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Métallurgie

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Georg Agricola, auteur de De re metallica, un livre important et précoce sur l'extraction de métal

La métallurgie est un domaine de la science des matériaux qui étudie le comportement physique et chimique des métalliques éléments , leur des composés intermétalliques, et leurs composés, qui sont appelés alliages. Ce est aussi la technologie des métaux: la façon dont la science est appliquée à leur utilisation pratique. Métallurgie est couramment utilisé dans la métier de la métallurgie.

Histoire

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

Le métal plus tôt enregistrée employé par l'homme semble être l'or qui se trouve libre ou "native". De petites quantités d'or naturel ont été découverts dans les grottes espagnoles utilisées au cours de la fin Paléolithique, c. 40 000 BC.

Or bandeau de Thèbes 750-700 BC

Argent , cuivre , étain et fulgurante de fer peuvent également être trouvés native, permettant à un nombre limité de métallurgie en début cultures. Armes égyptiens fabriqués à partir de fer météorique dans environ 3000 ans avant JC ont été très prisés comme «Dagues du ciel». Cependant, en apprenant à obtenir le cuivre et l'étain par des roches de chauffage et en combinant le cuivre et l'étain de faire une alliage appelé bronze, la technologie de la métallurgie a commencé vers 3500 avant JC à l' âge du bronze .

L'extraction de fer à partir de son minerai exploitable dans un métal est beaucoup plus difficile. Il semble avoir été inventé par le Hittites dans environ 1200 BC, en commençant l' âge du fer . Le secret de l'extraction et le travail du fer a été un facteur clé dans le succès de la Philistins

Historique des évolutions dans la sidérurgie peuvent être trouvés dans une grande variété de cultures et de civilisations passées. Cela inclut les anciens et médiévaux 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 médiévale,, antique et médiévale Chine , antique et médiévale de l'Inde , antique et médiévale du Japon , etc. intéressant de noter, ce est que de nombreuses applications, les pratiques et dispositifs associés ou impliqués dans la métallurgie ont été éventuellement établies dans l'ancienne Chine avant les Européens maîtrisé ces métiers (tels que l'innovation du haut-fourneau, fonte, acier , hydraulique alimenté martinets, etc.). Cependant, la recherche moderne suggère que La technologie romaine était beaucoup plus sophistiquée que supposé jusqu'ici, en particulier dans les mines , les méthodes d'extraction de métal et forgeage. Ils sont par exemple en expert méthodes hydrauliques minières bien avant les Chinois, ou de toute autre civilisation de l'époque.

Un livre du 16ème siècle par Georg Agricola appelé De re metallica décrit les processus de minerais métalliques de l'exploitation minière, de l'extraction et de la métallurgie du temps métal hautement développés et complexes. Agricola a été décrit comme le «père de la métallurgie"

Métallurgie extractive

Métallurgie extractive est la pratique de l'enlèvement des métaux précieux à partir d'un de minerai et d'affiner les métaux bruts extraits dans une forme plus pure. Pour convertir un métal oxyde ou sulfure d'un métal pur, le minerai doit être réduite soit physiquement, chimiquement ou électrolytique.

Métallurgistes extractives sont intéressés à trois volets principaux: alimentation, concentrés (oxyde de métal précieux / sulfure), et résidus (déchets). Après l'exploitation minière, de gros morceaux de l'alimentation en minerai sont brisées par broyage et / ou broyage pour obtenir des particules assez petit, où chaque particule est soit la plupart du temps précieux ou principalement déchets. La concentration des particules d'une valeur de séparation dans un support de forme permet le métal désiré à enlever des produits de déchets.

Mining peut ne pas être nécessaire si le corps de minerai et l'environnement physique sont propices à lessivage. Lixiviation dissout les minéraux dans un corps de minerai et les résultats dans une solution enrichie. La solution est collectée et traitée pour en extraire les métaux précieux.

Corps minéralisés contiennent souvent plus d'un métal précieux. Des résidus d'un procédé précédent peuvent être utilisés comme charge d'alimentation dans un autre procédé pour extraire un produit secondaire à partir du minerai d'origine. En outre, un concentré peut contenir plus d'un métal précieux. Ce concentré sera ensuite traitée pour séparer les métaux précieux en constituants individuels.

Systèmes d'alliages importants commune

Techniques ordinaires de métaux comprennent l'aluminium , le chrome , cuivre , fer , magnésium , nickel , titane et zinc . Ce sont le plus souvent utilisés comme alliages. Beaucoup d'efforts ont été mis sur la compréhension du système d'alliage fer-carbone, qui comprend les aciers et Fontes. Aciers au carbone simples sont utilisés dans faible coût, les applications à haute résistance où le poids et la corrosion ne sont pas un problème. Fontes, y compris fonte ductile font également partie du système fer-carbone.

Acier inoxydable ou acier galvanisé sont utilisés lorsque la résistance à la corrosion est importante. Les alliages d'aluminium et alliages de magnésium sont utilisés pour des applications où la force et la légèreté sont nécessaires.

Alliages cupro-nickel tels que Monel sont utilisés dans des environnements hautement corrosifs et pour les applications non-magnétiques. À base de nickel superalliages comme Inconel sont utilisés dans des applications à haute température tels que les turbocompresseurs, les récipients sous pression, et des échangeurs de chaleur. Pour des températures très élevées, les alliages monocristallins sont utilisés pour réduire le fluage.

Technique de production de métaux

En l'ingénierie de production, de la métallurgie se intéresse à la production de composants métalliques pour une utilisation dans la consommation ou l'ingénierie 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 tâche de le métallurgiste est d'atteindre l'équilibre entre les propriétés des matériaux tels que le coût, poids, force, ténacité, la dureté, la corrosion et résistance à la fatigue, et la performance dans température extrêmes. Pour atteindre cet objectif, l'environnement d'exploitation doit être examinée attentivement. Dans un environnement d'eau salée, des métaux ferreux et des alliages d'aluminium se corrodent rapidement. Les métaux exposés au froid ou conditions cryogéniques peuvent subir une transition fragile-ductile et perdent leur ténacité, de plus en plus fragiles et sujettes à la fissuration. Métaux sous charge cyclique continue peuvent souffrir de la fatigue du métal. Métaux sous constante contrainte à des températures élevées peut fluage.

processus de travail du métal

Les métaux sont façonnés par des procédés tels que coulée, forgeage, fluotournage, roulant, extrusion, frittage, la métallurgie, usinage et fabrication. Avec la coulée, le métal fondu est versé dans une boîte de forme moule. Avec forgeage, un rouge billette est martelé en forme. Avec roulement, une billette est passé à travers rouleaux successivement plus étroites pour créer une feuille. Avec extrusion, un métal malléable à chaud et sous pression est forcé à travers un mourir, dont elle façonne avant qu'il ne refroidisse. Avec le frittage, un métal en poudre est comprimé dans un moule à haute température. Avec l'usinage, tours, fraiseuses et perceuses couper le métal froid à façonner. Avec la fabrication, des feuilles de métal sont coupés avec guillotines ou coupeurs de gaz et plié en forme.

" Travail à froid "des processus, où la forme du produit est modifié par laminage, de fabrication ou d'autres processus alors que le produit est froid, peut augmenter la résistance du produit par un processus appelé durcissement de travail. durcissement de travail crée défauts microscopiques dans le métal, qui résistent à d'autres modifications de forme.

Diverses formes de coulée existe dans l'industrie et le milieu universitaire. Il se agit notamment moulage en sable, coulée d'investissement (également appelé " procédé de la cire perdue "), moulage sous pression et coulée continue.

Adhésion

Soudage

Le soudage est une technique pour relier des composants en métal en faisant fondre le matériau de base. Matériau de remplissage de composition similaire peut également être fondu dans le joint.

Brasage

Le brasage est une technique d'assemblage des métaux à une température inférieure à leur point de fusion. Une charge ayant un point de fusion inférieur à celui du métal de base est utilisé, et est aspiré dans le joint par capillarité. les résultats de brasage dans une liaison mécanique et métallurgique entre pièces de travail.

Soudure

Le brasage est un procédé de jonction de métaux au-dessous de leur point de fusion en utilisant un métal d'apport. Résultats à souder dans un joint mécanique et se produit à des températures inférieures brasage.

Le traitement thermique

Les métaux peuvent être un traitement thermique pour modifier les propriétés de résistance, la ductilité, la ténacité, la dureté ou la résistance à la corrosion. Les processus de traitement thermique commun comprennent recuit, renforcement par précipitation, trempe, et trempe. Le processus de recuit ramollit le métal en permettant la récupération de travail à froid et de la croissance du grain. La trempe peut être utilisé pour durcir les aciers alliés, ou en précipitation alliages durcissables, pour piéger dissous atomes de soluté en solution. La trempe entraîne les éléments d'alliage dissous à précipiter, ou dans le cas des aciers trempés, améliorer la résistance aux chocs et les propriétés 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 métal tel que l' or , argent , chrome ou zinc à la surface du produit. Il est utilisé pour réduire la corrosion ainsi que pour améliorer l'aspect esthétique du produit.

Pulvérisation thermique

Techniques de pulvérisation thermique sont une autre option populaire de finition, et ont souvent de meilleures propriétés de haute température que les revêtements électrolytiques.

durcissement de cas

Cémentation est un procédé dans lequel un élément d'alliage, le plus souvent le carbone ou l'azote, diffuse dans la surface d'un métal monolithique. La solution solide interstitielle résultante est plus dur que le matériau de base, ce qui améliore la résistance à l'usure sans pour autant sacrifier la ténacité.

Génie électrique et électronique

Métallurgie est également appliquée aux matériaux électriques et électroniques des métaux comme l' aluminium , le cuivre , l'étain , l'argent et l'or sont utilisés dans les lignes électriques, les fils, les cartes de circuits imprimés et circuits intégrés .

Techniques métallurgiques

Métallographie permet le métallurgiste pour étudier la microstructure des métaux.

Métallurgistes étudier les propriétés microscopiques et macroscopiques aide métallographie, une technique inventée par Henry Clifton Sorby. Dans la métallographie, un alliage d'intérêt est un terrain plat et poli pour une finition miroir. L'échantillon peut ensuite être gravée pour révéler la microstructure et la macrostructure du métal. Un métallurgiste peut alors examiner l'échantillon avec un optique ou microscope électronique et d'apprendre beaucoup de choses sur la composition de l'échantillon, les propriétés mécaniques, et de l'histoire de traitement.

Cristallographie, en utilisant souvent diffraction de des rayons X ou des électrons , est un autre outil précieux à la disposition du métallurgiste moderne. Cristallographie permettre l'identification des matériaux inconnus et révèle la structure cristalline de l'échantillon. Cristallographie quantitative peut être utilisée pour calculer le montant des phases présentes ainsi que le degré de contrainte à laquelle un échantillon a été soumis.

Les propriétés physiques des métaux peuvent être quantifiés par essais mécaniques. Essais typiques comprennent la traction force, résistance à la compression, la dureté, la résistance aux chocs, la fatigue et la vie fluage.

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