摘要：本文根據(jù)技工學(xué)校學(xué)生的特點(diǎn)與本課程教學(xué)大綱的要求,對(duì)“金屬材料與熱處理”課程學(xué)習(xí)中存在的問(wèn)題,提出了以各種典型零件對(duì)其加工工藝性能、使用性能的要求,首先使學(xué)生弄清：成份(牌號(hào))——用途之間的關(guān)系(選材)，進(jìn)而能理性的分析:成份——組織——性能——用途之間的關(guān)系.
　　關(guān)鍵詞：感性認(rèn)識(shí)成份——組織——性能——用途熱處理
　　
　　“金屬材料與鋼的熱處理”是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生必需修的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,由于該課程較為抽象、微觀,使學(xué)生對(duì)該門(mén)課程知識(shí)的理解和掌握存有一定的難度,常常出現(xiàn)老師按教材順序教完“鋼的熱處理”內(nèi)容后，相當(dāng)多的學(xué)生仍“一團(tuán)霧水”的窘境，勤奮的同學(xué)靠死讀硬記，但真正能理解、并能理性分析的學(xué)生只是少數(shù)。如果說(shuō)：“機(jī)械制圖”“公差配合”與“數(shù)控編程”等課程是解決零（部）件“形”的問(wèn)題，而“金屬材料與鋼的熱處理”則是解決“質(zhì)”的問(wèn)題。
　　首先我們先分析本課程的主要內(nèi)容及重、難點(diǎn)。   
　　1、金屬的性能：包括使用性能與工藝性能兩部分，特別是力學(xué)性能部分，該內(nèi)容為本課程的重點(diǎn),但并非難點(diǎn),通過(guò)正常教學(xué)學(xué)生就基本可以理解。
　　2、金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)是本課程中較為抽象的環(huán)節(jié)，是教學(xué)中的難點(diǎn)，但并非全為重點(diǎn)。
　　3、合金相圖（鐵碳合金相圖）：是本課程的重點(diǎn),如鐵碳合金的基本相，鐵碳合金的分類(lèi),含碳量對(duì)鐵碳合金組織與性能的影響,但相圖分析及典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程是難點(diǎn),而并非重點(diǎn)。
　　4、鋼的熱理:是本課程的重點(diǎn),且又是難點(diǎn),特別是機(jī)械類(lèi)熱加工專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)更為重要。
　　5、常用金屬材料:是一般的了解內(nèi)容，不是難點(diǎn)與重點(diǎn)。
　　筆者認(rèn)為對(duì)技職校的學(xué)生來(lái)說(shuō),對(duì)與非重點(diǎn)的難點(diǎn)內(nèi)容不必面面俱到,要求學(xué)生全部搞清反而抓不住重點(diǎn)，增加學(xué)生的畏難情緒，適得其反。
　　技工學(xué)校機(jī)械類(lèi)各專(zhuān)業(yè)工種對(duì)本課程要求掌握的側(cè)重點(diǎn)不盡相同，但有一點(diǎn)：成份（牌號(hào)）—用途之間的關(guān)系是首先必須弄清的，而組織—性能—用途之間的關(guān)系是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，我采取從感性認(rèn)識(shí)到理性分析的教學(xué)方法，收到了較好的教學(xué)效果。
　　一、從感性認(rèn)識(shí)，找出切入點(diǎn)
　　首先分析鋼的用途與成份（牌號(hào)）之間的關(guān)系，明確強(qiáng)調(diào)“鋼”的用途主要根據(jù)含碳量（碳素鋼是如此，合金鋼也基本如此，可用于更重要的機(jī)件，而合金鋼包括合金滲碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼）。
　　機(jī)械零件（根據(jù)其使用性能要求進(jìn)行分類(lèi)）的主要類(lèi)型基本上有如下形式：
　　1、“外硬內(nèi)韌”性能要求的機(jī)械零件——如變速齒輪等
　　2、要求具有良好“綜合力學(xué)”性能的機(jī)械零件——如轉(zhuǎn)動(dòng)件、聯(lián)接件等
　　3、具有足夠的硬度與耐磨性的工件——如手動(dòng)工具（銼刀、絲錐等）
　　4、要求具有足夠耐硬度、耐磨性、紅硬性（并具有一定的強(qiáng)度與韌性）的零件——如：鉆頭、車(chē)刀等。
　　5、具有高的彈性極限與疲勞強(qiáng)度要求的零件——彈簧類(lèi)零件。
　　6、以及有局部性能要求的零件。
　　在教學(xué)中展示各種典型零件的坯料與成品，并通過(guò)提問(wèn)提示活躍教學(xué)氣氛，學(xué)生容易根據(jù)已學(xué)過(guò)的知識(shí)與感性認(rèn)識(shí)，比較容易地判斷應(yīng)選什么樣的材料（即用途——成份之間的關(guān)系）并加深理解碳素鋼牌號(hào)的含義。比如：
　　第1類(lèi)型零件，應(yīng)選用低碳鋼韌性好，為滿足外硬的性能要求，可進(jìn)行表面淬火滲碳、滲氮或軟氮化等表面熱處理及化學(xué)熱處理（實(shí)質(zhì)采用20號(hào)鋼或合金滲碳鋼）。
　　第2類(lèi)型零件，由于需傳遞較大的動(dòng)力，要求具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，故需選用中碳鋼，實(shí)際選用35~55號(hào)鋼對(duì)大型機(jī)件來(lái)說(shuō),為了提高淬透性（即臨界淬透直徑DC值）可選用合金調(diào)質(zhì)。
　　第3類(lèi)型零件，由于只要求具有高的硬度與耐磨性（對(duì)韌性一般沒(méi)有要求）故選用高碳鋼（碳素工具鋼或低合金工具鋼）。
　　第4類(lèi)型零件，由于高速切削加工產(chǎn)生高熱，一般碳素工具鋼不能滿足其對(duì)“紅硬性”的要求，故應(yīng)選用回火穩(wěn)定性較高低合金工具鋼或高速鋼（或硬質(zhì)合金）。后兩類(lèi)零件不再繁述。
　　理清（復(fù)習(xí)鞏固）了成份與用途的關(guān)系后，進(jìn)一步分析成份（牌號(hào)）——組織——性能——用途之間的關(guān)系。
　　二、化繁為簡(jiǎn)，逐步分析
　　（一）預(yù)備熱處理的目的及選用
　　1．從切削加工性能方面考慮
　　金屬材料的切削加工性能金屬材料的切削加工性能主要取決于其硬度（金屬材料最適宜的切削加工硬度值約在170~230HBW）。而在A1溫度以下，鋼的組織是由性能與工業(yè)純鐵相近的基體組織——鐵素體與高硬度（約950~1050HV）塑性、韌性幾乎為零、脆性極大的金屬化合物滲碳體兩基本相混合而成，隨含碳量增加滲碳體的相對(duì)量不斷增加，相對(duì)量較多的片狀或網(wǎng)狀的滲碳體顯然對(duì)切削加工過(guò)程不利，而低碳鋼塑性、韌性好，而硬度較低。
　　故高碳鋼宜采用球化退火使網(wǎng)狀滲碳體球化，而低碳鋼宜采用正火，可得到細(xì)珠光體（索氏體），提高其硬度有利于切削加工。
　　2．從消除(前道工序帶來(lái)的)組織缺陷方面考慮
　　學(xué)生從已學(xué)過(guò)的機(jī)械制圖中已經(jīng)知道機(jī)械零（部）件的“形”有四個(gè)類(lèi)型，即⑴軸類(lèi)、⑵盤(pán)類(lèi)、⑶叉架類(lèi)、⑷箱體類(lèi)。形狀較簡(jiǎn)單的零件可從原料（棒材或板材）上直接截取，而形狀較復(fù)雜的零件毛坯需經(jīng)過(guò)鋳造、鍛造或焊接成形，必然會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及成份偏析、疏松及晶粒粗大等等組織缺陷。為消除零件坯料中的隱患或組織缺陷，則可采用去應(yīng)力退火或正火（細(xì)化晶粒，均勻組織）或擴(kuò)散退火（成份均勻化）。
　　3．對(duì)不重要的機(jī)件正火后的力學(xué)性能能滿足其使用性能要求，則可作最終熱處理。
　　4．預(yù)備熱處理的工序位置
　　當(dāng)我們分析了預(yù)備熱處理的目的及選用后，學(xué)生很快就會(huì)明白預(yù)備熱處理的工序位置應(yīng)在毛坯成型后，機(jī)械粗（切削）加工之前。
　　（二）、最終熱處理的目的
　　1．淬火的主要目的
　　如果說(shuō)，預(yù)備熱處理改善了基本組織與滲碳體的形態(tài)、大小及分布狀態(tài)，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。而淬火則不但使?jié)B碳體這脆硬相消失（或部分消失）并改變了鋼的基體組織。亞共析鋼加熱到Ac3以上30°~50°保溫后滲碳體全部溶解于奧氏體相中（r-Fe晶格間隙中）。過(guò)共析鋼加熱到Ac1以上20°~40°保溫后仍有部分滲碳體末溶于奧氏體（有關(guān)淬火加熱溫度的選擇及淬火介質(zhì)的選擇需另以講解）在急冷后得到具有高強(qiáng)度、硬度（與含碳量有關(guān)）的，碳在α-Fe中的過(guò)飽和固溶體——馬氏體；或在馬氏體的基體上分布著細(xì)粒狀的滲碳體（過(guò)共析鋼淬火后的組織）。通過(guò)講解馬氏體的形成、組織與性能，加深了學(xué)生對(duì)“固溶強(qiáng)化”這個(gè)概念的了解，進(jìn)而分析含碳量對(duì)晶格畸變度的影響，即強(qiáng)度、硬度的影響（淬硬性），成份與選用等相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。
　　2.回火的目的及回火溫度對(duì)鋼件力學(xué)性能的影響
　　淬火鋼件由于是在急冷條件（水冷或油冷等）下冷卻會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。馬氏體、殘余奧氏體及非馬氏體組織都是非穩(wěn)定組織，則回火成為淬火鋼件必須的后續(xù)熱處理工序。
　　在回火過(guò)程中隨加熱溫度的提高鐵碳原子的動(dòng)能增加，內(nèi)應(yīng)力消除，殘余奧氏體或非馬氏體組織分解，碳原子不斷地從過(guò)飽和固溶體馬氏體中析出，以碳化物或滲碳體形式彌散分布在基體上，α-Fe晶格畸變度減輕或消失，力學(xué)性能也發(fā)生變化（主要取決回火溫度高低對(duì)基體組織與碳化物大小的影響）。
　　低溫回火——回火馬氏體，硬基體+硬質(zhì)點(diǎn)（馬氏體+極細(xì)微碳化物）
　　滿足作為工具鋼類(lèi)零件所需的力學(xué)性能。
　　中溫回火——回火托氏體，（鐵素體+極細(xì)粒狀滲碳體）
　　滿足彈簧類(lèi)零件使用性能要求（彈簧類(lèi)零件也可采用等溫淬火）
　　高溫回火——回火索氏體，軟基體+硬質(zhì)點(diǎn)（鐵素體+細(xì)粒狀滲碳體）
　　具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，滿足傳動(dòng)件使用性能要求。（如表面或某部位需提高其耐磨性，可進(jìn)行表面淬火）
　　3.最終熱處理的工序位置
　　淬火＋回火作為一般機(jī)件的最終熱處理，因淬火鋼件在淬火后會(huì)產(chǎn)生一定的變形及淬硬層深度有限等等原因，故其工序位置應(yīng)在機(jī)械粗（切削）加工之后，精加工或半精加工之前。
　　三、歸納總結(jié)，加深理解和記憶
　　從以上幾個(gè)階段的回火組織中可指導(dǎo)學(xué)生理性的歸納出：鋼淬火后回火其組織為碳化物（或滲碳體）夠高彌散度地分布于基體組織上（可起彌散硬化作用）。改變了原鋼坯料的金相組織改善其力學(xué)性能。通過(guò)以上綜合分析，使學(xué)生較能理性地認(rèn)識(shí)到常規(guī)熱處理的工序過(guò)程及主要目的。鐵具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)（內(nèi)因）。熱處理是創(chuàng)造一定的外因條件（如溫度、氣氛……等等），使其根據(jù)固有的規(guī)律發(fā)生我們所要的組織轉(zhuǎn)變。在實(shí)際生產(chǎn)工序過(guò)程中，為滿足（鋼）零件使用性能要求，應(yīng)先選擇合適的鋼料（成份），通過(guò)預(yù)備熱處理改善其工藝性能，粗加工后再進(jìn)行最終熱處理獲得滿足使用性能所要求的內(nèi)在組織所具備的性能。（表面熱處理只需簡(jiǎn)單講解學(xué)生不難理解）。
　　“鋼的熱處理”是本課程主要內(nèi)容和教學(xué)難點(diǎn)，本教材雖經(jīng)多次修訂再版，每次有關(guān)章節(jié)都作了部分刪減，概念、術(shù)語(yǔ)減少了，直觀性的插圖增加了，難度降低了，但主體的系統(tǒng)性，連貫性基本不變。對(duì)于技工學(xué)校非熱處理專(zhuān)業(yè)的機(jī)械類(lèi)各專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，直觀、實(shí)用的教學(xué)過(guò)程（或綜合分析）更易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對(duì)相關(guān)內(nèi)容的理解和認(rèn)識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)各知識(shí)點(diǎn)從感性認(rèn)識(shí)到理性分析。希與諸位從事本課程教學(xué)工作的同仁共同調(diào)研，以取得更好的教學(xué)效果。
　　參考資料
　　1.金屬材料與熱處理（第五版），全國(guó)中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校機(jī)械類(lèi)通用教材。中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社（北京）2007年
　　2.金屬工藝學(xué)（第二版），中等職業(yè)教育國(guó)家計(jì)劃教材。高等教育出版社（北京）1994年
　　3.金屬學(xué)機(jī)械工業(yè)出版社（北京）1977年
　　4.鋼的熱處理高等專(zhuān)業(yè)院校試用教材。高等教育出版社（北京）1977年