳体的基体上。

铁碳合金在7 2 7℃恒温下发生共析反应, 形成珠光体, 珠光体中的渗碳体为共析渗碳体。形态在珠光体中呈片状。

不管什么渗碳体, 其晶体结构、碳的含量是相同的, 它是一种强化相。

2.2 铁碳合金相图的画法

现在在许多教材中越画越走样, 有的成分坐标按常规碳质量分数比例画, 这样将产生铁的部分自然扩大, 而缩小钢的部分, 这种画法是不对的。

3 Fe—Fe3C相图的教学方法

在Fe—Fe3C相图的教学过程中, 为加强示范性, 增强学生的动手能力, 加深对知识的理解、掌握, 我们采用了以下办法:

3.1 教师在课堂黑板上边画边讲

(如图所示) 步骤一、画出坐标系, 说明其含义;然后将各典型成分、温度标出;确定共晶和共析转变线的合理位置 (相当于两个海平面) 。

步骤二、按图示顺序, 一笔画出A C D线;再一笔画出G S E线 (相当于两个海平面上的两只海鸥) 。

步骤三、按图示顺序把两只海鸥首尾相连 (画A E线) 及对其余线条进行处理。

这样, 一张简化后的F e—F e 3 C相图就画出来了。然后再用几分钟的时间让学生自己画一画, 并作为课后作业布置下去, 在第二次上课时再用几分钟时间请学生默写相图。实践证明, 经过练习, 大多数学生都能快速地默写出简化后的F e—Fe3C相图。

3.2 采用比喻法加强记忆

在F e—F e 3 C相图中, 可以把E C F和P S K两条水平线比作两个海平面, 把A C D和G S E线比作在海平面上飞翔的两只海鸥, 因而整个图形可视为“两只海鸥首尾相连” (即连接A E线, 至此构成了F e—F e 3 C相图的主要部分) 。这样学生听起来既有兴趣, 也容易记忆, 便于学生的掌握。

3.3 采用逻辑推理法填写相图中各区的相与组织

对F e—F e 3 C相图中各区的相与组织, 可以采取逻辑推理法去填写和记忆 (略) 。

在教学过程中, 我们采用上述方法组织F e—F e 3 C相图的教学, 学生们普遍反映效果良好, 使很多难讲、难理解、难记忆的东西变得简单而又有趣, 受到学生们的欢迎。

总之, 在F e—F e 3 C相图教学中, 我们从理清基本概念入手, 澄清几个易被人们忽视的问题;教师在课堂上边画边讲、加强示范, 采用形象比喻法加强记忆, 采用逻辑推理法填写、掌握相图中各区的相与组织等手段组织教学, 对铁碳合金相图教学进行了初步的探索, 我们把做法和体会写出来, 以当抛砖引玉之用, 不当之处, 请多指正。教学有法而无定法, 我们愿与广大的全国同行一道, 为搞好铁碳合金相图教学而积极探索, 做出不懈的努力!

摘要：铁碳合金相图是金属工艺学课程教学中的一个重点和难点。在多年的教学实践中, 我们对铁碳合金相图教学进行了一些探讨和研究, 积累了一定的经验, 取得了较好的教学效果。

关键词：铁碳合金相图,教学方法,探究