工程材料課程標準化變動及教學(xué)對策的研究分析論文
一、金屬力學(xué)性能試驗標準的變動
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)性能主要包括強度、塑性、硬度、韌性四個方面，力學(xué)性能的指標都是通過相應(yīng)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(yīng)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(shù)內(nèi)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(yīng)變化。
2.硬度試驗標準變動
硬度作為金屬的重要力學(xué)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(yīng)，其中變化較大的是布氏硬度。與布氏硬度相關(guān)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(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(yīng)的硬度符號HBS，即所有的布氏硬度試驗壓頭均采用硬質(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(yīng)特別注意。
二、金屬材料相關(guān)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(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(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，參照國際標準，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(zhì)量等又有具體的分類，并分別有相應(yīng)的國家標準。下面僅就幾種應(yīng)用較廣和與專業(yè)行業(yè)應(yīng)用聯(lián)系密切的鋼的標準變動加以介紹。
�。�1）碳素結(jié)構(gòu)鋼。與碳素結(jié)構(gòu)鋼對應(yīng)的國家標準是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、Q275五個牌號�，F(xiàn)行的碳素結(jié)構(gòu)鋼標準是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）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。低合金高強度結(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)的國家標準是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，即牌號表示屈服點和質(zhì)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(yīng)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(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，國家標準中不銹鋼與耐熱鋼的牌號一直采用數(shù)字（表示碳的質(zhì)量分數(shù)）+合金元素符號+數(shù)字+……的表示方法，如1Cr13表示碳的質(zhì)量分數(shù)為0.1%，Cr含量為13%的馬氏體不銹鋼，0Cr18Ni9表示碳的質(zhì)量分數(shù)不超過0.08%的奧氏體不銹鋼。國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗檢疫局和國家標準化委員會于2007年3月發(fā)布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(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(xué)對策
工程材料課程教學(xué)的內(nèi)容與相關(guān)的國家標準密切相關(guān)，國家標準的修改、變動對課程教學(xué)有著重要的影響。在教學(xué)中，應(yīng)注意做到以下幾點。
1.實時關(guān)注相關(guān)標準的變化，及時將最新標準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，而國家標準又處于動態(tài)的修訂變化之中。為保證教學(xué)內(nèi)容的先進性，緊跟行業(yè)企業(yè)發(fā)展，教師應(yīng)通過網(wǎng)絡(luò)搜索、查閱文獻與企業(yè)技術(shù)人員交流等多種途徑，實時關(guān)注相關(guān)標準的變化及其實施應(yīng)用情況，并及時將最新的國家標準納入課程教學(xué)，尤其著重介紹與舊標準變動較大的內(nèi)容。
2.明確國家標準的重要地位
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(shè)計、制造等生產(chǎn)活動也應(yīng)以相關(guān)的標準為依據(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(xué)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(guān)從業(yè)人員的習(xí)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(shù)資料、參考文獻和教材中，舊標準仍在應(yīng)用。因此，在教學(xué)中，對新舊國標的相關(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(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(yīng)講授，總結(jié)出新舊牌號同時適用的識別原則，并將在行業(yè)中廣泛應(yīng)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(guān)標準的很多內(nèi)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(xué)生的崗位群主要是材料的使用者，因此，課程教學(xué)的目標是掌握常用機械工程材料的分類、牌號、性能特點和應(yīng)用。因此，在標準變動介紹時，對力學(xué)性能測定試驗，當(dāng)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(nèi)容的變化則無需加以詳述。另外，對各類工程材料的標準，當(dāng)分類及牌號的編號原則發(fā)生變化時必須詳細說明，而當(dāng)標準的變動只涉及具體牌號的增減和化學(xué)成分的調(diào)整時則可簡要介紹即可。
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(xué)生樹立主動知識更新的意識，培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)的能力更為重要。在教學(xué)中，結(jié)合標準的變動介紹，鼓勵學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)自己查閱、識讀新的國家標準，小組討論學(xué)習(xí)。并強調(diào)說明，隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)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(xué)能力，主動進行知識更新，才能稱為一名合格的從業(yè)者。
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