Metalurgie
Metalurgie je doména vědy materiálů, která zkoumá fyzické a chemické chování kovových elementů, jejich směsi intermetallic a jejich směsice, který být volaly slitiny. To je také technologie kovů: cesta ve které vědě je aplikována na jejich praktické používání. Metalurgie je běžně používaná v dovednosti metalworking.
Nepřehlédněte: Tato stránka obsahuje strojový překlad textu z anglické encyklopedie Wikipedia. Pokud budou některé pasáže špatně srozumitelné, zkuste se podívat i na text v originále, který najdete pod odkazem Metallurgy. Překlad byl vytvořen pomocí překladače Eurotran.
Historie
Nejdříve zaznamenaný kov zaměstnaný lidmi vypadá, že je zlato, které může být najito volný nebo “domorodec”. Malá množství přirozeného zlata byla nalezená ve španělských jeskyních používaných během pozdní Paleolithic periody, c. 40,000 BC.
Stříbro, měď, cín a železný meteorit mohou také být našel domorodce, dovolovat omezené množství metalworking v časných kulturách. Egyptské zbraně vyrobené ze železného meteoritu v asi 3000 B.C. byl velmi ceněný jako “dýky od nebe”. Nicméně, tím, že učí se dostat měď a cín skálami topení a kombinuje měď a cín dělat slitina volala bronz, technologie metalurgie začala asi 3500 B.C. s Bronze věkem.
Těžba železa od jeho rudy do přijatelného kovu je hodně těžší. To jeví se byli vynalezeni Hittites v asi 1200 B.C., zahájení Iron věku. Tajemství odebírání a pracovní železo byli klíčový faktor v úspěchu Philistines.
Historické vývoje v železné metalurgické plechovce jsou nalezené v široké paletě minulých kultur a civilizací. Toto zahrnuje starověká a středověká království a říše Středního východu a blízko východního, starověkého Egypta a Anatolia (Turecko), Kartágo, Řeci a Římani starověké Evropy, středověká Evropa, starověká a středověká Čína, starověká a středověká Indie, starověké a středověké Japonsko, etc. Zájmu k poznámce je to mnohé žádosti, praxe a zařízení spojený nebo zaujatý v metalurgie byla možná založena ve starověké Číně dříve, než Evropané ovládali tyto řemesla (takový jako inovace vysoké pec, litina, ocel, hydraulický-poháněl padací buchary, etc.). Nicméně, moderní výzkum navrhne, že římská technologie byla daleko více důmyslná než hitherto předpokládaný, obzvláště ve způsobech dobývání, získávání kovů a kování. Oni byli pro příklad zkušený v metodách hydraulického dobývání dobře před Číňany nebo nějakou jinou civilizací času.
16. staletá kniha Georga Agricola volal De metallica re popíše velmi rozvinuté a komplexní procesy rud těžení kovu, získávání kovů a metalurgie času. Agricola byl popisovaný jako “otec metalurgie”
Extractive metalurgie
Extractive metalurgie je praxe sejmutí cenné kovy od rudy a čištění vytěžených surových kovů do čistější formy. Aby změnil oxid kovu nebo sirník k čistějšímu kovu, ruda musí být redukována jeden fyzicky, chemicky, nebo electrolytically.
Extractive metallurgists zajímat se o tři primární potoky: krmení, koncentrovat (cenný oxid kovu/sirník), a tailings (odpad). Po důlních, velkých kusech krmení rudy být prorazený zdrcující úder a/nebo stálý aby získal částečky malý dost kde každá částečka je jeden většinou cenný nebo většinou odpad. Koncentrovat částečky hodnoty ve formě podporovat oddělení umožní požadovaný kov být odstraněn od odpadů.
Dolování nemůže být nutné jestliže rudní těleso a fyzické prostředí jsou napomáhající loužení. Loužení rozpustí nerosty v rudním tělese a skončí obohaceným řešením. Řešení je klidné a zpracovaný těžit cenné kovy.
Rudní tělesa často obsahují více než jeden cenný kov. Tailings předchozí proces může být používán jako krmení v dalším procesu vyjmout vedlejší produkt od originální rudy. Dále, soustředit se smět obsahovat víc než jeden cenný kov. To soustředit se by pak byl zpracovaný oddělit cenné kovy do individuálních voličů.
Vlastnosti kovů
Pět většina použitých kovů je:
Obecné fyzikální vlastnosti kovů jsou:
- Oni jsou silní a tvrdí.
- Oni jsou pevné látky u pokojové teploty (kromě pro Merkur, který je jediný kov být kapalina u pokojové teploty)
- Oni mají lesklý luster když leštil se.
- Oni dělají dobré tepelné vodiče a elektrické vodiče.
- Oni jsou hustí
- Oni vydají hlasný zvuk když udeřil.
- Oni mají vysoké tavení poukáže
- Oni jsou poddajní
Vlastnosti kovů dělají je vhodný pro různá použití v běžném životě.
- Měď je dobrý dirigent elektřiny a je tažná. Proto Copper je užitý na elektrické kabely.
- Zlato a stříbro jsou velmi poddajní, tažný a velmi nonreactive. Zlato a stříbro jsou používáni zhotovit složitý šperk. Zlato je obzvláště vhodné pro tento účel od té doby, co to se nezakalí. Zlato může také být užité na oxidaci-volné elektrické přípojky.
- Železo a ocel jsou oba tvrdí a silní. Proto oni jsou zvyklí na mosty pojmu a stavby. Nevýhoda železa používání je že to inklinuje ke rzi, zatímco nejvíce oceli korodují, ale oni mohou být formulováni být rez volný.
- Hliník je dobrý vodič tepla a je poddajný. To je používáno dělat pánve a doplněk, a také těla letadla jak to je velmi lehké.
Čisté základní kovy jsou často příliš měkké být praktického používání, které je proč hodně metalurgických zájmů o formulování užitečné slitiny.
Důležité obyčejné slitinové systémy
Obyčejné inženýrské kovy zahrnují hliník, chróm, měď, žehlit, hořčík, nikl, titan a zinek. Tito jsou nejvíce často použití jako slitiny. Velká snaha byla uložená po dohodě železo-uhlíkový slitinový systém, který zahrnuje oceli a litiny. Obyčejné oceli jsou použity v nízkých nákladech, vysoké silové aplikace kde váha a koroze nejsou problém. Litiny, včetně tažného železa být také část železa-systém uhlíku.
Nerez ocel nebo galvanizovaná ocel jsou používáni kde odpor vůči korozi je důležitý. Hliníkové slitiny a slitiny hořčíku jsou užití na aplikace kde síla a světlost jsou požadovaní.
Cupro-slitiny niklu takový jak Monel je používán ve velmi korozních prostředích a pro nemagnetické aplikace. Nickel-založené superalloys jako Inconel jsou použity v aplikacích vysoké horečky takový jako turbochargers, tlakové nádoby a výměníky tepla. Pro extrémně vysoké teploty, slitiny jednoduchého krystalu jsou používány minimalizovat podlézavce.
Výrobní technika kovů
Ve výrobní technice, metalurgie je znepokojena výrobou kovových součástí pro použití ve spotřebiteli nebo strojírenské výrobky. Toto zahrnuje výrobu slitin, tvarování, tepelné úpravy a povrchové léčby produktu. Úloha metallurgist je dosáhnout rovnováhy mezi vlastnostmi materiálu takový jako cena, váha, síla, tuhost, tvrdost, koroze a odolnost proti prolámání, a výkon v extrémech teploty. To dosáhne tohoto cíle, provozní podmínky musí být opatrně zvažovány. Ve slané vodě prostředí, železné kovy a některé hliníkové slitiny korodují rychle. Kovy vystavené k chladným nebo cryogenic podmínkám mohou vytrvat tažný ke křehkému přechodu a ztratit jejich tuhost, stávat se více křehký a náchylný k popraskání. Kovy dolů continual cyklické nakládání může trpět únavou kovu. Kovy pod stálým napětím u zvýšených teplot mohou se plazit.
Kovové fungující procesy
Kovy jsou formovány procesy takový jak odlévací, kování, tok se tvořit, kroužení, vytlačování, aglomerovat, metalworking, strojní zpracování a zhotovení. S osazením, roztavený kov je nalit do tvarované formy. S kováním, rozpálená ubytovna je ukována do tvaru. S rolováním, ubytovna je prošel postupně užšími válci vytvořit list. S vytlačováním, horký a poddajný kov je vynucený pod tlakem přes umřít, který formuje to dříve, než to se ochladí. S slínováním, kovový prášek je stlačen do zemřít u vysoké horečky. Se strojním zpracováním, latěmi, frézami a vrtačkami řezal chladný kov ke tvaru. Se zhotovením, listy kovu jsou řez s gilotinama nebo ořezávače plynu a ohnul do tvaru.
“Chladné pracování” procesy, kde tvar produktu je pozměněn kroužením, zhotovením nebo jinými procesy, zatímco produkt je chladný, může zvýšení síla produktu procesem nazývala práci přitvrzením. Přitvrzení práce vytvoří mikroskopické vady v kovu, který bránit se dalším změnám tvaru.
Různé formy osazení existují v průmyslu a akademickém světě. Tito zahrnují odlitek, lití na vytavitelný model (také volal “ztracený voskový proces”), zemřít jako osazení a plynulé lití.
Spojení
Svařování
Svařování je technika pro spojení komponenty kovu cohesively tím, že roztaví východiskovou surovinu, dělat části do jediného kusu. Materiál výplně podobného složení (svařovací elektroda) může také být roztavena do kloubu.
Pájení
Pájení je technika pro kovy spojení adhesively u teploty pod jejich bodem tání. Výplň s bodem tání pod tím základu kov je používán, a je kreslen do kloubu kapilárou action.Two část borex a jedna napůl boric kyselina je také používána v té době spojení. Pájení vyústí v mechanické a metallurgical pouto mezi kusy práce.
Pájení
Pájet metoda kovů spojení pod jejich body tání používá výplňový kov. Pájet, jako když spájí natvrdo, skončí kloubem lepidla a nastane u nižších teplot než pájení, specificky dole 450 C (840 F).
Tepelná úprava
Kovy mohou být teplo ošetřovalo měnit vlastnosti síly, ductility, tuhost, tvrdost nebo odpor vůči korozi. Obyčejné teplé léčebné procesy zahrnují annealing, zesilování srážení, kalení a kalení. Annealing proces změkčí kov zotavením dovolení chladné práce a růst zrn. Kalení může být používáno tvrdit legované oceli, nebo v srážení hardenable slitiny, chytit rozpuštěné solute atomy v roztoku. Kalení způsobí rozpuštěné legující prvky k ukvapený, nebo v případě hašených ocelí, zlepšit pevnost v rázu a tažné vlastnosti.
Povrchová úprava
Plating
Electroplating je obyčejný povrch-technika léčby. To zahrnuje propojení tenká vrstva dalšího kovu takový jako zlato, stříbro, chróm nebo zinek k povrchu produktu. To je používáno redukovat korozi také jak se zlepšit produkt má estetický vzhled.
Teplotní sprška
Teplotní postřikování techniky jsou další populární končící volba, a často mít lepší vysoké teplotní vlastnosti než elektrolytické povlaky.
Cementování
Cementování je proces ve kterém legující prvek, nejvíce obyčejně uhlík nebo dusík, se šíří do povrchu monolitického kovu. Výsledný intersticiální pevný roztok je usilovněji než základní materiál, který zlepší odolnost proti opotřebení bez obětovat tuhost.
Elektrické a elektronické inženýrství
Metalurgie je také aplikována na elektrické a elektronické materiály kde kovy takový jak hliník, měď, cín, stříbro a zlato jsou používáni v elektrických vedeních, drátech, tištěných deskách s obvody a integrovaných obvodech.
Metallurgical techniky
Metallurgists zkoumat mikroskopické a makroskopické vlastnosti používání metallography, technika vynalezla Henry Clifton Sorby. V metallography, slitina zájmu je země plochá a naleštěná k zrcadlu skončit. Vzorek může pak být leptán odhalit microstructure a makrostrukturu kovu. Metallurgist moci pak zkoumat vzorek s optický nebo elektronový mikroskop a učit se skvělou dohodu o složení vzorku, mechanické vlastnosti a historii zpracování.
Crystallography, často používat difrakci rentgenuje nebo elektrony, je další cenný nástroj dostupný k moderní metallurgist. Crystallography dovolí identifikaci materiálů neznáma a odhalí krystalovou strukturu vzorku. Kvantitativní crystallography může být používán počítat množství přítomných fází stejně jako míra náchylnosti ke kterému vzorek byl vystavený.
Fyzikální vlastnosti kovů mohou být počítány mechanickým testováním. Typické testy zahrnují pevnost v tahu, namáhání v tlaku, tvrdost, ovlivnit tuhost, únavu a život podlézavce.
Chemické vlastnosti kovů
Substance na zemském povrchu vejdou do kontaktu se vzduchem, vodou nebo kyselinami. Hlavní starost o použití kovů je jejich koroze. Lesklý povrch mnoho kovů stane se jednotvárný včas. Toto je kvůli pomalé chemické reakci mezi povrchem kovu a kyslíku ve vzduchu; toto je typicky povrchová vrstva na oxide kovu. Obecná slovní rovnice je:
kov + kyslík? oxid kovu
Například: Jednotvárný vzhled vedení kovu je kvůli vrstvě na kysličníku vedení.
vedení + kyslík? kysličník vedení
Jestliže povrch je škrábán pak lesklý vedoucí kov může být viděn vespod.
Topení může zrychlit reakci s kyslíkem. Jestliže kus mědi je ohříval to rychle stane se pokrytý černým měděným kysličníkem. Rovnice slova je:
měď + kyslík? kysličník mědi
Vzdělání
Collegiate
Školy takový jak University Illinoisa, Ohio říká University a Kalifornie polytechnický stát University vysoká škola inženýrství nabídnout míru v Materials vědách.
Obchodní škola
Školy takový jako Don Bosco technický institut nabídli míru v Metallurgy, ačkoli to bylo postupné ven v prospěch Materials vědy.
Uvědomění kariéry
Od 1965 k 1971, skauti Ameriky nabídli Metallurgy hodnotový odznak. Od 1972 k 1995 oni nabídli Metals inženýrství zasloužit si odznak.
Viz též
- Archaeometallurgy
- Zhotovení (kov)
- Georg Agricola
- Věda materiálů
- Metallography
- Metalworking
- Národní institut slévárny a tvořit technologii
- Pyrometallurgy
- Časová osa technologie materiálů
- CALPHAD (metoda)
- Historie metalurgie v Číně
- Římská metalurgie
Externí odkazy