工程材料课程标准化变动及教学对策

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一、金属力学性能试验标准的变动

金属的力学性能是工程材料性能的重要方面，力学性能的讲授是工程材料课程教学的重要内容。金属的力学性能主要包括强度、塑性、硬度、韧性四个方面，力学性能的指标都是通过相应的标准试验进行测定的。

1.拉伸试验标准变动

强度和塑性指标通过拉伸试验进行测定，现行的相应国家标准是GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》，这一国家标准是合并、修订GB/T228-1987《金属拉伸试验方法》、GB/T3076-1982《金属薄板（带）拉伸试验方法》和GB/T6397-1986《金属拉伸试验试样》三个标准为一个标准，它等效采用了国际标准ISO6892：1998《金属材料室温拉伸试验》，也是GB/T228的第三次修订。GB/T228-2002包括的技术内容和要求与原来的三个标准有较大差异，尤其在性能名称和符号方面变动较大。为与国际接轨，性能的定义及符号均按照国际标准的规定，如新标准中取消了强度指标屈服点的定义，代之以屈服强度，并将其分为上屈服强度和下曲度强度，另外很多符号都做了相应变化。

2.硬度试验标准变动

硬度作为金属的重要力学性能指标，是通过硬度试验来测定的。生产中常用的硬度测定方法有三种：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度，每一种硬度测定方法都有各自的国家标准与之相对应，其中变化较大的是布氏硬度。与布氏硬度相关的国标是GB/T231。在2002年以前的标准中，布氏硬度的压头有两种类型，一种是淬火钢球，其硬度符号为HBS，适用的硬度值小于450；另一种是硬质合金压头，其硬度符号为HBW，适用的硬度值为450-650；2002年颁布的新国标GB/T231-2002分为三个部分，即GB/T231.1-2002《金属布氏硬度试验第1部分：试验方法》、GB/T231.2-2002《金属布氏硬度试验第2部分：硬度计的检验》、GB/T231.3-2002《金属布氏硬度试验第3部分：标准块的规定》，在GB/T231.1-2002中取消了淬火钢球压头和相应的硬度符号HBS，即所有的布氏硬度试验压头均采用硬质合金球，硬度符号采用HBW，其硬度范围上限为650HBW，并且取消了直径2mm的压头。2009年颁布的布氏硬度最新国家标准是GB/T231-2009，与02年的国标相比，变化不是太大，主要是将布氏硬度值从第1部分中独立出来，作为标准的第4部分。

3.冲击韧性测定试验的变动

金属的韧性是通过冲击试验测定的，冲击试验的最新国家标准是GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》，与旧国标GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验》相比，主要是韧性衡量指标及符号的变化。在旧国标中，用冲击吸收功来衡量金属韧性的高低，其代表符号为Ak，在新国标中称为冲击吸收能量，代表符号为K，其物理意义基本相同。旧标准中，V型、U型缺口试样的冲击吸收功分别用Akv和Aku表示；新标准中，V型、U型缺口试样的冲击吸收能量则分别为KV和KU，并且分为KV2、KV8和KU2、KU8，下标2和8指的是试验用摆锤刀刃的半径为2mm或8mm。而旧标准中的Aku2、Aku5，其下标中的数字则代表的是缺口深度，这一点应特别注意。

二、金属材料相关标准的变动

金属材料是目前使用最为广泛的工程材料。生产中的金属材料分为黑色金属（钢铁）和有色金属，钢铁（包括钢和铸铁）在材料消费中占据主导地位，有色金属中的铝及铝合金、铜及铜合金等也有广泛的应用，下面仅就钢的有关标准的变化做简要介绍。1.钢分类标准的变动我国传统上将钢按化学成分分为碳钢和合金钢两大类，其中合金钢按合金元素的总含量又可分为低合金钢（wMe<5%）、中合金钢(5%≤wMe≤10%)和合金钢（wMe>10%）。在GB/T13304-1991《钢分类》中，参照国际标准，将钢按化学成分分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类，并且规定了这三大类钢中合金元素质量分数的基本界限值，在这里低合金钢的概念与原来的低合金钢有所区别。2.具体钢牌号的标准变动钢在大类上分为非合金钢、低合金钢和合金钢，其中每一大类根据用途、质量等又有具体的分类，并分别有相应的国家标准。下面仅就几种应用较广和与专业行业应用联系密切的钢的标准变动加以介绍。

（1）碳素结构钢。与碳素结构钢对应的国家标准是GB/T700，这类钢在1988年以前称为普通碳素结构钢，并分为甲类、乙类和丙类，牌号分别以A、B和C加数字表示，如A3钢。在GB700-1988中，将这类钢更名为碳素结构钢，并以汉字“屈”的首字母Q加屈服点数值及质量等级符号、脱氧方法表示其牌号，如Q235AF。GB700-1988共规定了Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号。现行的碳素结构钢标准是GB/T700-2006，与GB700-1988相比，取消了Q255，将Q275的质量等级设为A、B、C、D四级。

（2）低合金高强度结构钢。低合金高强度结构钢在石油化工设备、高压容器的制造中有着广泛的应用，与之对应的国家标准是GB/T1591。这类钢在1994年以前称为低合金结构钢，牌号采用数字加合金元素符号表示其化学成分，如16Mn。在GB/T1591-1994中，这类钢称为低合金高强度结构钢，并采用了与碳素结构钢类似的表示方法，即牌号表示屈服点和质量等级，如Q345C。GB/T1591-1994共规定了Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。由于这类钢应用广泛，因此发展速度较快，2008年对标准进行了修

订，现行的国家标准为GB/T1591-2008，在新标准中，对硫、磷杂质的上限值做了调整，并且取消了Q295牌号，新增了Q500、Q550、Q620、Q690四个牌号。（3）不锈钢与耐热钢。不锈钢与耐热钢在化工、制药行业得以大量应用，国家标准中不锈钢与耐热钢的牌号一直采用数字（表示碳的质量分数）+合金元素符号+数字+……的表示方法，如1Cr13表示碳的质量分数为0.1%，Cr含量为13%的马氏体不锈钢，0Cr18Ni9表示碳的质量分数不超过0.08%的奥氏体不锈钢。国家质量技术监督检验检疫局和国家标准化委员会于2007年3月了不锈钢与耐热钢的新国标，共有七个标准，分别是GB/T20878-2007《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》、GB/T1220-2007《不锈钢棒》、GB/T1221-2007《耐热钢棒》、GB/T3280-2007《不锈钢冷轧钢板和钢带》、GB/T4237-2007《不锈钢热轧钢板和钢带》、GB/T4238-2007《耐热钢板和钢带》。GB/T20878-2007中共归纳了143个不锈钢与耐热钢的牌号，在牌号表示上，与以前标准的最大区别在于碳含量的表示。新国标中，采用两位数字表示平均碳含量的万分数，如06Cr19Ni10表示平均碳含量为0.06%；三位数字表示碳含量的十万分数，如022Cr19Ni10表示平均碳含量为0.022%。

三、教学对策

工程材料课程教学的内容与相关的国家标准密切相关，国家标准的修改、变动对课程教学有着重要的影响。在教学中，应注意做到以下几点。

1.实时关注相关标准的变化，及时将最新标准的介绍纳入课程教学

由于教材的编写和使用都有一定的周期，而国家标准又处于动态的修订变化之中。为保证教学内容的先进性，紧跟行业企业发展，教师应通过网络搜索、查阅文献与企业技术人员交流等多种途径，实时关注相关标准的变化及其实施应用情况，并及时将最新的国家标准纳入课程教学，尤其着重介绍与旧标准变动较大的内容。

2.明确国家标准的重要地位

工程材料课程的很多教学内容基于相关标准展开，这些标准在生产中发挥着重要的规范作用，我们的设计、制造等生产活动也应以相关的标准为依据。如果在学习和生产中对某些问题产生了疑义，也可以通过查阅相关标准进行明确。例如，拉伸试验中试样的截面积有的资料中用S表示，有些资料中用A表示，学生对此表示疑惑。通过查阅标准，明确了用A表示横截面积是采用的旧国标表示方法。

3.新旧标准同时介绍

一般来讲，新标准的颁布实施，即意味着旧标准的废止。但是，由于国家标准体系庞杂，相关从业人员的习惯等原因，新标准的实施和推行还是需要一定的时间。虽然有些新国标已颁布实施了几年，但很多技术资料、参考文献和教材中，旧标准仍在应用。因此，在教学中，对新旧国标的相关内容都要加以介绍，这样才有利于学生对后续课程的顺利学习和实际工作的开展。例如，虽然国家标准在2002年就取消了布氏硬度试验中的淬火钢压头和对应的HBS硬度符号，但在很多教材和资料中，HBS仍在应用，因此在教学中必须加以介绍。另外，2007年颁布的不锈钢新国标中的牌号编号原则还未得到广泛认可，因此，在介绍不锈钢时，可采用新旧国标牌号对应讲授，总结出新旧牌号同时适用的识别原则，并将在行业中广泛应用的美国ASTM标准一并介绍。

4.对标准的变动介绍要分清主次

工程材料有关标准的很多内容是面向材料生产企业和材料检验人员的，而我们的学生的岗位群主要是材料的使用者，因此，课程教学的目标是掌握常用机械工程材料的分类、牌号、性能特点和应用。因此，在标准变动介绍时，对力学性能测定试验，当性能指标及其符号发生变化时，必须加以着重介绍，而对具体细节内容的变化则无需加以详述。另外，对各类工程材料的标准，当分类及牌号的编号原则发生变化时必须详细说明，而当标准的变动只涉及具体牌号的增减和化学成分的调整时则可简要介绍即可。

5.授之以渔

我们的学生将来走入社会还要工作三、四十年，无论我们讲授的知识多么先进和实用，总有一天会落伍甚至被淘汰。因此，教会学生树立主动知识更新的意识，培养其自主学习的能力更为重要。在教学中，结合标准的变动介绍，鼓励学生通过网络自己查阅、识读新的国家标准，小组讨论学习。并强调说明，随着科学的发展和技术的进步，标准还会不断进行修订、变动，在将来的工作中必须具备自学能力，主动进行知识更新，才能称为一名合格的从业者。