“铁碳合金相图”的教学思路浅析.doc

“铁碳合金相图”的教学思路浅析铁碳合金相图是机械制造基础这门课程的难点也是重点。这部分内容抽象、概念繁杂，学生理解起来非常困难，本文从导入新课开始，引起学生思考兴趣，从强调铁碳合金相图的重要性开始，讲授新课，最后应用举例，以达到学生的理解。 一、导入新课 采用回顾旧知识自然引入新课的学习的导入方法。可以这样导入新课“在上一节介绍了铁碳合金的基本知识，知道了碳的质量分数范围和温度及力学性能，那他们之间到底存在什么样的关系呢？”还有，“我们在大一的时候学习过工程图学这门课程，在制图的时候，我们总会在标题栏里写下45、HT200的字样，那么这些材料和我们今天要学习的内容有什么联系呢？”通过这样提出问题，引起学生思考兴趣，于是进入了“铁碳合金相图”的教学任务。 二、新课讲授 先强调相图的重要性，然后对其进行分析，最后指出其应用。 （一）通过图1来强调铁碳合金相图的重要性铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本的工具，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础。是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等的工艺依据。 （二）对铁碳合金相图进行分析。图2即为铁碳合金相图。分析之前明确铁碳合金相图的概念，重点是熟练掌握铁碳合金相图中的特性点、特性线的含义及铁碳合金的分类。 在复杂的铁碳合金相图组成面前，学生需要记住关于相图的口诀“温度成分建坐标，铁碳二元要记牢；两平三垂标特点，九星闪烁五弧交；共晶共析液固线，十二里面组织标，基本组织先标好，相间组织共逍遥，分析成分断组织，铸锻处理离不了1。”根据容易记忆的口诀来对照相图的各个点、线和区域，才能使学生真正的理解铁碳合金相图的意义。把相图用三个转变、九个特性点、九条相变线和十五个相区来总结，然后对相图进行分析。 1、三个转变 图2非常复杂，学生看这个图容易厌倦，所以可以把相图简化为图3，清晰明了，即是三个相的转变。第一个转变是包晶转变。在B点（C%=0.53%，液态，t=1495），液相与高温铁素体相互作用生成奥氏体。第二个转变是共晶转变。在图中的C点（C%=4.3%，液态，t=1148），同时转变为奥氏体A和渗碳体（Fe，C）的混合物，即莱氏体。第三个是共析转变。铁碳合金相图中， 奥氏体A点在727时，即S点，同时转变为铁素体（F）和渗碳体（Fe，C）的混合物，即珠光体P。 2、九个特性点 相图中有纯铁熔点、同素异构转变点、共晶点、共析点、包晶点等9个主要的特性点，特性点的代号、温度及碳含量和含义如表1（仅列其中三个）。 3、九条相变线 相图中有液相线、固相线、共晶线、共析线等九条相变线。其代号及含义如表2（仅列其中三个）。 4、十五个相区 单相区有5个，双相区有7个，三相区有3个。图略 （三）Fe-Fe3C相图的应用 1、在钢铁材料选材方面的应用 Fe-Fe3C相图揭示了铁碳合金的组织随成分变化的规律，由此可以判断出钢铁材料的力学性能，以便合理地选择钢铁材料。例如：机械工程中的各种零部件需要兼有较好强度、塑性和韧性的材料，应选用Wc=0.30%0.55%范围内的钢材。而各种工具却需要硬度高，耐磨性好的材料，则多选用Wc=0.70%1.2%范围内的高碳钢。 2、在制订热加工工艺方面的应用 （1）在铸造方面的应用。从Fe-Fe3C相图可以看出，共晶成分的铁碳合金熔点最低，结晶温度范围最小，具有良好的铸造性能。因此，铸造生产中多选用接近共晶成分的铸铁。根据Fe-Fe3C相图可以确定铸造的浇注温度，一般在液相线以上50100，铸钢（Wc=0.15%0.6%）的熔化温度和浇注温度要高得多，其铸造性能较差，铸造工艺比铸铁的铸造工艺复杂。 （2）在锻压加工方面的应用。由Fe-Fe3C相图可知钢在高温时处于奥氏体状态，而奥氏体的强度较低，塑性好，有利于进行塑性变形。因此，钢材的锻造、轧制（热轧）等均选择在单相奥氏体的适当温度范围内进行。 （3）在热处理方面的应用。Fe-Fe3C相图中的三条相变线是确定常用工艺，如退火、正火、淬火的加热温度的。 最后，应强调在应用相图进行分析时，要注意该相图反应铁碳二元合金中相的平衡状态，如果含有其他元素，相图会发生变化；当加热或冷却速度较快时，组织转变不能只用相图来分析。 三、结束语 通过这种讲授方式，学生能够掌握铁碳合金相图的基本框架，加深了对相图的认识，能够对相图应用自如，分析不同温度、不同碳含量之下的合金状态等等，为后续课程的学习打下了基础。