Metallurgie ist eine der wichtigsten Wissenschaften in der modernen Technik. Insbesondere geht es darum, Metalle aus den Erzen zu gewinnen, in denen sich die Metalle befinden, und das Metall dann so zu modifizieren, dass es nützlicher ist.
Sie können an die Wissenschaft von denken Metallurgie als Kombination aus Physik, Chemie und ein bisschen Technik.
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Um diesen Bereich der Wissenschaft und seine Entstehung zu verstehen, werfen wir einen Blick auf die Geschichte von Metallurgie .
Die Geschichte
Die moderne Verwendung von Metalle war nicht einfach. Unsere moderne Fähigkeit, so genau mit Metallen zu arbeiten, ist das Ergebnis einer fast 7.000-jährigen Entwicklungszeit.
Die ersten entdeckten Metalle waren Gold, Silber und Kupfer, die alle in ihrem natürlichen metallischen Zustand vorliegen. Dies bedeutet, dass alte Kulturen diese Metalle hätten finden und mit sehr geringen Modifikationen mit ihnen arbeiten können.
Gold kann durch kaltes Hämmern speziell mit anderen Stücken zu einem größeren Stück kombiniert werden. Dies machte Gold zu einem relativ einfach zu bearbeitenden Metall. Während des Metallzeitalters entdeckten Zivilisationen, dass Kupfer eingeschmolzen und in Formen gegossen werden konntedas 4. Jahrtausend v. Chr.
In dieser Zeit haben wir festgestellt, dass Kupferäxte an Bedeutung gewinnen.
Die Metallbearbeitung wurde nun zu einem Prozess, der über das Kalthämmern, das Gießen und Schmieden hinausging. Nach dieser Entdeckung des Erhitzens von Metallen wurde festgestellt, dass einige Metalle aus Mineralien gewonnen werden konnten.
Diese Entdeckung von nichtmetallischem Metall, das in Mineralien lauert, würde langsam zur Entdeckung des Schmelzprozesses führen, bei dem Kupfer auf höhere Temperaturen als erhitzt wird. 700 ° C . Dieser Prozess war auch das erste Mal, dass alte Zivilisationen neue Mineralien und Elemente in den Metallurgieprozess einführten, um das Metall zu reinigen und seinen Prozess zu ändern.
Um es zusammenzufassen, ist es am besten, sich die Geschichte der Metallurgie als einen sich entwickelnden Prozess vorzustellen. Zuerst wurden metallische Metalle entdeckt, die ohne Wärme zusammenarbeiten können. Als nächstes wurde entdeckt, dass Metalle durch einen Schmelz- und Härtungsprozess gegossen werden können.
Dann erkannten die Zivilisationen, dass Metalle aus Mineralien gewonnen werden können. Der letzte Schritt ist die Entdeckung von Metalladditiven oder -legierungen. Dies führt uns zu einem Blick in die Geschichte einer der ersten Legierungen: Bronze.
Bronze
Bronze scheint erstmals um 3000 bis 2500 v. Chr. Als Kupferlegierung entdeckt worden zu sein. Das Metall ist eine Kupferlegierung mit etwa 12 Prozent Zinn. Bronze war eine der ersten Legierungen, die jemals entdeckt wurden, als Zivilisationen begannen, mit Mischelementen in metallurgischen Prozessen zu experimentieren.
Zinn war die wichtigste Entdeckung, die zur Bildung von Bronze als bearbeitbares Metall führte. Es wird angenommen, dass dieses Metall zunächst an kleinen Orten hergestellt wurde, aber das Wissen darüber verbreitete sich schließlich aufgrund des Handels im gesamten Nahen Osten und in Europa.
Als das Wachstum und die Dominanz von Bronze während der Bronzezeit anhielten, wurde schließlich Eisen entdeckt, was zu einem neuen Zeitalter führte: der Eisenzeit.
Eisenzeit
Es gibt nicht wirklich einen konkreten Wendepunkt zwischen der Bronze- und der Eisenzeit, sondern einen allmählichen Übergang. Eines der frühesten jemals entdeckten Eisenstücke wurde in den Niederlanden gefunden und stammt aus dem Jahr 1350 v. Chr. Traditionell hätte diese Zeitspanne stattgefundenwurde als Mitte der Bronzezeit angesehen, so dass es den Anschein hat, dass beide Metalle für einige Zeit zusammen hergestellt wurden.
Eisen erlangte tatsächlich um 1000 v. Chr. Die Dominanz, als es zu großen Waffen verarbeitet wurde. Dieser Übergang begann wahrscheinlich um 1200 v. Chr. - normalerweise die Zeit, die als Beginn der Eisenzeit markiert war.
Frühe Zivilisationen entwickelten einen Prozess zum Schmelzen von Eisenoxid mit Holzkohle. Zu dieser Zeit konnten Metallarbeiter jedoch nicht die hohen Temperaturen von erreichen. 1.540 ° C die benötigt wurden, um die Elemente vollständig zusammenzuschmelzen. Dieser Prozess erzeugte eine schwammige Metallmasse, die mit einer flüssigkeitsähnlichen Schlacke gemischt war. Metallarbeiter wiederholten den Niedrigtemperaturschmelzprozess immer wieder, bis Schmiedeeisen entstand, ein besser verarbeitbares EisenProdukt. Die interessante Notiz als Archäologen die Eisenzeit studierten war genau zu bestimmen, wann der Prozess Die Zugabe von Kohlenstoff zur Stärkung des Eisens begann.
Da frühe Metallurgietechniken niedrige Temperaturen beinhalteten, war das Ergebnis des Verbrennens des Eisens mit Holzkohle reines Eisen. Als sich die Öfen der Zeit verbesserten und die Temperaturen anstiegen, wurde mehr Kohlenstoff in das Eisen aufgenommen - ungewollt. Dieses Ergebnis war nicht konsistentZu dieser Zeit hatte so viel Eisen eine große Vielfalt an Kohlenstoff im Inneren.
Raffinieren von Metallen
Mit der Verfeinerung der Eisenarbeiten wurde auch das Wissen über die Wirkung von Kohlenstoff auf Eisen verfeinert. Mit Kohlenstoff infundiertes Eisen könnte durch Abschrecken des Metalls erschwert werden.
Während der frühen Eisenzeit gibt es jedoch kaum Hinweise darauf, dass dieser Prozess durchgeführt wurde, da das Eisen sowohl abgeschreckt als auch getempert werden musste, um die erhöhte Festigkeit zu nutzen.
Anstatt zu löschen und zu temperieren, haben Archäologen gesehen, dass eisenzeitliche Metallarbeiter einen Prozess des Kaltschmiedens übernommen haben, um das Metall zu stärken.
Ab der Eisenzeit gab es eine bedeutende Entwicklung in der Art und Weise, wie Metalle raffiniert und geschmiedet wurden, die bis in die Neuzeit andauerte.
Um ein bisschen mehr über verschiedene metallurgische Prozesse zu erfahren, schauen Sie sich dieses Video an :
Nachdem wir uns nun mit dem Aufstieg der Metallurgie befasst haben, werfen wir einen Blick auf einige Materialverbindungstechniken, die mit modernen Metallen verwendet werden, insbesondere im Bereich des Schweißens.
Schweißen
Schweißen ist ein sehr weit gefasster Begriff, der Hunderte, wenn nicht Tausende spezifischer Materialverbindungsprozesse abdeckt. Selbst wenn Sie kein Schweißer von Beruf oder ein Materialverbindungsingenieur sind, ist es entscheidend, zu verstehen, wie verschiedene Materialien verbunden werden können, um in Ihrem Ingenieurberuf herausragend zu sein.
Um unser Verständnis von Schweißprozessen zu beginnen, lassen Sie mich eine Reihe von Akronymen und Begriffen wegwerfen, damit wir etwas später auf bestimmte Prozesse eingehen können.
Die Hauptschweißverfahren sind das Schutzgasschweißen SMAW, das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen GTAW / WIG, das Gasmetall-Lichtbogenschweißen GMAW / MIG, das Flussmittel-Lichtbogenschweißen FCAW, das Unterpulverschweißen SAW,Elektroschlackenschweißen ESW und zuletzt Widerstandsschweißen.
Hast du das alles bekommen?
Dies sind nur die grundlegenden Schweißmethoden, und es gibt viele verschiedene Variationen von jeder, zusammen mit Techniken, die mit Schweißen verwendet werden. Reibung , Laser oder sogar Elektronenstrahlen.
Jeder Prozess ist speziell für verschiedene Metalle konzipiert, und es gibt sogar Prozesse, mit denen unterschiedliche Metalle geschweißt werden können. Wir können in diesem Blogbeitrag auf keinen Fall einen umfassenden Überblick über alle Schweißprozesse geben, aber wir können wahrscheinlich genug behandeln, damit Sie dies könnenBleiben Sie in einem Gespräch über das Schweißen auf dem Laufenden, wenn Sie sich jemals in einem dieser Bereiche befinden…
Alle Schweißverfahren Fusion durch eine Energiequelle induzieren; mit anderen Worten, das Basismetall wird auf irgendeine Weise geschmolzen. Prozesse wie SMAW verwenden eine Elektrode, die schmilzt. Beide induzieren eine Fusion auf dem Basismetall und wirken als Füllmetall für die Verbindung. WIG oderWas Sie vielleicht unter dem Namen WIG-Schweißen wissen, verwendet eine Wolframelektrode und ein Inertgas Helium zum Schweißen des Grundmetalls.
Was Sie feststellen werden, ist allen oben genannten Prozessen gemeinsam, dass eine Form von Lichtbogen oder Elektrode verwendet wird, um die Fusionsreaktion auszulösen, daher das „A“ in allen Akronymen. Die einzige Ausnahme in derDie obige Liste ist das Widerstandsschweißen, bei dem elektrischer Strom verwendet wird, um Wärme durch den Widerstand zweier überlappender Metalle zu erzeugen - einfach eine etwas andere Verwendung von Elektrizität zum Schweißen.
Lichtbogenschweißen ist am häufigsten, es ist jedoch wichtig zu beachten, dass es auch Gasschweißen und Energiestrahlschweißen gibt. Bei diesen Prozessen werden Gas- oder Energiestrahlen zum Aufheizen des Materials anstelle von Strom und Spannung verwendet. Gas- und Energiemethoden,während Variante, sind in der Grundmechanik ziemlich einfach zu verstehen.
Jede unterschiedliche Lichtbogentechnik verwendet eine andere Elektrode und einen anderen Aufbau zum Aufbringen von Flussmittel auf die Schweißnaht. Flussmittel ist ein Reinigungsmittel, das beim Schweißen von Verbindungsmaterialien hilft und eine gleichmäßige Struktur beibehält, wodurch die Festigkeit erhöht wird.
Verschiedene Schweißtechniken
Bei den meisten Schweißtechniken können Sie anhand ihrer Namen etwas auf ihre Funktionsweise schließen. Wir sind schließlich Ingenieure, oder? Beim Lichtbogenschweißen mit Flussmittelkern wird ein Draht mit einem Flussmittelkern verwendet, wie Sie es erraten haben.
Im Gegensatz zu Ihrer Meinung ist das Unterpulverschweißen kein Unterwasserprozess. Es verwendet eine Verbrauchselektrode, um unter einer Flussmitteldecke zu schweißen, und taucht daher die Schweißnaht unter das Flussmittel, um sie vor der Atmosphäre zu schützen. Jetzt, da wirWenn wir einige Hintergrundinformationen zu all den verschiedenen Schweißtechniken haben, können wir beginnen zu verstehen, wie man verschiedene Metalle schweißt.
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Anstatt Tonnen von Text zu schreiben, der zum Schweißen verschiedener Metalle verwendet wird, finden Sie hier eine Kurzanleitung, in der das Verbindungsmetall zusammen mit den von Ihnen verwendeten Prozessen demonstriert wird :
Stahl : SMAW, MIG, FCAW, WIG DC, Widerstand
Edelstahl : SMAW, MIG, FCAW, WIG DC, Widerstand
Aluminium : SMAW, MIG, WIG AC
Gusseisen : SMAW
Kupfer / Messing : WIG DC
Magnesiumlegierung : WIG AC
Titan : WIG DC
Wie Sie wahrscheinlich bemerkt haben, können Metalle auf Eisenbasis mit verschiedenen Techniken geschweißt werden, aber andere Metalle mit weniger kompatiblen Zellstrukturen erfordern bestimmte Schweißtechniken. Der Grund für das breite Spektrum an Stahltechniken und andere metallspezifische Techniken hat damit zu tunZellstruktur, Phasenänderungen, Schmelzpunkte und viele andere Faktoren.
Wenn Sie zwei unterschiedliche Metalle verbinden möchten, sagen wir Aluminium Für Stahl müssen Schweißer kreativ sein. Die häufigste Methode zum Schweißen von ungleichen oder nicht miteinander kompatiblen Metallen ist die Verwendung eines Füllmetalls, das mit beiden kompatibel ist. Bei Aluminium undStahl, Zink kann als Übergangsmetall verwendet werden, oder es können spezielle Übergangseinsätze hergestellt werden.
Wenn Sie mehr über das Schweißen unterschiedlicher Metalle erfahren möchten, sind diese Verfahren auf dem neuesten Stand der Materialverbindungstechniken. In den Bereichen werden bahnbrechende Forschungsarbeiten durchgeführt. Reibrührschweißen , Laserschweißen und sogar explosives Schweißen Google it, Sie werden es nicht bereuen.
Schweißen ist sowohl eine unglaublich einfache Sache als auch ein Prozess voller endloser Komplexität und Wissenschaften. Unabhängig davon, ob Sie es täglich verwenden oder nicht, das Schweißen hat Aspekte fast aller technischen Disziplinen und kann sicherlich sogar faszinierender langweiligste Ingenieur.
"Das Erscheinen visueller Informationen des US-Verteidigungsministeriums impliziert oder stellt keine DOD-Bestätigung dar."