متالوژی، علم استخراج و تولید فلزات

منظور از متالوژی چیست؟

متالوژی بخشی از علم مواد است که در آن فلزات مختلف از نظر استخراج سنگ معدن و نحوه کار با آنها مورد بررسی و شناخت قرار می گیرند. در واقع تکنولوژی هایی مربوط به تولید فلزات از استخراج تا تولید شمش و حتی آلیاژهای مختلف از آنها در این حیطه جای می گیرد.
صنعت متالوژی جزو صنایع مادر به شمار می رود که با پیشرفت فناوری های مختلف، کاربرد های مختلف آن دیده می شود. به عنوان مثال، سنتز مواد، بیو مواد، نانو سایز و نانوساختار، مواد کامپوزیت، ابر رساناها، آلیاژهای حافظه دار و نیمه رساناها نتیجه پیشرفت فناوری در این زمینه است.

تاریخچه متالوژی

تقریبا شش تا هفت هزار سال قبل از هجرت، دوره فلزات شروع شده. مس به عنوان اولین فلز مورد استفاده بشر، شناخته شده است. البته برخی نیز بر این باورند که طلا اولین فلز کشف شده می باشد. در واقع ذرات طلا در رودخانه ها کشف و مورد استفاده قرار گرفت. مصر و هند دو کشور پیشرو در استخراج این فلز گرانبها از سنگ های معدنی هستند. در ایران هم از دوره هخامنشی ، آثار زیادی هم  از طلا و هم از نقره در همدان و در کنار رود جیحون یافت شده است.
به مرور فلزات مختلفی از جمله سرب، قلع و آنیتموان نیز توسط بشر شناخته شد. فلزکاران به کمک آتش، سرخ کردن و در نهایت ذوب نمودن فلزات، آنها را با هم ترکیب کرده و به این ترتیب، آلیاژها تولید شدند. ترکیب مس و قلع، آلیاژ مفرغ را به وجود آورد، آلیاژی که قابلیت رقابت با طلا و نقره را از نظر زیبایی داشت. همچنین از دوام و سختی بالایی برخوردار بود. این آلیاژ در ساخت ابزار الات مختلف به کار گرفته شد.
در مورد سنگ آهن، نحوه کشف و شنایی آن به طور دقیق مشخص نیست اما شواهد حاکی از آن است که از حدود پنج هزار سال پیش، این فلز کشف شد و اولین کاربردش، جنبه تزئینی آن بود. در ایران در زمان هخامنشی، مصالح آهنی روی کار آمد و جایگزین مصالح مفرغی شد. در دوران باستان فلز مس، طلا، نقره، آهن، سرب، قلع، جیوه و پلاتین استفاده می شد.

آشنایی با رشته مهندسی مواد و متالورژی

رشته مهندسی مواد و متالورژی یکی از زیرمجموعه های گروه آزمایشی ریاضی – فیزیک است و به بررسی و مطالعه ساختار مواد، ارتباط میان آن ها، روش ساخت و تولید آن ها،  خواص مواد و عملکرد آن ها و نحوه استفاده از مواد گوناگون می پردازد.

رشته مهندسی مواد طیف وسیعی از مواد گوناگون معدنی و غیر معدنی را در بر می گیرد و می توان از آن تحت عنوان رشته ای مادر یاد کرد. در واقع رشته مهندسی مواد با بررسی و مطالعه مواد گوناگون امکان استفاده از این مواد را برای سایر مهندسی ها و صنایع فراهم می کند. همین موضوع سبب می شود رشته مهندسی مواد و متالورژی رشته گسترده و حلقه اتصال بسیاری از رشته های مهندسی با یکدیگر بدانیم. هدف از ایجاد رشته مهندسی مواد و متالورژی آماده کردن دانشجویان برای کار در صنایع مختلف و به طور تخصصی در بررسی مواد صنعتی است.

وظایف مهندس مواد

- بررسی و تحقیق و آزمایش درباره رفتار مواد گوناگون
- نظارت بر فرآیندهای تولید مواد و آشنایی با خواص مواد و روش های تولید
- تولید مواد صنعتی بهینه تر مانند ایجاد پلیمرهای خاص، تولید سرامیک ها و مواد مورد نیاز در ایمپلنت های دندان پزشکی، و غیره
- بررسی چگونگی عملکر مواد و نگهداری مواد یا ازبین بردن آن ها
- مطالعه خواص مواد مختلف
- تحلیل داده های حاصل از بررسی و مطالعه مواد
- بررسی دلیل شکست های ساختاری یا جزئی
- راهبری سیستم های تولید و خطوط تولید قطعات و مواد مهندسی و حل مسائل و مشکلات معمول آن ها
- انجام پروژه های تحقیقاتی کاربردی و صنعتی در زمینه شناخت، کاربرد و تولید قطعات و مواد مهندسی

مجموع فلزات شناسایی شده تاکنون

کل فلزات شناسایی شده از دوران باستان تاکنون، هشتاد و هفت مورد می باشد که بیست مورد از آنها در قرن حاضر کشف شده اند. البته طبیعی است که همزمان با کشف فلزات، تولید آنها انجام نمی شود. زیرا می بایست توجیه اقتصادی داشته باشد.

فرآيند شکل دهی به فلزات

  شکل دهی فلزات یکی دیگر از مباحت مهم در علم متالوژی است. برای این منظور، روش های مختلفی به کار گرفته می شود که عبارتند از:

• نورد
• کشیدن
• آهنگری
• اکستروژن
• انفجاری
•   پرس‌کاری
• الکترومغناطیسی
• چرخشی
• چرخشی برشی
• الکتروهیدرولیکی

نورد کاری یا غلتک کاری یکی از روش های متداول شکل دهی فلزات می باشد. شمش های فولادی با این روش به ورق، پروفیل، لوله، تیرآهن و... تبدیل می شوند. در واقع، شمش فولادی بین دو غلتک که در خلاف هم می چرخند، قرار می گیرد و طول و عرض آن افزایش پیدا می کند.

شکل دهی فلزات به کمک آهنگری توسط دستگاه پرس و یا ضربه چکش صورت می گیرد. معمولا به دو روش ماشینی  و دستی انجام می شود. ورق های مورد استفاده در صنعت ماشین سازی و کشتی سازی، دیگ های بخار، میل لنگ ها و... با این روش تولید می شوند.

اکستروژن یا همان حديده کاری که برای فلزات زیادی از جمله آلومینیوم، روی، قلع سرب و برخی فولاد ها به کار می رود در اثر نیروی زیاد، فلز را به قالب وارد کرده و خروجی آن فلز با شکل مورد نظر است. 

                                                                                                                                                                                                                                            امیر آقایاری _  فجر متال