علم متالورژی را بهتر بشناسیم
گروه صنایع معدنی
- این تعریف که «متالورژی از قدیمی‌ترین هنرها و یکی از جدیدترین علوم است»، به خوبی تاریخچه طولانی و جالب رشته متالورژی را بیان می‌کند. متالورژی یا همان (Metallurgy) علمی است که به بررسی ساختار و خاصیت مواد و ارتباط بین آنها می‌پردازد (تلاقی فیزیک و مهندسی) علم متالورژی از هزاران سال پیش از سوی بشر به وجود آمده است.
به گزارش ماین نیوز، در واقع بعد از کشف آهن، علم متالورژی هم به وجود آمد. این علم در طول تاریخ خود دستخوش پیشرفت‌های شگرفی شد تا به ما رسید. در حال حاضر ریخته‌گری‌های چند صد تنی و پیچیده با آلیاژهای مختلف و انواع و اقسام فلزات، به موهبت خدادادی تکنولوژی پیشرفته، کاملا انجام‌پذیر است. نکته‌ای جالب که درباره علم متالورژی وجود دارد، نقش جنگ‌ها در پیشرفت این علم است. در طول تاریخ نقش فلزات ـ چه در جنگ‌های قدیم و چه در جنگ‌های جدید ـ همواره به عنوان یکی از حلقه‌های قدرت نظامی کشورها بسیار پررنگ است و این موضوع ناخود آگاه سبب پیشرفت علم متالورژی شده و خواهد شد. متالورژی علمی وسیع است که از بدنه خودرو تا ساختمان و نانوتکنولوژی را در بر می‌گیرد. نکته جالب دیگر اینکه در کشور آلمان به این رشته، پزشکی فلزات هم گفته می‌شود. برخی معتقدند که گویا نخستین‌بار ذرات طلا که در کنار ماسه‌های کنار رودخانه‌ها پراکنده بودند، از سوی بشر شناسایی شدند. مصریان و شاید هندیان بیشتر از سایر ملل در استخراج طلا از سنگ‌های آن توفیق داشتند، اما در ایران از دوره هخامنشی، آثار متعددی از طلا و نقره به‌ویژه در کنار رود جیحون و در شهر همدان کشف شده است. با گذشت زمان فلزات دیگری مانند نقره، سرب، آنتیموان و قلع نیز کشف شدند و بشر توانست با استفاده از آتش، ذوب فلزات را تجربه کرده و آلیاژهای مختلف را به دست آورد. به عنوان مثال، از مخلوط کردن قلع و مس، مفرغ به دست آمد و به این ترتیب عصر مفرغ شروع شد.
متالورژی یا همان ریخته‌گری، مهم‌ترین روش ساخت و تولید قطعات صنعتی است و نقش مهم در صنعتی شدن و خودکفایی کشور دارد. ویژگی‌های صنعت ریخته‌گری که یکی از روش‌های ساخت و تولید قطعات صنعتی است وجه تمایز بسیاری دارد که عبارتند از امکان ساخت قطعات با اشکال بسیار پیچیده، سهولت تولید، سرعت بالا، تولید قطعات بسیار بزرگ و کوچک، ایجاد خواص مکانیکی ویژه، قیمت مناسب قطعه تولیدی و محدودیت شکل پذیری برخی از فلزات. این علم علم مستقلی نیست، زیرا بسیاری از مفاهیم اساسی آن از فیزیک، شیمی و بلورشناسی مشتق می‌شود.
متخصصان متالورژی به طور فزآینده‌ای در تکنولوژی جدید اهمیت پیدا کرده‌اند. سال‌ها پیش بخش عمده قطعات فولادی از فولاد کم کربن ارزان قیمت تهیه می‌شد که به سهولت، ماشینکاری و ساخته می‌شد. عملیات گرمایی به طور عمده‌ای برای ابزار به کار برده می‌شد. طراحان قادر نبودند غیریکنواختی ساختاری، عیوب سطحی و غیره را به حساب بیاورند و کار درست آن بود که ضریب ایمنی بزرگ استفاده کنند. در نتیجه، ماشین‌ها بسیار سنگین‌تر از حد لازم بودند و وزن زیاد، نشانه‌ای از مرغوبیت محسوب می‌شد.
این وضع تا حدودی تا سال‌های اخیر نیز اثر خود را حفظ کرده بود، اما با هدایت صنایع هواپیمایی و خودروسازی کم‌کم برطرف شد. این صنایع بر اهمیت نسبت استحکام به وزن در طراحی خوب تاکید می‌کردند و این تاکید، به ایجاد آلیاژهای جدید سبک و پراستحکام منجر شد. امروزه یک مهندس متالورژی سعی می‌کند تا با مناسب‌ترین ماده (از نظر استحکام-توجیه اقتصادی و.... ) با توجه به کاربرد، قطعه مورد نظر را انتخاب کند.
گرایش‌های دوره کارشناسی مهندسی مواد
دانشمندان، مواد صنعتی را به ۳ گروه عمده فلزات، پلیمرها و سرامیک‌ها تقسیم‌بندی کرده و فلزات را به عنوان بزرگترین گروه مواد صنعتی معرفی می‌کنند. امروزه رشته مهندسی مواد در ایران در مقطع کارشناسی در ۳ گرایش اصلی در دانشگاه‌ها تدریس می‌شود که ۲ گرایش از آنها، متالورژی استخراجی و متالورژی صنعتی، زیرمجموعه علم متالورژی و در مورد با فلزات بوده و گرایش دیگر، سرامیک، خارج از مجموعه فلزات و مربوط به مواد سرامیکی است. مواد پلیمری در خارج از زیرمجموعه مهندسی مواد و با عنوان مهندسی پلیمر ارائه می‌شود.
گرایش متالورژی صنعتی
متالورژی صنعتی شامل تمامی عملیاتی می‌شود که بعد از تهیه فلز خالص یا آلیاژ متناظر، بتوان آن را به‌صورت یک محصول قابل استفاده برای مصرف‌کننده ارائه کرد. این گرایش وسعت بسیار زیادی داشته و در داخل خود زیرمجموعه‌های فراوانی داراست.
مهم‌ترین زیر مجموعه متالورژی صنعتی شامل روش‌های مختلفی است که به چند روش اصلی ریخته‌گری، روش‌های فرم‌دهی قطعات در حالت جامد مانند نورد، فورج و اکستروژن و در نهایت متالورژی پودر تقسیم‌بندی می‌شود. عملیات ثانویه روی قطعات فلزی مانند عملیات حرارتی و جوشکاری و سپس عملیات نهایی روی سطوح فلزی و محافظت از خرابی و خوردگی همگی از زیرمجموعه‌های مهم متالورژی صنعتی هستند. مهندس متالورژی صنعتی با توجه به علمی که به ریزساختار فلزات دارد، که متالورژی فیزیکی نامیده می‌شود، توانایی انتخاب درست مواد فلزی برای مصارف صنعتی را دارد و همچنین با علم صحیحی از رفتار فلز که بر اثر اعمال نیرو از خود نشان می‌دهد، که متالورژی مکانیکی نامیده می‌شود، روش ساخت مواد فلزی را طراحی می‌کند. این رشته در مقطع کارشناسی ارشد دارای گرایش‌های متعدد: شناسایی، انتخاب مواد و روش ساخت مواد فلزی، ریخته‌گری، شکل دادن فلزات، خوردگی فلزات و متالورژی جوشکاری است.
متالورژی استخراجی
مواد فلزی که ما از آن استفاده می‌کنیم به‌صورت توده‌های سنگی دارای ناخالصی‌های زیادی در معادن هستند و باید بعد از کشف و استخراج به یاری فناوری متالورژی استخراجی، مراحلی را طی کنند تا به‌شکل فلز خالص درآمده و قابل مصرف شوند. در ابتدا لازم است یک مهندس متالورژی یکسری فرآیندهای مقدماتی همچون تغلیظ سنگ معدن با استفاده از روش‌های مغناطیسی و شناورسازی را روی سنگ معدن انجام دهد. این عملیات به عنوان فرآوری سنگ معدن نامیده می‌شود. در مرحله بعد سنگ معدن فرآوری شده در حین فرآیندهای پیچیده‌ای احیا شده و تبدیل به فلز خالص یا آلیاژ می‌شود. عملیات احیا به‌طور معمول شامل ذوب در دماهای بالاست و این عملیات در مقیاس‌های بزرگ و در کارخانه‌های عظیمی همچون کارخانه ذوب‌آهن اصفهان، فولاد مبارکه یا مس سرچشمه انجام می‌شود که این فرآیند عملیات، پیرومتالورژی نامیده می‌شود. البته در حال حاضر، در روش‌های جدیدتر استخراج فلزات، روش‌های جایگزین بدون نیاز به دماهای بالا که قابلیت کار در مقیاس کوچک را هم داشته باشد، رو به توسعه بوده است. این‌گونه عملیات که به‌نام هیدرومتالورژی نامیده می‌شود، زمینه را برای توسعه بیش از پیش این رشته پدید آورده و امکان خوداشتغالی را برای مهندسان خلاق و کارآزموده فراهم می‌آورد. این گرایش دارای دوره تخصصی با همین نام در مقطع کارشناسی ارشد است.
متالورژی پودر
متالورژی پودر روشی برای ساخت و تولید قطعات فلزی و سرامیک است که اساس آن بر فشردن پودر مواد به شکل مورد نظر و تفت‌جوشی آن است. تفت‌جوشی در درجه حرارتی زیر نقطه ذوب انجام می‌شود. متالورژی پودر شیوه‌ای نوین برای شکل‌دهی فلزات است و ازجمله قابلیت‌های آن تبدیل مستقیم پودر به قطعات دارای شکل و ابعاد نهایی است. نگرش متالورژی پودر به قطعه‌سازی با روش‌های سنتی تولید قطعات متفاوت بوده و در این فناوری توزیع فازها و ریزساختارها قابل کنترل است. دامنه استفاده از متالورژی پودر بسیار گسترده بوده و در این‌باره کافی است به زمینه‌هایی چون تولید رشته‌های لامپ، بوش های خود روانساز، متعلقات گیربکس اتومبیل، اتصالات الکتریکی، المان‌های سوخت نیروگاه‌های هسته‌ای، اجزای ترمیمی ارتوپدی، صافی‌های دما بالا، مواد ضدسایش، اشاره شود. فعالیت‌های متالورژی پودر را می‌توان به بخش‌های زیرتقسیم کرد. بخش اول: به نام تکنولوژی پودر از آن یاد می‌شود، پودر موردنیاز (دانه‌های ریز یک جامد که بزرگترین بعد آنها کمتر از mm ۱ است) فرآوری می‌شود که شامل تولید، طبقه‌بندی، تعیین خواص متالورژیکی و بسته‌بندی است.
بخش دوم: فعالیت‌های شکل‌دهی، مانند فشردن، تفت جوش، آهنگری و نورد و ستیزه کردن روی پودر انجام می‌شود که باعث می‌شود پودرهای فلزی در لایه‌های سطحی خود به یکدیگر جوش‌خورده و شکل قالب را به خود بگیرند. متالورژی پودر بخشی کوچک ولی بسیار مهم از صنایع فلزگری است. نخستین کاربرد متالورژی پودر برای تولید پلاتین با دانسیته کامل بود که در قرن ۱۹ میلادی استفاده می‌شد چون در آن زمان امکان ذوب پلاتین به دلیل نقطه ذوب بالا وجود نداشت. در اوایل قرن بیستم فلزهای دیرگدازی مانند تنگستن، مولیبدن به‌وسیله روش متالورژی پودر شکل‌داده شدند. کاربیدهای سمانیت و یاتاقان‌های برنزی متخلخل نسل بعدی قطعات متالورژی پودر بودند. به این صورت قطعات متالورژی پودر در انواع صنایع مانند لوازم‌خانگی، اسباب‌بازی‌سازی و الکترونیک کاربرد پیدا کرد. آخرین کاربردهای قطعات متالورژی پودر در صنایع خودروسازی بود که موازی با رشد صنایع اتومبیل‌سازی رشد کرد به صورتی که امروزه بقای صنعت متالورژی پودر در کشورهای صنعتی، کاملا وابسته به صنعت خودروسازی است.
تاریخ انتشار : دوشنبه ۲۵ آبان ۱۳۹۴ ساعت ۱۱:۵۲
کد مطلب: 29005
