Do kraja ove lekcije trebali biste moći:
Proces ekstrakcije metala u njihovom prirodnom obliku naziva se metalurgija. Spojevi metala koji se nalaze pomiješani sa zemljom, pijeskom, vapnencem i stijenama nazivaju se mineralima. Ekstrakcija metala iz minerala u komercijalne svrhe je jeftina i zahtijeva minimalan napor. Ti se minerali nazivaju rudama. U šaržu u peći dodaje se tvar u svrhu uklanjanja nečistoća. Ova tvar se naziva fluks. Metalurgija uključuje proces pročišćavanja metala kao i stvaranje legura.
Metalurgija također proučava kemijsko i fizičko ponašanje metalnih elemenata, međumetalnih spojeva, kao i njihovih smjesa koje se nazivaju legure . Metalurgija se razlikuje od obrade metala. Obrada metala oslanja se na metalurgiju. Osoba koja se bavi metalurgijom naziva se metalurg .
Metalurgija se može općenito grupirati u fizikalnu metalurgiju i kemijsku metalurgiju. Fizikalna metalurgija bavi se fizičkim svojstvima, fizičkom izvedbom i mehaničkim svojstvima metala. Kemijska metalurgija usredotočena je na oksidaciju i redukciju metala i njihovu kemijsku učinkovitost.
Povijesno gledano, metalurgija se uglavnom fokusirala na proizvodnju metala. Proizvodnja metala počinje preradom rude kako bi se izvukao metal. To uključuje miješanje metala za proizvodnju legura. Metalne legure uglavnom se sastoje od mješavine dvaju ili više metalnih elemenata. Studij proizvodnje metala dijeli se na crnu metalurgiju i metalurgiju obojenih metala.
Crna metalurgija uključuje legure i procese koji se temelje na željezu. Metalurgija obojenih metala uključuje legure i procese koji se temelje na drugim metalima osim željeza.
Tradicionalni metalurški procesi uključuju proizvodnju metala, analizu kvarova, toplinsku obradu i spajanje metala poput lemljenja, tvrdog lemljenja i zavarivanja. Područja u razvoju u području metalurgije uključuju nanotehnologiju, biomedicinske materijale, elektroničke materijale poput poluvodiča, kao i inženjerstvo površina.
Proces ekstrakcije metala iz njihovih ruda i njihova rafinacija za upotrebu je metalurgija. Slijede različiti koraci u metalurškim procesima ili ekstrakciji metala.
Drobljenje i mljevenje . Ovo je prvi proces u metalurgiji. Uključuje drobljenje rude u fini prah u mlinu ili drobilici. Ovaj proces se naziva pulverizacija.
Koncentracija ruda . Ovo je proces uklanjanja nečistoća iz rude. Također se naziva i obrada rude. U nastavku su navedene različite metode koncentracije ruda.
Ispod je ilustracija procesa ekstrakcije bakra.
Vađenje metala . Ekstraktivna metalurgija uključuje uklanjanje vrijednih metala iz ruda i njihovo zatim rafiniranje u čišći oblik. Da biste pretvorili metalni sulfid ili metalni oksid u čisti metal, morate reducirati rudu kemijski, fizički ili elektrolitički.
Rafiniranje i pročišćavanje nečistih metala . Metali kao što su aluminij, bakar i željezo pojavljuju se u prirodi u kombiniranim stanjima. Mogu biti u obliku karbonata, sulfida ili oksida. Metali izvađeni iz njihovih ruda nisu uvijek u svom čistom obliku. Sadrže nečistoće koje je potrebno ukloniti. Svrha ovog procesa je osigurati da je proizvedeni metal u svom najčišćem obliku. Proces pročišćavanja ekstrahiranih metala naziva se rafiniranje. Postoje različite metode rafiniranja metala. Korištena metoda ovisi o prisutnim nečistoćama i njihovoj razlici u svojstvima s metalom koji se pročišćava.
Ostala polja povezana s metalurgijom uključuju:
Uobičajeni metali koji se koriste u inženjerstvu uključuju željezo, bakar, magnezij, cink, nikal, titan, silicij i aluminij. Ovi se metali uglavnom koriste kao legure s izuzetkom silicija. Sustav legure željeza i ugljika danas je vrlo čest. Uključuje lijevano željezo i čelik. Obični ugljični čelici imaju ugljik kao jedini legirajući element. Koriste se u primjenama visoke čvrstoće i niske cijene gdje ni korozija ni težina nisu glavni problem.
Nehrđajući čelik kao što su legure nikla, pocinčani čelik, legure titana ili ponekad legure bakra primjenjuju se tamo gdje je potrebna otpornost na koroziju.
Magnezijeve legure i aluminijske legure uglavnom se koriste tamo gdje su potrebni jaki i lagani dijelovi, kao u zrakoplovnoj i automobilskoj industriji.
Legure bakra i nikla poput Monela primjenjuju se u visoko korozivnim okruženjima kao i za nemagnetske primjene.
Super legure na bazi nikla poput Inconela primjenjuju se u visokotemperaturnim aplikacijama poput turbopunjača, tlačnih posuda, izmjenjivača topline i plinskih turbina.
Metali se oblikuju procesima kao što su:
Postupci hladne obrade odnose se na mijenjanje oblika proizvoda proizvodnjom, valjanjem ili drugim postupcima, pri čemu je proizvod još uvijek hladan. To pomaže povećati njegovu čvrstoću, proces koji se naziva otvrdnjavanje .
Metali se mogu toplinski obrađivati kako bi se promijenila svojstva duktilnosti, čvrstoće, žilavosti, otpornosti na koroziju i tvrdoće. Najčešći postupci toplinske obrade uključuju kaljenje, kaljenje i žarenje.
To smo naučili;
