Wat is metallurgische engineering?
Metallurgische engineering is het gebied van engineering gewijd aan het werken met metalen. Het omvat gebieden zoals de winning van metalen uit de aarde, het raffineren van metaalertsen en het ontwerp en de productie van materialen gemaakt van metaalmengsels, metaallegeringen genoemd. Het is enorm belangrijk voor velden zoals productie en constructie, evenals voor een breed scala aan consumptiegoederen met metalen componenten.
Dit technische gebied is gewoonlijk verdeeld in twee gebieden, extractieve metallurgie en fysieke metallurgie. In extractieve metallurgie wordt metallurgische techniek gebruikt om metalen gewonnen uit de aarde te extraheren en te verfijnen. Metalen worden bijna altijd gevonden gemengd met andere materialen in minerale afzettingen die ertsen worden genoemd in plaats van alleen en zijn vaak in chemische verbindingen in plaats van in pure elementaire vorm. Voordat deze metalen kunnen worden gebruikt, moeten ze eerst uit het erts worden verwijderd.
Dit kan met een aantal verschillende methoden, afhankelijk van het erts in kwestie. Ertsen kunnen worden verwarmd om fysische veranderingen en chemische reacties in het erts te veroorzaken. Chemische middelen kunnen worden toegepast om chemische reacties te veroorzaken in de verbindingen die het metaal bevatten. Ertsen kunnen worden opgelost in verwarmd water totdat ze zijn gesmolten, zodat het metaal kan worden geïsoleerd door elektrische processen. Zodra het metaal niet langer chemisch is verbonden met andere elementen, wordt het verfijnd om het fysiek te zuiveren. Al deze methoden zijn afhankelijk van kennis van metallurgische engineering.
Als metalen eenmaal uit de omgeving zijn verkregen via extractieve metallurgie, is fysische metallurgie wat ze gebruikt. Een van de primaire toepassingen van metallurgische engineering is het maken van metaallegeringen door een metaal te combineren met andere metalen of niet-metalen materialen. Legeringen kunnen eigenschappen hebben die verschillen van hun samenstellende delen, en een enorme verscheidenheid aan legeringen is gemaakt om materialen voor verschillende taken te verschaffen. Meestal worden de samenstellende stoffen van een legering gemengd door ze voldoende te verwarmen zodat ze smelten en vervolgens samen mengen en het mengsel laten afkoelen en stollen. Andere middelen voor het legeren van materialen zijn ook mogelijk, zoals ze in vaste poedervorm mengen en vervolgens aan grote hitte en druk onderwerpen om ze te combineren.
De legering kan vervolgens worden onderworpen aan een aantal verschillende behandelingsprocessen die zijn mechanische eigenschappen veranderen zonder zijn chemische samenstelling te veranderen. Deze processen kunnen mechanisch zijn en de kristallijne structuur van de legering veranderen door er krachten op uit te oefenen om mechanische spanning te veroorzaken. Ze kunnen ook betrekking hebben op het verwarmen van de legering, omdat processen zoals het langdurig op hoge temperatuur houden van een legering of het verwarmen en het vervolgens weer snel afkoelen door het onder te dompelen in koud water of olie ook de kristallijne structuur kunnen beïnvloeden, waarin de atomen van de legering zijn gerangschikt. Metallurgische engineering past wetenschappelijke kennis toe van de kenmerken van verschillende mengsels van stoffen en de fysische effecten van verschillende behandelingen om een productieproces te ontwikkelen om een legering te creëren die het best geschikt is voor een bepaalde toepassing.
Zo staat metallurgische engineering centraal in de metaalproductie-industrie, zoals de staalindustrie. Het is erg belangrijk voor aanverwante gebieden zoals de bouw, het ontwerp van voertuigen zoals auto's en vliegtuigen, en civieltechnische projecten zoals bruggen. Bovendien is metallurgische engineering essentieel voor de industriële vervaardiging van veel kapitaal- en consumptiegoederen.
De oudste bekende voorbeelden van metaalbewerking dateren van ongeveer 7.000 v.Chr., Toen mensen primitieve wapens en gereedschappen van koper begonnen te gebruiken. Tegen 6000 v.Chr. Gebruikten mensen vuur om ertsen met koper te smelten om zuiverdere metalen te maken. De eerste bekende kunstmatige legeringen dateren uit 3.800 voor Christus, toen metaalbewerkers in het Midden-Oosten tin en koper legden om brons te maken, een veel effectiever materiaal voor wapens en gereedschappen die de ontwikkeling van de beschaving radicaal zouden vormen. Mensen in verschillende delen van de wereld ontdekten zelfstandig basale metallurgische processen. Deze gebeurtenissen dateren al vele duizenden jaren van vóór het idee van engineering als een gespecialiseerde professionele of wetenschappelijke discipline, maar de essentiële kern van metallurgische engineering - het gebruik van metalen om ze te extraheren, te vormen en te transformeren voor menselijk gebruik - is aanwezig.