金属材料与热处理课程教学改革与实践

金属材料与热处理课程教学改革与实践

赵传甲

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摘要：现如今，随着社会建设的不断发展，我国金属业发展迅速，金属材料与热处理成为焊接技术与工程专业的一门核心课程，可为后续专业课的学习奠定重要的理论基础。针对金属材料与热处理课程的教学现状与不足，从课程教学内容、教学方法、实验教学、考核方案四个方面对金属材料与热处理课程进行教学改革，激发学生学习的主动性，提高学习效率及综合素质。

关键词：金属材料与热处理；课程教学改革；实践

引言

金属材料作为生活和工业生产中的一种常用材料，其组织成分及材料性能一直是重要的研究方向，通过热处理工艺技术，能改变金属内部结构，从而使金属材料的各项性能指标更加完善。

1金属材料的种类概述

金属材料是身边很常见的一种材料，与人类的生活息息相关，更是在机械制造生产中，在化工行业发挥着至关重要的作用。金属材料具有光泽、延展性、易导电传热等特性，广泛应用于生活和生产的各个领域。金属材料根据金属的化学性质等特征划分为以下3种：(1)黑色金属：是以铁基体的金属颜色区分，又称为钢铁材料，主要是指铁含量90%以上的工业用纯铁，含碳量范围在2%～4%的铸铁，碳含量小于2%的碳钢，运用在其他方面的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。(2)有色金属：如铜、铝、锡、铅、等金属称为有色金属。通常有色合金的硬度与强度优于一般金属，同时有色合金具有电阻温度系数相对较小、电阻大的特点。(3)特种金属材料：特种金属材料包含不同用途的功能金属材料和结构金属材料。包含有非晶态金属材料，它是通过快速冷凝工艺获取，还有准晶、微晶、纳米晶等材料以及金属基复合材料。

2金属材料与热处理课程特点

金属材料与热处理是焊接技术与工程专业重要的专业基础课程。该课程涵盖金属材料的全部基本理论和实际应用依据，是指导实际生产工艺的理论基础，可为后续金属材料焊接性、焊接冶金学原理、焊接结构学等相关专业课程的学习奠定基础。该课程要求学生熟练掌握常用金属材料的基础知识及其热处理基础理论，了解常见金属材料的性能、应用范围及热处理工艺，掌握金属材料的“成分—热处理工艺—组织结构—性能”之间的相互联系和变化规律，能够在机械工程设计制造过程中根据部件的服役条件和性能要求，合理选择金属材料，正确制订部件的加工工艺路线。因此，该课程具有较强的理论性和应用性，能够与实践应用紧密结合。

3金属材料热处理与其性能之间的关系

3.1金属的热处理对材料耐久性的影响

应力腐蚀一般发生在特殊的环境下，只要金属存在应力就容易产生应力腐蚀的裂纹，在石化行业，经常发生各种应力腐蚀导致材料裂开的情况。热处理工艺过程中，温度影响着材料的疲劳性能，通过将金属材料预热到一定温度，保持此温度进行焊接，等到焊接结束后缓慢的冷却材料。通过此方法可以有效降低焊接残余应力，增强金属材料的抗应力腐蚀性，越是对试件焊后热处理温度高，金属内部残余应力的去除效果更好，抗应力腐蚀效果更强。

3.2金属的热处理预热对材料切割性能的影响

金属材料在加工制造过程中，不同金属的硬度等性能差别较大，不同的硬度系数又关系着切削效率以及切削精度。在金属材料切割过程中，会产生一定热量，同时产生不同程度的变形，金属材料的强度和硬度越高，切削时需要更大的力，从而需要提供更大的功率，产生更高的温度，容易产生刀具的磨损和材料摩擦的情况。而热处理能改善材料的组织形态，根据不同的金属性能需要选择适合的热处理温度，对金属进行软化，提高金属的光泽度，进一步提高切割效率，增强加工质量并降低成本。

4金属材料与热处理课程教学改革与实践

4.1教学内容改革

金属材料与热处理课程原有的教学内容由以下两部分组成：一是金属材料的基础理论知识，包括金属材料的成分、特点、性能及用途等，着重介绍铁碳合金(钢)的基础理论、钢的分类及应用等。二是热处理工艺原理及应用，涉及钢的加热转变、冷却转变、回火转变等热处理基础理论，重点讲解钢的“成分—热处理工艺—组织结构—性能”间的关系和应用。随着科技的发展，有色金属在航空航天、核能、电子、交通等领域的应用愈发广泛，已成为国家经济、科学技术、国防建设等方面重要的物质基础。但在授课内容上，有色金属材料及其相关热处理工艺的相关教学时数严重不足，与现阶段金属材料的发展趋势不符。为了解决这一问题，焊接技术与工程专业教学团队进行了多次研讨，找出了专业课程中内容重叠的相关知识点，进行了合理的教学分配，精简了原有的钢铁材料相关知识点，同时针对航空航天领域得到广泛应用的有色金属材料及其热处理工艺部分增加了3个课时的案例教学，并重新制订了教学大纲。教师在授课时要将与航空航天领域工程实际应用相关的案例、研究成果融入教学，让学生参与其中进行讨论与分析，加强学生理论联系实际的能力，提高学生利用课程知识解决工程问题的实践能力。

4.2实验教学改革

金属材料与热处理课程的教学目标是要求学生掌握铁碳合金平衡态组织的显微分析、碳钢的热处理、有色金属的热处理以及金属材料的硬度、拉伸性能测试等实验项目，但金属材料与热处理课程仅提供了4个课内实验课时，最多只能完成两个实验项目，因此需要对实验教学项目进行合理选择与分配。经过教学团队的讨论与研究，将实验环节以综合实验的形式设置成碳钢的热处理实验与铝合金时效强化实验。其中，碳钢的热处理实验涉及不同成分碳钢在不同热处理条件下组织演变规律研究，并结合硬度试验分析不同成分碳钢在不同热处理条件下的组织变化与力学性能之间的规律；铝合金时效强化实验以铝铜合金为例进行固溶时效试验，研究不同时效温度与时间条件下铝合金的组织演变规律，结合硬度与拉伸试验，分析不同条件下铝合金的组织与力学性能之间的规律。以上两个综合性实验的工作量大且开放度高，因此要求学生在实验开始前自行组队、分配实验任务、设计实验方案、提交实验申请。实验方案经授课教师审查合格后，学生方可进入实验室按照预定实验方案进行相关实验。上述实验教学改革能够有效促使学生将课堂上所学的理论知识与实践相结合，提高学生对课程学习的积极性，培养学生思考问题、分析问题、解决问题的能力。

结语

金属材料与热处理课程的教学内容理论性强，知识点繁多且相互间关联性不强，与实际应用联系密切，学生学习难度大、课堂效率较低。根据本课程特点，教学团队从教学内容、教学方法、实验教学、考核方案等方面进行教学改革。建设网络课程资源，丰富教学资源，增加具有航空特色的教学案例；开展线上线下混合式教学，提高学生学习的积极性；改进实验教学方案，使课堂所讲的理论知识与实践相结合；改善综合考核方案，全面综合考核学生的学习过程与学习质量。通过开展独具特色的教学改革，有效保障了课程的教学质量与教学效果，激发了学生学习的主动性与积极性，提高了学生的学习效率和综合素质。

参考文献

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