对金属材料与热处理教学的思考论文
【摘 要】本文将从《金属材料与热处理》课与技工学校轧钢专业课之间的联系，阐述对中国劳动社会保障部出版的技工学校第四版《金属材料与热处理》教材进行的几点教学处理建议。
【关键词】教学处理 理论基础轧钢生产
【Abstract】According to the relation between“Metal material and heat treatment”class and Steel rolling professional course in the technical school, this paper will give several suggestions at teaching disposal about teaching material“Metal material and heat treatment”（ed.4） published by Ministry of Labor and Social Security.PRC for the technical school
【Key word】Teaching treatment Theoretical foundation The steel rolling produces
一、前 言
众所周知，《金属材料与热处理》这门课是工科专业学生必修的专业基础课。针对每个专业自身的特点，笔者对这门课采取区别处理教材内容的教学方法，尽量做到突出重点，因材施教，减少学生在学习专业课时对金属学原理的模糊理解，使学生真正了解本专业在生产工艺制定上的依据所在，以便更好地掌握本专业的工艺技术要求。
俗话说：“万丈高楼平地起”，基础没打好，何以建高楼。同样的道理，没有把专业基础课讲深入、学透彻，怎么能更好地理解后面的专业课知识，因此专业基础课的讲授一定要精细而有针对性。本文将从《金属材料与热处理》课与技工学校轧钢专业课之间的联系，阐述对中国劳动社会保障部出版的技工学校第四版《金属材料与热处理》教材（以下简称“教材”）进行的几点教学处理建议，仅供参考。
二、“金属的塑性变形与再结晶”一章的教学处理
1．回复和再结晶
在《冷轧生产工艺》教学中，我们将会提到“在冷轧的过程中需要进行中间软化退火”，学生常常对此工艺过程很不解。究其原因，就是缺乏冷塑性变形对金属塑性与组织影响的深刻理解。
在轧制工艺中常常提及再结晶温度和再结晶退火。本教材“再结晶”这部分内容仅从概念的角度介绍，较抽象。学生对再结晶定义的理解易出现困难，对再结晶温度的概念更是弄不清楚。建议这部分内容尽可能多的采用有趣、直观、多样的方式进行启发式教学，比如我们可以举例班内每个同学相当于原子，整个班集体就好比我们所讲述过的晶格，“空位”相当于一个或几个同学缺勤，“间隙原子”相当于班内的某位同学未按排列整齐的座位去坐，而胡乱地坐在了某个位置，“错位”相当于几位同学位置错排..等等，多列举生活、生产中的实例，以学生为中心，活跃课堂气氛，将抽象、深奥的知识用生动形象的语言和举例，深入浅出地讲授给学生，使学生能够相对容易地理解和吸收，且能举一反三，应用到实际中，使学生能更多地感知知识、更牢地掌握知识，以达到“讲的透、学的活、记得住、用得上”的教学目标。
同时在轧钢班教学中，要让学生了解到再结晶温度不仅与金属的变形程度有关，还与金属的保温时间、金属中存在的杂质以及其原始晶粒大小都有关系。只有把影响再结晶温度的因素阐述清楚了，学生对再结晶温度才会有一个较为清晰的认识。这为热轧生产中的冷却工艺和冷轧生产中的再结晶退火工艺的讲解扫除了理论认知的障碍。
2．再结晶晶粒的大小
再结晶晶粒的大小是金属在压力加工生产中的重要问题之一，它将直接影响金属的使用性能、工艺性能以及表面质量。
教材只给出“再结晶晶粒长大应当注意避免”这一结论，对再结晶晶粒大小在轧制加工中的意义及相关影响因素缺乏分析，这往往给后续轧钢工艺中对加热温度、最大变形量的选择带来不必要的疑惑。
另外，还有必要通过实例说明，让学生了解影响再结晶晶粒大小与合金成分、原始晶粒大小、加热温度及时间、变形程度、加热速度都有密切关系。这为生产工艺课中讲解：“加热制度要遵循加热时间尽量短，加热速度尽量快的原则”提供了理论依据，学生在学专业课时才会知其所以然，从而更能激发学生探索知识奥秘的兴趣。
再比如“当加热温度一定时变形程度对再结晶晶粒的大小有一定影响”，这在冷轧生产中有重要的指导意义。通过对再结晶晶粒大小与变形程度的关系分析，让学生了解到轧件要在多大的变形程度下才能使金属产生再结晶，在什么条件下退火会得到极粗的晶粒，粗晶粒会使金属的力学性能降低，所以在实际冷轧生产中要避开临界变形程度，采取合适的变形量，以免造成再结晶后的粗晶粒。这样的讲解使我们的知识点有了连贯性，避免出现知识脱节现象。
3．金属组织的变化
（1）晶粒被拉长成纤维状的性能
冷轧后晶粒组织将发生变化，变化后性能如何？这就要求我们在讲解该部分内容时让学生了解到由于纤维组织的存在，变形金属的横向（垂直于延伸方向）机械性能降低，而呈现各向异性。
（2）亚结构细化
可通过较为形象的模型教学让学生了解到什么是亚结构，亚结构细化增加滑移阻力，引出形变强化产生的原因。
（3）变形织构
这个知识点在教材上没有提到，笔者认为在给轧钢专业的学生讲授金属的塑性变形这章时应补充这一内容。学生只有了解到这一知识点后，才能理解我们在冷轧生产中为什么要采用大轧制力轧制，需要润滑轧制等等轧制工艺的原因。
在教学中让学生了解到金属与合金经过冷变形后，由于出现变形织构而使金属呈现各向异性。在实际冷轧生产中，因为各向异性使金属在不同的方向显示着不同的力学性能，因而导致加工困难。通过这样的解释，学生对冷轧生产中的一些工艺要求就理解了。
（4）冷塑性变形产生残余应力
由于金属材料各部分发生不均匀变形而产生残余应力，在轧制生产中常需要通过一些热处理方法消除。有些热处理方法可全部消除残余应力，但有些热处理方法只能使一部分残余应力消除。学生会疑惑：“这是为什么？”这就需要通过给学生分析残留在金属材料内的应力的种类和特征，从而得到消除各类残余应力的方法也是不同的结论。在讲轧制工艺的精整热处理工序时，学生就懂得如何选择合适的`热处理方法，避免了学生对热处理方法的混淆与不理解。这个知识点也属于在轧钢班教学中需要补充的内容之一。
三、“铁碳相图及热处理原理”一章的教学处理
在热轧生产中，制定加热、轧制、精整的温度制度要用到较多的金属学及热处理的知识。
1．铁碳相图
铁碳相图是确定碳素钢轧制和冷却工艺的参考依据。在讲坯料的加热温度范围时，我们可能会提到由于各种钢的成分和组织不同，所以其加热温度范围也不同，同时也要注意到，我们生产中所用的坯料不仅仅是碳素钢，还有合金钢。教材中仅就一般的铁碳合金做了分析，但当我们对一些合金钢进行加热时，出现了温度范围或扩大或缩小的情况，学生由此产生疑惑。因此，对轧钢专业学生讲授该章节时，笔者认为根据钢在加热过程中的组织变化，不仅要重点分析碳钢最合适的温度范围区域，细化到亚共析钢、过共析钢的加热温度范围，而且还要分析合金钢的加热温度范围。因为合金元素加入钢中有的形成了合金碳化物（如 VC、 WC、MoC等）提高了钢的熔点，有的扩大奥氏体区，提高固相线；有的缩小奥氏体区，使固溶体的熔点改变。只有通过对不同钢种的加热温度范围的分析才能真正了解碳素钢和合金钢的加热温度范围。
2．钢的热处理原理
（1）钢在加热时的组织转变
在热轧生产中要求严格控制开轧温度、卷取温度、冷却速度，才可能得到晶粒大小、形状均匀的产品，这就要求学生了解奥氏体晶粒度控制的方法。教材中阐述的是如何使钢奥氏体化，在给轧钢专业学生讲课时笔者补充了如何控制奥氏体晶粒度的方法，这对学生理解掌握轧钢生产工艺是有一定帮助的。
（2）钢在冷却时的组织转变
轧钢生产中往往要根据产品使用性能的要求来制定生产工艺，以获得用户满意的组织，这就要求生产者了解具有不同强度、硬度、塑性和韧性的不同组织状态。教材中讲述了奥氏体、铁素体、渗碳体和珠光体的性能和结构特点，它们都是在平衡状态下得到的组织，我们把它们称为平衡组织。此外，在非平衡状态下（如连续冷却条件下）还会出现一些非平衡组织，如贝氏体、马氏体，教材中介绍得较为简略，笔者认为针对轧钢专业的学生，这部分内容可做更为深入的了解，让学生熟悉掌握各种组织的形态及力学性能。同时，让学生了解到由于加入不同的合金元素可以改变合金钢的相变温度及范围，成分组织不同，其轧制工艺特点不同，对某些缺陷的倾向性也不同，但总有某些钢种在加热、冷却以及压力加工过程中，其工艺特征和对缺陷的倾向性有相同的规律性，所以如果按钢在加热或冷却时是否有组织转变和在室温下钢的主要金相组织进行分类，了解这些钢的特点及在轧制生产中易出现的缺陷，找到规律就可制定出更为合理的轧制工艺过程。
四、结束语
教材中“金属的塑性变形与再结晶”和“铁碳相图及热处理原理”这两章是与轧钢工艺联系非常密切的内容，通过教师在授课过程中对这两个章节内容的扩展与深入分析，使轧钢专业学生所学的金属学知识更有针对性，也使学生在以后的专业课学习中对工艺的理解更为深入与透彻。
以上是笔者在几年的专业基础课和专业课的教学实践中产生的一些思考，并对其提出几点建议，仅供商榷。
参考文献
1中国劳动社会保障部 .金属材料与热处理， 2001
2 型钢生产工艺 .冶金工业出版社， 2002
3 板带钢生产 .兵器工业部出版社， 2003
4 高速线材生产 .兵器工业部出版社， 2003
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