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“金属材料与热处理”是技工学校机械类专业的一门专业基础课，其课程中的铁碳合金相图（以下简称相图）一节所涉及的内容具有概念多、理论性强、抽象等特点，具有教与学的双重难度，往往是教师教得累，学生学得苦。如何避免这种现象，争取更好的教学效果呢？笔者结合教学实际谈些自己的体会。
一、识图
对初学者来说，相图是非常陌生而深奥的新概念，因此教师应先对学生进行必要的启蒙教育。在明确相图的概念时，教师要强调研究相图的重要作用，提醒学生引起高度重视，并做好啃 “硬骨头”的心理准备，端正学习态度。
教师切莫急于求成，不能一把相图挂出来就开始介绍，而是要采取循循善诱的方法，防止挫伤学生的积极性。例如，教师把源于最初图形的5个区Fe-C化合物组成的相图一边讲解一边画在黑板上，使学生从中明白图中稳定的化合物可以作为独立的组元，由于铁碳二元素相互作用形成了不同性能的合金材料，当含碳量大于5%时，铁碳合金材料实用价值不大（脆性大）。因为在实际生产中只能采用能用的材料，因此就仅限于对Fe-Fe3C部分进行研究，即含碳量为0%～6.69%的范围内，这就是人们常说的相图。教师可进一步把此图形顺利演变成现在能用的较复杂的相图图形，自然而然地呈现在黑板上。同时教师也要指出，该相图中省略了用处不大的左上角和左下角两处，才成为现在的所谓简化后的Fe-Fe3C相图图形。教师要及时强调图上的坐标具有的象征性标志意义，如在两侧的坐标分别表明着纯铁的固有属性，而横坐标则表明了部分铁碳组织的碳含量。这样步步深入的过程有利于培养学生边绘图边识图的技巧和分析相图的清晰思路，为下一步理解相图打下良好的基础。
二、解图
1.注重解析相图中重要的点、线的意义
这部分为相图的重点内容，教师在授课时要精心设计，重点突破。对于重点内容，教师应注重其特性和实用意义的讲解。在学生对相图有了一定的认识基础之后，教师要因势利导，把学生的注意力引向理解相图中的7个特性点和6条特性线上，以及钢部分与奥氏体邻近区域及以下几个区域的组织上来，针对问题进行重点解析，突出强调这些内容与生产实践的密切联系。例如，奥氏体与共晶点，共析点，A1、A3、Acm3个常用线之间存在着的顺逆转变的关系，将对钢铁材料的合理使用，各种热加工工艺及工艺废品的分析等都具重要的指导意义。在教学的过程中，教师要善于运用创新手段开展教学活动，多做实验、合理利用多媒体等，这样有助于加深学生理解，从而取得事半功倍的教学效果。
2.区域的组织特征辨别
铁碳合金结晶后的固态组织结构不尽相同，教师要利用显微镜让学生观察其组织结构的特征，辨别差异。教师要告知学生，正是这些不同的差异决定了其力学性能的不同，从而决定了材料能否在使用中发挥效能。搞清显微组织的结构特点，查清其原因，做出正确判断，无疑对材料的改性等工艺以及追求最佳决策方案具有非常重要的指导意义。
三、画图
实践证明，为了巩固教学效果，教学过程中师生一起边吟（相图决）、边画、边讲，互相交流绘图技巧，是行之有效的方法之一。所谓“熟能生巧”，练多了，学生自然就掌握了画图方法，强化了对相图的理解，无形中使学生沉浸在想象相图的意境中，欣赏画图成果，随时反映相图特征，为今后的学习和工作打下扎实的功底。
四、归纳
通过对相图的学习，一些学生会感到所要掌握的知识太多、太散，难以构成知识链，时间一长就摸不着头脑了。于是他们就想把学过的课程浓缩成精华，编辑成易于掌握的资料，以便于今后的学习和工作参考，这就需要教师出面帮助解决了。教师把所讲过的课程进行必要综合，可采用图表之类的形式推荐给学生。
五、应用
综上所述，学生应当明白，相图表明了含碳量不同时，其组织、性能的变化规律也提示了相图中的不同成分在不同温度下组织和性能的变化。正因为如此，教师更应着重强调这些钢铁材料在生产实践中广泛应用的重要依据。教师可以从以下几个方面加以说明。
1.在选材方面的应用
铁碳合金相图总结了铁碳合金的平衡组织和性能随成分变化的规律，为按力学性能要求进行零件的选材提供了依据。对于要求塑性、韧性好的建筑结构构件和各种型钢等应选碳质量分数较低、铁素体组织多的钢材，即碳质量分数小于0.25%的低碳钢；对强度、塑性、韧性都有较高要求的机械零件应选用碳质量分数适中的中碳钢；对要求高硬度、高耐磨性的各种工具则应选碳质量分数高的钢种。白口铸铁硬度高、脆性大，不能进行切削加工及锻造成形，应用很少，但其耐磨性很高，可用于少数需耐磨而不受冲击的零件（如拔丝、轧辊、球磨机的磨球等）。随着生产技术的发展，对钢铁材料的要求不断提高，因此，铁碳合金相图可作为材料研制中预测其组织的基本依据，还可在碳钢中加入合金元素改变共析点的位置，从而提高钢的硬度和强度。
2.在铸造工艺方面的应用
相图标明了不同成分钢和铸铁的熔点，根据相图可以合理地确定合金的浇注温度，浇注温度一般在液相线以上50°C～100°C。而且从相图上还可以看出，纯铁和共晶合金的铸造性能最好，能获得优质铸件，所以铸造合金成分常选在共晶成分附近。在铸钢生产中WC=0.15%～0.60%时结晶温度区间较小，铸造性能相对较好，所以常被选用。
3.在锻轧工艺方面的应用
由于奥氏体具有良好的塑性变形能力，因此，钢的锻造或轧制选在单相奥氏体区适当的温度范围内进行。一般始锻温度控制在固相线以下100°C ～200°C，不能过高，否则，易引起钢材氧化严重、过热或过烧。始锻温度也不能过高或过低，以免奥氏体晶粒粗大或钢材塑性变差而导致裂纹。一般对亚共析钢的终锻（轧）温度控制在稍高与GS线即A3线；过共析钢控制在稍高于PSK线即A1线。实际生产中，各种碳钢的始锻（轧）温度为1150°C～1250°C，终锻（轧）温度为750°C～850°C。
4.在焊接工艺方面的应用
由于焊接工艺的特点是对焊接材料进行局部加热、熔化并冷却结晶，使焊件上不同的部位处于不同的温度条件下，而整个焊缝区相当于经受一次冶金过程或不同加热规范的热处理过程而出现不同的组织，引起性能不均匀。根据Fe-Fe3C相图可分析碳钢焊缝组织并用适当的热处理来减轻或消除组织不均匀而引起的性能不均匀，或选用适当成分的钢材来减轻焊接过程对焊缝区组织和性能产生的不利影响。
5.在热处理工艺方面的应用
Fe-Fe3C相图对于钢的热处理工艺的制定有极为重要的意义，各种热处理工艺的加热温度都是以相图上的临界点A1、A3、Acm为依据的，具体详见下述：
应用Fe-Fe3C时应注意以下两个方面的问题：①铁碳合金相图中仅有铁碳两种元素，而工程上使用的铁碳合金，除铁、碳两种元素外，尚有其他多种杂质或合金元素，这些元素对相图会有所影响；② Fe-Fe3C相图虽然表示了铁碳合金在不同温度下的组织状态，但这种组织是以极慢冷却速度冷却得到的平衡组织，而生产实践中，冷却速度不可能如此缓慢，在冷却速度较快时，合金的相变临界点及冷却后的组织与相图中所表示的不同。归根到底，其目的在于使学生获取更多具有实用价值的知识，对今后钢铁材料的合理使用、各种热加工工艺的制定及工艺废品的分析提供了理论依据。我们有理由相信，只要学生充分发挥所掌握的知识，将来就能在自己的工作岗位上做出自己应有的贡献。
（责编 王鹏飞）
一、识图
对初学者来说，相图是非常陌生而深奥的新概念，因此教师应先对学生进行必要的启蒙教育。在明确相图的概念时，教师要强调研究相图的重要作用，提醒学生引起高度重视，并做好啃 “硬骨头”的心理准备，端正学习态度。
教师切莫急于求成，不能一把相图挂出来就开始介绍，而是要采取循循善诱的方法，防止挫伤学生的积极性。例如，教师把源于最初图形的5个区Fe-C化合物组成的相图一边讲解一边画在黑板上，使学生从中明白图中稳定的化合物可以作为独立的组元，由于铁碳二元素相互作用形成了不同性能的合金材料，当含碳量大于5%时，铁碳合金材料实用价值不大（脆性大）。因为在实际生产中只能采用能用的材料，因此就仅限于对Fe-Fe3C部分进行研究，即含碳量为0%～6.69%的范围内，这就是人们常说的相图。教师可进一步把此图形顺利演变成现在能用的较复杂的相图图形，自然而然地呈现在黑板上。同时教师也要指出，该相图中省略了用处不大的左上角和左下角两处，才成为现在的所谓简化后的Fe-Fe3C相图图形。教师要及时强调图上的坐标具有的象征性标志意义，如在两侧的坐标分别表明着纯铁的固有属性，而横坐标则表明了部分铁碳组织的碳含量。这样步步深入的过程有利于培养学生边绘图边识图的技巧和分析相图的清晰思路，为下一步理解相图打下良好的基础。
二、解图
1.注重解析相图中重要的点、线的意义
这部分为相图的重点内容，教师在授课时要精心设计，重点突破。对于重点内容，教师应注重其特性和实用意义的讲解。在学生对相图有了一定的认识基础之后，教师要因势利导，把学生的注意力引向理解相图中的7个特性点和6条特性线上，以及钢部分与奥氏体邻近区域及以下几个区域的组织上来，针对问题进行重点解析，突出强调这些内容与生产实践的密切联系。例如，奥氏体与共晶点，共析点，A1、A3、Acm3个常用线之间存在着的顺逆转变的关系，将对钢铁材料的合理使用，各种热加工工艺及工艺废品的分析等都具重要的指导意义。在教学的过程中，教师要善于运用创新手段开展教学活动，多做实验、合理利用多媒体等，这样有助于加深学生理解，从而取得事半功倍的教学效果。
2.区域的组织特征辨别
铁碳合金结晶后的固态组织结构不尽相同，教师要利用显微镜让学生观察其组织结构的特征，辨别差异。教师要告知学生，正是这些不同的差异决定了其力学性能的不同，从而决定了材料能否在使用中发挥效能。搞清显微组织的结构特点，查清其原因，做出正确判断，无疑对材料的改性等工艺以及追求最佳决策方案具有非常重要的指导意义。
三、画图
实践证明，为了巩固教学效果，教学过程中师生一起边吟（相图决）、边画、边讲，互相交流绘图技巧，是行之有效的方法之一。所谓“熟能生巧”，练多了，学生自然就掌握了画图方法，强化了对相图的理解，无形中使学生沉浸在想象相图的意境中，欣赏画图成果，随时反映相图特征，为今后的学习和工作打下扎实的功底。
四、归纳
通过对相图的学习，一些学生会感到所要掌握的知识太多、太散，难以构成知识链，时间一长就摸不着头脑了。于是他们就想把学过的课程浓缩成精华，编辑成易于掌握的资料，以便于今后的学习和工作参考，这就需要教师出面帮助解决了。教师把所讲过的课程进行必要综合，可采用图表之类的形式推荐给学生。
五、应用
综上所述，学生应当明白，相图表明了含碳量不同时，其组织、性能的变化规律也提示了相图中的不同成分在不同温度下组织和性能的变化。正因为如此，教师更应着重强调这些钢铁材料在生产实践中广泛应用的重要依据。教师可以从以下几个方面加以说明。
1.在选材方面的应用
铁碳合金相图总结了铁碳合金的平衡组织和性能随成分变化的规律，为按力学性能要求进行零件的选材提供了依据。对于要求塑性、韧性好的建筑结构构件和各种型钢等应选碳质量分数较低、铁素体组织多的钢材，即碳质量分数小于0.25%的低碳钢；对强度、塑性、韧性都有较高要求的机械零件应选用碳质量分数适中的中碳钢；对要求高硬度、高耐磨性的各种工具则应选碳质量分数高的钢种。白口铸铁硬度高、脆性大，不能进行切削加工及锻造成形，应用很少，但其耐磨性很高，可用于少数需耐磨而不受冲击的零件（如拔丝、轧辊、球磨机的磨球等）。随着生产技术的发展，对钢铁材料的要求不断提高，因此，铁碳合金相图可作为材料研制中预测其组织的基本依据，还可在碳钢中加入合金元素改变共析点的位置，从而提高钢的硬度和强度。
2.在铸造工艺方面的应用
相图标明了不同成分钢和铸铁的熔点，根据相图可以合理地确定合金的浇注温度，浇注温度一般在液相线以上50°C～100°C。而且从相图上还可以看出，纯铁和共晶合金的铸造性能最好，能获得优质铸件，所以铸造合金成分常选在共晶成分附近。在铸钢生产中WC=0.15%～0.60%时结晶温度区间较小，铸造性能相对较好，所以常被选用。
3.在锻轧工艺方面的应用
由于奥氏体具有良好的塑性变形能力，因此，钢的锻造或轧制选在单相奥氏体区适当的温度范围内进行。一般始锻温度控制在固相线以下100°C ～200°C，不能过高，否则，易引起钢材氧化严重、过热或过烧。始锻温度也不能过高或过低，以免奥氏体晶粒粗大或钢材塑性变差而导致裂纹。一般对亚共析钢的终锻（轧）温度控制在稍高与GS线即A3线；过共析钢控制在稍高于PSK线即A1线。实际生产中，各种碳钢的始锻（轧）温度为1150°C～1250°C，终锻（轧）温度为750°C～850°C。
4.在焊接工艺方面的应用
由于焊接工艺的特点是对焊接材料进行局部加热、熔化并冷却结晶，使焊件上不同的部位处于不同的温度条件下，而整个焊缝区相当于经受一次冶金过程或不同加热规范的热处理过程而出现不同的组织，引起性能不均匀。根据Fe-Fe3C相图可分析碳钢焊缝组织并用适当的热处理来减轻或消除组织不均匀而引起的性能不均匀，或选用适当成分的钢材来减轻焊接过程对焊缝区组织和性能产生的不利影响。
5.在热处理工艺方面的应用
Fe-Fe3C相图对于钢的热处理工艺的制定有极为重要的意义，各种热处理工艺的加热温度都是以相图上的临界点A1、A3、Acm为依据的，具体详见下述：
应用Fe-Fe3C时应注意以下两个方面的问题：①铁碳合金相图中仅有铁碳两种元素，而工程上使用的铁碳合金，除铁、碳两种元素外，尚有其他多种杂质或合金元素，这些元素对相图会有所影响；② Fe-Fe3C相图虽然表示了铁碳合金在不同温度下的组织状态，但这种组织是以极慢冷却速度冷却得到的平衡组织，而生产实践中，冷却速度不可能如此缓慢，在冷却速度较快时，合金的相变临界点及冷却后的组织与相图中所表示的不同。归根到底，其目的在于使学生获取更多具有实用价值的知识，对今后钢铁材料的合理使用、各种热加工工艺的制定及工艺废品的分析提供了理论依据。我们有理由相信，只要学生充分发挥所掌握的知识，将来就能在自己的工作岗位上做出自己应有的贡献。
（责编 王鹏飞）