M??tallurgie

Georg Agricola, auteur de De re metallica, un livre important et pr??coce sur l'extraction de m??tal

La m??tallurgie est un domaine de la science des mat??riaux qui ??tudie le comportement physique et chimique des m??talliques ??l??ments , leur des compos??s interm??talliques, et leurs compos??s, qui sont appel??s alliages. Ce est aussi la technologie des m??taux: la fa??on dont la science est appliqu??e ?? leur utilisation pratique. M??tallurgie est couramment utilis?? dans la m??tier de la m??tallurgie.

Histoire

Une illustration de four soufflet actionn?? par roues hydrauliques, de la Nong Shu, par Wang Zhen, 1313 AD, pendant la chinoise dynastie des Yuan .

Le m??tal plus t??t enregistr??e employ?? par l'homme semble ??tre l'or qui se trouve libre ou "native". De petites quantit??s d'or naturel ont ??t?? d??couverts dans les grottes espagnoles utilis??es au cours de la fin Pal??olithique, c. 40 000 BC.

Or bandeau de Th??bes 750-700 BC

Argent , cuivre , ??tain et fulgurante de fer peuvent ??galement ??tre trouv??s native, permettant ?? un nombre limit?? de m??tallurgie en d??but cultures. Armes ??gyptiens fabriqu??s ?? partir de fer m??t??orique dans environ 3000 ans avant JC ont ??t?? tr??s pris??s comme ??Dagues du ciel??. Cependant, en apprenant ?? obtenir le cuivre et l'??tain par des roches de chauffage et en combinant le cuivre et l'??tain de faire une alliage appel?? bronze, la technologie de la m??tallurgie a commenc?? vers 3500 avant JC ?? l' ??ge du bronze .

L'extraction de fer ?? partir de son minerai exploitable dans un m??tal est beaucoup plus difficile. Il semble avoir ??t?? invent?? par le Hittites dans environ 1200 BC, en commen??ant l' ??ge du fer . Le secret de l'extraction et le travail du fer a ??t?? un facteur cl?? dans le succ??s de la Philistins

Historique des ??volutions dans la sid??rurgie peuvent ??tre trouv??s dans une grande vari??t?? de cultures et de civilisations pass??es. Cela inclut les anciens et m??di??vaux royaumes et empires du Moyen-Orient et Proche-Orient, ancienne Egypte et Anatolie ( Turquie ), Carthage, Grecs et les Romains de l'ancienne Europe de l'Europe m??di??vale,, antique et m??di??vale Chine , antique et m??di??vale de l'Inde , antique et m??di??vale du Japon , etc. int??ressant de noter, ce est que de nombreuses applications, les pratiques et dispositifs associ??s ou impliqu??s dans la m??tallurgie ont ??t?? ??ventuellement ??tablies dans l'ancienne Chine avant les Europ??ens ma??tris?? ces m??tiers (tels que l'innovation du haut-fourneau, fonte, acier , hydraulique aliment?? martinets, etc.). Cependant, la recherche moderne sugg??re que La technologie romaine ??tait beaucoup plus sophistiqu??e que suppos?? jusqu'ici, en particulier dans les mines , les m??thodes d'extraction de m??tal et forgeage. Ils sont par exemple en expert m??thodes hydrauliques mini??res bien avant les Chinois, ou de toute autre civilisation de l'??poque.

Un livre du 16??me si??cle par Georg Agricola appel?? De re metallica d??crit les processus de minerais m??talliques de l'exploitation mini??re, de l'extraction et de la m??tallurgie du temps m??tal hautement d??velopp??s et complexes. Agricola a ??t?? d??crit comme le ??p??re de la m??tallurgie"

M??tallurgie extractive

M??tallurgie extractive est la pratique de l'enl??vement des m??taux pr??cieux ?? partir d'un de minerai et d'affiner les m??taux bruts extraits dans une forme plus pure. Pour convertir un m??tal oxyde ou sulfure d'un m??tal pur, le minerai doit ??tre r??duite soit physiquement, chimiquement ou ??lectrolytique.

M??tallurgistes extractives sont int??ress??s ?? trois volets principaux: alimentation, concentr??s (oxyde de m??tal pr??cieux / sulfure), et r??sidus (d??chets). Apr??s l'exploitation mini??re, de gros morceaux de l'alimentation en minerai sont bris??es par broyage et / ou broyage pour obtenir des particules assez petit, o?? chaque particule est soit la plupart du temps pr??cieux ou principalement d??chets. La concentration des particules d'une valeur de s??paration dans un support de forme permet le m??tal d??sir?? ?? enlever des produits de d??chets.

Mining peut ne pas ??tre n??cessaire si le corps de minerai et l'environnement physique sont propices ?? lessivage. Lixiviation dissout les min??raux dans un corps de minerai et les r??sultats dans une solution enrichie. La solution est collect??e et trait??e pour en extraire les m??taux pr??cieux.

Corps min??ralis??s contiennent souvent plus d'un m??tal pr??cieux. Des r??sidus d'un proc??d?? pr??c??dent peuvent ??tre utilis??s comme charge d'alimentation dans un autre proc??d?? pour extraire un produit secondaire ?? partir du minerai d'origine. En outre, un concentr?? peut contenir plus d'un m??tal pr??cieux. Ce concentr?? sera ensuite trait??e pour s??parer les m??taux pr??cieux en constituants individuels.

Syst??mes d'alliages importants commune

Techniques ordinaires de m??taux comprennent l'aluminium , le chrome , cuivre , fer , magn??sium , nickel , titane et zinc . Ce sont le plus souvent utilis??s comme alliages. Beaucoup d'efforts ont ??t?? mis sur la compr??hension du syst??me d'alliage fer-carbone, qui comprend les aciers et Fontes. Aciers au carbone simples sont utilis??s dans faible co??t, les applications ?? haute r??sistance o?? le poids et la corrosion ne sont pas un probl??me. Fontes, y compris fonte ductile font ??galement partie du syst??me fer-carbone.

Acier inoxydable ou acier galvanis?? sont utilis??s lorsque la r??sistance ?? la corrosion est importante. Les alliages d'aluminium et alliages de magn??sium sont utilis??s pour des applications o?? la force et la l??g??ret?? sont n??cessaires.

Alliages cupro-nickel tels que Monel sont utilis??s dans des environnements hautement corrosifs et pour les applications non-magn??tiques. ?? base de nickel superalliages comme Inconel sont utilis??s dans des applications ?? haute temp??rature tels que les turbocompresseurs, les r??cipients sous pression, et des ??changeurs de chaleur. Pour des temp??ratures tr??s ??lev??es, les alliages monocristallins sont utilis??s pour r??duire le fluage.

Technique de production de m??taux

En l'ing??nierie de production, de la m??tallurgie se int??resse ?? la production de composants m??talliques pour une utilisation dans la consommation ou l'ing??nierie des produits. Il se agit de la production d'alliages, la mise en forme, le traitement thermique et le traitement de surface du produit. La t??che de le m??tallurgiste est d'atteindre l'??quilibre entre les propri??t??s des mat??riaux tels que le co??t, poids, force, t??nacit??, la duret??, la corrosion et r??sistance ?? la fatigue, et la performance dans temp??rature extr??mes. Pour atteindre cet objectif, l'environnement d'exploitation doit ??tre examin??e attentivement. Dans un environnement d'eau sal??e, des m??taux ferreux et des alliages d'aluminium se corrodent rapidement. Les m??taux expos??s au froid ou conditions cryog??niques peuvent subir une transition fragile-ductile et perdent leur t??nacit??, de plus en plus fragiles et sujettes ?? la fissuration. M??taux sous charge cyclique continue peuvent souffrir de la fatigue du m??tal. M??taux sous constante contrainte ?? des temp??ratures ??lev??es peut fluage.

processus de travail du m??tal

Les m??taux sont fa??onn??s par des proc??d??s tels que coul??e, forgeage, fluotournage, roulant, extrusion, frittage, la m??tallurgie, usinage et fabrication. Avec la coul??e, le m??tal fondu est vers?? dans une bo??te de forme moule. Avec forgeage, un rouge billette est martel?? en forme. Avec roulement, une billette est pass?? ?? travers rouleaux successivement plus ??troites pour cr??er une feuille. Avec extrusion, un m??tal mall??able ?? chaud et sous pression est forc?? ?? travers un mourir, dont elle fa??onne avant qu'il ne refroidisse. Avec le frittage, un m??tal en poudre est comprim?? dans un moule ?? haute temp??rature. Avec l'usinage, tours, fraiseuses et perceuses couper le m??tal froid ?? fa??onner. Avec la fabrication, des feuilles de m??tal sont coup??s avec guillotines ou coupeurs de gaz et pli?? en forme.

" Travail ?? froid "des processus, o?? la forme du produit est modifi?? par laminage, de fabrication ou d'autres processus alors que le produit est froid, peut augmenter la r??sistance du produit par un processus appel?? durcissement de travail. durcissement de travail cr??e d??fauts microscopiques dans le m??tal, qui r??sistent ?? d'autres modifications de forme.

Diverses formes de coul??e existe dans l'industrie et le milieu universitaire. Il se agit notamment moulage en sable, coul??e d'investissement (??galement appel?? " proc??d?? de la cire perdue "), moulage sous pression et coul??e continue.

Adh??sion

Soudage

Le soudage est une technique pour relier des composants en m??tal en faisant fondre le mat??riau de base. Mat??riau de remplissage de composition similaire peut ??galement ??tre fondu dans le joint.

Brasage

Le brasage est une technique d'assemblage des m??taux ?? une temp??rature inf??rieure ?? leur point de fusion. Une charge ayant un point de fusion inf??rieur ?? celui du m??tal de base est utilis??, et est aspir?? dans le joint par capillarit??. les r??sultats de brasage dans une liaison m??canique et m??tallurgique entre pi??ces de travail.

Soudure

Le brasage est un proc??d?? de jonction de m??taux au-dessous de leur point de fusion en utilisant un m??tal d'apport. R??sultats ?? souder dans un joint m??canique et se produit ?? des temp??ratures inf??rieures brasage.

Le traitement thermique

Les m??taux peuvent ??tre un traitement thermique pour modifier les propri??t??s de r??sistance, la ductilit??, la t??nacit??, la duret?? ou la r??sistance ?? la corrosion. Les processus de traitement thermique commun comprennent recuit, renforcement par pr??cipitation, trempe, et trempe. Le processus de recuit ramollit le m??tal en permettant la r??cup??ration de travail ?? froid et de la croissance du grain. La trempe peut ??tre utilis?? pour durcir les aciers alli??s, ou en pr??cipitation alliages durcissables, pour pi??ger dissous atomes de solut?? en solution. La trempe entra??ne les ??l??ments d'alliage dissous ?? pr??cipiter, ou dans le cas des aciers tremp??s, am??liorer la r??sistance aux chocs et les propri??t??s ductiles.

Traitement de surface

Placage

Galvanoplastie est une technique de traitement de surface commune. Il se agit de la liaison d'une mince couche d'un autre m??tal tel que l' or , argent , chrome ou zinc ?? la surface du produit. Il est utilis?? pour r??duire la corrosion ainsi que pour am??liorer l'aspect esth??tique du produit.

Pulv??risation thermique

Techniques de pulv??risation thermique sont une autre option populaire de finition, et ont souvent de meilleures propri??t??s de haute temp??rature que les rev??tements ??lectrolytiques.

durcissement de cas

C??mentation est un proc??d?? dans lequel un ??l??ment d'alliage, le plus souvent le carbone ou l'azote, diffuse dans la surface d'un m??tal monolithique. La solution solide interstitielle r??sultante est plus dur que le mat??riau de base, ce qui am??liore la r??sistance ?? l'usure sans pour autant sacrifier la t??nacit??.

G??nie ??lectrique et ??lectronique

M??tallurgie est ??galement appliqu??e aux mat??riaux ??lectriques et ??lectroniques des m??taux comme l' aluminium , le cuivre , l'??tain , l'argent et l'or sont utilis??s dans les lignes ??lectriques, les fils, les cartes de circuits imprim??s et circuits int??gr??s .

Techniques m??tallurgiques

M??tallographie permet le m??tallurgiste pour ??tudier la microstructure des m??taux.

M??tallurgistes ??tudier les propri??t??s microscopiques et macroscopiques aide m??tallographie, une technique invent??e par Henry Clifton Sorby. Dans la m??tallographie, un alliage d'int??r??t est un terrain plat et poli pour une finition miroir. L'??chantillon peut ensuite ??tre grav??e pour r??v??ler la microstructure et la macrostructure du m??tal. Un m??tallurgiste peut alors examiner l'??chantillon avec un optique ou microscope ??lectronique et d'apprendre beaucoup de choses sur la composition de l'??chantillon, les propri??t??s m??caniques, et de l'histoire de traitement.

Cristallographie, en utilisant souvent diffraction de des rayons X ou des ??lectrons , est un autre outil pr??cieux ?? la disposition du m??tallurgiste moderne. Cristallographie permettre l'identification des mat??riaux inconnus et r??v??le la structure cristalline de l'??chantillon. Cristallographie quantitative peut ??tre utilis??e pour calculer le montant des phases pr??sentes ainsi que le degr?? de contrainte ?? laquelle un ??chantillon a ??t?? soumis.

Les propri??t??s physiques des m??taux peuvent ??tre quantifi??s par essais m??caniques. Essais typiques comprennent la traction force, r??sistance ?? la compression, la duret??, la r??sistance aux chocs, la fatigue et la vie fluage.