ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Классифицирование – распределение объектов, явлений, понятий по классам, отделам, разрядам и другим структурным уровням на основе учета их общих признаков.

Классифицирование и систематизирование представляют собой важные этапы упорядоченного обозначения и описания совокупности объектов, образующих некоторую область знаний или техники. Необходимость классифицирования объектов возникает во всех сложных сферах деятельности: в науке, технике, производстве, сельском хозяйстве, медицине, строительстве и конечно же в металлургии.

Основная цель процессов классифицирования

Основная цель процессов классифицирования и систематизации заключается в выявлении законов развития техники и разработке на этой основе принципов построения классификаций. В результате длительного опыта систематизации сведений в различных областях знаний (ботаника, биология, химия, кристаллография и др.) сформулированы определённые требования к создаваемой классификации, она должна быть:

  1. Иерархической и по возможности многорядной, т.е. построенной по нескольким основным признакам, (функциональное назначение, принцип действия структуры, параметры и др.);
  2. Отражать упорядоченное соотношение и системную соподчиненность объектов разного уровня;
  3. Определять единственное место в классификации принятых устойчивых характеристик объектов (признаки, свойств, функции и т.п.), т.е. характеристики объектов не должны пересекаться друг с другом;
  4. Охватывать все объекты, находящиеся в сфере исследования и анализа;
  5. Обеспечивать удобное ориентирование в перечне объектов, т.е. по признакам и свойствам объекта определять его место, а по положению объекта находить его признаки и свойства;
  6. Обладать предсказательными функциями, т.е. давать возможность прогнозировать появление новых критериев оценки, свойств и признаков объекта, что в итоге может дать импульс к появлению перспективных идей и решений.

Классификация дала миру биологическую систематику, периодическую систему химических элементов, систему пространственных групп симметрии Е.С. Федорова, систематику элементарных частиц. Без классификации объектов и средств деятельности невозможно и шага сделать в сфере практики. Такая роль классификации в науке и жизни обусловлена тем, что ее базисом служит объективно-реальная иерархия качественных уровней (типов, видов, родов, классов), пронизывающая все "этажи" материи.

Классификация включает в себя элемент деления понятий (т.е. дедуктивный процесс), но не сводится к нему. Конечно, классификация может быть и сравнительно простой операцией (если мы имеем дело с хорошо знакомыми объектами и классифицируем по произвольно выбранным признакам). Но если понимать ее как способ осмысления, постижения реальности, как форму научного познания, научной оценки, то мы должны признать, что это может быть весьма сложная форма мыслительной деятельности, опосредствованная другими формами и методами деятельности. Глубина и сложность классифицирования зависит от того, кто классифицирует, с какой целью и что классифицирует. Ситуация здесь такая же, как и в случае пользования аналогией. Могут быть пустые, вздорные, поверхностные аналогии, а могут быть глубокие, серьезные, научно или практически значимые аналогии. Может быть пустое, произвольное классифицирование, игра в классифицирование, а может быть классифицирование, которое опирается на всю сумму знаний — теоретических и эмпирических. Таким классифицированием как раз и занимался Д.И. Менделеев, когда распределял химические элементы по рядам и периодам, расставлял их по определенным местам в системе.

Последние 100-150 лет ознаменовались эпохальными достижениями метода классификации. Триумфальное шествие он начал с открытия периодической системы химических элементов. Ученые явственно осознали громадное эвристическое значение метода. 3атем, как верстовые столбы, появились теория пространственных групп симметрии Е.С. Федорова, периодическая система атомов, теория унитарной симметрии и развившаяся на ее основе теория кварков.

Эти достижения метода классификации не случайны. Они обусловлены как раз фундаментальной ролью категории качества, лежащей в основе метода, и тем, что из всех качественных методов он наиболее полно выражает суть категории. В самом деле, что такое иерархия качественных уровней как не реально существующая классификационная система, которую ученые не совсем точно называют естественной классификацией.

Метод классификации следует отличать от системного подхода. Их нередко рассматривают под общей шапкой "системных исследований". Путаницу вносят также термины "систематика" и "систематизация", которые часто употребляются как синонимы классификации и классифицирования. Порой и ученые, открыватели классификационных систем, именуют их просто системами. Менделеев, например, называл свою периодическую систему "естественной системой химических элементов". Ясно, однако, что периодическая система химических элементов является классификационной системой, а не системой в смысле упорядоченного объединения взаимодействующих элементов.

Системный подход основывается на категории "система", определяемой в рамках подсистемы "система-структура-элементы". Метод классификации имеет дело с иерархией качественных уровней, для обозначения которой нет какого-то одного устоявшегося термина. Ее называют то естественной клас-сификацией, то систематикой, то классификационной системой, то просто системой. Чтобы устранить разнобой в терминологии и не смешивать два различных подхода (классификацию и системный подход), предлагаем называть объекты классифицирования специальным термином — «классема». По-скольку "классы", "типы", "роды", "виды" являются по сути подразделениями классемы, ее можно определить как упорядоченную совокупность разных уровней общности классов, типов, родов, видов и подобных им понятий. Короче говоря, классема есть иерархия качественных уровней. Если мы еще не познали, не открыли классему, то, значит, качество предстает перед нами как эмпирическая, фиксируемая в чувственном созерцании определенность предмета. Классема есть именно иерархия качественных уровней — от специфического и частного до самого общего. 3амыкание накоротко самого частного и самого общего уровней не является еще познанием классемы. Например, химики задолго до Менделеева знали, что железо — металл и более того, что оно принадлежит к классу химических элементов. Однако, от этого знания до классемы Менделеева — дистанция огромного размера. Нужно было установить все звенья, все подразделения классемы, чтобы действи-тельно познать ее, не как формальнологическую родовидовую иерархию, а как естественно упорядоченную совокупность подразделений, иерархию качественных уровней.

Введение специального термина для обозначения объекта (результата) классификации решает также проблему разграничения метода, процесса классификации объекта, результата классификации. Стараясь проводить различие между тем и другим, ученые не нашли ничего лучшего как употреблять слово "классификация" в смысле "классификационная система", прибавляя при этом эпитеты "естественная" или "искусственная". А для обозначения самого метода, процесса классификации они стали употреблять громоздкое слово "классифицирование". В этом слове какое-то нагромождение суффиксов и окончаний. Ведь слово "классификация" и означает буквально "делание классов", "распределение по классам". Вот для того, чтобы классификацию не называть классифицированием, и предлагается естественную или искусственную "классификацию" (классификационную систему) называть специальным термином — классемой. Тогда термин "классификации" можно будет использовать исключительно по своему назначению, как распределение по классам, т.е. как метод, процесс классификации.

Применение процесса классифицирования

Классификация в настоящее время широко используется в самых различных сферах человеческой деятельности. Прежде всего она существует как род познавательной деятельности. Ее целью и результатом в этом случае является открытие естественной классификационной системы (классемы).

В отдельных случаях в качестве вспомогательного познавательного средства применяется искусственная классификационная система. Такой системой в свое время была классификационная система растений Карла Линнея. Сам Линней хорошо понимал искусственность своей системы, но считал, что "искусственные системы необходимы, если нет естественной". Линней всю жизнь работал, чтобы найти естественные классы вместо искусственных: "Искусственная система служит только, пока не найдется естественная. Первая учит только распознавать растения, — говорил он, — вторая научит нас самой природе растения». Естественная система должна строиться на "естественном методе" — таков был научный замысел Линнея. Задачи ботаников, полагал он, найти естественные классы, естественные порядки, то есть такие группировки растений, которые создала сама природа.

Классификация существует и как род практической деятельности. Ее результатом является создание классификационной системы, служащей целям ориентирования в условиях многообразия. Такая система является либо целиком искусственной, либо смешанной — искусственно-естественной. Примером практической классификационной системы является классификатор промышленной и сельскохозяйственной продукции.

На базе общей идеи классификации формируются различные частные направления: таксономии, типология, районирование, периодизация, сортировка и т.д.

Общая характеристика металлов и сплавов

Металлы и их сплавы повсеместно используются для изготовления конструкций машин, оборудования, инструмента и т. д. Несмотря на широкий круг искусственно созданных материалов (керамики, клеев), металлы служат основным конструкционным материалом и в обозримом будущем по-прежнему будут доминировать.

В природе металлы встречаются как в чистом виде, так и в рудах, оксидах и солях. В чистом виде встречаются химически устойчивые элементы (Pt, Au, Ag, Cu). Масса наибольшего самородка меди составляет 420 т, серебра — 13,5 т, золота — 112 кг. Из 111 открытых элементов, представленных в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева, 76 являются металлами, Si, Ge, As, Se, Te — промежуточными между металлами и неметаллами, иногда их называют полуметаллами. Все элементы, расположенные левее мысленной линии, проведенной от бора до астата (от № 5 до № 85) относятся к металлам, а правее — в основном, к неметаллам. Эта граница недостаточно четко выражена, так как среди элементов, расположенных вблизи границы, находятся и полуметаллы.

Металлические материалы обычно делятся на две большие группы: железо и сплавы железа (сталь и чугун) называют черными металлами, а остальные металлы и их сплавы — цветными. Кроме того, все цветные металлы, применяемые в технике, в свою очередь, делятся на следующие группы:

  1. легкие металлы Mg, Be, Al, Ti с плотностью до 5 г/см3;
  2. тяжелые металлы Pb, Mo, Ag, Au, Pt, W, Та, Ir, Os с плотностью, превышающей 10 г/см3;
  3. легкоплавкие металлы Sn, Pb, Zn с температурой плавления 232; 327; 410 °С соответственно;
  4. тугоплавкие металлы W, Mo, Та, Nb с температурой плавления выше, чем у железа (> 1536 °С);
  5. благородные металлы Au, Ag, Pt с высокой устойчивостью против коррозии;
  6. урановые металлы или актиноиды, используемые в атомной технике;
  7. редкоземельные металлы (РЗМ) — лантаноиды, применяемые для модифицирования стали;
  8. - щелочные и щелочноземельные металлы Na, К, Li, Ca в свободном состоянии применяются в качестве жидкометаллических теплоносителей в атомных реакторах; натрий также используется в качестве катализатора в производстве искусственного каучука, а литий — для легирования легких и прочных алюминиевых сплавов, применяемых в самолетостроении.

Свойства металлов разнообразны. Ртуть замерзает при температуре минус 38,8 °С, вольфрам выдерживает рабочую температуру до 2000 °С (Тпл = = 3420 °С), литий, натрий, калий легче воды, а иридий и осмий — в 42 раза тяжелее лития. Электропроводность серебра в 130 раз выше, чем у марганца. Вместе с тем металлы имеют характерные общие свойства. К ним относятся:

  1. высокая пластичность;
  2. высокие тепло- и электропроводность;
  3. положительный температурный коэффициент электрического сопро-тивления, означающий рост сопротивления с повышением температуры и сверхпроводимость многих металлов (около 30) при температурах, близких к абсолютному нулю;
  4. хорошая отражательная способность (металлы непрозрачны и имеют характерный металлический блеск);
  5. термоэлектронная эмиссия, т. е. способность к испусканию электронов при нагреве;
  6. кристаллическое строение в твердом состоянии.

    7. Кристаллическое строение металлов

    Общее свойство металлов и сплавов — их кристаллическое строение, характеризующееся определенным закономерным расположением атомов в пространстве. Для описания атомно-кристаллической структуры используют понятие кристаллической решетки, являющейся воображаемой пространственной сеткой с ионами (атомами) в узлах.

    Атомно-кристаллическая структура может быть представлена не рядом периодически повторяющихся объемов, а одной элементарной ячейкой. Так называется ячейка, повторяющаяся во всех трех измерениях. Трансляцией этого наименьшего объема можно полностью воспроизвести структуру кристалла (рис. 1.1).

    Аппаратурно-оптимальная реализация автоматов Мура требует совместного применения результатов абстрактной и структурной теории автоматов: минимизации количества состояний (уменьшение мощности множества состояний автомата и, как следствие, разрядности двоичного кода состояния), эффективного кодирования состояний (снижение уровня затрат при реализации функций следующего состояния), адаптации логической схемы к используемому базису (качественное распределение ресурсов кристалла за счет использования встроенных блоков памяти и особенностей организации внутренних модулей).

    В кристалле элементарные частицы (атомы, ионы) сближены до соприкосновения. Для упрощения пространственное изображение принято заменять схемами, где центры тяжести частиц представлены точками. В точках пересечения прямых линий располагаются атомы; они называются узлами решетки. Расстояния a, b и c между центрами атомов, находящихся в соседних узлах решетки, называют параметрами, или периодами решетки. Величина их в металлах порядка 0,1–0,7 нм, размеры элементарных ячеек — 0,2–0,3 нм.

    Кристаллическая решетка

    Рисунок 1.1 Кристаллическая решетка

    Для однозначного описания элементарной ячейки кристаллической решетки необходимо знание величин параметров a, b, c и углов между ними.

    В 1848 г. французский ученый Бравэ показал, что изученные трансляционные структуры и элементы симметрии позволяют выделить 14 типов кристаллических решеток двоичного кодирования состояний

    На рис. 1.2 показаны три типа элементарных ячеек кристаллических решеток, наиболее характерные для металлов: объемноцентрированная кубическая (ОЦК); гранецентрированная кубическая (ГЦК) и гексагональная плотноупакованная (ГП), а также схемы упаковки в них атомов.

    В кубической гранецентрированной решетке (ГЦК; А1) атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани (рис. 1.2, б).

    В кубической объемноцентрированной решетке (ОЦК; А2) атомы расположены в вершинах куба, а один атом — в центре его объема (рис. 1.2, а).

    В гексагональной плотноупакованной решетке (ГП; А3) атомы расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, а три атома — в средней плоскости призмы (рис. 1.2, в).

    Для характеристики кристаллических решеток вводят понятия координационного числа и коэффициента компактности. Координационным числом Iк называется число атомов, находящихся на наиболее близком и равном расстоянии от данного атома. Для ОЦК решетки координационное число равно 8, для решеток ГЦК и ГП оно составляет 12. Из этого следует, что решетка ОЦК менее компактна, чем решетки ГЦК и ГП. В решетке ОЦК каждый атом имеет всего 8 ближайших соседей, а в решетках ГЦК и ГП их 12.

    Типы элементарных ячеек кристаллических решеток металлов и схемы упаковки в них атомов:

    Рисунок 1.2 Типы элементарных ячеек кристаллических решеток металлов и схемы упаковки в них атомов:

      (а - гранецентрированная кубическая (ГЦК); б - объемноцентрированная кубическая (ОЦК); в - гексагональная плотноупакованная (ГП) решетка).

    Типы кристаллических решеток важнейших металлических элементов приведены в табл. 1.1.

    Таблица 1.1. Типы кристаллических решеток важнейших металлических элементов
    А. Металлы с одним типом решетки
    Тип решетки Координационное число Коэффициент компактности Металл
    ГЦК 12 74 Ag,Au,Pt, Cu,Al,Pb,Ni
    ОЦК 8 68 Na, K,V,Nb, Cr, Mo, W
    ГП 12 74 Be,Mg,Zn,Cd

    Б. Металлы с полиморфным превращением
    Металл Тип решетки Температура превращения, °С
    Ca ГЦК ГП 450
    Ce ГП ГЦК 477
    Zr ГП ОЦК 882
    Ti ГП ОЦК 882
    Fe ОЦК ГЦК ОЦК 911, 1 392

    Свойства материалов зависят от природы атомов, из которых они состоят, и силы взаимодействия между ними. Аморфные материалы характеризуются хаотическим расположением атомов. Поэтому свойства их в различных направлениях одинаковы, или, другими словами, аморфные материалы изотропны. В кристаллических материалах расстояния между атомами в разных кристаллографических направлениях различны. Например, в ОЦК решетке в кристаллографической плоскости, проходящей через грань куба, находится всего один атом, так как четыре атома в вершинах одновременно принадлежат четырем соседним элементарным ячейкам: (1/4) 4 = 1 атом. В то же время в плоскости, проходящей через диагональ куба, будут находиться два атома: 1 + (1/4) 4 = 2.

    Из-за неодинаковой плотности атомов в различных направлениях кристалла наблюдаются разные свойства. Различие свойств в кристалле в зависимости от направления испытания называется анизотропией.

    Разница в физико-химических и механических свойствах в разных направлениях может быть весьма существенной. При измерении в двух взаимно перпендикулярных направлениях кристалла цинка значения температурного коэффициента линейного расширения различаются в 3–4 раза, а прочности кристалла железа — более, чем в два раза.

    Анизотропия свойств характерна для одиночных кристаллов или для так называемых монокристаллов. Большинство же технических литых металлов, затвердевших в обычных условиях, имеют поликристаллическое строение. Они состоят из большого числа кристаллов или зерен. При этом каждое отдельное зерно анизотропно. Различная ориентировка отдельных зерен приводит к тому, что в целом свойства поликристаллического металла являются усредненными.

    Поликристаллическое тело характеризуется квазиизотропностью — кажущейся независимостью свойств от направления испытания. Квазиизотропность сохраняется в литом состоянии, а при обработке давлением (прокатке, ковке), особенно, если она ведется без нагрева, большинство зерен металла приобретает примерно одинаковую ориентировку — так называемую текстуру, после чего металл становится анизотропным. Свойства деформированного металла вдоль и поперек направления главной деформации могут существенно различаться. Анизотропия может приводить к дефектам металла (расслою, волнистости листа). Анизотропию необходимо учитывать при конструировании и разработке технологии получения деталей.

    Выводы

    Классификация в металлургии на сегодняшний момент не однозначна и требует доработок в этом направлении. Над чем мы и работали в данной магистерской работе.

    Многие исследования, на момент написания этой статьи, еще находятся в стадии разработки.

    Примечание

    При написании данного реферата, магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2013 г. Полный текст и материалы по теме могут быть получены у автора и его руководителя после указанной даты.

    Список источников

    1. Варакута С.А. Управление качеством продукции: Учебное пособие. – М.: ИНФРА-М, 2001.
    2. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии: Учеб-ник. - М.: ЮНИТИ, 2000.
    3. Лифиц И.М. Основы стандартизации, метрологии, сертификации: Учеб-ник. - М.: Юрайт, 2000.
    4. Чижикова Т.М. Стандартизация, сертификация, метрология: Учебное пособие. – М.: Колос, 2002.
    5. Металлургия цветных металлов / Г.А.Колобов, В.Н.Бредихин, Н.А.Маняк, А.И.Шевелев – Донецк: Издательский дом «Кальмиус», 2007.
    6. Металургія кольорових металів : Ч.1. Сировинні ресурси і виробництво / В.І. Пожуєв, В.І. Іващенко, І.Ф. Червоний, В.П. Грицай. - Запоріжжя: ЗДІА, 2008.
    7. 1.Карел С., Zeitlon B. Metall, 1981, Bd, №35,№5, p. 417-421
    8. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Войткун Ф. Материаловедение: Учебник для вузов. - М.: МИСИС, 1999. - 600 с. - УДК 669.017
    9. Промышленная классификация металлов и сплавов (автор не указан) // Мир металлов и сплавов [Электронный ресурс], 2010 - Режим доступа: http://allmetalls.ru/, свободный.
    10. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1977. - УДК669.0(075.8)