对《金属材料与热处理》中“铁碳合金相图”的教学见解

林颖

（江苏省徐州技师学院建筑工程系，江苏 徐州 221151）

【摘　要】“铁碳合金相图”表明了金属（铁碳合金）的组织和性能随成分、温度变化的规律。而且在铁碳合金相图可以帮助学生根据金属材料的成分推断其组织，根据组织定性分析其力学性能，另外在选材、铸造、锻造、焊接以及热处理等方面有广泛的应用。铁碳合金相图是学生全面认识碳钢、合金钢和铸铁的必要的工具，因此学生对铁碳合金相图掌握的好坏直接影响对本课程的学教学效果。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 同素异晶转变；铁碳合金的基本相；铁碳合金相图

《金属材料与热处理》是一门专业性较强、理论抽象概念较多的专业技术基础课。它在基础理论课与专业技术课之间起到承上启下的作用。该课程内容庞杂、理论性强、涉及知识面广，是一门综合性很强的课程。它要求学生通过系统的学习之后，能够掌握金属材料的成分、组织、热处理与金属材料性能之间的关系和变化规律并能够合理运用。全书的教学内容可分为两大方面，一是学习《金属材料与热处理》理论基础及基本原理，另一方面是理论知识的灵活运用。“铁碳合金相图”表明了金属（铁碳合金）的组织和性能随成分、温度变化的规律。而且在铁碳合金相图可以帮助学生根据金属材料的成分推断其组织，根据组织定性分析其力学性能，另外在选材、铸造、锻造、焊接以及热处理等方面有广泛的应用。铁碳合金相图是学生全面认识碳钢、合金钢和铸铁的必要的工具，因此学生对铁碳合金相图掌握的好坏直接影响对本课程的学习。我认为铁碳合金相图是全书的重点内容。

学生对知识的学习过程，是一个循序渐进的过程，需要学生在掌握基础知识的前提下对所学知识思考、理解、内化并能够在实践中灵活运用的从而使自己认识问题和解决问题的能力不断提高。职业学校的学生学习基础普遍较差，学习能力还有待培养。大部分学生的认知特点是形象思维长于逻辑思维对于理论知识更是感到枯燥无味而铁碳合金相图是一个理论性较强的知识，学生学起来更是难以理解，《金属材料与热处理》这门学科与生产实践紧密联系。由于受学校教学设备的和实验室的限制学生在学习过程中不能对实验数据进行处理和分析从实验中亲自绘出相图!并且相图包含内容较多，乍一看来——较多的点和线，学生学习起来往往感到千头万绪，不知从何入手，抓不住重点，对其理解起来较难。所以铁碳合金相图也是全书的难点。如何使学生够彻底地掌握铁碳状态图并应用到生产实践中我从教学中总结出如下几方面：

授课时要由浅入深、由表及里、层层阐述、前面所讲的为后面所学的知识的基础，后面所讲的知识又是前面知识的必然发展和结论。所以时刻注意知识的连贯性，循序渐进。在分析铁碳合金相图时要注意对纯铁的同素异晶转变、铁碳合金的基本相等基础知识的复习，由于内容较散、概念抽象为了便于学生理解和记忆，笔者进行归纳和总结 并通过公式将分散的知识有机的联系起来，使内容直观易懂，减轻了学生的理解和记忆负担。例如：在复习铁碳合金的基本相时设计了如下公式；

铁素体存在温度在912°C以下，而奥氏体A碳的溶解度较高 1148°C时最大达到2.11%在727°C时为0.77%渗碳体纯铁Fe3C的熔点在1227°C以下，含碳量碳量为6.69%珠光体P（F+Fe3C）的存在温度是727°C以下，含碳量：0.77%，P是A共析转变的产物。莱氏体Ld的存在温度：1148°C~727°C——Ld=A+Fe3C

纯铁的熔点是1538°C

共晶点：LC （A+Fe3C） 共析点：AS P（F+Fe3C）

铁碳合金相图分析及作图步骤

相图分析时以点和线为中心，依据液相的成分沿液相线变化，固相的成分沿固相线变化的结晶原理，围绕共析转变——共析线，共晶转变——共晶线，两个典型的转变过程（两条线）及线上两个典型的点——共析点、共晶点，推断其周围的点、线的含义及各区域对应的组织。

围绕二条平线（共晶反应线，共析反应线），六个关键点，画出简化铁碳合金相图。首先画学生很容易理解和接受的水平线（共析线、共析线）及竖直线(按奥氏体的溶碳能力、莱氏体的含碳量)然后在画点（特性点），接着连线（按相存在的温度范围和含碳量的范围进行连线），就可得到一个清晰完整的简化状态图。最后填写相组成物（先填写四个单相区，即铁素体区、奥氏体区、液相区与渗碳体区。再填写五个两相区。凡是两个单相区之间必夹有一个两相区，且该区中的两相分别为左右相邻两个单相区的相组成，填写时可按此规律由上至下，由左至右分别填写）。

例如：

1）画线：两条横向线有共晶线ECF1148°C温度线上所有点都会发生共晶转变。共析线PSK727°C温度线上所有点都会发生共析转变。对于三条纵向线分别是奥氏体A碳的溶解度：较高1148°C时最大为2.11%。

727°C时为0.77%那么首先：第一条线：以横坐标上含碳量2.11％为点画纵向线，交1148°C温度线于E（碳在奥氏体中最大溶解度点）第二条线：以横坐标上含碳量0.77％为点画纵向线，交727°C温度线于点S即共析点。莱氏体：是含碳量为4.3％的液态铁碳合金在1148°C时的共晶产物。第三条线：以横坐标上含碳量4.3％为点画纵向线，交1148°C温度线于点C即共晶点。

2）找点：912°C纯铁的同素异构转变点为G点。1127°C渗碳体的熔点为D点。1538°C为纯铁的熔点——A点。

3）连线：连接A、C、D点为液相线，连接A、E、C、F点为固相线，连接G、S（A3）为奥氏体与铁素体的相互转变线。

连接E、S（Acm）为碳在奥氏体中的溶解度线。

4）划分相图区域：分四个单向区：液相线ACD以上是液相区L，固相线AESG是奥氏体相区A，DFK：渗碳体相区Fe3CGPQ：铁素体相区F。

纵线4.3％：727°C～1148°C为Ld线左为A+Ld+Fe3CⅡ线右Ld＋Fe3CⅠ。

727°C以下为L’d线左为P+L’d+Fe3CⅡ线右为L’d＋Fe3CⅠ。

纵线0.77％：727°C以下为P线左为P+F线右为Fe3CⅡ＋P。

727°C以上，S点以左为A，S点以右为Fe3CⅡ。

ACD与AECF线之间为二向区：AEC相区为L+ACDF相区为A+ Fe3CⅡ。

通过以上层层讲解使复杂的相图简明化，在老师的启发引导下，采取边讲边画的互动式教学方法，一张完整的相图便轻松地完成了，避免了学生由蒙蒙胧胧的茫然不解而又不得已为应付考试而照葫芦画瓢的现象。总之，教学的过程中，我们要不断探索，深入研究，把握教材特点，开放思想，大胆实践，创造性地研究并使用教材，不断发现问题、解决问题。引导学生掌握有效的学习方法、掌握铁碳合金相图应用技巧，更好地搞好金属材料与热处理的教学工作。

［责任编辑：刘展］