Co to jest inżynieria metalurgiczna?
Inżynieria metalurgiczna to dziedzina inżynierii zajmująca się obróbką metali. Obejmuje obszary obejmujące wydobycie metali z ziemi, rafinację rud metali oraz projektowanie i produkcję materiałów wykonanych z mieszanin metali, zwanych stopami metali. Jest to niezwykle ważne dla dziedzin takich jak produkcja i budownictwo, a także dla szerokiej gamy towarów konsumpcyjnych z metalowymi elementami.
Ta dziedzina inżynierii jest zwykle podzielona na dwa obszary: metalurgię wydobywczą i metalurgię fizyczną. W metalurgii wydobywczej inżynieria metalurgiczna służy do wydobywania i rafinacji metali wydobywanych z ziemi. Metale prawie zawsze występują w mieszaninie z innymi materiałami w złożach mineralnych zwanych rudami, a nie same, i często występują w związkach chemicznych, a nie w czystej postaci elementarnej. Przed użyciem tych metali należy je najpierw usunąć z rudy.
Można to zrobić na wiele różnych sposobów, w zależności od danej rudy. Rudy można podgrzewać, aby spowodować zmiany fizyczne i reakcje chemiczne w rudzie. Środki chemiczne mogą być stosowane w celu wywołania reakcji chemicznych w związkach zawierających metal. Rudy można rozpuszczać w podgrzanej wodzie, aż zostaną stopione, aby metal mógł zostać wyizolowany za pomocą procesów elektrycznych. Gdy metal nie jest już chemicznie łączony z innymi pierwiastkami, jest następnie rafinowany, aby go fizycznie oczyścić. Wszystkie te metody zależą od wiedzy inżynierii metalurgicznej.
Po uzyskaniu metali ze środowiska poprzez hutnictwo ekstrakcyjne, metalurgia fizyczna jest tym, co je wykorzystuje. Jednym z podstawowych zastosowań metalurgii jest tworzenie stopów metali poprzez łączenie metalu z innymi metalami lub materiałami niemetalowymi. Stopy mogą mieć właściwości odbiegające od ich części składowych i stworzono ogromną różnorodność stopów w celu zapewnienia materiałów do różnych zadań. Najczęściej składniki stopu miesza się, ogrzewając je na tyle, aby stopiły się, a następnie zmieszały ze sobą i pozwalając mieszaninie ostygnąć i zestalić się. Możliwe są również inne sposoby stopowania materiałów, takie jak mieszanie ich w stałej postaci sproszkowanej, a następnie poddanie ich działaniu wysokiej temperatury i ciśnienia w celu ich połączenia.
Stop może być następnie poddany wielu różnym procesom obróbki, które zmieniają jego właściwości mechaniczne bez zmiany jego składu chemicznego. Procesy te mogą być mechaniczne, zmieniając strukturę krystaliczną stopu poprzez przyłożenie do niego sił powodujących naprężenia mechaniczne. Mogą również obejmować podgrzewanie stopu, ponieważ procesy takie jak utrzymywanie stopu w wysokiej temperaturze przez dłuższy czas lub podgrzewanie go, a następnie szybkie ochłodzenie go ponownie przez zanurzenie w zimnej wodzie lub oleju może również wpływać na strukturę krystaliczną, w której atomy stopu są ułożone. Inżynieria metalurgiczna stosuje wiedzę naukową o charakterystyce różnych mieszanin substancji i fizycznych skutkach różnych zabiegów w celu opracowania procesu produkcyjnego w celu stworzenia stopu, który najlepiej nadaje się do danego zastosowania.
Inżynieria metalurgiczna znajduje się zatem w centrum przemysłu produkującego metale, takiego jak produkcja stali. Jest to bardzo ważne w powiązanych obszarach, takich jak budownictwo, projektowanie pojazdów, takich jak samochody i samoloty, oraz projekty inżynieryjne, takie jak mosty. Ponadto inżynieria metalurgiczna jest niezbędna do przemysłowej produkcji wielu dóbr kapitałowych i konsumpcyjnych.
Najstarsze znane przykłady obróbki metali pochodzą z około 7 000 lat pne, kiedy ludzie zaczęli używać prymitywnej broni i narzędzi wykonanych z miedzi. Do 6000 rpne ludzie używali ognia do wytapiania rud zawierających miedź w celu uzyskania czystszych metali. Pierwsze znane stopy wytworzone przez człowieka pochodzą z 3800 lat pne, kiedy metalowcy na Bliskim Wschodzie zaczęli stopić cynę i miedź w celu stworzenia brązu, znacznie bardziej skutecznego materiału na broń i narzędzia, które radykalnie ukształtowałyby rozwój cywilizacji. Ludzie w różnych częściach świata samodzielnie odkryli podstawowe procesy metalurgiczne. Wydarzenia te poprzedzają ideę inżynierii jako specjalistycznej dyscypliny zawodowej lub naukowej o wiele tysięcy lat, oczywiście, ale obecny jest podstawowy rdzeń inżynierii metalurgicznej - wykorzystanie wiedzy o metalach do wydobywania, kształtowania i przekształcania ich do użytku przez ludzi.