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        以鐵碳合金為主線的金屬學(xué)與熱處理課程教學(xué)探討

        2019-10-18 08:54:59朱守琴王玉勤陳宇
        關(guān)鍵詞:教學(xué)思路

        朱守琴 王玉勤 陳宇

        摘要:基于金屬學(xué)與熱處理課程的性質(zhì)及特點(diǎn),文章在理論教學(xué)方面對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了合理的模塊化歸納,注重了專業(yè)課間的聯(lián)系;在實(shí)踐教學(xué)方面,以鐵碳合金金相試樣的制作與組織觀察為核心,將驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)與綜合型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了合理的搭配。文章通過(guò)對(duì)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討,提出了以鐵碳相圖為主線、成型為背景的教學(xué)思路。

        關(guān)鍵詞:金屬學(xué)與熱處理;鐵碳相圖;教學(xué)思路

        一、引言

        金屬學(xué)與熱處理是面向冶金及熱加工類專業(yè)開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)專業(yè)課,也是面向材料類專業(yè)開(kāi)設(shè)的核心專業(yè)課,是工科學(xué)生從事專業(yè)工作的必學(xué)課程之一。本課程抽象概念多,例如:晶格、柏氏矢量和變態(tài)萊氏體等。同時(shí),課程內(nèi)容也相對(duì)多,涉及面較廣,包括金屬學(xué)、塑性變形和熱處理等內(nèi)容。以本校為例,在學(xué)習(xí)本課程之前或者同時(shí)要學(xué)的課程有畫(huà)法幾何、大學(xué)物理、材料力學(xué)等,而這門課的后續(xù)專業(yè)課又有材料成型原理、塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)、鑄造工藝學(xué)等,本校的定位是培養(yǎng)地方應(yīng)用型人才,因此這門課程的名稱是工程材料及金屬工藝學(xué),注重的是工程材料的應(yīng)用,而鐵碳合金是工程材料的主要組成部分。因此,可以說(shuō)學(xué)好鐵碳合金是學(xué)好工程材料及金屬工藝學(xué)的關(guān)鍵,是掌握大部分工程材料性能的基礎(chǔ)。性能包括使用性能和工藝性能兩方面,鐵碳合金的性能具有一定的規(guī)律性。本課程中的鐵碳合金及鐵碳相圖的理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作能夠讓學(xué)生理解材料科學(xué)研究的四要素(性能、組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、加工工藝)及相互之間的關(guān)系,即組織結(jié)構(gòu)決定性能,而化學(xué)成分和加工工藝決定組織結(jié)構(gòu),為后續(xù)的專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

        二、理論教學(xué)

        根據(jù)這門課程前后的內(nèi)容分布的關(guān)系,現(xiàn)將金屬學(xué)與熱處理這門課分為兩個(gè)部分,具體內(nèi)容如圖1、圖2所示。從圖中可以看出鐵碳合金可以作為金屬學(xué)與熱處理這門課理論知識(shí)的應(yīng)用,也能反過(guò)來(lái)通過(guò)鐵碳相圖來(lái)解釋和說(shuō)明這門課的理論知識(shí)。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的重要工具,鐵碳合金是應(yīng)用廣泛的工程材料,因此學(xué)好鐵碳相圖是從事各類加工和熱處理工作的基礎(chǔ)。

        根據(jù)我校的辦學(xué)定位目標(biāo)——地方應(yīng)用型高校,滿足“厚基礎(chǔ),寬口徑,高素質(zhì)、強(qiáng)應(yīng)用”的專業(yè)要求,結(jié)合我校材料成型及控制工程的專業(yè)培養(yǎng)方案,工程材料及金屬工藝學(xué)這門課總共54課時(shí),理論42課時(shí),實(shí)驗(yàn)課12課時(shí),由于這門課內(nèi)容多,為了達(dá)到預(yù)期的效果,教學(xué)必須要做到重點(diǎn)突出,難點(diǎn)選學(xué)。由于這門課的概念抽象需要用具體的實(shí)例來(lái)講解,而鐵碳合金是最常見(jiàn)的工程材料,所以整個(gè)課程以鐵碳合金為主線。理論課時(shí)具體按下面表1安排。

        其中重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)是:第一,典型金屬的晶體結(jié)構(gòu);第二,晶體缺陷;第三,金屬結(jié)晶條件及晶核長(zhǎng)大規(guī)律;第四,二元合金相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶;第五,鐵碳相圖分析及應(yīng)用;第六,塑性變形及再結(jié)晶;第七,鋼的熱處理原理。難點(diǎn)是:第一,典型金屬晶體結(jié)構(gòu)及相關(guān)計(jì)算;第二,二元相圖的表示方法和分析方法;第三,鐵碳相圖點(diǎn)線區(qū)的意義、平衡結(jié)晶過(guò)程及其靈活應(yīng)用;第四,塑性變形機(jī)理及再結(jié)晶機(jī)制;第五,鋼的熱處理原理。對(duì)于重難點(diǎn)的講解多運(yùn)用實(shí)際例子,也要與前后內(nèi)容聯(lián)系。例如,位錯(cuò)的講解,位錯(cuò)作為線缺陷,是晶體結(jié)構(gòu)的重點(diǎn),也要與金屬的塑性變形相互聯(lián)系,在講解時(shí)要注意講解位錯(cuò)作為一種晶體缺陷,是理想晶體結(jié)構(gòu)的缺陷,但是在實(shí)際應(yīng)用中,位錯(cuò)會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)強(qiáng)化,對(duì)工程材料的強(qiáng)化起到了重要的作用。這樣學(xué)生更能將前后內(nèi)容融會(huì)貫通,并且能將理論知識(shí)與實(shí)際的工程材料聯(lián)系起來(lái)。

        三、實(shí)踐教學(xué)

        本課程是專業(yè)課,必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證理論,通過(guò)實(shí)踐來(lái)加深認(rèn)識(shí),因此,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本課程重要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一,占有極其重要的地位,是理論聯(lián)系實(shí)際的重要手段,也是學(xué)生掌握抽象理論的不可或缺的方法。本課程試驗(yàn)是12個(gè)課時(shí),安排三個(gè)驗(yàn)證型試驗(yàn)和三個(gè)綜合型試驗(yàn),具體的實(shí)驗(yàn)安排及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容見(jiàn)表2所示。

        實(shí)驗(yàn)一是硬度測(cè)量實(shí)驗(yàn),用兩種不同的方法測(cè)量試樣的硬度,目的是了解硬度測(cè)定的基本原理及應(yīng)用范圍,熟悉布氏、洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及操作方法,驗(yàn)證理論課中硬度的概念,主要的實(shí)驗(yàn)器材如圖3的a、d所示。實(shí)驗(yàn)二是金相顯微鏡的使用實(shí)驗(yàn),目的是掌握光學(xué)顯微鏡的構(gòu)造和實(shí)際操作方法,為日后觀察金相試樣打好基礎(chǔ),即為實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)四做好準(zhǔn)備,具體的實(shí)驗(yàn)器材如圖3的b所示。實(shí)驗(yàn)三是金相試樣的制備實(shí)驗(yàn),目的是了解制備金相試樣常用的設(shè)備、工具,初步掌握金相試樣的制備過(guò)程和方法,具體的實(shí)驗(yàn)器材如圖3的b、c所示,這個(gè)實(shí)驗(yàn)是分析材料的基礎(chǔ)操作,為材料的分析打下基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)四是鐵碳合金平衡組織觀察,目的是讓學(xué)生了解鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織,分析成分對(duì)鐵碳合金顯微組織的影響,從而理解成分、組織與性能之間的相互關(guān)系,主要的實(shí)驗(yàn)器材如圖3的b所示。實(shí)驗(yàn)五是低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn),目的是測(cè)定碳鋼的屈服極限σs、強(qiáng)度極限σb、延伸率δ、斷面收縮率ψ,觀察拉伸過(guò)程中的各種現(xiàn)象,自動(dòng)生成并打印拉伸圖(P-△L曲線)。主要的實(shí)驗(yàn)器材如圖3的f所示。實(shí)驗(yàn)六是熱處理實(shí)驗(yàn),目的是了解碳鋼熱處理操作,試退火、正火和淬火等熱處理前后45號(hào)鋼的硬度,觀察退火、正火和淬火等熱處理前后45號(hào)鋼的相和組織,推測(cè)相與硬度之前的關(guān)系,主要的實(shí)驗(yàn)器材如圖3的e、a、b所示。

        四、結(jié)論

        金屬學(xué)與熱處理作為專業(yè)課,內(nèi)容繁雜、概念抽象,但實(shí)用性很強(qiáng),學(xué)好這門課必須立足理論知識(shí),結(jié)合實(shí)驗(yàn),才能融匯貫通。文章結(jié)合金屬學(xué)與熱處理的課程地位,將教學(xué)分為理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué),以鐵碳合金為主線,讓理論知識(shí)深入淺出。

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