Pod koniec tej lekcji powinieneś umieć:
Proces wydobywania metali w ich naturalnej postaci nazywa się metalurgią. Związki metali, które znajdują się zmieszane z glebą, piaskiem, wapieniem i skałami, nazywane są minerałami. Wydobywanie metali z minerałów w celach komercyjnych jest tanie i wymaga minimalnego wysiłku. Minerały te nazywane są rudami. Do wsadu w piecu dodaje się substancję w celu usunięcia zanieczyszczeń. Substancja ta nazywana jest strumieniem. Metalurgia obejmuje proces oczyszczania metali, a także tworzenie stopów.
Metalurgia bada również zachowanie chemiczne i fizyczne pierwiastków metalicznych, związków międzymetalicznych oraz ich mieszanin zwanych stopami . Metalurgia różni się od obróbki metali. Obróbka metali opiera się na metalurgii. Osoba zajmująca się metalurgią nazywana jest metalurgiem .
Metalurgię można ogólnie podzielić na metalurgię fizyczną i metalurgię chemiczną. Metalurgia fizyczna zajmuje się właściwościami fizycznymi, właściwościami fizycznymi i właściwościami mechanicznymi metali. Metalurgia chemiczna koncentruje się na utlenianiu i redukcji metali oraz ich właściwościach chemicznych.
Historycznie metalurgia koncentrowała się głównie na produkcji metali. Produkcja metali rozpoczyna się od przeróbki rudy w celu wydobycia metalu. Obejmuje to mieszanie metali w celu wytworzenia stopów. Stopy metali składają się głównie z mieszanki dwóch lub więcej pierwiastków metalicznych. Nauka o produkcji metali dzieli się na metalurgię żelaza i metalurgię metali nieżelaznych.
Metalurgia żelaza obejmuje stopy i procesy oparte na żelazie. Metalurgia metali nieżelaznych obejmuje stopy i procesy oparte na innych metalach oprócz żelaza.
Tradycyjne procesy metalurgiczne obejmują produkcję metali, analizę awarii, obróbkę cieplną i łączenie metali, takie jak lutowanie twarde i spawanie. Nowe obszary w dziedzinie metalurgii obejmują nanotechnologię, materiały biomedyczne, materiały elektroniczne, takie jak półprzewodniki, a także inżynierię powierzchni.
Proces wydobywania metali z ich rud i rafinacji ich do użytku to metalurgia. Poniżej przedstawiono różne etapy procesów metalurgicznych lub ekstrakcji metali.
Kruszenie i mielenie . Jest to pierwszy proces w metalurgii. Polega na kruszeniu rudy na drobny proszek w młynie prętowym lub kruszarce. Ten proces nazywa się sproszkowaniem.
Stężenie rud . Jest to proces usuwania zanieczyszczeń z rudy. Nazywa się to również opatrunkiem rudnym. Poniżej przedstawiono różne metody koncentracji rud.
Poniżej znajduje się ilustracja procesu wydobywania miedzi.
Ekstrakcja metali . Metalurgia ekstrakcyjna polega na usuwaniu cennych metali z rud, a następnie rafinowaniu ich do czystszej postaci. Aby przekształcić siarczek lub tlenek metalu w czysty metal, musisz zredukować rudę chemicznie, fizycznie lub elektrolitycznie.
Rafinacja i oczyszczanie zanieczyszczonych metali . Metale takie jak aluminium, miedź i żelazo występują w przyrodzie w stanach połączonych. Mogą występować w postaci węglanów, siarczków lub tlenków. Metale wydobywane z ich rud nie zawsze występują w czystej postaci. Zawierają zanieczyszczenia, które należy usunąć. Celem tego procesu jest zapewnienie, że produkowany metal jest w najczystszej postaci. Proces oczyszczania wydobywanych metali nazywany jest rafinacją. Istnieją różne metody rafinacji metali. Zastosowana metoda zależy od obecnych zanieczyszczeń i ich różnicy we właściwościach z rafinowanym metalem.
Inne dziedziny związane z metalurgią to:
Powszechne metale stosowane w inżynierii to żelazo, miedź, magnez, cynk, nikiel, tytan, krzem i aluminium. Metale te są stosowane głównie jako stopy, z wyjątkiem krzemu. System stopu żelazo-węgiel jest dziś bardzo powszechny. Obejmuje żeliwo i stal. Zwykłe stale węglowe zawierają węgiel jako jedyny pierwiastek stopowy. Są stosowane w zastosowaniach o wysokiej wytrzymałości i niskich kosztach, w których ani korozja, ani waga nie stanowią poważnego problemu.
Stal nierdzewna, taka jak stopy niklu, stal ocynkowana, stopy tytanu lub czasami stopy miedzi, jest stosowana tam, gdzie wymagana jest odporność na korozję.
Stopy magnezu i stopy aluminium są stosowane głównie tam, gdzie wymagane są mocne i lekkie części, na przykład w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym.
Stopy miedzi z niklem, takie jak Monel, są stosowane w środowiskach silnie korozyjnych, a także w zastosowaniach niemagnetycznych.
Superstopy na bazie niklu, takie jak Inconel, są stosowane w zastosowaniach wysokotemperaturowych, takich jak turbosprężarki, zbiorniki ciśnieniowe, wymienniki ciepła i turbiny gazowe.
Metale są kształtowane w procesach takich jak:
Procesy obróbki na zimno odnoszą się do zmiany kształtu produktu poprzez wytwarzanie, walcowanie lub inne procesy, gdy produkt jest wciąż zimny. Pomaga to zwiększyć jego wytrzymałość, proces zwany hartowaniem .
Metale można poddawać obróbce cieplnej w celu zmiany właściwości ciągliwości, wytrzymałości, ciągliwości, odporności na korozję i twardości. Najczęstsze procesy obróbki cieplnej obejmują odpuszczanie, hartowanie i wyżarzanie.
Nauczyliśmy się tego;
