Hvorfor metallurgi er delt inn i tre grener
Metallurgi er vitenskapen og teknologien til metaller. Den dekker hvordan metaller blir vunnet fra malm, hvordan deres indre struktur kontrolleres, og hvordan de formes til nyttige tekniske deler. For enkelhets skyld er feltet tradisjonelt delt inn i tre grener: utvinningsmetallurgi, fysisk metallurgi og mekanisk metallurgi. De tre grenene følger hele levetiden til et metall, fra stein i bakken til en ferdig komponent, og de forblir nært knyttet i praksis selv når de studeres hver for seg.
En kjøper av ferrolegeringer møter alle tre grenene samtidig. Graden av ferrosilisium eller ferromangan som vises på fakturaen er et resultat av utvinningsmetallurgi. Oppførselen til den legeringen inne i en øse eller en ovn avhenger av fysisk metallurgi. Måten det endelige støpingen eller det valsede produktet fungerer på i bruk, avhenger av mekanisk metallurgi.
Ekstraktiv metallurgi: Fra malm til metall
Ekstraktiv metallurgi handler om å skaffe metaller fra malmene deres. Det begynner med mineralforedling, hvor malm knuses, males og konsentreres ved metoder som flotasjon, gravitasjonsseparasjon og magnetisk separasjon. Konsentratet behandles deretter med pyrometallurgi, hydrometallurgi eller elektrometallurgi. Pyrometallurgi bruker høy temperatur, som ved smelting av kromittmalm til ferrokrom med høyt karboninnhold eller reduksjon av kvarts til silisiummetall i en nedsenket lysbueovn. Hydrometallurgi bruker vandig kjemi, som utvasking og løsemiddelekstraksjon for nikkel og kobolt. Elektrometallurgi bruker elektrisk strøm, for eksempel elektroutvinning av mangan.
Typiske prosesstrinn inkluderer brenning for å fjerne svovel, smelting for å skille slagg fra metall, raffinering for å justere karbon og silisium, og støping til ingots eller granulat. Legeringskvaliteter som FeMn78C8.0 for ferromangan med høyt karbon eller FeSi75 for ferrosilisium er definert av denne grenen, fordi nivåene av karbon, silisium, fosfor og svovel bestemmes av reduksjons- og raffineringstrinnene i stedet for ved senere behandling.
Fysisk metallurgi: struktur og egenskaper
Fysisk metallurgi studerer den indre strukturen til metaller og hvordan den strukturen kontrollerer egenskapene deres. Den dekker krystallstruktur, fasediagrammer, størkning og transformasjonene som skjer under oppvarming og avkjøling. Jernkarbondiagrammet forklarer hvorfor stål med omtrent 0,8 prosent karbon oppfører seg ganske annerledes enn stål med 0,2 prosent karbon. Varmebehandlingsoperasjoner som annealing, normalisering, quenching og temperering er designet av fysiske metallurger for å produsere en valgt mikrostruktur.
I støperiet er fysisk metallurgi grenen som forklarer inokulering. Tilsetning av et silisiumbasert inokuleringsmiddel til smeltet gråjern endrer grafittens kjernedannelse og dermed størrelsen og formen på grafittflakene. Standarder som ISO 185 og ASTM A48 klassifiserer gråjern etter strekkfasthet, og styrken avhenger direkte av grafittstrukturen som fysisk metallurgi beskriver.
Mekanisk metallurgi: forming og testing
Mekanisk metallurgi dekker utformingen av metaller og måling av deres ytelse. Det inkluderer støping, smiing, valsing, ekstrudering, tegning og maskinering, sammen med plastisk deformasjon og flyt av metall under belastning. Den dekker også mekanisk testing: strekktesting for styrke og forlengelse, hardhetstesting, slagtesting for seighet og utmattingstesting for levetid.
Dette er grenen som konverterer en riktig legering til et brukbart produkt. En varme av duktilt jern kan ha riktig kjemi, men bare korrekt støping, porting og matingspraksis vil gi en lydstøping. Mekanisk metallurgi leverer også akseptkriteriene som kjøpere bruker, som strekkfasthet, flytegrense, forlengelse og hardhetsgrenser skrevet inn i en kjøpsspesifikasjon.
Ofte stilte spørsmål
Spørsmål: Hva er de tre typene metallurgi?
De tre typene er utvinningsmetallurgi, fysisk metallurgi og mekanisk metallurgi. Ekstraktiv metallurgi henter metaller fra malm, fysisk metallurgi kontrollerer struktur og egenskaper, og mekanisk metallurgi former metaller og tester deres ytelse.
Spørsmål: Hva er forskjellen mellom utvinning og fysisk metallurgi?
Ekstraktiv metallurgi arbeider med malm, slagg og smeltet metall for å produsere et metall eller en ferrolegering med den nødvendige kjemiske sammensetningen. Fysisk metallurgi arbeider med det faste metallet i etterkant og relaterer dets krystallstruktur og faser til egenskaper som hardhet, styrke og duktilitet.
Spørsmål: Hvilken gren tilhører varmebehandling?
Varmebehandling tilhører hovedsakelig fysisk metallurgi, fordi formålet er å endre mikrostruktur og dermed egenskaper. Ovnene og håndteringsutstyret som brukes til å utføre det, behandles vanligvis som en del av mekanisk metallurgi og prosessteknikk.
Spørsmål: Hvilken gren er viktigst for ferrolegeringskvalitet?
Ekstraktiv metallurgi bestemmer den kjemiske sammensetningen av ferrolegeringen, som er det de fleste kjøpsspesifikasjoner oppgir. Fysisk metallurgi og mekanisk metallurgi avgjør deretter om den legeringen fungerer som tiltenkt i kundens ovn eller støping.
Spørsmål: Er pulvermetallurgi en fjerde type?
Pulvermetallurgi behandles normalt som en produksjonsrute i stedet for en egen gren. Den kombinerer utvinningsideer for å lage pulver, fysisk metallurgi ved sintring og mekanisk metallurgi ved pressing og testing av den ferdige delen.
