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Metalurgia

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Georg Agricola, autor de De re metallica, un importante libro temprano en la extracción de metales

La metalurgia es un dominio de la ciencia de los materiales que estudia el comportamiento físico y químico de metálicos elementos , su compuestos intermetálicos, y sus compuestos, que se denominan aleaciones. Es también la tecnología de los metales: la forma en que se aplica la ciencia para su uso práctico. Metalurgia se utiliza comúnmente en el oficio de metalurgia.

Historia

Una ilustración de horno fuelle operado por norias, desde el Nong Shu, por Wang Zhen, 1313 dC, durante el chino de la dinastía Yuan .

El metal grabada más temprana empleado por los seres humanos parece ser el oro que se encuentra libre o "nativo". Pequeñas cantidades de oro natural han sido encontrados en las cuevas españolas utilizados durante la tarde Paleolítico, c. 40.000 antes de Cristo.

Oro diadema de Tebas 750-700 aC

De plata , cobre , estaño y meteórica de hierro también se pueden encontrar nativa, lo que permite una cantidad limitada de metalurgia en las primeras culturas. Armas egipcias hechos de hierro meteórico en aproximadamente 3000 aC eran muy apreciados como "Dagas del Cielo". Sin embargo, al aprender a obtener cobre y estaño por rocas de calefacción y la combinación de cobre y estaño para hacer una aleación llamada bronce, la tecnología de la metalurgia comenzó alrededor de 3500 aC con la Edad de Bronce .

La extracción de hierro a partir de su mineral en un metal viable es mucho más difícil. Parece que fue inventado por el Hititas en el 1200 antes de Cristo, comenzando por la Edad de Hierro . El secreto de la extracción y el hierro de trabajo era un factor clave en el éxito de la Filisteos

Acontecimientos históricos en la metalurgia ferrosa se pueden encontrar en una amplia variedad de culturas y civilizaciones pasadas. Esto incluye los reinos e imperios de la antigüedad y el medievo Oriente Medio y Cercano Oriente, antiguo Egipto y Anatolia ( Turquía ), Cartago, la Griegos y romanos de la antigua Europa , la Europa medieval, antigua y medieval de China , antigua y medieval India , antigua y medieval Japón , etc. Es de interés señalar es que muchas aplicaciones, prácticas y dispositivos asociados o involucrados en la metalurgia fueron posiblemente establecieron en la antigua China antes de los europeos a dominar estas artesanías (tales como la innovación de la alto horno, hierro fundido, acero , de accionamiento hidráulico martillos pilones, etc.). Sin embargo, la investigación moderna sugiere que Tecnología romana era mucho más sofisticado que hasta ahora suponía, sobre todo en minería métodos, la extracción de metales y forja. Eran, por ejemplo, experto en métodos hidráulicos mineras mucho antes de los chinos, o cualquier otra civilización de la época.

Un libro del siglo 16 por Georg Agricola llama De re metallica describe los procesos altamente desarrolladas y complejas de minerales metálicos minería, la extracción de metales y la metalurgia del tiempo. Agricola ha sido descrito como el "padre de la metalurgia"

Metalurgia extractiva

Metalurgia extractiva es la práctica de la eliminación de metales valiosos a partir de un mineral y el perfeccionamiento de los metales en bruto extraídos en una forma más pura. Con el fin de convertir un metal óxido o sulfuro de un metal puro, el mineral debe ser reducida, ya sea física, química , o electrolíticamente.

Metalúrgicos extractivas están interesados en tres corrientes principales: alimentación, concentrado (valioso metal / óxido de sulfuro), y relaves (desechos). Después de la minería, grandes piezas de la alimentación de mineral se rompen a través de la trituración y / o molienda con el fin de obtener partículas suficientemente pequeño donde cada partícula es principalmente valioso o ya sea sobre todo de residuos. La concentración de las partículas de un valor en una separación de soporte forma permite que el metal deseado para ser retirado de los productos de desecho.

La minería puede no ser necesario si el cuerpo de mineral y el entorno físico son propicias para lixiviación. Lixiviación disuelve minerales en un yacimiento y se traduce en una solución enriquecida. La solución se recoge y se procesa para extraer metales valiosos.

Cuerpos de mineral a menudo contienen más de un metal valioso. Colas de un proceso anterior puede ser usada como una alimentación en otro proceso para extraer un producto secundario de la mena originales. Además, un concentrado puede contener más de un metal valioso. Que se concentran entonces ser procesada para separar los metales valiosos en constituyentes individuales.

Sistemas importantes de aleación común

Común de ingeniería metales incluyen aluminio , cromo , cobre , hierro , magnesio , níquel , titanio y zinc . Estos son los más utilizados como aleaciones. Mucho esfuerzo se ha colocado en la comprensión del sistema de aleación de hierro-carbono, que incluye aceros y echar hierros. Aceros al carbono se utilizan en bajo coste, aplicaciones de alta resistencia, donde el peso y la corrosión no son un problema. Hierro fundido, incluyendo hierro dúctil son también parte del sistema hierro-carbono.

Acero inoxidable o acero galvanizado se utilizan cuando es importante la resistencia a la corrosión. Las aleaciones de aluminio y aleaciones de magnesio se utilizan para aplicaciones donde se requiere resistencia y ligereza.

Aleaciones de cuproníquel como Monel se utilizan en ambientes altamente corrosivos y para aplicaciones no magnéticas. Base de níquel- superaleaciones como Inconel se utilizan en aplicaciones de alta temperatura, tales como turbocompresores, recipientes a presión, intercambiadores de calor y. Para temperaturas extremadamente altas, aleaciones de cristal único se utilizan para minimizar la fluencia.

Ingeniería de producción de metales

En ingeniería de producción, la metalurgia se refiere a la producción de componentes metálicos para su uso en los consumidores o de ingeniería de productos. Esto implica la producción de aleaciones, la conformación, el tratamiento térmico y el tratamiento de la superficie del producto. La tarea de la metalúrgico es para lograr el equilibrio entre las propiedades del material como el coste, peso, fuerza, tenacidad, dureza, la corrosión y resistencia a la fatiga, y el rendimiento en temperaturas extremas. Para lograr este objetivo, el entorno de funcionamiento debe ser considerado cuidadosamente. En un entorno de agua salada, metales ferrosos y algunas aleaciones de aluminio se corroen rápidamente. Metales expuestos al frío o condiciones criogénicas pueden soportar una dúctil a la transición frágil y perderá su dureza, cada vez más frágil y propenso a agrietarse. Metales bajo carga cíclica continua pueden sufrir de fatiga del metal. Metales bajo constante estrés a temperaturas elevadas puede creep.

Procesos de trabajo del metal

Metales son moldeadas por procesos como de fundición, forja, fluir formando, laminados, extrusión, sinterización, metalurgia, mecanizado y fabricación. Con la fundición, el metal fundido se vierte en una forma de molde. Con forja, un rojo vivo tocho se martilla en forma. Con la rodadura, un tocho se pasa a través de rodillos sucesivamente más estrechos para crear una hoja. Con extrusión, un metal caliente y maleable es forzado bajo presión a través de un morir, lo que le da forma antes de que se enfríe. Con la sinterización, una metal en polvo se comprime en un molde a alta temperatura. Con mecanizado, tornos, fresadoras y taladros cortan el frío metal para dar forma. Con la fabricación, láminas de metal se cortan con guillotinas o cortadores de gas y doblada en forma.

" El trabajo en frío "procesos, donde la forma del producto se ve alterada por la rodadura, la fabricación u otros procesos mientras que el producto está frío, puede aumentar la resistencia del producto por un proceso llamado endurecimiento de trabajo. Endurecimiento de trabajo crea defectos microscópicos en el metal, que resisten más cambios de forma.

Varias formas de fundición existe en la industria y el mundo académico. Éstos incluyen fundición en arena, fundición de precisión (también llamado el " perdido proceso de cera "), fundición a presión y de colada continua.

Unión

Soldadura

Soldadura es una técnica para la unión de componentes metálicos por fusión del material de base. Un material de relleno de composición similar también se puede fundir en la articulación.

Soldadura

La soldadura fuerte es una técnica para unir metales a una temperatura por debajo de su punto de fusión. Se utiliza un relleno con un punto de fusión inferior a la del metal base, y se introduce en la articulación por la acción capilar. Resultados para soldadura fuerte en una unión mecánica y metalúrgica entre las piezas de trabajo.

Soldadura

La soldadura es un método de unión de metales por debajo de sus puntos de fusión usando un metal de relleno. Resultados de soldadura en una unión mecánica y se produce a temperaturas más bajas que la soldadura fuerte.

Tratamiento térmico

Los metales pueden ser tratado térmicamente para alterar las propiedades de resistencia, ductilidad, tenacidad, dureza o resistencia a la corrosión. Procesos de tratamiento de calor comunes incluyen recocido, fortalecimiento precipitación, enfriamiento rápido, y revenido. El proceso de recocido ablanda el metal al permitir la recuperación de trabajo en frío y el crecimiento del grano. El enfriamiento se puede utilizar para endurecer aceros de aleación, o en la precipitación aleaciones endurecibles, para atrapar los átomos de soluto disuelto en solución. Templado hará que los elementos de aleación disueltos a precipitar, o en el caso de los aceros templados, mejorar la resistencia al impacto y propiedades de ductilidad.

Tratamiento de superficies

Enchapado

La galvanoplastia es una técnica de tratamiento de superficies comunes. Se trata de la unión de una capa delgada de otro metal tal como oro , plata , cromo o zinc a la superficie del producto. Se utiliza para reducir la corrosión, así como para mejorar la apariencia estética del producto.

Thermal Spray

Técnicas de pulverización térmica son otra opción de acabado popular, y con frecuencia tienen mejores propiedades de alta temperatura que los recubrimientos electrolíticos.

Endurecimiento Caso

Endurecimiento de casos es un proceso en el que un elemento de aleación, más comúnmente de carbono o nitrógeno, se difunde en la superficie de un metal monolítico. La solución sólida intersticial resultante es más duro que el material de base, lo que mejora la resistencia al desgaste sin sacrificar la tenacidad.

Ingeniería eléctrica y electrónica

Metalurgia también se aplica a los materiales eléctricos y electrónicos en metales como el aluminio , el cobre , el estaño , la plata y el oro se utilizan en las líneas eléctricas, cables, tarjetas de circuitos impresos y circuitos integrados .

Técnicas metalúrgicas

Metalografía permite el metalúrgico para estudiar la microestructura de los metales.

Metalúrgicos estudian las propiedades microscópicas y macroscópicas utilizando metalografía, una técnica inventada por Henry Clifton Sorby. En metalografía, una aleación de interés es un terreno plano y pulido con acabado espejo. La muestra puede ser grabada para revelar la microestructura y la macroestructura del metal. Un metalúrgico puede examinar la muestra con un óptico o microscopio electrónico y aprender mucho acerca de la composición de la muestra, las propiedades mecánicas, y la historia de procesamiento.

Cristalografía, a menudo utilizando de difracción de rayos X o electrones , es otra valiosa herramienta a disposición del metalúrgico moderno. Cristalografía permite la identificación de materiales desconocidos y revela la estructura cristalina de la muestra. Cristalografía cuantitativa se puede utilizar para calcular la cantidad de fases presentes, así como el grado de tensión a la que una muestra ha sido sometido.

Las propiedades físicas de los metales se pueden cuantificar por ensayos mecánicos. Pruebas típicas incluyen la tracción la fuerza, la resistencia a la compresión, dureza, resistencia al impacto, la fatiga y la vida de fluencia.

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