铁碳合金平衡组织实验报告

 

第二篇：金相图

铁碳金相图教学方法我见

——口诀法和形象记忆法在金材教学中的尝试

摘要：金属材料的热处理在机电专业中占有相当重要的地位，应用广泛，实用价值大，而铁碳金相图是金属材料中最常用的钢、铁热处理的理论依据。本文中着重概述了如何在课堂教学过程中用的口诀法和形象记忆法快捷地记住铁碳金相图，并有效地分析各种状态下铁碳合金的力学性能，。教学的步骤为：钢铁成分构成及物理性能和特点分析      金相图主要特征点及特征线物理含义分析      金相图中各项内容的巧记      铁碳合金的结晶和析出过程中结构的变化。主要的教学思路是在巧妙地记住状态图的基础上再展开分析，从而达到学生真正理解和掌握铁碳金相图的目的；同时对上述教学方法进行了教学评估，从而证明了这种教学方法可行性和有效性。

关键词：金相结构及物理性能  铁碳金相图特征点、特征线  铁碳金相图的巧记  口诀法  形象记忆法

正文：

《金属材料与热处理》中的工艺、技术在机械行业中占有相当重要的地位，但和其它课程相比相对来讲较为枯燥乏味，偏重于要学生死记硬背，学生难学懂学会，因此，如何教会学生使用巧妙的记忆法，且能激发学生的学习积极性，使学生在理解的基础上灵活有效地记忆并掌握本课程内容是值得研究探讨的问题。铁碳状态图是本课程教学中的重中之重，是常用金属材料—钢、铁热处理的理论依据，它涉及的内容多，而学生的化学基础又比较薄弱，理解困难，不易熟记，教学过程困难重重。笔者在教学过程中试用口诀法、形象记忆法教学进行尝试，分以下几个步骤进行，并收到了良好的教学效果，

供同行参考：

一、理解和掌握钢铁成分的构成及物理性能和特点。

学习本内容之前首先要对金属的同素异构转变情况作一复习回顾，掌握纯铁的几种晶格结构特点，在此基础上分析铁碳结构的构成及特点。

铁碳合金的基本组织由铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体构成，可用口诀的方法要学生背诵记忆：

铁素体、体心格、含碳量、少又少、塑而韧。

奥氏体、面心格、溶碳性、比较强、塑性好。

渗碳体、斜方体、碳化铁、硬而脆、塑性差。

珠光体、混合物、铁加渗、抗拉压、有塑性。

莱氏体、混合物、奥加渗、硬度高、塑性差。

通过上述方法，使学生对成分不同的各种组织的构成和物理性能有了定性的了解和掌握，教师还应对各种铁碳组织具体结构进一步分析，如铁素体的“含碳量、少又少”，指最大溶碳量是0.0218%，奥氏体的“溶碳量、比较强”，指最大溶碳量可达2.11%，及铁素体和奥氏体溶碳量不同的原因；渗碳体的含碳量是6.69%碳化铁。同时要强调组织结构的含碳量不同是造成其力学性能不同的重要原因，含碳量从少到多，其塑性将由好至差、硬度由从软至硬变化，从而使学生较为清晰地理解材料成分对其力学性能的影响，初步学会对材料力学性能的分析。

二、理解和掌握金相图主要特征点的物理含义

经简化后的铁碳金相图如图1所示、各特征点的含义如下：

A——纯铁熔点

C——奥氏体、渗碳体共晶点

D——渗碳体熔点

E——碳在γ—Fe中的最大熔解度

G——纯铁的同素异构体转变点

S——铁素体、渗碳的共析点

记忆方法如下：

A为纯铁熔点；C为奥渗共晶；D为渗碳熔点；E为碳铁（γ）极熔

G为同异转变；S为铁渗共析。

当然，上述表述还不够清晰、全面，背诵过程中还应要求学生进行理解记忆，对照原意反复熟记，才能不致于误解原意，但由于排比句方法归纳，无疑可大大巩固学生的记忆，提高学习效率。

三、理解和掌握金相图特性线的物理含义：

  各特征线的物理含义如下：

1、ACD——液相线

2、AECF——固相线

 

1538

 

  3、GS线——冷却时，从不同含碳量的奥氏体中析出铁素体的开始线。

  4、ES线——碳在γ—Fe中的溶解度线。

  5、ECF线——共晶线L_C           （A+Fe₃C）。

  6、PSK线——共析线。A_S          （F+Fe₃C）。

为便于记忆，可将各特征线进行排列，次序为如图所示从上到下，从左到右，依次为从1~6排列（如图2所示），记忆方法如下：

1为液相线；2为固相线；3为铁析线；4为碳熔线；5为共晶线；6为共析线。

通过述排列对照图1中各区域存在的金相，较为清晰地明确金相变化情况。

四、对金相图中各项内容的记忆：

1、对金相图框架结构的巧记：

   对照图2，1线形型和3线连4线形如同大雁和小雁，5线6线线型为不同高度和长度的二条直线，我编一个口诀如下，对照原图，让学生边背边画，画出金相图基本形状（如图3所示）：

天方方，地平线，海岸线，小雁大雁比翼飞，一根丝线两相连。

 

采用此形象画法结合图1进行三次左右的练习，便可使学生掌握图象的画法。

2、对各温度点的巧记：

各温度点从上到下分别为：1538，1227，1148，912，727。可利用其谐音，以“吃”为主题编成口诀：

  （1538）要吾三伯，（1227）要儿儿吃，（1148）要要四伯（吃），就要儿（吃），（727）吃儿吃。

  主题表达的形象内容为：“要谁吃，要吾三伯，要儿儿吃，要要四伯吃？就要儿（与要儿儿吃相对应）吃、儿吃！！！。”

  3、对各对应点含碳量的巧记：

  各对应点含碳量依次为：0.77%，2.11%，4.3%，6.69%,也利用谐音法,也以“吃”为主题编成口诀:

  （0.77）爹吃吃，（211）儿噎噎，（4.3）四爹洒，(669)乐乐酒。

  主题表达的形象内容为：“爹吃东西，娘被噎，四爹很高兴，于是洒乐乐酒”。

由于图中最高含碳量为6.69%,于是211，669应理解为2.11%，6.69%。

4、对各区域存在金相组织的巧记：

可主要对①区至⑦区进行分析，如图1所示，将1①区至⑦区分为共晶线以下和以上二个部分，共晶线以下部分为①至④，以上为⑤至⑦。

1）①至④存在的金相组织：

  如图1所示，依次为①区：珠光体、铁素体；②区：珠光体、二次渗碳体；③区：珠光体、二次渗碳体、莱氏体；④区：莱氏体、一次渗碳体。可简化为：珠铁（①区），珠莱渗（②区），莱渗。于是可利用谐音编成口诀：

珠铁，珠生,珠来生，来生。

所表达的形象内容为“有一个叫珠铁的人，是姓珠的生的，于是有：珠铁，珠生,珠来生，来生。”含碳量0.77%和4.3%对应点上方还存在珠光体和莱氏体,可在口诀上再加上珠来（珠来到了世上），便有:

珠铁，珠生,珠来生，来生,珠来。

2)⑤至⑦存在的金相组织:

依次为⑤区:奥氏体、渗碳体；⑥区：奥氏体、莱氏体、渗碳体；⑦：莱氏体、渗碳体。同理可编为口诀：

奥生，奥来生，来生。

所表达的形象内容为：“一个姓奥的人说是她生的，于是有：奥生，奥来生，来生。”

  由于主要的几个区域的金相组织已可记住，其它区域的金相结构相对较为简单，结合金相图就不难记住，这里不再累述。

五、学会对铁碳合金的分类：

  在记住金相图的基础上便可对铁碳合金进行分类如图1所示：

(1)钢  ①区和②区为钢,又可分为：

①区——亚共析钢  0.0218% < C <0.77%

②区——过共析钢  0.77% < C < 2.11%

交界处——共析钢  C=0.77%

（2）白口铸铁  ③区至④区为白口铸铁

③区——亚共晶白口铸铁  2.11% ≤ C < 4.3%

④区——亚共晶白口铸铁  4.3% < C < 6.69%

交界处——共晶白口铸铁  C=4.3%

六、掌握铁碳合金的结晶和析出过程中结构的变化

  可以“晶”和“析”二个字为突破口进行分析，“晶”则是液态变为固态，液固共存则为部分结晶，固体则为全部结晶；“析”则为从一种金相组织中析出另一种(或一种以上)的金相组织；万变不离其宗，由于其基本的化学元素是由铁和碳构成，而铁碳合金在室温下的组织都是由铁素体和渗碳体组成，之所以有不同的金相主要是由温度和含碳量二个因素决定，可结合金相图分析各种情况下金相情况的变化（略）。

  同时，要强调铁碳组织成分与性能的关系，图1中①区至④区随着含碳量的增加，铁素体将逐渐减少，而渗碳体将有所增加，随着含碳量的变化，相互组合的形态也要发生变化，于是便有了从①区至④区相应的合金组织。

  同时要指出含碳量虽是钢的力学性能的一个重要标志（含碳量越高，钢的硬度越高，而塑性和韧性越低），但组织结构对强度也有很大影响，如：当含碳量超过0.9%时由于二次渗碳体呈明显网状,使钢的强度反而降低。

  七、教学效果评估

  为了测试用这种教学方法实施课堂教学的效果，笔者在所任的几个平行班级作了试验，将其中的一个班用这种方法实施教学，另几个班按常规的教学方法实施教学，发现前者掌握情况良好，具体体现如下：

  1、课堂气氛活跃，原来死气沉沉、照本宣读的金材课，换了一种情形，学生反应热烈、新鲜好奇，如在画金相图图形时，学生和教师一边背“天方方、地平线、海岸线…”，一边画，学生在几分钟内就把图形记住了，合上书本，现场要学生来画，正确率几乎达100%，其它要记忆的内容情况也相类似，明显地提高了课堂效果。

2、在课后许多学生也在不约而同时地议论课堂内容，不住地在背诵诸如:“爹吃吃，儿噎噎…”，极大地调动了学生的学习积极性和主动性。

3、本内容上完后，进行分班同时考查，前者平均分达85.6分，后者仅为65分，有明显的差异，说明了上述教学方法的可行性及有效性。

八、教学过程中的注意点：

1、因为上述方法是笔者在实施铁碳金相图教学过程中的一种尝试，而有些口诀的内容是笔者为了使学生便于记忆而编造的一种“谎言”，这点务必强调。

2、根据人类的记忆特点，第一次记忆后，要巩固记忆，还需反复记忆，因此在上完本课程内容后的三至五天后，再要学生反复记忆几次，这样学生就可牢固记住了金相图，便可终生受用。

3、学生记住整个金相图之后，还应对各含碳量不同的铁碳组织随温度变化情况作透彻分析，才能使学生真正理解掌握。

笔者在本文中主要概述的是对金相图的记忆，即先记住图的内容，再展开分析，从上述采用教学方法来看，似乎有点带“歪门邪道”。但笔者认为所谓“教学”是要教学生如何“学”和尽快“会”，掌握教师需传授的知识，教法是否行当的评价应以学生理解掌握情况来评价，只要有利于学生理解掌握，各种方法都可尝试。“条条道路通罗马”，对金相图，能如何教得好，教得活，每一位教师一定有不同的想法和教法，但合理地施之以口诀法和形象记忆法无疑可十分有效地提高学生的学习积极性和主动性，使学生在各个区域存在各种金相组织一清二楚，从而达到全面理解和掌握金相图目的,故上述教法也不失为一种新的尝试和突破。

参考文献：全国中等技术学校机械类专业通用教材第四版《金属材料与热处理》

（中国劳动社会出版社出版）。