“工程材料及成型技术基础”课程的综合教学方法
高 旭，陈晓红
【摘 要】“工程材料及成型技术基础”课程内容多而繁杂，理论抽象难于理解，各知识点分散，不便于记忆，学生掌握相互联系难度较大。针对课程教学中的这些问题，提出一种综合教学方法，建立起各章内容的内在联系，以相图为主线，用相图指导选材和各种工艺，总结防止产生应力变形与裂纹的各种工艺方法，用典型零件将从选材到成型工艺再到热处理工艺课程内容串联起来，找出各类零件结构工艺性的通用规律及各自特点，从而有助于学生理解与记忆，抓住重点及难点，达到良好的教学效果。 【期刊名称】辽宁科技大学学报 【年(卷),期】2013(036)003 【总页数】4
【关键词】工程材料；成型技术；相图
在机械设计制造过程中，正确选择材料是提高产品质量、降低成本、节约能源和开发新产品的重要环节。材料知识是机械工程师应必备的知识［1－4］。“工程材料及成型技术基础”是机械类专业的一门重要专业基础课，是从基础课学习过渡到专业课学习的衔接课程［5］。课程要求学生掌握有关工程材料的基本理论以及性质和用途，零件加工及成型工艺的基础理论以及特点和应用；了解常用材料成分和组织性能与改性工艺和加工工艺间的关系；使学生初步学会选用材料和确定成型方法的能力，根据机械零件使用条件和性能要求进行机械零件合理选材及制定加工工艺路线的初步能力；为今后学习和设计工作打下良好基础［6－7］。
机械类专业学生对“工程材料及成型技术基础”课程的困扰可以总结为：相图抽象难于理解；改性工艺及成型技术内容多而繁杂；建立不起来相互联系；不好记忆。本文介绍经过多年改革与实践摸索出的课程综合教学方法。
1 以相图为主线指导选材和各种工艺
学生学习“工程材料及成型技术基础”课程遇到的第一个难点和重点内容是相图。难点在相图过于抽象，重点在相图应用贯穿课程的始终。如果学生不能理解相图，对后续的选材和各种工艺学习只能进行简单的机械记忆而无法真正理解；如果学生不能建立起相图与选材和各种工艺的内在联系，课程所学知识就会呈现碎片化。因此，理解掌握和利用相图是建立课程内容紧密的内在联系的重要途径。 1.1 相图建立
学生对相图难理解主要是思维方式不适应。在课程讲解前，重点强调学生要接受一种新的思维方式。讲授课程首先让学生充分理解最为简单的匀晶相图；再通过比较推理方法讲授共晶相图，两者变化是固态下由无限互溶变为有限互溶，使液相结晶趋势变化而得到。采用类比推理方法，将共晶相图的母相由液相换成固相得到共析相图。最后将共晶相图与共析相图结合起来，获得简化的铁碳相图。 1.2 指导选材
工业纯铁强度低，导磁率高，矫顽力低，可作软磁材料。例如，各种电机的铁芯。低碳钢塑性好且韧性高，用于冲压件，焊接件，抗冲击结构件，渗碳件。中碳钢具有较好强度以及塑性和韧性，用于轴和齿轮等。中高碳钢有较高弹性极限和屈服强度，以及一定的韧性和抗疲劳能力，用于各种弹簧和锻模等。高
碳钢的强度和硬度高，耐磨性好，用于各种工具和模具等。白口铸铁硬而脆，用于制造耐磨不受冲击和形状复杂的铸件。例如，冷轧辊和犁铧等。合金的铸造性能取决于合金的流动性和收缩性能。共晶成分铸铁，凝固温度区间最小，凝固温度最低，已凝固层内表面光滑，流动性好，收缩率低，铸造性能最好。所以，铸铁的成分总是选择在共晶点附近。铸钢通常选择结晶温度区间较小，含碳量0.15%～0.6%，有较好的铸造性能。焊接是极不平衡的热循环过程，各部位因热胀冷缩和塑性变形，必将产生内应力和变形，甚至裂纹。焊缝及热影响区受拉，为防止产生裂纹，要求焊接材料结晶温度范围窄和具有较好的塑性。因此，焊件一般使用低碳钢或低合金钢。 1.3 指导各种工艺
对于热处理，A1线、A3线和Acm线，是制定退火、正火和淬火的加热工艺的依据。退火和淬火加热温度，亚共析钢在A3线以上保证先共析铁素体溶入奥氏体；过共析钢在A1线以上，减少二次渗碳体溶入奥氏体。正火要完全奥氏体化，抑制先共析铁素体或二次渗碳体的析出，细化晶粒。
对于塑性加工，奥氏体强度低，塑性好，变形抗力小，锻造和轧制等都是把钢加热到单相奥氏体状态。根据相图可确定各钢种的锻造温度范围。
2 防止应力变形与裂纹的各种工艺
加工零件的各种工艺都围绕生产出合格产品这一中心目的。各种工艺方法表面上形式各不相同，但共同之处是都面对同样的问题：防止产生应力变形与裂纹。 2.1 热处理
在淬火获得马氏体过程中：冷速快，晶格由面心立方变为体心立方导致体积膨胀，过饱和碳固溶在马氏体中，三方面原因必然产生内应力。防止方法是在保
“工程材料及成型技术基础”课程的综合教学方法
