Протокол от лабораторно упражнение по материалознание: Закаляване и отгряване на стомани. Условия на термообработката и влияние на скоростта на охлаждане върху твърдостта

Готов лабораторен протокол по материалознание с оформена заглавна таблица, диаграма и разгърната теоретична част. Служи едновременно като образец за подредба и като готов текст. Именно тази двойна употреба го отличава. Студентът получава не само какво да напише, но и как да го разположи на листа. Темата е закаляването на стоманата и обхваща три страници. Началото е заглавна таблица в три части — учебно заведение, катедра с номер на протокола и данни на студента, а отдясно място за подпис на преподавателя. Следва раздел със схема, съдържащ основната диаграма за този предмет. Средището е теоретичната част. Тя не започва направо от темата, а от по-широкото понятие — обяснено е защо изобщо се прилага топлинно въздействие върху метала и кои са трите основни величини на всеки режим. Именно тази подредба прави материала полезен. Трите величини първо са изброени, а после всяка от тях е разгледана поотделно — от какво зависи и как се определя. Особено ценно е обяснението за критичните температури. Посочено е защо те се различават при нагряване и при охлаждане и как се означават в двата случая. Оттам изложението стига до самата тема. Дадено е определението чрез трите последователни действия, а после и целта — трите свойства, които се подобряват. Следва най-важната част — за скоростта на охлаждане. Показано е какво се получава при бавно охлаждане в определен температурен обхват, кои три структури възникват и защо се различават помежду си. После е въведена граничната стойност, при която превръщането протича по друг път, и е обяснено от какво зависи тя. Назована е и структурата, която дава търсената твърдост. Особено практична е частта за температурата на нагряване. Разграничени са два случая според състава, като при всеки е посочено с колко градуса се превишава съответната критична температура и какво се случва при охлаждането. Финалната част описва самото упражнение — в какво се нагряват образците, в какви среди се охлаждат и с какъв уред се измерва резултатът. Преподавателят получава готов протокол, годен за мерило при проверка, а теоретичната част върши работа и като кратък урок. Студентът получава завършена работа с оформена заглавна част, годна за образец при изготвяне на собствен протокол.

Метод, който изисква не едно измерване, а цяла крива – и точно затова протоколът по това упражнение обикновено се проваля. Тук е разработен докрай: двайсет отчета, построена графика, изчислени производни и получени стойности за три различни температури. Първата страница е стандартната титулна част – учебно заведение, филиал, катедра, номер на протокола и незапълнени полета за студентски данни, което позволява файлът да послужи и като бланка. Теоретичните бележки въвеждат величината последователно. Първо топлинният капацитет с определението и формулата, после връзката му с масата и специфичния топлинен капацитет, а оттам – зависимостта на топлинните свойства от химичния състав, масата и термодинамичното състояние. Едва тогава е описан самият метод: загрят метален образец, оставен да се охлажда, чиято скорост на охлаждане зависи от температурата, размерите, масата и търсената величина. Дадени са изразът за количеството топлина, отдавано за единица време, и обяснението как от графичното представяне на температурата като функция на времето се получава кривата на охлаждане. Задачите са две и се решават последователно. Първата изисква снемане на кривата на охлаждане на меден еталон. Данните са в таблица с двайсет реда – време през десет секунди и съответното напрежение в миливолта, като е указано, че графиката се построява върху милиметрова хартия. Втората задача използва тази крива, за да се стигне до търсеното. Изписани са размерите и масите на двата образеца – медния и стоманения, – после е показано как отчетената температура се получава като сума от табличната и стайната, при три различни стойности на напрежението. Следва пресмятането на производните чрез крайни разлики, изчислени за всяка от трите точки. Накрая са пресметнати пълните повърхнини на двата образеца, изведен е коефициентът, свързващ ги чрез масите, и резултатите са събрани в таблица с шест колони: напрежение, температура, специфичният капацитет на медта, двете производни и търсената величина за стоманата. Под таблицата стои уточнението, че производните са осреднени.

Четири лабораторни упражнения, но не бланки, а завършени протоколи. Всяко от тях е минато докрай: с измерените стойности в таблиците, с начертаните графики и с написаните изводи накрая. Разликата спрямо празно задание е огромна, защото едва след като види попълнен протокол, човек разбира какво точно се иска от него. Четирите упражнения обхващат трите големи групи материали в електрониката плюс готовите елементи, направени от тях. Това е и логиката на подредбата, от материала към изделието. Първото е върху проводниците и поведението им при нагряване. Изследвани са четири различни образеца, сред които чист метал, две съпротивителни сплави и резистивен слой, така че се вижда колко различно реагират. Освен измерванията протоколът стига и до изчислени величини: температурни коефициенти за всеки интервал, средна стойност, теоретично пресметнати съпротивления в краищата на обхвата и коефициент на топлопроводност по каталожни данни. Второто е върху диелектриците при същото условие, промяна на температурата. Тук се работи с два параметъра едновременно и се минава през коефициент, който отчита геометрията на образеца, преди да се стигне до относителната диелектрична проницаемост и до температурния коефициент. Третото е върху магнитните материали и е най-графичното от четирите. В него се снема основната крива на намагнитване, определят се двете характерни величини на хистерезиса и се чертае граничният цикъл, а накрая се изчислява динамичната проницаемост. Четвъртото затваря кръга с готовите елементи. В него се гледа как се променят съпротивлението на различни видове резистори, параметрите на термистор и капацитетът на различни видове кондензатори при нагряване, с отделни графики за относителните изменения. Всеки протокол е по един и същи образец, което прави комплекта удобен за работа. Задание, теоретична постановка, схема на опитната постановка, таблица с резултати, графики и накрая анализ и изводи. Схемите са печатни и ясни, таблиците са с реални числа, а графиките са начертани на милиметрова хартия, така че се вижда и как се нанасят точките и как се прокарва кривата. Най-ценното обаче е последният раздел. Изводите са кратки, по две или три изречения, но показват точно какво се очаква да се забележи от експеримента и как се формулира. Това е частта, която обикновено затруднява най-много, защото в заданието не пише какво да се заключи. Какво получаваш. Четири завършени протокола по един и същ образец. Реални измервания и реални сметки, не примерни числа. Начертани графики за всяко упражнение. И готови формулировки на изводи, по които се вижда какво се очаква да бъде забелязано. За какво служи. За подготовка преди влизане в лабораторията, за да е ясно какво предстои. За разбиране как се обработват измерените данни и как се стига от таблицата до графиката. За проверка на собствените сметки, когато резултатът изглежда странен. И за преговор на понятията преди защита. Понятия: проводникови материали, диелектрични материали, магнитни материали, пасивни електронни елементи, специфично съпротивление, температурен коефициент на съпротивлението, коефициент на топлопроводност, диелектрична проницаемост, тангенс на ъгъла на диелектричните загуби, крива на намагнитване, коерцитивен интензитет, остатъчна магнитна индукция, хистерезисен цикъл, магнитна проницаемост, термистор, температурна чувствителност. Полза за преподавателя: готов образец за това как трябва да изглежда предаден протокол, с попълнени таблици, начертани графики и формулирани изводи, по който се задават изискванията в началото на семестъра. Полза за студента: яснота какво точно се иска във всеки раздел. След прегледа се знае как се попълва таблицата, как се нанасят точките на графиката и в каква посока се мисли, когато се пишат изводите.

Три страници, в които един лабораторен протокол започва не със самото упражнение, а с цялата теория зад него – от класификацията на неразглобяемите съединения до трите параметъра на режима. Титулната част е стандартната – висше училище, катедра, номер на протокола и полета за студентски данни, което позволява файлът да послужи и като бланка. Въведението е необичайно обширно за протокол и това е основното му предимство. Тръгва отвисоко: неразглобяемите съединения са разделени на две групи с посочени начини за получаване, после заваряването е разделено на два основни вида. Оттам изложението се стеснява до разглеждания метод. Дадена е същността му и са изведени двете му характерни особености, които го отличават от останалите начини на заваряване – именно те обясняват защо той е толкова разпространен. Записан е и изразът за отделената топлина. Следва описание на точковия вариант: за какъв материал се използва, как се съединяват детайлите, кое определя броя на точките и каква е разликата между двете възможни изпълнения. Работният цикъл е проследен последователно – три времеви етапа, всеки с означение и с обяснение какво се извършва в него. Такова разписване на цикъла рядко присъства в студентски протоколи, а именно то показва разбиране на процеса. Най-стойностната част е разглеждането на трите параметъра на режима. При всеки е обяснено как влияе върху резултата и защо, а при два от тях е добавена и практическа бележка – кой параметър се поддържа по-трудно и какъв е ефектът от прекомерното увеличаване на другия. Задачата е формулирана кратко и точно, а опитните данни са три двойки стойности при постоянна сила на притискане, като е отбелязана и характерната точка в получената зависимост. Приложени са и три схеми. Студентът получава образец с попълнени резултати и с теоретична част, която покрива и изпитния въпрос по темата. Преподавателят – пример, показващ докъде трябва да стигне разработката по това упражнение.

Целият курс по материалознание, свит на три страници. Не конспект за четене, а пищов – текст, писан така, че да побере максимум в минимум място. Точно това го прави полезен в последните часове преди изпит. Няма увод, няма заключения, няма разводнени обяснения. Всяка точка започва с названието си, следва тире и веднага същината. Обхватът е внушителен – над четиридесет точки, подредени по реда на конспекта. Началото е върху строежа: кристални решетки с параметри и координационно число, аморфно състояние, анизотропия и накрая дефектите, разделени на точкови, линейни и повърхностни. Следва разделът за фазовите диаграми – три отделни точки за пълна разтворимост, пълна неразтворимост и ограничена разтворимост в твърдо състояние, при това с обяснение какво представляват линиите и какво има в отделните области. Средището е механичното поведение. Тук са еластичната и пластичната деформация, пълзенето, разрушаването, а после и цяла поредица от изпитвания: на опън с построяване на диаграма, на ударна жилавост, на умора и три отделни метода за твърдост. Именно този блок е най-практичен – трите метода за твърдост се бъркат постоянно, а тук всеки е описан в отделна точка, със своите особености. Оттам материалът минава към сплавите. Разгледани са полиморфизмът на желязото, въглеродните стомани, чугуните с отделно внимание към един от видовете, а после легираните стомани в три групи според предназначението и стоманите със специални свойства. Отделни точки са посветени на цветните метали и техните сплави – мед и алуминий, всеки със свойствата и приложенията си. Следващият голям блок е термичната обработка: закаляване, повърхностно закаляване, отвръщане и отгряване – всяка операция с отделна точка. Финалът излиза извън металите и обхваща пластмасите с изходните им продукти, керамичните материали и композитите. Изложението е плътно, със съкращения и без празни редове. Дванадесетте приложени изображения са диаграми и схеми, поставени там, където думите не стигат – най-вече при фазовите диаграми и при изпитванията. За преподавателя това е поглед към онова, което студентите смятат за най-съществено по темата – полезно при съставяне на изпитни въпроси и при преценка кое остава подминато. За студента материалът върши точно една работа, но я върши добре: целият изпитен материал се преговаря наведнъж, за един следобед, вместо да се събира от лекции, учебници и чужди тетрадки. Подредбата по точки позволява и бърза проверка кое още не се знае.

Тридесет и пет въпроса и близо сто изображения в един файл. Конспектно написани, но с всички схеми и диаграми, без които отговорът по тази дисциплина не струва нищо. Разработени изпитни въпроси по изпитване на материалите. Материалът е конспектен по форма: без увод и без излишни обяснения, само същността по всеки въпрос, както се водят записки преди изпит. Силата му е в съчетанието между сбит текст и голям брой чертежи, диаграми и схеми, вплетени на местата, където са нужни. Въпросите следват логиката на самата дисциплина и образуват няколко ясно обособени групи. Първата група е теоретичната основа. В нея влизат същността на механичните изпитвания и тяхната класификация по няколко признака, схемите на напрегнатото състояние с коефициента, който ги характеризира, и условията за подобие при изпитването, разгледани в три отделни вида. Най-обемната група е посветена на опъна. Тя тръгва от стандартните образци и самото изпитване, минава през видовете диаграми и характерните им участъци, през условната и истинската деформация, през границите на пропорционалност и провлачване, фигурите на провлачване, съставките на относителното удължение, стеснението и пластичното уякчаване, и завършва с кривите на истинските напрежения. Това е частта, в която изображенията са най-много, защото всяко твърдение е свързано с определен участък от диаграмата. Следващата група обхваща останалите видове статични изпитвания: натиск, огъване и усукване. При всяко е посочено за какви материали е подходящо и с какво се отличава от опъна, което позволява трите да бъдат съпоставени. Отделна група е върху твърдостта, а след нея идват динамичните изпитвания с поведението на дефектите в кристалната решетка и с изпитването на ударно огъване върху пробни тела с надрез. Групата за работа при високи температури обхваща особеностите на този режим, пълзенето и границата на пълзене, а следващата е посветена на умората: натрупването на повреждания и изпитванията за определяне на количествените показатели. Последните въпроси излизат извън механичните изпитвания и разглеждат технологичните изпитвания, както и два метода за безразрушителен контрол. За преподавателя: готов конспект, по който веднага личи обхватът на изпитния материал и степента на подробност, която се очаква. Диаграмите се използват при обяснение в час, а групите въпроси служат за съставяне на изпитни варианти. За студента: целият изпитен материал на едно място, с теорията и със схемите към нея. Подходящ за подготовка за изпит, за преговор, за самопроверка и за бързо освежаване преди защита на протоколи.