鐵碳合金相圖教學實踐

陳傳輝

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

關(guān)鍵詞：鋪墊誘導;循序漸進;以點帶線;理解性記憶;相圖口訣

一、用生活常識激發(fā)學習興趣

鐵碳合金相圖的知識繁多，學生不易接受和理解，極易產(chǎn)生厭學和畏難情緒，需要首先激發(fā)學習興趣。教師可以列舉一些日常生活中常見的實例，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。讓同學帶著問題去學習，進而引出鐵碳含金相圖，說明其重要性。

二、用相圖周邊知識鋪墊誘導進入新課

教師利用新舊知識的聯(lián)系，集中復習鐵碳合金相圖周邊知識，進行鋪墊誘導。學習相圖前，復習純鐵的冷卻曲線，鞏固純鐵的熔點（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點，進而進入到Fe和C在合金中的存在形式的復習。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，誘導確定主要特性點。含碳量為0的鐵碳合金為純鐵，在前面鋪墊的基礎上，很容易得到A點（純鐵的熔點1538℃）和G點（純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點912℃）。而含碳量為6.69%的鐵碳合金就是滲碳體，進而得到其熔點D（1227℃）。教師可以設置疑問，詢問同學C可以溶解在γ-Fe，也可以溶解在α-Fe中，那么C在他們當中的最大溶解度是多少？最小溶解度是多少？同學查閱查看相圖和課本，很容易得到最大溶解度分別為E點（1148℃，WC=2.11%）和P點（727℃，WC=0.0218%），最小溶解度分別為S點（即共析點，727℃，WC=0.77%）和Q點（室溫，WC=0.0008%）。教師可以開門見山的講共晶點C（1148℃，WC=4.3%）。這時，需要通過一些課堂練習鞏固主要特性點，為后面的學習打牢基礎。

三、以點帶線，深化核心概念

共晶點C對鐵碳合金相圖來說，像人的咽喉一樣重要，211%

為進一步讓學生抓住核心概念的要點和其本質(zhì)特征，教師可以采用對比教學法，引導學生思考并回答：共析反應和共晶反應的反應物、反應條件、生成物有何異同點，為什么？這樣啟發(fā)引導學生去發(fā)現(xiàn)和比較它們的相同點和不同點，加深學生對核心概念理解，提高學生思考問題和分析問題的能力。

四、連線臨界點，溝畫相圖輪廓

在學完相圖特征點和共晶反應、共析反應的基礎上，教師就可以引導學生共同連線臨界點，和學生一起邊吟、邊繪、溝畫相圖輪廓。先畫出坐標系，在橫坐標上標注出特殊含碳量點（0.0218%、0.77%、2.11%、4.3%、6.69%），在縱坐標上畫出共晶線ECF、共析線PSK和特殊溫度點（1538℃、912℃、1227℃、1148℃、727℃）。再鏈接具有相同意義的臨界點，純鐵熔點A、共晶點C、Fe3C的熔點D都為液固分界點，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點為γ-Fe向α-Fe發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的溫度，S點奧氏體（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點為碳在奧氏體中的最大溶解度點，S點為碳在奧氏體中的最小溶解度點，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，填補相圖組織

相圖連線繪制完畢后，按照“基本組織先標好，相間組織共逍遙”的相圖組織規(guī)律，先標注四個單相區(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個基本組織，再根據(jù)“相間組織共逍遙”填補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

在同學對鐵碳合金相圖充分理解的基礎上，用“兩平、三垂、七弧”相圖口訣記憶相圖的圖形特征?！皟善健笔侵?148℃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?！捌呋　笔侵敢合嗑€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。

參考文獻：

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