Che cos'è l'ingegneria metallurgica?

L'ingegneria metallurgica è il campo dell'ingegneria dedicato alla lavorazione dei metalli. Comprende aree tra cui l'estrazione di metalli dalla terra, la raffinazione di minerali metallici e la progettazione e produzione di materiali realizzati con miscele di metalli, chiamati leghe metalliche. È estremamente importante in settori come la produzione e l'edilizia, nonché per una vasta gamma di beni di consumo con componenti metallici.

Questo campo dell'ingegneria è comunemente diviso in due aree, la metallurgia estrattiva e la metallurgia fisica. Nella metallurgia estrattiva, l'ingegneria metallurgica viene utilizzata per estrarre e raffinare i metalli estratti dalla terra. I metalli si trovano quasi sempre mescolati con altri materiali in depositi minerali chiamati minerali piuttosto che da soli e sono frequentemente in composti chimici piuttosto che in forma elementare pura. Prima di poter utilizzare questi metalli, devono essere rimossi dal minerale.

Questo può essere fatto con diversi metodi, a seconda del minerale in questione. I minerali possono essere riscaldati per causare cambiamenti fisici e reazioni chimiche nel minerale. Agenti chimici possono essere applicati per provocare reazioni chimiche nei composti contenenti il ​​metallo. I minerali possono essere sciolti in acqua riscaldata fino a quando non sono fusi in modo che il metallo possa essere isolato attraverso processi elettrici. Una volta che il metallo non viene più unito chimicamente con altri elementi, viene quindi raffinato per purificarlo fisicamente. Tutti questi metodi dipendono dalla conoscenza dell'ingegneria metallurgica.

Una volta che i metalli sono stati ottenuti dall'ambiente attraverso la metallurgia estrattiva, la metallurgia fisica è ciò che li rende utili. Una delle principali applicazioni dell'ingegneria metallurgica è la creazione di leghe metalliche combinando un metallo con altri metalli o materiali non metallici. Le leghe possono avere proprietà diverse dalle loro parti costitutive e un'enorme varietà di leghe è stata creata per fornire materiali per compiti diversi. Più comunemente, le sostanze costituenti di una lega vengono miscelate riscaldandole abbastanza da sciogliersi e quindi mescolandole insieme e lasciando raffreddare e solidificare la miscela. Sono anche possibili altri mezzi per legare materiali, come mescolarli in forma solida in polvere e quindi sottoporli a grande calore e pressione per combinarli.

La lega può quindi essere sottoposta a una serie di diversi processi di trattamento che alterano le sue proprietà meccaniche senza cambiare la sua composizione chimica. Questi processi possono essere meccanici, alterando la struttura cristallina della lega applicando forze ad essa per causare stress meccanici. Possono anche comportare il riscaldamento della lega, poiché processi come il mantenimento di una lega ad alta temperatura per lunghi periodi di tempo o il riscaldamento e il successivo raffreddamento rapido immergendola in acqua fredda o olio possono anche influenzare la struttura cristallina in cui gli atomi della lega sono disposti. L'ingegneria metallurgica applica la conoscenza scientifica delle caratteristiche delle diverse miscele di sostanze e degli effetti fisici dei diversi trattamenti per ideare un processo di produzione per creare una lega più adatta a una determinata applicazione.

Pertanto, l'ingegneria metallurgica è al centro delle industrie di produzione di metalli come la produzione di acciaio. È molto importante aree correlate come la costruzione di edifici, la progettazione di veicoli come automobili e aeroplani e progetti di ingegneria civile come i ponti. Inoltre, l'ingegneria metallurgica è essenziale per la produzione industriale di molti beni strumentali e di consumo.

Gli esempi più antichi di lavorazione dei metalli risalgono al 7000 a.C. circa, quando gli umani iniziarono a usare armi e strumenti primitivi in ​​rame. Nel 6.000 a.C., gli umani stavano usando il fuoco per fondere minerali contenenti rame per produrre metalli più puri. Le prime leghe artificiali conosciute risalgono al 3.800 a.C., quando i metalmeccanici del Medio Oriente iniziarono a legare stagno e rame per creare bronzo, un materiale molto più efficace per armi e strumenti che avrebbero radicalmente modellato lo sviluppo della civiltà. Persone in diverse parti del mondo hanno scoperto i processi metallurgici di base in modo indipendente. Questi eventi precedono l'idea dell'ingegneria come una disciplina professionale o scientifica specializzata da molte migliaia di anni, ovviamente, ma è presente il nucleo essenziale dell'ingegneria metallurgica, che utilizza la conoscenza dei metalli per estrarli, modellarli e trasformarli per uso umano.