工程材料实验课程革新思路

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1实验教学改革的具体做法

为了提高学生对这门课程所学知识的综合应用能力，在实验室现有的条件基础上，我们把原课程中分期进行的热处理操作、金相显微镜的使用、显微组织的观察以及材料力学课程中材料的拉伸等几个单独的实验串联成一个综合性实验“热处理工艺设计及成形方法的选择”，要求学生根据所定题目的任务书仔细阅读、查阅资料，制定工艺、设计出合理的实验方案，最后对实验结果进行综合分析。

1.1实验的基本步骤

（1）首先确定实验材料（一般为Φ18mm的45钢热轧棒料），我们主要选择机加工应用广泛和最经济的45钢作为实验材料，该材料综合性能良好，具有一定的代表性。（2）实验前根据实验室的设备情况，通过查阅资料确定出“退火、正火、淬火、低温回火、中温回火、高温回火”六种最终热处理工艺，制订出热处理工艺过程、设计操作步骤、确定工艺参数（如加热温度、保温时间、冷却速度和方式等）。（3）确定试样的车削加工过程，加工出一个如图1所示的拉伸试样零件。（4）测定45钢试样热处理前后的硬度及最终热处理后的强度及塑性指标（包括屈服强度、抗拉强度、延伸率、截面收缩率）。（5）以上六种热处理工艺分别同步处理6个尺寸为Φ15mm×10mm的金相试样，并完成从粗磨→精磨→抛光→腐蚀的试样制备过程。（6）制好试样后在金相显微镜上观察其显微组织特征。（7）观察试样的断口形状及特征。

1.2实验结果分析

由实验可知，45钢经过不同热处理可获得不同的组织和使用性能。45钢退火后，其显微组织由块状珠光体和铁素体组成（见图2），可使组织均匀细化，降低硬度，提高塑性，改善加工性能、减少内应力。与退火相比，正火的加热温度较高，冷却速度更快，由显微组织观察其珠光体片层较细、铁素体晶粒也比较细小（见图3），因而正火比退火具有更高的力学性能。淬火后获得板条状和细针状混合型马氏体组织，由于其冷却速度很快，硬度和强度远比退火和正火后高，但塑性差、脆性大，在交变载荷和冲击载荷作用下极易断裂，因此，淬火后的零件必须进行不同的回火，来调整强度、硬度，获得所需要的塑性和韧性。45钢低温回火后的组织为回火马氏体，其显微组织表现为由针状马氏体和极细碳化物组成；中温回火后的组织为回火托氏体，其显微组织由针状铁素体与细粒状渗碳体组成；而高温回火后的组织为回火索氏体，其显微组织由等轴状铁素体与高度弥散分布的渗碳体组成。随着回火温度的升高，45钢的强度、硬度逐渐降低，但塑性、韧性明显提高。

2实验改革的成效

2.1培养了学生的自学能力

在进行综合设计性实验时，学生从查阅文献，自主设计实验方案，选择材料，确定实验步骤，直至实验结果分析讨论，使他们在开阔眼界的同时，也大大提高了自学能力。

2.2巩固了所学的理论知识

在课堂上，学生学到的知识比较抽象，不易于理解，印象不深刻。例如，在讲述金属材料中的典型组织及其性能的时候，如果不亲眼看见组织特征，就很难理解金属组织和热处理工艺及性能的关系。通过综合实验，学生从选择材料、亲自进行热处理操作并测定性能到最后做出金相试样并观察显微组织。通过一系列的操作，能够深刻体会材料—工艺—组织—性能之间的联系，并且能运用自己所学的知识联系操作过程来指出组织中的缺陷产生的原因并分析其对性能的影响。能把理论知识应用到分析和解决问题上，这才是学习的真正目的。

2.3提高了学生独立分析问题和解决问题的能力

在实验过程中，由于各种因素的影响，我们遇到了一些问题，例如我们在对淬火后的45钢进行拉伸实验时发现没有发生屈服，断口基本呈平面状，而且也没有明显的轴向伸长，与我们平时所看到的塑性材料拉伸时发生明显的局部颈缩和轴向伸长有很大的出入，倒是与脆性材料（如铸铁）拉伸的情况很相似，但拉断试样所需的载荷却比铸铁的最大抗拉载荷大得多（超过了110KN，铸铁的最大抗拉载荷不超过20KN，而45钢其它热处理后的最大抗拉载荷不超过80KN），开始大家都以为是热处理操作出错，但重新经过几次处理后还是得出一样的实验结果，在进行讨论时得出淬火时采用水冷方式，冷却速度很快，获得了马氏体组织，马氏体最大的特点就是硬而脆，强硬度很高，但塑韧性很差，因此不能观察出屈服现象和明显的变形。

2.4培养了学生的团队合作精神和坚韧不拨的毅力

实验室为学生创造了良好的实验氛围，同学们在一起相互探讨、相互帮助，既拉近了同学们之间的距离，又培养了同学们的团队合作精神；在整个实验过程中，对材料进行热处理和金相试样制备的难度相对较大，也需要较长的时间，有时需反复多次才能把实验做完，同学们克服种种困难，顺利完成了综合性实验。

3结束语

实验教学是高校特别是工科专业的重要组成部分，是开展教学工作，提高教学质量，培养具有较强实践能力和创新精神的高素质人才不可缺少的重要环节。《工程材料及成形》课程综合性实验教学模式的改革尝试证明，开设这类综合性和设计性较强的实验，有利于加深学生对所学专业知识的系统理解，提高学生的综合应用能力，促进学生的创造性思维的发挥。另一方面，也对实验教师提出了更高的要求，有利于提高学校的整体实验教学水平。