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铁碳合金相图教学单元设计与实施 　　摘要:铁碳合金相图的识读和应用是《热加工工艺》教学中的一个难点,如何突破难点,达到好的教学效果,是我们经常面对的问题,本文对解决这一难点进行探讨并提出一些见解和解决方法。? 　　关键词:热加工 铁碳合金相图 多媒体 实验 项目教学 　　 　　“热加工工艺”是我院机械类专业的基础课程。在学习过程中,我们发现,铁碳合金相图贯穿各个热加工工艺,并对生产实践有着重要的指导意义,它不但可以作为选材的重要依据,而且还可以作为制定各种热加工工艺的依据,因此学好并用好铁碳相图在整个课程教学中起到特别重要的作用。但由于这部分内容涉及的新概念多,理论较抽象,而高职学生又大多学习能力较差,在以往的教学过程中,同学老师都感到有相当的难度。通过多次的教学反思,我们在教学过程中进行了如下步骤的尝试: 　　1、提高学生学习的兴趣和动力 　　通常人们在讲授这部分内容的时候习惯按照相图的建立---识读---应用顺序来讲授,先简单介绍相图建立的过程,然后详细介绍如何识读相图,由于内容枯燥,又不清楚实际的意义,所以真正讲到其相图应用的时候,大多数学生是只知其然而不知其所以然,学习效果很差。为了突出教学效果,我们在讲授过程把铁碳合金相图单独作为一个教学单元设计突破,依据学生特点,先入为主,把相图的应用通过多媒体课件介绍给大家,让学生初步了解相图在制定热加工工艺和选材方面的作用,然后再举“趁热打铁”和“炉火纯青”两个成语的例子,让学生通过讨论和查询相关资料,了解“火候”即“温度”在铸造和锻造中的重要作用,而温度选择的核心依据即是铁碳合金相图,让学生真正感受到学习铁碳相图的重要性,提高学生的学习热情,为学好铁碳相图打下良好的基础。 　　2、追本溯源,认清本质 　　铁碳相图是由德国的洛兹本在前人工作基础上建立起来的,铁碳相图清楚地表明了铁碳合金成分、温度、组织三者之的关系,即同一成分不同温度,同一种温度不同成分,它们组织不同,室温组织随含碳量有变化,最终导致钢铁力学性能的变化,因此我们既可以依据相图按使用要求创新材料,又可把相图作为制造机械的重要工具。为了使学生??更好的理解,在教学过程中,我们结合日常生活中遇到的问题提问,比如,“为什么都是铁碳合金,铁丝很软,生铁很容易被敲裂”,学生会给出各种各样的答案,“组织的不同才使它们具有不同的性能”,借此引出我们下面要讲授的内容,让学生在学习过程中领悟其本质。 　　3、清楚铁碳合金的基本组织 　　为了让学生了解铁碳合金的基本组织,我们把空的铁碳相图画在黑板上,然后从铁碳合金基本相的定义出发,结合同学已经学过的工业纯铁的同素异晶转变知识,对照相图讲解铁碳合金基本相和各自的特点,同时填写相图。讲解过程中首先让学生清楚,纯铁在结晶过程中经过两次同素异晶转变,在不同温度区间具有不同的晶格结构,我们把它分别叫做δ-Fe、γ-Fe、α-Fe,当与碳组成合金时,碳作为溶质溶入不同晶格结构的铁中,则分别形成了不同的固溶体,即高温铁素体、奥氏体和铁素体;当碳含量超过各自的溶解度时,就会出现金属化合物Fe3C,我们称之为渗碳体。由于高温铁素体在1400℃以上的高温出现,对工程上应用的铁碳合金的组织和性能没什么影响,故不作为铁碳合金的基本相。固态铁碳合金的基本组成相是固溶体铁素体（F）、奥氏体(A)和化合物渗碳体(Fe3C)。 　　奥氏体存在的温度区间随γ-Fe自1148℃到727℃,其溶碳量也随之从2.11%下降到0.77%,同时有渗碳体析出,此渗碳体称二次渗碳体,从而得到A+Fe3CII组织,相图中的ES线为奥氏体的溶解度曲线。同理,铁素体是碳在α-Fe中形成的间隙固溶体,α-Fe的存在区间是相图中G-Q段,铁素体的溶碳量很小,最大溶解度为727℃时0.0218%,随着温度下降,铁素体溶碳能力逐渐降低,室温几乎不能溶碳,期间会有三次渗碳体化合物析出,从而得到F+Fe3CIII,相图中的PQ线则为铁素体的溶解度曲线。前面已经讲过固溶体的晶体结构取决于溶剂,而铁素体和奥氏体均为固溶体,铁是溶剂,碳为溶质,所以奥氏体的晶体结构取决于γ-Fe,铁素体的晶体结构取决于α-Fe,两者都具有铁塑性好硬度低的特性。奥氏体存在于高温区域,铁素体存在于室温,而且由于铁素体的溶碳能力远小于奥氏体,所以它的力学性能更接近纯铁,其强度、硬度更低,塑性更好。铁碳合金的第三个基本相为渗碳体（用Fe3C表示）,它是稳定的金属化合物,碳含量为6.69%且不随温度变化,其硬度高、塑性差,是合金中的强化相。 　　讲授铁碳合金基本相后,学生清楚了所有铁碳合金的室温组织都是由铁素体和渗碳体两个基本相组成,同时对于相图中三个基本相,两个二相区、七个特性点、ES线PQ线的意义也很容易理解了。 　　4、认识并识读相图 　　职业教