摘要鐵碳合金相圖的識(shí)讀和應(yīng)用是《金屬材料與熱處理》教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，如何突破難點(diǎn)，達(dá)到好的教學(xué)效果，是教師經(jīng)常討論的問(wèn)題，本文對(duì)解決這一難點(diǎn)進(jìn)行探討并提出一些見解和解決方法。

關(guān)鍵詞力學(xué)性能 內(nèi)部組織 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 鐵碳合金相圖 化學(xué)成分

“金屬材料與熱處理”是技校理論教學(xué)課程中一門與生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系比較密切的課程，是機(jī)械專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)各專業(yè)工藝學(xué)與生產(chǎn)實(shí)習(xí)課的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)這門課的學(xué)習(xí)，不僅可以幫助學(xué)生掌握常用鋼材料的成分、組織、性能及熱處理工藝之間的相互關(guān)系，同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生正確選擇和合理使用材料、制訂和掌握熱處理工藝規(guī)范等多方面的能力。

本課程主要包括：①金屬的性能；②金屬學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)；③鋼的熱處理；④常用金屬材料等內(nèi)容。其中第二部分金屬學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)是整門課程的基礎(chǔ)知識(shí)，它3介紹金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)及其結(jié)晶過(guò)程；鐵碳合金相圖的建立、識(shí)讀和應(yīng)用。如果這部分基礎(chǔ)知識(shí)沒有掌握好，那么學(xué)生對(duì)前面所講的金屬性能的知識(shí)只會(huì)一知半解，而后部分鋼的熱處理和常用的金屬材料的知識(shí)就會(huì)沒辦法理解和掌握。所以第二部分知識(shí)是這門課程整個(gè)教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)，它起到一個(gè)承前啟后、畫龍點(diǎn)睛的作用：同時(shí)由于這部分知識(shí)的內(nèi)容較為抽象（如合金的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)晶的過(guò)程：鐵碳合金相圖的建立過(guò)程）沒有具體實(shí)驗(yàn)和教具可以演示，加上技校學(xué)生沒有實(shí)踐感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)，缺少對(duì)這部分知識(shí)的感知認(rèn)識(shí)，致使在教學(xué)中學(xué)生學(xué)和老師教都存在一定的難度。下面我就這一重難點(diǎn)的突破，作一些初淺的探討。

一、深入分析，找出突破口

金屬學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)這部分內(nèi)容主要有3個(gè)章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍對(duì)第四章“鐵碳合金的組織”，“鐵碳合金相圖的建立、識(shí)讀、應(yīng)用”等幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)較難理解和掌握，而教師對(duì)這部分知識(shí)在教學(xué)過(guò)程也常常出現(xiàn)很難講明講透的現(xiàn)象。其實(shí)在這個(gè)難點(diǎn)的處理上，我們只要深入分析，找出知識(shí)貫穿點(diǎn)，就很容易找到突破口。我們可以給學(xué)生列一關(guān)系式進(jìn)行分析如圖：

碳 組成溫度 決定 材料的內(nèi)部組織

鐵 ———— ———— 材料的力學(xué)性能

各種微量元素材料的化學(xué)成分 材料的選用 

這個(gè)關(guān)系式清楚地告訴我們材料的選用是根據(jù)鋼材的力學(xué)性能（強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等）來(lái)確定的，材料的力學(xué)性能是由材料的內(nèi)部組織來(lái)確定的，而內(nèi)部組織的轉(zhuǎn)變則是由溫度變化和材料的化學(xué)成分不同而引起的，并且材料的化學(xué)成分是由碳、鐵和一些微量元素組成，其中變化最大的是碳的含量，決定了材料的內(nèi)部組織的變化。通過(guò)這樣分析，學(xué)生就很容易理解：為什么含碳量越多鋼材的強(qiáng)度越高，而塑性、韌性則降低？因?yàn)楹剂康拇笮「淖兞瞬牧系膬?nèi)部組織，組織變化必然引起力學(xué)性能變化：為什么相同成分的鋼材加溫到相同高的溫度，由于采用不同冷卻方式，最終得到力學(xué)性能也不同？因?yàn)闇囟茸兓淖冧摬膬?nèi)部組織而引起力學(xué)性能變化。很清楚，問(wèn)題的關(guān)鍵就是鋼材內(nèi)部組織，則鋼材內(nèi)部組織就是難點(diǎn)的切入點(diǎn)。只要了解了鐵碳合金內(nèi)部組織的定義、性能、變化原因，那么識(shí)讀鐵碳合金相圖就會(huì)迎刃而解。

二、深入淺出，化繁為簡(jiǎn)

鐵碳合金的組織在教科書中介紹較為抽象。例如：固溶體的概念，書上的定義是“一種組元的原子溶入到另一組元的晶格中所形成的均勻固相。”這樣的解釋很難讓學(xué)生。例如：固溶體的概念，書上的定義是“一種組元的原子溶入到另一組元的晶格中所形成的均勻固相?！边@樣的解釋很難讓學(xué)生理解。如果我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中，通過(guò)實(shí)際的例子告訴學(xué)生，當(dāng)純鐵加熱到熔化后，碳元素可以溶解到鐵水中去，鐵水凝固成固態(tài)時(shí)，碳元素仍被留在鐵中，這種在固態(tài)下溶解有其他元素的組織叫做“固溶體”，又因?yàn)榧冭F在固態(tài)下有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，即有α-Fe和γ-Fe兩種晶格，其對(duì)碳元素的溶解能力不同，所以就形成了兩種固溶體，分別叫做“鐵素體”和“奧氏體”，它是鐵碳合金基本組織中的兩個(gè)組織。這樣解釋，學(xué)生的思路就會(huì)很清晰，將復(fù)雜的抽象的概念簡(jiǎn)單化，很容易理解和掌握知識(shí)并收到良好的教學(xué)效果。同樣在分析鐵碳合金相圖時(shí)，我們也可以先將圖中標(biāo)注的鐵碳合金組織化繁為簡(jiǎn)，采用簡(jiǎn)單易懂的語(yǔ)言、文字來(lái)講解鐵碳合金組織的定義。并將其歸納如下表： 鐵碳合金組織

組織名稱符號(hào)組織類型含碳量晶格類型力學(xué)性能

鐵素體F固溶體0~0.0218％α-Fe體心立方晶格近似于鐵，溫度、硬度不高，塑性、韌性良好

奧氏體A固溶體0.77％~2.11％γ-Fe面心立方晶格強(qiáng)度、硬度不高，塑性好（易鍛造）

滲碳體Fe3C金屬化合物0.69％斜方晶體硬而脆，塑性、韌性很差

珠光體P機(jī)械混合物0.77％α-Fe體心立方晶格介于鐵素體和滲碳體

高溫萊氏體Ld機(jī)械混合物4.3％γ-Fe面心立方晶格介于奧氏體和滲碳體

低溫萊氏體L’d機(jī)械混合物4.3％α-Fe體心立方晶格介于奧氏體和滲碳體

通過(guò)對(duì)合金組織的分析，讓學(xué)生掌握了鐵碳合金組織的概念、性質(zhì)，同時(shí)也要讓學(xué)生了解鐵碳合金組織是如何隨溫度變化而發(fā)生轉(zhuǎn)變的，在這個(gè)難點(diǎn)的突破方法上，教師可以以“金屬同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)作為切入口。我們知道金屬在固態(tài)下隨溫度的改變；由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。以純鐵為例，液態(tài)純鐵在1538℃進(jìn)行結(jié)晶，得到具有體心立方晶格δ-Fe，繼續(xù)冷卻到1394℃時(shí)發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，δ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц瘭?Fe，再冷卻到912℃時(shí)又發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)槭覝伢w心立方晶格的α-Fe。由于金屬晶格存在著隨溫度改變而發(fā)生晶格變化的特性，導(dǎo)致金屬組織隨溫度的變化而發(fā)生轉(zhuǎn)變。以鐵碳合金組織為例，鐵碳合金組織是由基體純鐵和碳組成，溫度變化使基體純鐵晶格發(fā)生轉(zhuǎn)變，不同晶格的基體和不同含量的碳組合，就會(huì)出現(xiàn)不同的鐵碳合金組織，這就是鐵碳合金組織會(huì)隨溫度變化而產(chǎn)生變化的原因。清楚這點(diǎn)后，我們?cè)賹?duì)照看鐵碳合金相圖就一目了然。溫度、含碳量、材料組織、力學(xué)性能等，在圖中就能分析得很清楚。例如：溫度為600℃，含碳量為4.6％的鋼材的組織是Ld+Fe3C-萊氏體+滲碳體，力學(xué)性能是脆而硬的組織。而含碳量為0.45％的鋼材室溫組織為F+P-鐵素體+珠光體，這種組織的力學(xué)性能是有一定強(qiáng)度、硬度、并具有良好的塑性、韌性。

三、歸納總結(jié)，加深理解和記憶

前面我們將重點(diǎn)、難點(diǎn)的知識(shí)內(nèi)容作了具體分析講解，為了加深學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶，達(dá)到更好的教學(xué)效果，最后還可以將金屬的基礎(chǔ)知識(shí)這部分教學(xué)內(nèi)容歸納小結(jié)為：

1、金屬的晶體結(jié)構(gòu)是由原子有規(guī)則的排列所形成，原子排列的具體方式不同，便組成了幾種不同類型的晶格（體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格）。

2、純鐵組織中不同類型晶格對(duì)碳元素的溶解能力不相同，形成不同類型的鐵碳合金基本組織。

3、純鐵在固態(tài)下，隨溫度轉(zhuǎn)變會(huì)出現(xiàn)不同的晶格類型。這種現(xiàn)象稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。

4、鐵碳合金的5種基本組織（鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體）由于各自基體中的含碳量不同，表現(xiàn)出來(lái)的力學(xué)性能就不一樣，組織之間會(huì)隨溫度改變而發(fā)生相互之間的轉(zhuǎn)變。如：含碳量為0.77％的鋼，在8000℃時(shí)的組織是奧氏體，而在室溫下組織轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。轉(zhuǎn)變的原因是由于鐵碳合金的基體鐵發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。

5、鐵碳合金相圖是表示鐵碳合金成分、組織和溫度三者之間相互關(guān)系的圖表，圖中標(biāo)明鐵碳合金組織的變化，主要受含碳量和溫度的改變而發(fā)生變化。

6、鐵碳合金相圖主要應(yīng)用在鋼材料的選用和熱加工工藝的制訂兩方面。教學(xué)難點(diǎn)的突破，關(guān)鍵在于教師教學(xué)得法，引導(dǎo)有方。除了將難點(diǎn)分散講解，化繁為簡(jiǎn)，解決問(wèn)題外，最后還應(yīng)善于總結(jié)歸納，找出重點(diǎn)，以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶。對(duì)教學(xué)中難點(diǎn)的處理，在教學(xué)中有許多種方法，我們針對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)差異、專業(yè)學(xué)科的不同情況，在現(xiàn)實(shí)教學(xué)過(guò)程中不斷摸索和探討，找出有效的教學(xué)方法。