工程材料課程標準化變動及教學對策

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一、金屬力學性能試驗標準的變動

金屬的力學性能是工程材料性能的重要方面，力學性能的講授是工程材料課程教學的重要內容。金屬的力學性能主要包括強度、塑性、硬度、韌性四個方面，力學性能的指標都是通過相應的標準試驗進行測定的。

1.拉伸試驗標準變動

強度和塑性指標通過拉伸試驗進行測定，現(xiàn)行的相應國家標準是GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》，這一國家標準是合并、修訂GB/T228-1987《金屬拉伸試驗方法》、GB/T3076-1982《金屬薄板（帶）拉伸試驗方法》和GB/T6397-1986《金屬拉伸試驗試樣》三個標準為一個標準，它等效采用了國際標準ISO6892：1998《金屬材料室溫拉伸試驗》，也是GB/T228的第三次修訂。GB/T228-2002包括的技術內容和要求與原來的三個標準有較大差異，尤其在性能名稱和符號方面變動較大。為與國際接軌，性能的定義及符號均按照國際標準的規(guī)定，如新標準中取消了強度指標屈服點的定義，代之以屈服強度，并將其分為上屈服強度和下曲度強度，另外很多符號都做了相應變化。

2.硬度試驗標準變動

硬度作為金屬的重要力學性能指標，是通過硬度試驗來測定的。生產(chǎn)中常用的硬度測定方法有三種：布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度，每一種硬度測定方法都有各自的國家標準與之相對應，其中變化較大的是布氏硬度。與布氏硬度相關的國標是GB/T231。在2002年以前的標準中，布氏硬度的壓頭有兩種類型，一種是淬火鋼球，其硬度符號為HBS，適用的硬度值小于450；另一種是硬質合金壓頭，其硬度符號為HBW，適用的硬度值為450-650；2002年頒布的新國標GB/T231-2002分為三個部分，即GB/T231.1-2002《金屬布氏硬度試驗第1部分：試驗方法》、GB/T231.2-2002《金屬布氏硬度試驗第2部分：硬度計的檢驗》、GB/T231.3-2002《金屬布氏硬度試驗第3部分：標準塊的規(guī)定》，在GB/T231.1-2002中取消了淬火鋼球壓頭和相應的硬度符號HBS，即所有的布氏硬度試驗壓頭均采用硬質合金球，硬度符號采用HBW，其硬度范圍上限為650HBW，并且取消了直徑2mm的壓頭。2009年頒布的布氏硬度最新國家標準是GB/T231-2009，與02年的國標相比，變化不是太大，主要是將布氏硬度值從第1部分中獨立出來，作為標準的第4部分。

3.沖擊韌性測定試驗的變動

金屬的韌性是通過沖擊試驗測定的，沖擊試驗的最新國家標準是GB/T229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》，與舊國標GB/T229-1994《金屬夏比缺口沖擊試驗》相比，主要是韌性衡量指標及符號的變化。在舊國標中，用沖擊吸收功來衡量金屬韌性的高低，其代表符號為Ak，在新國標中稱為沖擊吸收能量，代表符號為K，其物理意義基本相同。舊標準中，V型、U型缺口試樣的沖擊吸收功分別用Akv和Aku表示；新標準中，V型、U型缺口試樣的沖擊吸收能量則分別為KV和KU，并且分為KV2、KV8和KU2、KU8，下標2和8指的是試驗用擺錘刀刃的半徑為2mm或8mm。而舊標準中的Aku2、Aku5，其下標中的數(shù)字則代表的是缺口深度，這一點應特別注意。

二、金屬材料相關標準的變動

金屬材料是目前使用最為廣泛的工程材料。生產(chǎn)中的金屬材料分為黑色金屬（鋼鐵）和有色金屬，鋼鐵（包括鋼和鑄鐵）在材料消費中占據(jù)主導地位，有色金屬中的鋁及鋁合金、銅及銅合金等也有廣泛的應用，下面僅就鋼的有關標準的變化做簡要介紹。1.鋼分類標準的變動我國傳統(tǒng)上將鋼按化學成分分為碳鋼和合金鋼兩大類，其中合金鋼按合金元素的總含量又可分為低合金鋼（wMe<5%）、中合金鋼(5%≤wMe≤10%)和合金鋼（wMe>10%）。在GB/T13304-1991《鋼分類》中，參照國際標準，將鋼按化學成分分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼三大類，并且規(guī)定了這三大類鋼中合金元素質量分數(shù)的基本界限值，在這里低合金鋼的概念與原來的低合金鋼有所區(qū)別。2.具體鋼牌號的標準變動鋼在大類上分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼，其中每一大類根據(jù)用途、質量等又有具體的分類，并分別有相應的國家標準。下面僅就幾種應用較廣和與專業(yè)行業(yè)應用聯(lián)系密切的鋼的標準變動加以介紹。

（1）碳素結構鋼。與碳素結構鋼對應的國家標準是GB/T700，這類鋼在1988年以前稱為普通碳素結構鋼，并分為甲類、乙類和丙類，牌號分別以A、B和C加數(shù)字表示，如A3鋼。在GB700-1988中，將這類鋼更名為碳素結構鋼，并以漢字“屈”的首字母Q加屈服點數(shù)值及質量等級符號、脫氧方法表示其牌號，如Q235AF。GB700-1988共規(guī)定了Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五個牌號?，F(xiàn)行的碳素結構鋼標準是GB/T700-2006，與GB700-1988相比，取消了Q255，將Q275的質量等級設為A、B、C、D四級。

（2）低合金高強度結構鋼。低合金高強度結構鋼在石油化工設備、高壓容器的制造中有著廣泛的應用，與之對應的國家標準是GB/T1591。這類鋼在1994年以前稱為低合金結構鋼，牌號采用數(shù)字加合金元素符號表示其化學成分，如16Mn。在GB/T1591-1994中，這類鋼稱為低合金高強度結構鋼，并采用了與碳素結構鋼類似的表示方法，即牌號表示屈服點和質量等級，如Q345C。GB/T1591-1994共規(guī)定了Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個牌號。由于這類鋼應用廣泛，因此發(fā)展速度較快，2008年對標準進行了修

訂，現(xiàn)行的國家標準為GB/T1591-2008，在新標準中，對硫、磷雜質的上限值做了調整，并且取消了Q295牌號，新增了Q500、Q550、Q620、Q690四個牌號。（3）不銹鋼與耐熱鋼。不銹鋼與耐熱鋼在化工、制藥行業(yè)得以大量應用，國家標準中不銹鋼與耐熱鋼的牌號一直采用數(shù)字（表示碳的質量分數(shù)）+合金元素符號+數(shù)字+……的表示方法，如1Cr13表示碳的質量分數(shù)為0.1%，Cr含量為13%的馬氏體不銹鋼，0Cr18Ni9表示碳的質量分數(shù)不超過0.08%的奧氏體不銹鋼。國家質量技術監(jiān)督檢驗檢疫局和國家標準化委員會于2007年3月了不銹鋼與耐熱鋼的新國標，共有七個標準，分別是GB/T20878-2007《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學成分》、GB/T1220-2007《不銹鋼棒》、GB/T1221-2007《耐熱鋼棒》、GB/T3280-2007《不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶》、GB/T4237-2007《不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶》、GB/T4238-2007《耐熱鋼板和鋼帶》。GB/T20878-2007中共歸納了143個不銹鋼與耐熱鋼的牌號，在牌號表示上，與以前標準的最大區(qū)別在于碳含量的表示。新國標中，采用兩位數(shù)字表示平均碳含量的萬分數(shù)，如06Cr19Ni10表示平均碳含量為0.06%；三位數(shù)字表示碳含量的十萬分數(shù)，如022Cr19Ni10表示平均碳含量為0.022%。

三、教學對策

工程材料課程教學的內容與相關的國家標準密切相關，國家標準的修改、變動對課程教學有著重要的影響。在教學中，應注意做到以下幾點。

1.實時關注相關標準的變化，及時將最新標準的介紹納入課程教學

由于教材的編寫和使用都有一定的周期，而國家標準又處于動態(tài)的修訂變化之中。為保證教學內容的先進性，緊跟行業(yè)企業(yè)發(fā)展，教師應通過網(wǎng)絡搜索、查閱文獻與企業(yè)技術人員交流等多種途徑，實時關注相關標準的變化及其實施應用情況，并及時將最新的國家標準納入課程教學，尤其著重介紹與舊標準變動較大的內容。

2.明確國家標準的重要地位

工程材料課程的很多教學內容基于相關標準展開，這些標準在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的規(guī)范作用，我們的設計、制造等生產(chǎn)活動也應以相關的標準為依據(jù)。如果在學習和生產(chǎn)中對某些問題產(chǎn)生了疑義，也可以通過查閱相關標準進行明確。例如，拉伸試驗中試樣的截面積有的資料中用S表示，有些資料中用A表示，學生對此表示疑惑。通過查閱標準，明確了用A表示橫截面積是采用的舊國標表示方法。

3.新舊標準同時介紹

一般來講，新標準的頒布實施，即意味著舊標準的廢止。但是，由于國家標準體系龐雜，相關從業(yè)人員的習慣等原因，新標準的實施和推行還是需要一定的時間。雖然有些新國標已頒布實施了幾年，但很多技術資料、參考文獻和教材中，舊標準仍在應用。因此，在教學中，對新舊國標的相關內容都要加以介紹，這樣才有利于學生對后續(xù)課程的順利學習和實際工作的開展。例如，雖然國家標準在2002年就取消了布氏硬度試驗中的淬火鋼壓頭和對應的HBS硬度符號，但在很多教材和資料中，HBS仍在應用，因此在教學中必須加以介紹。另外，2007年頒布的不銹鋼新國標中的牌號編號原則還未得到廣泛認可，因此，在介紹不銹鋼時，可采用新舊國標牌號對應講授，總結出新舊牌號同時適用的識別原則，并將在行業(yè)中廣泛應用的美國ASTM標準一并介紹。

4.對標準的變動介紹要分清主次

工程材料有關標準的很多內容是面向材料生產(chǎn)企業(yè)和材料檢驗人員的，而我們的學生的崗位群主要是材料的使用者，因此，課程教學的目標是掌握常用機械工程材料的分類、牌號、性能特點和應用。因此，在標準變動介紹時，對力學性能測定試驗，當性能指標及其符號發(fā)生變化時，必須加以著重介紹，而對具體細節(jié)內容的變化則無需加以詳述。另外，對各類工程材料的標準，當分類及牌號的編號原則發(fā)生變化時必須詳細說明，而當標準的變動只涉及具體牌號的增減和化學成分的調整時則可簡要介紹即可。

5.授之以漁

我們的學生將來走入社會還要工作三、四十年，無論我們講授的知識多么先進和實用，總有一天會落伍甚至被淘汰。因此，教會學生樹立主動知識更新的意識，培養(yǎng)其自主學習的能力更為重要。在教學中，結合標準的變動介紹，鼓勵學生通過網(wǎng)絡自己查閱、識讀新的國家標準，小組討論學習。并強調說明，隨著科學的發(fā)展和技術的進步，標準還會不斷進行修訂、變動，在將來的工作中必須具備自學能力，主動進行知識更新，才能稱為一名合格的從業(yè)者。