冶金工学とは何ですか？

冶金工学は、金属を扱うことに専念する工学の分野です。 それは、地球からの金属の抽出、金属鉱石の精製、および金属合金と呼ばれる金属の混合物から作られた材料の設計と生産を含む分野を網羅しています。 製造や建設などの分野だけでなく、金属部品を使用した膨大な量の消費財にとっても非常に重要です。

この工学の分野は、一般に、抽出冶金と物理冶金の2つの分野に分かれています。 抽出冶金では、冶金工学を使用して、地球から採掘された金属を抽出および精製します。 金属は、ほとんどの場合、単独ではなく鉱石と呼ばれる鉱床に他の材料と混合して発見され、しばしば純粋な元素形態ではなく化学化合物になっています。 これらの金属を使用する前に、まず鉱石から除去する必要があります。

これは、問題の鉱石に応じて、さまざまな方法で行うことができます。 鉱石を加熱して、鉱石の物理的変化と化学反応を引き起こすことができます。 化学剤を適用して、金属を含む化合物で化学反応を起こすことができます。 鉱石は、電気プロセスで金属を分離できるように、溶融するまで加熱された水に溶解できます。 金属が他の元素と化学的に結合しなくなったら、金属を精製して物理的に精製します。 これらの方法はすべて、冶金工学の知識に依存しています。

抽出冶金により環境から金属が得られると、物理冶金がそれらを使用するようになります。 冶金工学の主な用途の1つは、金属を他の金属または非金属材料と組み合わせることによる金属合金の作成です。 合金は、構成部品とは異なる特性を持つことがあり、さまざまなタスクに材料を提供するために非常に多様な合金が作成されています。 最も一般的には、合金の構成物質は、十分に加熱して融解し、その後一緒に混合し、混合物を冷却して固化させることにより混合されます。 材料を合金化する他の手段も可能です。例えば、それらを固体粉末状に混合し、次にそれらを大きな熱と圧力にさらしてそれらを結合するなどです。

合金は、化学組成を変えずに機械的特性を変える多くの異なる処理プロセスにかけることができます。 これらのプロセスは機械的であり、力を加えて機械的ストレスを引き起こすことにより合金の結晶構造を変化させることができます。 また、合金を加熱することもできます。たとえば、合金を高温で長時間保持したり、加熱した後、冷水や油に浸して再び急速に冷却するなどのプロセスも、結晶構造に影響を与える可能性があります合金の原子が配置されます。 冶金工学は、さまざまな物質の混合物の特性とさまざまな処理の物理的効果に関する科学的知識を応用して、生産プロセスを考案し、特定の用途に最適な合金を作成します。

したがって、冶金工学は製鋼などの金属生産産業の中心にあります。 建物の建設、自動車や飛行機などの車両の設計、橋などの土木工学プロジェクトなどの関連分野にとって非常に重要です。 さらに、冶金工学は、多くの資本財および消費財の工業生産に不可欠です。

最も古くから知られている金属加工の例は、紀元前7,000年頃、人間が銅製の原始的な武器や道具を使い始めた頃にさかのぼります。 紀元前6,000年までに、人間は銅を含む鉱石を精錬してより純粋な金属を製造するために火を使っていました。 最初の既知の人工合金は、紀元前3800年にさかのぼります。中東の金属細工師は、文明の発展を根本的に形作る武器や道具のはるかに効果的な材料である青銅を作るために錫と銅を合金化し始めました。 世界のさまざまな地域の人々は、基本的な冶金プロセスを独自に発見しました。 これらのイベントは、何千年もの間、専門の専門的または科学的専門分野としてのエンジニアリングのアイデアよりも前にありますが、金属工学の本質的なコア-金属の知識を使用して人間の使用のためにそれらを抽出、成形、変換します-が存在します。