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Metalurgia

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Georg Agricola, autor do De re metallica, um importante livro cedo na extração de metal

Metalurgia é um domínio da ciência dos materiais que estuda o comportamento físico e químico do metal elementos , a sua compostos intermetálicos, e seus compostos, que são chamados ligas. É também a tecnologia de metais: a maneira em que a ciência é aplicada para a sua utilização prática. Metalurgia é comumente usado no ofício de metalurgia.

História

Uma ilustração de forno foles operados por waterwheels, a partir do Nong Shu, por Wang Zhen, 1313 dC, durante o chinês da dinastia Yuan .

A mais antiga de metal gravada utilizada por seres humanos parece ser de ouro que pode ser encontrado gratuitamente ou "nativa". Pequenas quantidades de ouro naturais foram encontrados em cavernas espanholas utilizados durante a tarde Período paleolítico, c. 40.000 BC.

Cabeça de ouro de Tebas 750-700 aC

Prata , cobre , estanho e meteórica ferro também pode ser encontrado nativo, o que permite uma quantidade limitada de metalúrgica em culturas primitivas. Armas egípcias feitas de ferro meteórico em cerca de 3000 aC foram altamente valorizada como "Daggers do céu". No entanto, aprendendo a obter cobre e estanho por aquecimento rochas e combinando cobre e estanho para fazer uma liga chamada bronze, a tecnologia da metalurgia começou por volta de 3500 aC com a Idade do Bronze .

A extracção de ferro a partir do seu minério em um metal viável é muito mais difícil. Ele parece ter sido inventado pelo Hititas em cerca de 1200 aC, o início da Idade do Ferro . O segredo de extração de ferro e de trabalho foi um fator-chave para o sucesso da Filisteus

Desenvolvimentos históricos em siderurgia podem ser encontrados em uma ampla variedade de culturas e civilizações passadas. Isso inclui os reinos e impérios do antigo e medieval Médio Oriente e Próximo Oriente, antigo Egito e Anatolia ( Turquia ), Cartago, o Gregos e romanos da antiga Europa medieval, Europa, antiga e medieval China , antiga e medieval ?ndia , antiga e medieval Japão , etc. De interesse para notar é que muitas aplicações, práticas e dispositivos associados ou envolvidos em metalurgia foram possivelmente estabelecido na antiga China antes de os europeus dominaram estes ofícios (como a inovação da alto-forno, ferro fundido, aço , hidráulico-powered martelos de viagem, etc.). No entanto, a pesquisa moderna sugere que Tecnologia romana era muito mais sofisticado do que até agora se supõe, especialmente em mineração métodos, extracção de metais e forjamento. Eles foram, por exemplo perito na métodos hidráulicas de mineração bem antes de os chineses, ou qualquer outra civilização do tempo.

Um livro do século 16 por Georg Agricola chamado De re metallica descreve os processos de minérios metálicos mineração, extração e metalurgia do tempo de metal altamente desenvolvidos e complexos. Agricola tem sido descrito como o "pai da metalurgia"

Metalurgia extrativa

Metalurgia extrativa é a prática de remoção de metais valiosos a partir de um minério e refinar os metais brutos extraídos em uma forma mais pura. A fim de converter um metal ou óxido de sulfureto de um metal puro, o minério tem de ser reduzida ou fisicamente, quimicamente , ou electroliticamente.

Metalúrgicos extrativos está interessado em três correntes principais: alimentos para animais, de concentrado (valioso óxido metálico / sulfeto), e rejeitos (resíduos). Após a extracção, grandes pedaços de alimentos para o minério são quebrados por meio de trituração e / ou moagem de modo a obter partículas suficientemente pequeno em que cada partícula é valioso quer na maior parte ou na maior parte dos resíduos. Concentrando-se as partículas de um valor na forma de uma separação de suporte permite que o metal desejado a ser removido a partir de produtos residuais.

Mining pode não ser necessário se o corpo de minério e ambiente físico são conducentes a lixiviação. Lixiviação dissolve minerais em um corpo de minério e resulta em uma solução enriquecida. A solução é recolhida e processada para extrair metais valiosos.

Ore corpos muitas vezes contêm mais do que um metal precioso. Rejeitos de um processo anterior pode ser usada como uma alimentação no outro processo para extrair um produto secundário a partir de minério original. Além disso, um concentrado pode conter mais do que um metal precioso. Que o concentrado seria então processado para separar os metais valiosos em constituintes individuais.

Sistemas de liga comum importantes

De engenharia comuns metais incluem o alumínio , crómio , cobre , ferro , magnésio , níquel , titânio e zinco . Estes são mais frequentemente utilizados como ligas. Muito esforço foi colocado na compreensão do sistema de liga de ferro-carbono, que inclui aços e ferros fundidos. Aços carbono são usados em baixo custo, aplicações de alta resistência, onde o peso ea corrosão não é um problema. Os ferros fundidos, incluindo ferro dúctil também fazem parte do sistema ferro-carbono.

Aço inoxidável ou aço galvanizado são utilizados onde a resistência à corrosão é importante. As ligas de alumínio e ligas de magnésio são usados para aplicações em que são necessárias resistência e leveza.

Ligas de cupro-níquel como Monel são usados em ambientes altamente corrosivos e para aplicações não-magnéticos. Base de níquel- superligas como Inconel são usados em aplicações de alta temperatura, tais como turbocompressores, vasos de pressão, e permutadores de calor. Para temperaturas extremamente altas, ligas de cristais simples são usados para minimizar a deformação.

Engenharia de produção de metais

Em engenharia de produção, metalurgia diz respeito à produção de componentes de metal para utilização em produtos de consumo ou de engenharia produtos. Isto envolve a produção de ligas, a formação, o tratamento térmico e o tratamento de superfície do produto. A tarefa dos metalúrgicos é para alcançar o equilíbrio entre as propriedades do material tais como custo, peso, força, dureza, dureza, corrosão e resistência à fadiga, e desempenho em temperaturas extremas. Para atingir este objetivo, o ambiente operacional deve ser cuidadosamente considerada. Em um ambiente de água salgada, metais ferrosos e algumas ligas de alumínio corroer rapidamente. Metais expostos ao frio ou condições criogênicas podem suportar uma transição dúctil para frágil e perder sua resistência, tornando-se mais frágil e propenso a rachaduras. Metais sob carregamento cíclico contínuo pode sofrer de fadiga de metal. Metais sob constante estresse a temperaturas elevadas pode fluência.

Processos de trabalho do metal

Os metais são moldados por processos tais como a casting, forjamento, fluir formação, rolamento, extrusão, sinterização, metalurgia, usinagem e fabricação. Com fundição, o metal fundido é vertido num moldada molde. Com forjamento, um vermelho-quente boleto é martelado em forma. Com rolamento, um boleto é passada através de rolos sucessivamente mais estreitos para criar uma folha. Com extrusão, um metal quente e maleável é forçado sob pressão através de um morrer, que molda-lo antes que esfrie. Com sinterização, uma metal em pó é comprimido dentro de um molde a uma temperatura elevada. Com usinagem, tornos, fresadoras e brocas cortar o metal frio para moldar. Com fabricação, chapas de metal são cortados com guilhotinas ou cortadores de gás e dobrada em forma.

" O trabalho a frio "processos, em que a forma do produto é alterada por laminagem, ou outros processos de fabricação, enquanto o produto está frio, pode aumentar a resistência do produto por um processo chamado encruamento. Encruamento cria defeitos microscópicos no metal, que resistem a outras alterações de forma.

Várias formas de fundição existe na indústria e academia. Estes incluem fundição em areia, fundição de precisão (também chamado de " processo de cera perdida "), fundição e vazamento contínuo.

Juntando

Soldadura

Soldadura é uma técnica para unir componentes de metal por fusão do material de base. Um material de enchimento de composição semelhante podem também ser derretido para dentro da junta.

Soldadura

A brasagem é uma técnica para unir metais a uma temperatura abaixo do seu ponto de fusão. Um material de enchimento com um ponto de fusão inferior ao da base de metal é usado, e é atraído para o conjunta por acção capilar. Resultados de brasagem em uma ligação mecânica e metalúrgica entre as peças de trabalho.

De solda

Solda é um método de ligação de metais abaixo dos seus pontos de fusão utilizando um metal de enchimento. Resultados de solda em uma articulação mecânica e ocorre em temperaturas mais baixas do que brasagem.

Tratamento térmico

Os metais podem ser tratamento térmico a fim de alterar as propriedades de resistência, ductilidade, dureza, dureza ou resistência à corrosão. Processos de tratamento de calor comuns incluem recozimento, fortalecimento da precipitação, têmpera, e têmpera. O processo de recozimento amolece o metal, permitindo a recuperação de trabalho a frio e crescimento de grãos. A têmpera pode ser utilizado para endurecer ligas de aço, ou em ligas endurecíveis por precipitação, a armadilha átomos de soluto dissolvido em solução. A têmpera fará com que os elementos de liga dissolvidos para precipitar, ou no caso de aços temperados, melhorar a resistência ao impacto e propriedades dúcteis.

Tratamento de superfície

Galvanização

Galvanoplastia é uma técnica de superfície-tratamento comum. Trata-se ligação de uma fina camada de um outro metal, tal como ouro , prata , crómio ou zinco à superfície do produto. Ele é utilizado para reduzir a corrosão, bem como para melhorar a aparência estética do produto.

Aspersão térmica

Técnicas de aspersão térmica são uma outra opção de acabamento popular, e muitas vezes têm melhores propriedades de alta temperatura do que os revestimentos galvanizados.

Caso endurecimento

Processo de endurecimento é um processo no qual um elemento de liga, mais comumente de carbono ou de azoto, difunde-se para a superfície de um metal monolítico. A solução sólida intersticial resultante é mais duro do que o material de base, o que melhora a resistência ao desgaste, sem sacrificar a tenacidade.

Engenharia elétrica e eletrônica

Metalurgia também é aplicado a materiais eléctricos e electrónicos em que os metais, tais como alumínio , cobre , estanho , prata e ouro são utilizados em linhas de energia, fios, placas de circuito impresso e circuitos integrados .

Técnicas metalúrgicas

Metalografia permite que os metalúrgicos para estudar a microestrutura de metais.

Metalúrgicos estudar as propriedades microscópicas e macroscópicas usando metalografia, uma técnica inventada por Henry Clifton Sorby. Em metalografia, uma liga de interesse é terra lisa e polida para um acabamento espelhado. A amostra pode então ser gravado para revelar a microestrutura e da macroestrutura do metal. Um metalúrgico pode então examinar a amostra com um óptico ou microscópio eletrônico e aprender muito sobre a composição da amostra, propriedades mecânicas e história de processamento.

Cristalografia, muitas vezes usando difracção de raios X ou elétrons , é outra ferramenta valiosa disponível para o metalúrgico moderno. Cristalografia de permitir a identificação de materiais desconhecidos e revela a estrutura cristalina da amostra. Cristalografia quantitativo pode ser usado para calcular a quantidade de fases presentes, bem como o grau de tensão para o qual uma amostra foi submetida.

As propriedades físicas dos metais podem ser quantificados por teste mecânico. Testes típicos incluem tracção força, resistência à compressão, dureza, resistência ao impacto, fadiga e deformação vida.

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