Back to the topics list

металургија

Цели на учење

До крајот на оваа лекција, треба да бидете во можност:

• Дефинирајте ја металургијата.
• Објасни ги процесите на металургијата.
• Објасни ги металите и нивните легури.
• Опишете различни процеси на обликување на метал.

Процесот на екстракција на метали во нивната природна форма се нарекува металургија. Соединенијата на металите кои се наоѓаат измешани со почва, песок, варовник и карпи се нарекуваат минерали. Извлекувањето на метали од минерали за комерцијални цели е евтино и бара минимален напор. Овие минерали се нарекуваат руди. На полнењето во печката се додава супстанца со цел да се отстранат нечистотиите. Оваа супстанца се нарекува флукс. Металургијата вклучува процес на прочистување на металите, како и формирање на легури.

Металургијата го проучува и хемиското и физичкото однесување на металните елементи, меѓуметалните соединенија, како и нивните мешавини наречени легури . Металургијата се разликува од металопреработувачката. Преработката на метал се потпира на металургијата. Лицето кое се занимава со металургија се нарекува металург .

Металургијата може широко да се групира во физичка металургија и хемиска металургија. Физичката металургија се занимава со физичките својства, физичките перформанси и механичките својства на металите. Хемиската металургија се фокусира на оксидација и редукција на металите и нивните хемиски перформанси.

Историски гледано, металургијата главно се фокусираше на производство на метали. Производството на метали започнува со преработка на руда за извлекување на металот. Ова вклучува мешање на метали за производство на легури. Металните легури главно се составени од мешавина на два или повеќе метални елементи. Студијата за производство на метали се класифицира на црна металургија и обоена металургија.

Цврстата металургија вклучува легури и процеси кои се базираат на железо. Обоената металургија вклучува легури и процеси кои се базираат на други метали освен на железо.

Традиционалните металуршки процеси вклучуваат производство на метал, анализа на дефекти, термичка обработка и спојување на метали како лемење, лемење и заварување. Областите кои се појавуваат во областа на металургијата вклучуваат нанотехнологија, биомедицински материјали, електронски материјали како полупроводници, како и површинско инженерство.

Чекори во металуршкиот процес

Процесот на вадење метали од нивните руди и нивно рафинирање за употреба е металургија. Следниве се различните чекори во металуршките процеси или екстракција на метал.

• Дробење и мелење на рудата.
• Концентрацијата на рудата.
• Екстракција на метали од концентрирана руда.
• Рафинирање и прочистување на нечисти метали.     

Дробење и мелење . Ова е прв процес во металургијата. Тоа вклучува дробење руди во фин прав во мелница или дробилката. Овој процес се нарекува прашкаст.

Концентрацијата на руди . Ова е процес на отстранување на нечистотиите од рудата. Се нарекува и облекување на руди. Подолу се дадени различни методи за концентрација на руди.

• Хидролитички метод. Овој метод вклучува истурање на рудата преку наведната и вибрирачка брановидна маса со жлебови. Над површината се пренесува млаз вода. Погустите честички на рудата се собираат во жлебовите бидејќи нечистотиите се мијат со вода.

• Магнетно одвојување. Ова вклучува ставање на дробена руда во транспортер. Ременот се ротира околу две тркала, а едното тркало е магнетно. Магнетните честички се привлекуваат и се одвојуваат од немагнетните честички.

• Плутање со пена. Овој процес вклучува дробење на рудата во голем резервоар кој содржи вода и масло. По ова следи поминување на струја на компримиран воздух низ смесата. Маслото ја навлажнува рудата и се одвојува во форма на пена од нечистотии. Бидејќи рудата е полесна, таа плови на површината, а нечистотиите остануваат долу.
  
• Печење и калцинирање. Печењето се однесува на процес на загревање на концентрирана руда со присутен кислород. Овој процес главно се применува во сулфидни руди. За руди кои содржат хидрирани или карбонатни оксиди, загревањето се врши без воздух за да се стопат рудите. Овој процес се нарекува калцинација .

Подолу е илустрација на процесот на екстракција на бакар.

Екстракција на метали . Екстрактивната металургија вклучува отстранување на вредни метали од рудите и потоа нивно рафинирање во почиста форма. За да конвертирате метален сулфид или метален оксид во чист метал, морате да ја намалите рудата хемиски, физички или електролитски.

Рафинирање и прочистување на нечисти метали . Металите како алуминиум, бакар и железо се појавуваат во природата во комбинирани состојби. Тие можат да бидат во форма на карбонати, сулфиди или оксиди. Металите извлечени од нивните руди не се секогаш во чиста форма. Тие содржат нечистотии кои мора да се отстранат. Целта на овој процес е да се осигура дека произведениот метал е во својата најчиста форма. Процесот на прочистување на извлечените метали се нарекува рафинирање. Постојат различни методи за рафинирање на метали. Употребениот метод зависи од присутните нечистотии и нивната разлика во својствата со металот што се рафинира.

Други области поврзани со металургијата вклучуваат:

Метал и неговите легури

Вообичаените метали кои се користат во инженерството вклучуваат железо, бакар, магнезиум, цинк, никел, титаниум, силициум и алуминиум. Овие метали главно се користат како легури со исклучок на силициумот. Системот на легура на железо-јаглерод е многу вообичаен денес. Вклучува леано железо и челик. Обичните јаглеродни челици имаат јаглерод како единствен елемент за легирање. Тие се користат во апликации со висока јачина и ниска цена каде што ниту корозијата ниту тежината не претставуваат голема грижа.

Не'рѓосувачки челик како што се легури на никел, галванизиран челик, легури на титаниум или понекогаш легури на бакар се применуваат таму каде што е потребна отпорност на корозија.

Легурите на магнезиум и легурите на алуминиум главно се користат таму каде што се потребни силни и лесни делови, како во воздушната и автомобилската индустрија.

Легурите на бакар-никел како Монел се применуваат во висококорозивни средини, како и за немагнетни апликации.

Супер легурите базирани на никел како Инконел се применуваат во апликации со висока температура како турбополначи, садови под притисок, разменувачи на топлина и гасни турбини.

Процеси на обработка на метал

Металите се обликуваат преку процеси како што се:

• Лиење. Ова вклучува истурање на стопен метал во обликуван калап.
• Ковањето. Ова вклучува зачукување на црвена врела палка во форма.
• Тркалање. Ова вклучува поминување палка низ последователни тесни ролки со цел да се создаде лист.
• Екструзија. Тоа вклучува принудување на врел и податлив метал под притисок низ матрицата. Металот потоа се обликува пред да се излади.
• Машинска обработка. Вклучува сечење за обликување на ладниот метал со помош на дупчалки, стругови и машини за глодање.
• Синтерување. Тоа вклучува загревање на метал во прав во неоксидирачка средина откако ќе се компресира во матрица.
• Изработка. Ова вклучува сечење на метални листови со гасни секачи или гилотини и нивно свиткување и заварување во структурни форми.
• Ласерско обложување. Ова вклучува дување на метален прав во подвижен ласерски зрак. Стопениот метал произведен стигнува до подлогата и формира базен за топење. Можно е да се изгради тридимензионално парче со поместување на ласерската глава.
• 3D печатење. Овој процес вклучува топење или синтерување на аморфен метал во прав во тродимензионален простор за да се направи предмет во каква било форма.

Процесите на ладна работа се однесуваат на менување на обликот на производот со изработка, тркалање или други процеси, при што производот е сè уште ладен. Ова помага да се зголеми неговата сила, процес наречен стврднување на работа .

Термичка обработка на метали

Металите можат да бидат термички обработени со цел да се променат својствата на еластичност, цврстина, цврстина, отпорност на корозија и цврстина. Најчестите процеси на термичка обработка вклучуваат калење, гаснење и жарење.

• Калење. Овој процес го ублажува стресот кај металите предизвикан од процесите на стврднување. Овој процес го прави металот помалку тврд и ја подобрува неговата способност да одржува притисок без да се скрши.
• Гаснење. Ова е процес на брзо ладење на металите по загревањето. Ова ги замрзнува молекулите на металите во тврда форма. Ова има за цел да ги направи металите поцврсти.
• Греење. Овој процес ги омекнува металите преку загревање и потоа дозволува полека да се изладат. Ова им олеснува на металите да се виткаат без да се скршат.

Резиме

Научивме дека;

• Металургијата е процес на екстракција на метали во нивната природна форма.
• Лицето кое се занимава со металургија се нарекува металург.
• Металургијата може широко да се групира во физичка металургија и хемиска металургија.
• Мешавините на метали формираат легури.