工程材料課程標(biāo)準(zhǔn)化變動(dòng)及教學(xué)對策

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一、金屬力學(xué)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的變動(dòng)

金屬的力學(xué)性能是工程材料性能的重要方面，力學(xué)性能的講授是工程材料課程教學(xué)的重要內(nèi)容。金屬的力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性四個(gè)方面，力學(xué)性能的指標(biāo)都是通過相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)進(jìn)行測定的。

1.拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)變動(dòng)

強(qiáng)度和塑性指標(biāo)通過拉伸試驗(yàn)進(jìn)行測定，現(xiàn)行的相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)是GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》，這一國家標(biāo)準(zhǔn)是合并、修訂GB/T228-1987《金屬拉伸試驗(yàn)方法》、GB/T3076-1982《金屬薄板（帶）拉伸試驗(yàn)方法》和GB/T6397-1986《金屬拉伸試驗(yàn)試樣》三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，它等效采用了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6892：1998《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)》，也是GB/T228的第三次修訂。GB/T228-2002包括的技術(shù)內(nèi)容和要求與原來的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有較大差異，尤其在性能名稱和符號方面變動(dòng)較大。為與國際接軌，性能的定義及符號均按照國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，如新標(biāo)準(zhǔn)中取消了強(qiáng)度指標(biāo)屈服點(diǎn)的定義，代之以屈服強(qiáng)度，并將其分為上屈服強(qiáng)度和下曲度強(qiáng)度，另外很多符號都做了相應(yīng)變化。

2.硬度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)變動(dòng)

硬度作為金屬的重要力學(xué)性能指標(biāo)，是通過硬度試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)與之相對應(yīng)，其中變化較大的是布氏硬度。與布氏硬度相關(guān)的國標(biāo)是GB/T231。在2002年以前的標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)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(biāo)GB/T231-2002分為三個(gè)部分，即GB/T231.1-2002《金屬布氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法》、GB/T231.2-2002《金屬布氏硬度試驗(yàn)第2部分：硬度計(jì)的檢驗(yàn)》、GB/T231.3-2002《金屬布氏硬度試驗(yàn)第3部分：標(biāo)準(zhǔn)塊的規(guī)定》，在GB/T231.1-2002中取消了淬火鋼球壓頭和相應(yīng)的硬度符號HBS，即所有的布氏硬度試驗(yàn)壓頭均采用硬質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)是GB/T231-2009，與02年的國標(biāo)相比，變化不是太大，主要是將布氏硬度值從第1部分中獨(dú)立出來，作為標(biāo)準(zhǔn)的第4部分。

3.沖擊韌性測定試驗(yàn)的變動(dòng)

金屬的韌性是通過沖擊試驗(yàn)測定的，沖擊試驗(yàn)的最新國家標(biāo)準(zhǔn)是GB/T229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》，與舊國標(biāo)GB/T229-1994《金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)》相比，主要是韌性衡量指標(biāo)及符號的變化。在舊國標(biāo)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)2和8指的是試驗(yàn)用擺錘刀刃的半徑為2mm或8mm。而舊標(biāo)準(zhǔn)中的Aku2、Aku5，其下標(biāo)中的數(shù)字則代表的是缺口深度，這一點(diǎn)應(yīng)特別注意。

二、金屬材料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的變動(dòng)

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(fèi)中占據(jù)主導(dǎo)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(yīng)用，下面僅就鋼的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的變化做簡要介紹。1.鋼分類標(biāo)準(zhǔn)的變動(dòng)我國傳統(tǒng)上將鋼按化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)，將鋼按化學(xué)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(zhì)量分?jǐn)?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(biāo)準(zhǔn)變動(dòng)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(zhì)量等又有具體的分類，并分別有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。下面僅就幾種應(yīng)用較廣和與專業(yè)行業(yè)應(yīng)用聯(lián)系密切的鋼的標(biāo)準(zhǔn)變動(dòng)加以介紹。

（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼。與碳素結(jié)構(gòu)鋼對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)是GB/T700，這類鋼在1988年以前稱為普通碳素結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)鋼，并以漢字“屈”的首字母Q加屈服點(diǎn)數(shù)值及質(zhì)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(gè)牌號?，F(xiàn)行的碳素結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)是GB/T700-2006，與GB700-1988相比，取消了Q255，將Q275的質(zhì)量等級設(shè)為A、B、C、D四級。

（2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼在石油化工設(shè)備、高壓容器的制造中有著廣泛的應(yīng)用，與之對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)是GB/T1591。這類鋼在1994年以前稱為低合金結(jié)構(gòu)鋼，牌號采用數(shù)字加合金元素符號表示其化學(xué)成分，如16Mn。在GB/T1591-1994中，這類鋼稱為低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，并采用了與碳素結(jié)構(gòu)鋼類似的表示方法，即牌號表示屈服點(diǎn)和質(zhì)量等級，如Q345C。GB/T1591-1994共規(guī)定了Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個(gè)牌號。由于這類鋼應(yīng)用廣泛，因此發(fā)展速度較快，2008年對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修

訂，現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T1591-2008，在新標(biāo)準(zhǔn)中，對硫、磷雜質(zhì)的上限值做了調(diào)整，并且取消了Q295牌號，新增了Q500、Q550、Q620、Q690四個(gè)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(yīng)用，國家標(biāo)準(zhǔn)中不銹鋼與耐熱鋼的牌號一直采用數(shù)字（表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）+合金元素符號+數(shù)字+……的表示方法，如1Cr13表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，Cr含量為13%的馬氏體不銹鋼，0Cr18Ni9表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過0.08%的奧氏體不銹鋼。國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局和國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)于2007年3月了不銹鋼與耐熱鋼的新國標(biāo)，共有七個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，分別是GB/T20878-2007《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學(xué)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(gè)不銹鋼與耐熱鋼的牌號，在牌號表示上，與以前標(biāo)準(zhǔn)的最大區(qū)別在于碳含量的表示。新國標(biāo)中，采用兩位數(shù)字表示平均碳含量的萬分?jǐn)?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?jǐn)?shù)，如022Cr19Ni10表示平均碳含量為0.022%。

三、教學(xué)對策

工程材料課程教學(xué)的內(nèi)容與相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)密切相關(guān)，國家標(biāo)準(zhǔn)的修改、變動(dòng)對課程教學(xué)有著重要的影響。在教學(xué)中，應(yīng)注意做到以下幾點(diǎn)。

1.實(shí)時(shí)關(guān)注相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的變化，及時(shí)將最新標(biāo)準(zhǔn)的介紹納入課程教學(xué)

由于教材的編寫和使用都有一定的周期，而國家標(biāo)準(zhǔn)又處于動(dòng)態(tài)的修訂變化之中。為保證教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性，緊跟行業(yè)企業(yè)發(fā)展，教師應(yīng)通過網(wǎng)絡(luò)搜索、查閱文獻(xiàn)與企業(yè)技術(shù)人員交流等多種途徑，實(shí)時(shí)關(guān)注相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的變化及其實(shí)施應(yīng)用情況，并及時(shí)將最新的國家標(biāo)準(zhǔn)納入課程教學(xué)，尤其著重介紹與舊標(biāo)準(zhǔn)變動(dòng)較大的內(nèi)容。

2.明確國家標(biāo)準(zhǔn)的重要地位

工程材料課程的很多教學(xué)內(nèi)容基于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)展開，這些標(biāo)準(zhǔn)在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的規(guī)范作用，我們的設(shè)計(jì)、制造等生產(chǎn)活動(dòng)也應(yīng)以相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。如果在學(xué)習(xí)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確。例如，拉伸試驗(yàn)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(xué)生對此表示疑惑。通過查閱標(biāo)準(zhǔn)，明確了用A表示橫截面積是采用的舊國標(biāo)表示方法。

3.新舊標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)介紹

一般來講，新標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施，即意味著舊標(biāo)準(zhǔn)的廢止。但是，由于國家標(biāo)準(zhǔn)體系龐雜，相關(guān)從業(yè)人員的習(xí)慣等原因，新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施和推行還是需要一定的時(shí)間。雖然有些新國標(biāo)已頒布實(shí)施了幾年，但很多技術(shù)資料、參考文獻(xiàn)和教材中，舊標(biāo)準(zhǔn)仍在應(yīng)用。因此，在教學(xué)中，對新舊國標(biāo)的相關(guān)內(nèi)容都要加以介紹，這樣才有利于學(xué)生對后續(xù)課程的順利學(xué)習(xí)和實(shí)際工作的開展。例如，雖然國家標(biāo)準(zhǔn)在2002年就取消了布氏硬度試驗(yàn)中的淬火鋼壓頭和對應(yīng)的HBS硬度符號，但在很多教材和資料中，HBS仍在應(yīng)用，因此在教學(xué)中必須加以介紹。另外，2007年頒布的不銹鋼新國標(biāo)中的牌號編號原則還未得到廣泛認(rèn)可，因此，在介紹不銹鋼時(shí)，可采用新舊國標(biāo)牌號對應(yīng)講授，總結(jié)出新舊牌號同時(shí)適用的識(shí)別原則，并將在行業(yè)中廣泛應(yīng)用的美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)一并介紹。

4.對標(biāo)準(zhǔn)的變動(dòng)介紹要分清主次

工程材料有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的很多內(nèi)容是面向材料生產(chǎn)企業(yè)和材料檢驗(yàn)人員的，而我們的學(xué)生的崗位群主要是材料的使用者，因此，課程教學(xué)的目標(biāo)是掌握常用機(jī)械工程材料的分類、牌號、性能特點(diǎn)和應(yīng)用。因此，在標(biāo)準(zhǔn)變動(dòng)介紹時(shí)，對力學(xué)性能測定試驗(yàn)，當(dāng)性能指標(biāo)及其符號發(fā)生變化時(shí)，必須加以著重介紹，而對具體細(xì)節(jié)內(nèi)容的變化則無需加以詳述。另外，對各類工程材料的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)分類及牌號的編號原則發(fā)生變化時(shí)必須詳細(xì)說明，而當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的變動(dòng)只涉及具體牌號的增減和化學(xué)成分的調(diào)整時(shí)則可簡要介紹即可。

5.授之以漁

我們的學(xué)生將來走入社會(huì)還要工作三、四十年，無論我們講授的知識(shí)多么先進(jìn)和實(shí)用，總有一天會(huì)落伍甚至被淘汰。因此，教會(huì)學(xué)生樹立主動(dòng)知識(shí)更新的意識(shí)，培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)的能力更為重要。在教學(xué)中，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的變動(dòng)介紹，鼓勵(lì)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)自己查閱、識(shí)讀新的國家標(biāo)準(zhǔn)，小組討論學(xué)習(xí)。并強(qiáng)調(diào)說明，隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，標(biāo)準(zhǔn)還會(huì)不斷進(jìn)行修訂、變動(dòng)，在將來的工作中必須具備自學(xué)能力，主動(dòng)進(jìn)行知識(shí)更新，才能稱為一名合格的從業(yè)者。