淺談《金屬材料及熱處理》教學中的一點體會

《金屬材料及熱處理》是機械專業學生學習各專業工藝課和進行生產實習的基礎。但是，這門課中有許多概念、現象比較抽象，難以理解，因而許多學生學起來感到枯燥乏味。所以，在教學過程中如何引發學生的學習興趣、調動其學習積極性，是講授該課程需要解決的重點問題。對于比較抽象、難以理解的概念，如果通過形象、恰當地舉例加以表述，既能活躍課堂氣氛，又能激發學生的學習興趣和熱情，加深對問題的理解，從而提高課堂教學的效果。

一、金屬的疲勞破壞

許多機械零件都是在交變載荷的作用下工作的，如齒輪、各種軸承等。工作過程中，這些機械零件常常在工作應力還低于制作材料的屈服點或屈服強度的情況下就發生斷裂，這種現象稱為金屬的疲勞。疲勞斷裂與靜載荷作用下的斷裂不同，不管是韌性材料還是脆性材料，疲勞斷裂都是突然發生的，破壞前沒有明顯的塑性變形征兆，因而具有很大的危險性。為什么會出現這種現象，學生普遍表示不理解。因為在之前講過的拉伸曲線內容中，通過對拉伸曲線的分析，學生已經知道金屬材料斷裂前的最大應力是抗拉強度，而屈服點或屈服強度的應力值低于抗拉強度。一般來講，在抗拉強度以下工作的零件是安全的，不會破壞，可為什么這些零件在低于屈服點或屈服強度的情況下就發生斷裂了呢？學生表示非常困惑。為此，筆者在授課時，就向學生舉了一個從網上獲取的事例。1954年，一個晴朗的日子，彗星號客機正滿載旅客，飛翔在大不列顛及北愛爾蘭聯合王國的上空。突然，座艙內一聲巨響，飛機發生爆炸，碎片跌落地面。之后，科學家們經過反復仔細地調查、分析、研究，終于找到了釀成機毀人亡的“元兇”。原來是飛機上某些機件出現了疲勞斷裂，這就是這次事故的“罪魁禍首”。通過進一步的分析，飛機上的某些機件表面或內部有缺陷，如夾雜、劃痕、尖角、軟點、顯微裂紋等，在交變載荷的反復作用下，產生疲勞裂紋，并隨飛機的不斷使用、應力循環周次的增加，疲勞裂紋不斷擴散，使機件的有效承載面積不斷減小，最后達到某一臨界尺寸時，突然斷裂。通過此例，學生們很容易就明白了金屬的疲勞以及疲勞破壞的危害性，而且也很有興趣地掌握了這一部分的要點：疲勞斷裂往往在工作應力低于材料屈服強度的情況下發生；疲勞斷裂是在事先沒有明顯塑性變形征兆的情況下突然發生，所以具有很大的危險性；零件表面或內部存在缺陷會導致疲勞破壞的產生。

二、晶格畸變

晶體中出現的各種不規則的原子堆積現象稱為晶體缺陷。常見的晶體缺陷有空位、間隙原子、置代原子等。為了使同學們更形象地理解這些缺陷，筆者向他們舉了這樣的例子：整個班集體好比一個完整的晶格，每個同學相當于原子，當某個同學或某幾個同學缺勤時，就相當于產生了“空位”；如果某個同學沒有按規定的座位去坐，而是隨便坐在了其他同學的位置上，那么，就相當于產生了“置代原子”。如果這位同學不是坐在座位上，而是在地上某個位置坐下，那就相當于產生了“間隙原子”這樣一來，整個班集體還能是一個平衡、穩定的集體嗎？是不是這個班集體出現了缺陷？同學們的一致回答“是”。由此，筆者告訴同學們，這在晶體中就是所謂的晶格畸變。

三、過冷現象

金屬在緩慢冷卻時的結晶溫度稱為理論結晶溫度。而實際發生結晶的溫度總要比理論結晶溫度低，把這種現象稱之為“過冷”現象。產生這種現象的原因是金屬實際結晶溫度和冷卻速度有著非常密切的關系，一般情況下，冷卻速度越快，結晶溫度越低。在實際生產中，液態金屬的冷卻速度不可能非常緩慢，總是在一定的冷卻介質中以一定的速度進行冷卻，因此實際結晶溫度總低于理論結晶溫度。學生往往不明白，為什么冷卻速度快了，金屬的結晶溫度就低了呢？筆者進行了這樣的解釋：“這就好比我們物理上所說的慣性。當你在快跑過程中突然停止時，很難立即停下來，而如果你緩慢步行要停下來的話，很自然地就停下來了。”經過這樣的舉例，學生馬上明白了，而且記憶得很牢固。

總之，不管在什么課程的教學中，都應盡可能地多采用有趣、直觀、多樣的方式進行啟發式教學，列舉生活、生產中常見的實例，以學生為中心，活躍課堂氣氛，將抽象、深奧的知識，用生動形象的語言和例子，深入淺出地講授給學生，使學生能夠相對容易地理解和吸收，且能舉一反三，應用到實際中去。同時，激發學生學習的積極性和主動性，使學生能更牢固地掌握知識，從而達到“講得透、學得活、記得住、用得上”的教學目標。

（作者單位：山東省濟南市技師學院）