摘要：本文根據技工學校學生的特點與本課程教學大綱的要求,對“金屬材料與熱處理”課程學習中存在的問題,提出了以各種典型零件對其加工工藝性能、使用性能的要求,首先使學生弄清：成份(牌號)——用途之間的關系(選材)，進而能理性的分析:成份——組織——性能——用途之間的關系.
　　關鍵詞：感性認識成份——組織——性能——用途熱處理
　　
　　“金屬材料與鋼的熱處理”是機械類專業學生必需修的一門重要專業基礎課,由于該課程較為抽象、微觀,使學生對該門課程知識的理解和掌握存有一定的難度,常常出現老師按教材順序教完“鋼的熱處理”內容后，相當多的學生仍“一團霧水”的窘境，勤奮的同學靠死讀硬記，但真正能理解、并能理性分析的學生只是少數。如果說：“機械制圖”“公差配合”與“數控編程”等課程是解決零（部）件“形”的問題，而“金屬材料與鋼的熱處理”則是解決“質”的問題。
　　首先我們先分析本課程的主要內容及重、難點。   
　　1、金屬的性能：包括使用性能與工藝性能兩部分，特別是力學性能部分，該內容為本課程的重點,但并非難點,通過正常教學學生就基本可以理解。
　　2、金屬學基礎知識是本課程中較為抽象的環節，是教學中的難點，但并非全為重點。
　　3、合金相圖（鐵碳合金相圖）：是本課程的重點,如鐵碳合金的基本相，鐵碳合金的分類,含碳量對鐵碳合金組織與性能的影響,但相圖分析及典型鐵碳合金的結晶過程是難點,而并非重點。
　　4、鋼的熱理:是本課程的重點,且又是難點,特別是機械類熱加工專業學生來說更為重要。
　　5、常用金屬材料:是一般的了解內容，不是難點與重點。
　　筆者認為對技職校的學生來說,對與非重點的難點內容不必面面俱到,要求學生全部搞清反而抓不住重點，增加學生的畏難情緒，適得其反。
　　技工學校機械類各專業工種對本課程要求掌握的側重點不盡相同，但有一點：成份（牌號）—用途之間的關系是首先必須弄清的，而組織—性能—用途之間的關系是重點，也是難點。在教學過程中，我采取從感性認識到理性分析的教學方法，收到了較好的教學效果。
　　一、從感性認識，找出切入點
　　首先分析鋼的用途與成份（牌號）之間的關系，明確強調“鋼”的用途主要根據含碳量（碳素鋼是如此，合金鋼也基本如此，可用于更重要的機件，而合金鋼包括合金滲碳鋼、合金結構鋼、合金工具鋼）。
　　機械零件（根據其使用性能要求進行分類）的主要類型基本上有如下形式：
　　1、“外硬內韌”性能要求的機械零件——如變速齒輪等
　　2、要求具有良好“綜合力學”性能的機械零件——如轉動件、聯接件等
　　3、具有足夠的硬度與耐磨性的工件——如手動工具（銼刀、絲錐等）
　　4、要求具有足夠耐硬度、耐磨性、紅硬性（并具有一定的強度與韌性）的零件——如：鉆頭、車刀等。
　　5、具有高的彈性極限與疲勞強度要求的零件——彈簧類零件。
　　6、以及有局部性能要求的零件。
　　在教學中展示各種典型零件的坯料與成品，并通過提問提示活躍教學氣氛，學生容易根據已學過的知識與感性認識，比較容易地判斷應選什么樣的材料（即用途——成份之間的關系）并加深理解碳素鋼牌號的含義。比如：
　　第1類型零件，應選用低碳鋼韌性好，為滿足外硬的性能要求，可進行表面淬火滲碳、滲氮或軟氮化等表面熱處理及化學熱處理（實質采用20號鋼或合金滲碳鋼）。
　　第2類型零件，由于需傳遞較大的動力，要求具有優良的綜合力學性能，故需選用中碳鋼，實際選用35~55號鋼對大型機件來說,為了提高淬透性（即臨界淬透直徑DC值）可選用合金調質。
　　第3類型零件，由于只要求具有高的硬度與耐磨性（對韌性一般沒有要求）故選用高碳鋼（碳素工具鋼或低合金工具鋼）。
　　第4類型零件，由于高速切削加工產生高熱，一般碳素工具鋼不能滿足其對“紅硬性”的要求，故應選用回火穩定性較高低合金工具鋼或高速鋼（或硬質合金）。后兩類零件不再繁述。
　　理清（復習鞏固）了成份與用途的關系后，進一步分析成份（牌號）——組織——性能——用途之間的關系。
　　二、化繁為簡，逐步分析
　�。ㄒ唬╊A備熱處理的目的及選用
　　1．從切削加工性能方面考慮
　　金屬材料的切削加工性能金屬材料的切削加工性能主要取決于其硬度（金屬材料最適宜的切削加工硬度值約在170~230HBW）。而在A1溫度以下，鋼的組織是由性能與工業純鐵相近的基體組織——鐵素體與高硬度（約950~1050HV）塑性、韌性幾乎為零、脆性極大的金屬化合物滲碳體兩基本相混合而成，隨含碳量增加滲碳體的相對量不斷增加，相對量較多的片狀或網狀的滲碳體顯然對切削加工過程不利，而低碳鋼塑性、韌性好，而硬度較低。
　　故高碳鋼宜采用球化退火使網狀滲碳體球化，而低碳鋼宜采用正火，可得到細珠光體（索氏體），提高其硬度有利于切削加工。
　　2．從消除(前道工序帶來的)組織缺陷方面考慮
　　學生從已學過的機械制圖中已經知道機械零（部）件的“形”有四個類型，即⑴軸類、⑵盤類、⑶叉架類、⑷箱體類。形狀較簡單的零件可從原料（棒材或板材）上直接截取，而形狀較復雜的零件毛坯需經過鋳造、鍛造或焊接成形，必然會產生內應力及成份偏析、疏松及晶粒粗大等等組織缺陷。為消除零件坯料中的隱患或組織缺陷，則可采用去應力退火或正火（細化晶粒，均勻組織）或擴散退火（成份均勻化）。
　　3．對不重要的機件正火后的力學性能能滿足其使用性能要求，則可作最終熱處理。
　　4．預備熱處理的工序位置
　　當我們分析了預備熱處理的目的及選用后，學生很快就會明白預備熱處理的工序位置應在毛坯成型后，機械粗（切削）加工之前。
　�。ǘ�）、最終熱處理的目的
　　1．淬火的主要目的
　　如果說，預備熱處理改善了基本組織與滲碳體的形態、大小及分布狀態，為最終熱處理作組織準備。而淬火則不但使滲碳體這脆硬相消失（或部分消失）并改變了鋼的基體組織。亞共析鋼加熱到Ac3以上30°~50°保溫后滲碳體全部溶解于奧氏體相中（r-Fe晶格間隙中）。過共析鋼加熱到Ac1以上20°~40°保溫后仍有部分滲碳體末溶于奧氏體（有關淬火加熱溫度的選擇及淬火介質的選擇需另以講解）在急冷后得到具有高強度、硬度（與含碳量有關）的，碳在α-Fe中的過飽和固溶體——馬氏體；或在馬氏體的基體上分布著細粒狀的滲碳體（過共析鋼淬火后的組織）。通過講解馬氏體的形成、組織與性能，加深了學生對“固溶強化”這個概念的了解，進而分析含碳量對晶格畸變度的影響，即強度、硬度的影響（淬硬性），成份與選用等相關聯的問題。
　　2.回火的目的及回火溫度對鋼件力學性能的影響
　　淬火鋼件由于是在急冷條件（水冷或油冷等）下冷卻會產生較大的內應力。馬氏體、殘余奧氏體及非馬氏體組織都是非穩定組織，則回火成為淬火鋼件必須的后續熱處理工序。
　　在回火過程中隨加熱溫度的提高鐵碳原子的動能增加，內應力消除，殘余奧氏體或非馬氏體組織分解，碳原子不斷地從過飽和固溶體馬氏體中析出，以碳化物或滲碳體形式彌散分布在基體上，α-Fe晶格畸變度減輕或消失，力學性能也發生變化（主要取決回火溫度高低對基體組織與碳化物大小的影響）。
　　低溫回火——回火馬氏體，硬基體+硬質點（馬氏體+極細微碳化物）
　　滿足作為工具鋼類零件所需的力學性能。
　　中溫回火——回火托氏體，（鐵素體+極細粒狀滲碳體）
　　滿足彈簧類零件使用性能要求（彈簧類零件也可采用等溫淬火）
　　高溫回火——回火索氏體，軟基體+硬質點（鐵素體+細粒狀滲碳體）
　　具有優良的綜合力學性能，滿足傳動件使用性能要求。（如表面或某部位需提高其耐磨性，可進行表面淬火）
　　3.最終熱處理的工序位置
　　淬火＋回火作為一般機件的最終熱處理，因淬火鋼件在淬火后會產生一定的變形及淬硬層深度有限等等原因，故其工序位置應在機械粗（切削）加工之后，精加工或半精加工之前。
　　三、歸納總結，加深理解和記憶
　　從以上幾個階段的回火組織中可指導學生理性的歸納出：鋼淬火后回火其組織為碳化物（或滲碳體）夠高彌散度地分布于基體組織上（可起彌散硬化作用）。改變了原鋼坯料的金相組織改善其力學性能。通過以上綜合分析，使學生較能理性地認識到常規熱處理的工序過程及主要目的。鐵具有同素異構轉變的特點（內因）。熱處理是創造一定的外因條件（如溫度、氣氛……等等），使其根據固有的規律發生我們所要的組織轉變。在實際生產工序過程中，為滿足（鋼）零件使用性能要求，應先選擇合適的鋼料（成份），通過預備熱處理改善其工藝性能，粗加工后再進行最終熱處理獲得滿足使用性能所要求的內在組織所具備的性能。（表面熱處理只需簡單講解學生不難理解）。
　　“鋼的熱處理”是本課程主要內容和教學難點，本教材雖經多次修訂再版，每次有關章節都作了部分刪減，概念、術語減少了，直觀性的插圖增加了，難度降低了，但主體的系統性，連貫性基本不變。對于技工學校非熱處理專業的機械類各專業學生來說，直觀、實用的教學過程（或綜合分析）更易激發學生的學習興趣，提高學生對相關內容的理解和認識，從而實現各知識點從感性認識到理性分析。希與諸位從事本課程教學工作的同仁共同調研，以取得更好的教學效果。
　　參考資料
　　1.金屬材料與熱處理（第五版），全國中等職業技術學校機械類通用教材。中國勞動社會保障出版社（北京）2007年
　　2.金屬工藝學（第二版），中等職業教育國家計劃教材。高等教育出版社（北京）1994年
　　3.金屬學機械工業出版社（北京）1977年
　　4.鋼的熱處理高等專業院校試用教材。高等教育出版社（北京）1977年