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【摘要】中职培养的目标:是以能力为本,以就业为导向。这就要求教师在金属材料教学中,注重理论联系实际,充分发挥学生的主导作用。因此,铁碳合金相图在金属加工工艺应用教学内容的处理上,以理论为引导发挥相图的综合渗透作用,即做到让学生掌握理论知识,又能得到综合能力的提高。
【关键词】铁碳合金相图:金属加工工艺:渗透作用
Iron carbon metal alloy mutually the diagram is in the osmosis in the application teaching of the metalwork craft
Qi Xiao-yan
【Abstract】Medium the target of job development:Take ability as origin, take employment as a direction.This will beg in the metals material the teaching, the teacher pay attention to theories contact actual, full exertive student of predominance function.Therefore, iron carbon metal alloy mutually diagram at metalwork craft application content of course of processing up, take theories as a leading exertive mutually diagram of comprehensive osmosis, then attain to let the student control theories knowledge, again get comprehensive ability of exaltation.
【Key words】Iron carbon metal alloy mutually diagram;Metalwork craft;Osmosis
从学校督学反馈的信息中了解到,按照新时期中职教育的要求,教师在课堂上,不仅仅是完成教学任务,更重要的是要求教师能够运用现代化教学手段,合理调整教学内容,调动学生学习的积极性,帮助学生理解掌握深奥难懂的理论知识,教学中要有互动,学生要有发挥想象的空间。面对新时期的新任务,结合以能力为本,以就业为导向的教学目标。可以看出,学生的需求和教学目的的要求是完全统一的。因此,要求我们在金属材料教学中,一定要注重理论联系实际,充分发挥学生的主导作用。铁碳合金相图在加工工艺应用教学内容的处理上,以理论教学为主线,辅以相图为综合渗透作用,使学生融会贯通,即做到理论的掌握,又得到能力上的锻炼,在教学中做以下尝试。
1.金属材料与机械零件生产工艺是教学基础
因为中职培养的学生,毕业将要直接面对企业的一线生产。金属材料到机械零件整个的生产工艺过程对他们来说是非常重要。用下图说明其过程。
也就是说金属材料通过铸造、锻压、焊接机械加工、热处理工序加工最后变成零件。在生产中金属加工的工艺过程就显得非常重要。而铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具,是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础,也是制定各种热加工工艺的依据。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,由组织定性分析其力学性能,这在铸造、锻造、焊接以及热处理等方面有着广泛的应用。学习铁碳合金相图,可以全面认识碳钢、合金钢和铸铁等材料。
2.利用铁碳合金相图渗透金属加工工艺的概念
金属加工工艺就是指金属适应加工工艺过程的性能。工艺性能包括:铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工及热处理性能。金属材料工艺性能的好坏,决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同,要求的工艺性能也就不同。
2.1铸造性能的概念提出。
铸造性能的概念提出,首先通过多媒体演示铸件生产工艺过程,通过观看齿轮坯铸件生产过程。最后让学生总结得出:铸造是指熔炼金属,制造铸型,并将熔融金属浇入铸型,凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成型方法。有了铸造性能概念,结合铁碳合金相图,指出ACD区是液相区,确定浇注温度一般在液相线以上150C°左右,并且可选择流动性好的合金,即接近共晶成分的合金,应用最为广泛。因此,其熔点低,结晶温度间隔小,活动性好组织致密。所以,大型零件、复杂零件均采用铸造加工。
2.2锻造性能的概念提出。
锻造性能方面,通过多媒体演示水压机生产汽轮机转子锻件的生产过程。然后让学生总结得出结论:锻压是对坯料施加外力,使其产生塑性变形,改变尺寸、形状及改善性能,用以制造机械零件、工件或毛坯的成型加工方法。并且告诉学生在铁碳合金相图AGSE区称为是奥氏体区,高温时的钢为单相奥氏体,强度不高,塑性好,便于变形加工。因此,钢材的锻压或轧制,一般要把坯料加热到奥氏体状态。确定始煅温度1150—1250 C°,终煅温度是750—800C°左右。合金钢是800—900C。重要零件生产都要采用锻钢,锻造生产可以使粗大晶粒变成细小晶粒。晶粒愈细小,金属性能愈好。但不能加工脆性材料和形状复杂的零件毛坯。
2.3焊接性能的概念提出。
焊接性能概念的提出,同样也是通过多媒体演示焊接工艺过程。在铁碳合金相图中,分析低碳钢、中碳钢、高碳钢随温度变化组织转变。而对焊接专业的同学们要求掌握钢都是可以焊接的,同时要掌握钢的含碳量越高,其焊接性能越差,故焊接用钢主要是低碳钢和低碳合金钢。铸铁的焊接性能差。
2.4热处理的概念提出。
热处理加工工艺,是根据铁碳合金相图拟定淬火、退火、正火等各种热处理加热规范,在金属加工中有着特别重要的意义。着重强调最重要的是最初热处理既退火、正火。而淬火、回火是最终处理。通过多媒体演示让学生掌握普通热处理的基本过程。在铁碳合金相图中,指出退火是适当的温度加热,保持一定的时间,缓慢冷却过程。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却的过程,正火的效果同退火相似,只是得到的组织更细,常用于改善材料的切削性能,对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火:是将钢加热AC3或AC1以上30—50 C°保温一定时间,进行水冷的过程,获得的是马氏体组织。回火:将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温,再进行冷却的过程,这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”,其中的淬火与回火关系密切,常常配合使用,缺一不可。 “四把火”随着加热温度和冷却方式的不同,又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性,把淬火和高温回火结合起来的工艺,称为调质。通过在铁碳合金相图中将退火、正火、淬火、回火温度加以比较,学生就有了一个十分清晰的热处理概念。
2.5切削加工的概念提出。
金属切削加工是切削刀具将坯料或工件上多余材料切除,以获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的方法。在铁碳合金相图中,根据含碳量,钢分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。一般认为中碳钢比较适合以切削,160—230HBS切削加工性能是最好的。含碳量低,容易出现粘刀。含碳量过高,材料坚硬不好切削。提醒学生在实训中进行体验。
3.开展实践性教学培养学生动手能力
爱因斯坦曾指出:“想象力比知识更重要,因为知识是有限的,而想象力概括着世界上的一切并推动着进步,想
象才是知识进化的源泉,严格地说想象力是科学研究中的实在因素。”可以说想象力在很大程度上影响了一个人的创新能力。在专业课上,鼓励学生多动手,实践是培养学生想象力,开拓学生创新能力的重要手段。为使学生掌握教学内容,学生有发挥能力的空间。我校0861班在焊接车间进行实训纪实:
手弧焊:焊条——J507(E5015) ￠3.2mm
钢板——Q235 12*120*300mm
氩弧焊:焊丝——TIG_J50 (ER50__6)￠2.0mm
管子——20#￠60*5*120mm
设备:Z*7__400STG
我校087C1班在机电实训车间,进行车工实训,掌握车外圆与端面、切槽与切断、孔加工、车圆锥面、车螺纹等操作方法。 零件材料:45,钢刀具材料:硬质合金。通过实训,学生能力得到发挥。
4.拓展实践性教学培养学生创造性思维
陶行知先生曾说过:真正的教育必须培养出能思考会创造的人。处于被动的学习状态下的学生是不可能获得思考能力和创造能力的。学生只有主动参与课堂教学,才能充分发挥其主体的能动作用,从而解放思想,激活思维,挖掘潜能,创新学习,营造出一种生动活泼的学习气氛。为培养学生应知应会,组织课堂讨论。例如:车床主轴要求轴颈的硬度为HRC56-58HRC20-24其加工路线:
锻造——正火——机加工——轴颈表面淬火——低温回火——麽削加工。
让学生通过思考并指出:
(1)主轴选用何种材料:
(2)正火、表面处理、低温回火的目的和大致工艺;
(3)轴颈表面处的组织和其余地方组织。
提醒同学:这是一个实际问题,选材是受多方面的因素制约的,但要掌握基本原则。
A同学发言:对轴类,在选材时应考虑:(a)载荷类型及大小,(b)主轴的形状及可能引起的热处理缺陷。主轴是机床的主要零件之一,根据技术要求和加工路线,建议选用45钢或其它中碳合金钢。
B同学发言:在加工路线中,各热处理操作的主要目的和大致工艺是:(a)正火是为了获得主轴整体所要求的性能和便于机加工,工艺为加热到850℃左右,在空气中冷却;(b)表面淬火的目的是使轴颈表面的硬度满足要求,工艺是轴颈高频感应加热,水中冷却;(c)低温回火的目的是降低残余应力,工艺是整体在170—200℃回火,或高频加热在回火。因此,轴颈表面组织为回火马氏体,其余地方为珠光体和铁素体。
通过这个综合例题,让学生从选材到加工热处理进行综合练习,对铁碳合金相图有进一步的理解和认识。学生可以发挥自我能力,学以致用,找到自己发挥的空间。
通过以上教学实践活动,一方面实现了理论知识的灌输,另一方面对培养学生动手能力、培养学生创造性思维开展了大胆的实践,通过课堂讨论、教学互动,充分发挥学生想象力,使教学效果显著提升。我校0861班焊接实训考证合格率达到100%,087C1班车工实训考证合格率达到89.6%,为实践中职教育培养实用型人才迈出了坚实的一步。
参考文献
[1]尹传华主编 金属工艺学: 机械工业出版社,2009.6
[2]郁兆昌主编 金属工艺学:高等教育出版社2006.6
[3]杨萍如何在研究性学习过程中培养学生的问题意识。《中等职业技术教育》2008.8
[4]梁耀能主编工程材料及加工工程: 机械工业出版社,2009.1
[5]上海市职业技术培训教研室编金属工艺学:上海交通大学出版社,2005.1
收稿日期:2010-03-25
【关键词】铁碳合金相图:金属加工工艺:渗透作用
Iron carbon metal alloy mutually the diagram is in the osmosis in the application teaching of the metalwork craft
Qi Xiao-yan
【Abstract】Medium the target of job development:Take ability as origin, take employment as a direction.This will beg in the metals material the teaching, the teacher pay attention to theories contact actual, full exertive student of predominance function.Therefore, iron carbon metal alloy mutually diagram at metalwork craft application content of course of processing up, take theories as a leading exertive mutually diagram of comprehensive osmosis, then attain to let the student control theories knowledge, again get comprehensive ability of exaltation.
【Key words】Iron carbon metal alloy mutually diagram;Metalwork craft;Osmosis
从学校督学反馈的信息中了解到,按照新时期中职教育的要求,教师在课堂上,不仅仅是完成教学任务,更重要的是要求教师能够运用现代化教学手段,合理调整教学内容,调动学生学习的积极性,帮助学生理解掌握深奥难懂的理论知识,教学中要有互动,学生要有发挥想象的空间。面对新时期的新任务,结合以能力为本,以就业为导向的教学目标。可以看出,学生的需求和教学目的的要求是完全统一的。因此,要求我们在金属材料教学中,一定要注重理论联系实际,充分发挥学生的主导作用。铁碳合金相图在加工工艺应用教学内容的处理上,以理论教学为主线,辅以相图为综合渗透作用,使学生融会贯通,即做到理论的掌握,又得到能力上的锻炼,在教学中做以下尝试。
1.金属材料与机械零件生产工艺是教学基础
因为中职培养的学生,毕业将要直接面对企业的一线生产。金属材料到机械零件整个的生产工艺过程对他们来说是非常重要。用下图说明其过程。
也就是说金属材料通过铸造、锻压、焊接机械加工、热处理工序加工最后变成零件。在生产中金属加工的工艺过程就显得非常重要。而铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具,是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础,也是制定各种热加工工艺的依据。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,由组织定性分析其力学性能,这在铸造、锻造、焊接以及热处理等方面有着广泛的应用。学习铁碳合金相图,可以全面认识碳钢、合金钢和铸铁等材料。
2.利用铁碳合金相图渗透金属加工工艺的概念
金属加工工艺就是指金属适应加工工艺过程的性能。工艺性能包括:铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工及热处理性能。金属材料工艺性能的好坏,决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同,要求的工艺性能也就不同。
2.1铸造性能的概念提出。
铸造性能的概念提出,首先通过多媒体演示铸件生产工艺过程,通过观看齿轮坯铸件生产过程。最后让学生总结得出:铸造是指熔炼金属,制造铸型,并将熔融金属浇入铸型,凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成型方法。有了铸造性能概念,结合铁碳合金相图,指出ACD区是液相区,确定浇注温度一般在液相线以上150C°左右,并且可选择流动性好的合金,即接近共晶成分的合金,应用最为广泛。因此,其熔点低,结晶温度间隔小,活动性好组织致密。所以,大型零件、复杂零件均采用铸造加工。
2.2锻造性能的概念提出。
锻造性能方面,通过多媒体演示水压机生产汽轮机转子锻件的生产过程。然后让学生总结得出结论:锻压是对坯料施加外力,使其产生塑性变形,改变尺寸、形状及改善性能,用以制造机械零件、工件或毛坯的成型加工方法。并且告诉学生在铁碳合金相图AGSE区称为是奥氏体区,高温时的钢为单相奥氏体,强度不高,塑性好,便于变形加工。因此,钢材的锻压或轧制,一般要把坯料加热到奥氏体状态。确定始煅温度1150—1250 C°,终煅温度是750—800C°左右。合金钢是800—900C。重要零件生产都要采用锻钢,锻造生产可以使粗大晶粒变成细小晶粒。晶粒愈细小,金属性能愈好。但不能加工脆性材料和形状复杂的零件毛坯。
2.3焊接性能的概念提出。
焊接性能概念的提出,同样也是通过多媒体演示焊接工艺过程。在铁碳合金相图中,分析低碳钢、中碳钢、高碳钢随温度变化组织转变。而对焊接专业的同学们要求掌握钢都是可以焊接的,同时要掌握钢的含碳量越高,其焊接性能越差,故焊接用钢主要是低碳钢和低碳合金钢。铸铁的焊接性能差。
2.4热处理的概念提出。
热处理加工工艺,是根据铁碳合金相图拟定淬火、退火、正火等各种热处理加热规范,在金属加工中有着特别重要的意义。着重强调最重要的是最初热处理既退火、正火。而淬火、回火是最终处理。通过多媒体演示让学生掌握普通热处理的基本过程。在铁碳合金相图中,指出退火是适当的温度加热,保持一定的时间,缓慢冷却过程。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却的过程,正火的效果同退火相似,只是得到的组织更细,常用于改善材料的切削性能,对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火:是将钢加热AC3或AC1以上30—50 C°保温一定时间,进行水冷的过程,获得的是马氏体组织。回火:将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温,再进行冷却的过程,这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”,其中的淬火与回火关系密切,常常配合使用,缺一不可。 “四把火”随着加热温度和冷却方式的不同,又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性,把淬火和高温回火结合起来的工艺,称为调质。通过在铁碳合金相图中将退火、正火、淬火、回火温度加以比较,学生就有了一个十分清晰的热处理概念。
2.5切削加工的概念提出。
金属切削加工是切削刀具将坯料或工件上多余材料切除,以获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的方法。在铁碳合金相图中,根据含碳量,钢分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。一般认为中碳钢比较适合以切削,160—230HBS切削加工性能是最好的。含碳量低,容易出现粘刀。含碳量过高,材料坚硬不好切削。提醒学生在实训中进行体验。
3.开展实践性教学培养学生动手能力
爱因斯坦曾指出:“想象力比知识更重要,因为知识是有限的,而想象力概括着世界上的一切并推动着进步,想
象才是知识进化的源泉,严格地说想象力是科学研究中的实在因素。”可以说想象力在很大程度上影响了一个人的创新能力。在专业课上,鼓励学生多动手,实践是培养学生想象力,开拓学生创新能力的重要手段。为使学生掌握教学内容,学生有发挥能力的空间。我校0861班在焊接车间进行实训纪实:
手弧焊:焊条——J507(E5015) ￠3.2mm
钢板——Q235 12*120*300mm
氩弧焊:焊丝——TIG_J50 (ER50__6)￠2.0mm
管子——20#￠60*5*120mm
设备:Z*7__400STG
我校087C1班在机电实训车间,进行车工实训,掌握车外圆与端面、切槽与切断、孔加工、车圆锥面、车螺纹等操作方法。 零件材料:45,钢刀具材料:硬质合金。通过实训,学生能力得到发挥。
4.拓展实践性教学培养学生创造性思维
陶行知先生曾说过:真正的教育必须培养出能思考会创造的人。处于被动的学习状态下的学生是不可能获得思考能力和创造能力的。学生只有主动参与课堂教学,才能充分发挥其主体的能动作用,从而解放思想,激活思维,挖掘潜能,创新学习,营造出一种生动活泼的学习气氛。为培养学生应知应会,组织课堂讨论。例如:车床主轴要求轴颈的硬度为HRC56-58HRC20-24其加工路线:
锻造——正火——机加工——轴颈表面淬火——低温回火——麽削加工。
让学生通过思考并指出:
(1)主轴选用何种材料:
(2)正火、表面处理、低温回火的目的和大致工艺;
(3)轴颈表面处的组织和其余地方组织。
提醒同学:这是一个实际问题,选材是受多方面的因素制约的,但要掌握基本原则。
A同学发言:对轴类,在选材时应考虑:(a)载荷类型及大小,(b)主轴的形状及可能引起的热处理缺陷。主轴是机床的主要零件之一,根据技术要求和加工路线,建议选用45钢或其它中碳合金钢。
B同学发言:在加工路线中,各热处理操作的主要目的和大致工艺是:(a)正火是为了获得主轴整体所要求的性能和便于机加工,工艺为加热到850℃左右,在空气中冷却;(b)表面淬火的目的是使轴颈表面的硬度满足要求,工艺是轴颈高频感应加热,水中冷却;(c)低温回火的目的是降低残余应力,工艺是整体在170—200℃回火,或高频加热在回火。因此,轴颈表面组织为回火马氏体,其余地方为珠光体和铁素体。
通过这个综合例题,让学生从选材到加工热处理进行综合练习,对铁碳合金相图有进一步的理解和认识。学生可以发挥自我能力,学以致用,找到自己发挥的空间。
通过以上教学实践活动,一方面实现了理论知识的灌输,另一方面对培养学生动手能力、培养学生创造性思维开展了大胆的实践,通过课堂讨论、教学互动,充分发挥学生想象力,使教学效果显著提升。我校0861班焊接实训考证合格率达到100%,087C1班车工实训考证合格率达到89.6%,为实践中职教育培养实用型人才迈出了坚实的一步。
参考文献
[1]尹传华主编 金属工艺学: 机械工业出版社,2009.6
[2]郁兆昌主编 金属工艺学:高等教育出版社2006.6
[3]杨萍如何在研究性学习过程中培养学生的问题意识。《中等职业技术教育》2008.8
[4]梁耀能主编工程材料及加工工程: 机械工业出版社,2009.1
[5]上海市职业技术培训教研室编金属工艺学:上海交通大学出版社,2005.1
收稿日期:2010-03-25