工程材料實驗課程革新思路論文

1、工程材料實驗課程革新思路論文1 實驗教學(xué)改革的具體做法 為了提高學(xué)生對這門課程所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力，在實驗室 現(xiàn)有的條件基礎(chǔ)上， 我們把原課程中分期進(jìn)行的熱處理操作、 金相顯 微鏡的使用、顯微組織的觀察以及材料力學(xué)課程中材料的拉伸等幾個 單獨(dú)的實驗串聯(lián)成一個綜合性實驗 “熱處理工藝設(shè)計及成形方法的選 擇”，要求學(xué)生根據(jù)所定題目的任務(wù)書仔細(xì)閱讀、查閱資料，制定工 藝、設(shè)計出合理的實驗方案，最后對實驗結(jié)果進(jìn)行綜合分析。1.1 實驗的基本步驟(1)首先確定實驗材料(一般為18mm勺45鋼熱軋棒料)，我 們主要選擇機(jī)加工應(yīng)用廣泛和最經(jīng)濟(jì)的45 鋼作為實驗材料，該材料綜合性能良好，具有一定勺代表性。(

2、 2)實驗前根據(jù)實驗室勺設(shè)備 情況，通過查閱資料確定出“退火、正火、淬火、低溫回火、中溫回 火、高溫回火”六種最終熱處理工藝，制訂出熱處理工藝過程、設(shè)計 操作步驟、確定工藝參數(shù)(如加熱溫度、保溫時間、冷卻速度和方式 等)。( 3)確定試樣勺車削加工過程，加工出一個如圖 1 所示勺拉 伸試樣零件。 ( 4)測定 45 鋼試樣熱處理前后勺硬度及最終熱處理后 勺強(qiáng)度及塑性指標(biāo)(包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、截面收縮率) 。(5)以上六種熱處理工藝分別同步處理 6個尺寸為15mM 10mm勺金 相試樣，并完成從粗磨-精磨-拋光-腐蝕的試樣制備過程。(6)制好試樣后在金相顯微鏡上觀察其顯微組織特征。(

3、 7)觀察試樣勺 斷口形狀及特征。1.2 實驗結(jié)果分析由實驗可知， 45 鋼經(jīng)過不同熱處理可獲得不同的組織和使用性 能。45 鋼退火后，其顯微組織由塊狀珠光體和鐵素體組成 （見圖 2）， 可使組織均勻細(xì)化，降低硬度，提高塑性，改善加工性能、減少內(nèi)應(yīng) 力。與退火相比，正火的加熱溫度較高，冷卻速度更快，由顯微組織 觀察其珠光體片層較細(xì)、鐵素體晶粒也比較細(xì)?。ㄒ妶D 3），因而正 火比退火具有更高的力學(xué)性能。 淬火后獲得板條狀和細(xì)針狀混合型馬 氏體組織，由于其冷卻速度很快，硬度和強(qiáng)度遠(yuǎn)比退火和正火后高， 但塑性差、脆性大，在交變載荷和沖擊載荷作用下極易斷裂，因此， 淬火后的零件必須進(jìn)行不同的回火，來調(diào)

4、整強(qiáng)度、硬度，獲得所需要 的塑性和韌性。 45 鋼低溫回火后的組織為回火馬氏體，其顯微組織 表現(xiàn)為由針狀馬氏體和極細(xì)碳化物組成； 中溫回火后的組織為回火托 氏體，其顯微組織由針狀鐵素體與細(xì)粒狀滲碳體組成； 而高溫回火后 的組織為回火索氏體， 其顯微組織由等軸狀鐵素體與高度彌散分布的 滲碳體組成。隨著回火溫度的升高， 45 鋼的強(qiáng)度、硬度逐漸降低， 但塑性、韌性明顯提高。2 實驗改革的成效2.1 培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力 在進(jìn)行綜合設(shè)計性實驗時，學(xué)生從查閱文獻(xiàn)，自主設(shè)計實驗方 案，選擇材料，確定實驗步驟，直至實驗結(jié)果分析討論，使他們在開 闊眼界的同時，也大大提高了自學(xué)能力。2.2 鞏固了所學(xué)的理論知

5、識在課堂上，學(xué)生學(xué)到的知識比較抽象，不易于理解，印象不深 刻。例如，在講述金屬材料中的典型組織及其性能的時候，如果不親 眼看見組織特征，就很難理解金屬組織和熱處理工藝及性能的關(guān)系。 通過綜合實驗， 學(xué)生從選擇材料、 親自進(jìn)行熱處理操作并測定性能到 最后做出金相試樣并觀察顯微組織。 通過一系列的操作， 能夠深刻體 會材料工藝組織性能之間的聯(lián)系， 并且能運(yùn)用自己所學(xué)的知識 聯(lián)系操作過程來指出組織中的缺陷產(chǎn)生的原因并分析其對性能的影 響。能把理論知識應(yīng)用到分析和解決問題上， 這才是學(xué)習(xí)的真正目的。2.3 提高了學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力 在實驗過程中，由于各種因素的影響，我們遇到了一些問題，

6、例如我們在對淬火后的 45 鋼進(jìn)行拉伸實驗時發(fā)現(xiàn)沒有發(fā)生屈服，斷 口基本呈平面狀， 而且也沒有明顯的軸向伸長， 與我們平時所看到的 塑性材料拉伸時發(fā)生明顯的局部頸縮和軸向伸長有很大的出入， 倒是 與脆性材料（如鑄鐵）拉伸的情況很相似，但拉斷試樣所需的載荷卻 比鑄鐵的最大抗拉載荷大得多（超過了 110KN鑄鐵的最大抗拉載荷 不超過20KN而45鋼其它熱處理后的最大抗拉載荷不超過 80KN , 開始大家都以為是熱處理操作出錯， 但重新經(jīng)過幾次處理后還是得出 一樣的實驗結(jié)果， 在進(jìn)行討論時得出淬火時采用水冷方式， 冷卻速度 很快，獲得了馬氏體組織， 馬氏體最大的特點(diǎn)就是硬而脆，強(qiáng)硬度很 高，但塑韌性很差，因此不能觀察出屈服現(xiàn)象和明顯的變形。2.4 培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊合作精神和堅韌不撥的毅力實驗室為學(xué)生創(chuàng)造了良好的實驗氛圍， 同學(xué)們在一起相互探討、 相互幫助， 既拉近了同學(xué)們之間的距離， 又培養(yǎng)了同學(xué)們的團(tuán)隊合作 精神；在整個實驗過程中， 對材料進(jìn)行熱處理和金相試樣制備的難度 相對較大，也需要較長的時間，有時需反復(fù)多次才能把實驗做完，同 學(xué)們克服種種困難，順利完成了綜合性實驗。3 結(jié)束語 實驗教學(xué)是高校特別是工科專業(yè)的重要組成部分，是開展教學(xué) 工作，提高教學(xué)質(zhì)量， 培養(yǎng)具有較強(qiáng)實踐能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人 才不可缺少的重要環(huán)節(jié)。 工程材料及成形課程綜合性實驗教學(xué)模 式的改革嘗試證明