آیا با رشته مهندسی متالورژی آشنایی دارید؟ آیا می‌دانستید تمام زیرساخت‌های دیگر رشته‌های مهندسی توسط این رشته فراهم می‌شود؟ آیا می‌دانستید از این رشته مهندسی به عنوان مادر رشته‌های مهندسی یاد می‌کنند؟ به دلیل گستردگی بالای این رشته، شاید یک مقاله ظرفیت معرفی این رشته را نداشته باشد، با این حال با آرتان پرس همراه باشید تا به بررسی این حرفه جذاب پرداخته شود.
در این مقاله به بررسی رشته مهندسی مواد، متالورژی و تخصص‌های یک مهندس مواد پرداخته می‌شود. با آرتان پرس همراه باشید تا با این رشته چذاب در عرصه بین المللی آشنا شوید. همانطور که میدانید در هر خط تولید فولادی اعم از تولید انواع میلگرد، تیرآهن و دیگر محصولات فولادی نیاز به یک مهندس متالورژی وجود دارد که تنها بخشی از تخصص این مهندسین را میتوان در این عرصه مورد استفاده و بهره برداری قرار داد.
علم متالورژی قدمت زیادی دارد، و شواهد زیادی وجود دارد که بشر از دیرباز از این علم در تولید مایحتاج فلزی خود استفاده کرده است. با پیشرفت علم و تکنولوژی، نقش مهندسی متالورژی وارد فاز جدیدی شد، و نیاز به آن بیش از پیش احساس شد.
مطالعات تاریخی نشان داده است که اولین بار در اطراف فلات ایران به بهره گیری از علم متالورژی پرداخته‌اند. با توجه به قدمت این علم در ایران و همچنین وجود زیرساخت‌های لازم، مانند معادن فلزات ارزشمند و گرانبهای ایران، شایسته است که علم متالورژی در ایران بیشتر مورد توجه قرار داشته باشد.
*** اولین یافته‌های فلزی بشر
به گفته اکثر باستان شناسان و یافته‌های آنان، شاید مس اولین عنصری بوده است که بشر از آن استفاده کرده است.
طلا یکی دیگر از قدیمی‌ترین فلزات زیر نظر بشر بوده است و در مصر و هند به استخراج آن مشغول بوده‌اند. در ایران، از زمان دوره هخامنشی، شواهد نشان می‌دهد که طلا و نقره در اطراف شهر همدان یافت می‌شده است.
در ادامه با پیشرفت تدریجی بشر و با استفاده از آتش، توانستند فلزات را ذوب کنند، و ترکیبی از آنها را با اصطلاح آلیاژ تولید کنند. اولین آلیاژی که به دست بشر تولید شد، آلیاژ مفرغ بوده است. این آلیاژ ترکیبی از قلع و مس است.
آشنایی بشر از دیرباز با ذوب فلزات، پنجره دیگری از روش‌های تولید محصولات فلزی را به روی بشر گشود. آنها توانستند به روش ریخته گری محصولات مورد نیاز خود را تامین کنند.
همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید، در این روش مذاب فلزات به داخل قالب ریخته می‌شود و در داخل آن شکل می‌گیرد و ذوب می‌شود.
*** مهندسی متالورژی چیست؟
در یک تعریف کلی هر علمی که مربوط به شناخت فلزات آهنی و غیر آهنی در حوزه استخراج و کار روی آنها باشد، واژه متالورژی (Metallurgy) برای آن اطلاق می‌شود. در واقع به کمک علم مواد و متالوژی میتوان مشخصه‌های فیزیکی و شیمیایی عناصر را شناخت و براساس خواص آنها، کاربرد آنها را تعیین کرد.
اگر بخواهیم کار یک متالورژ را در حالت کلی به ترتیب نام ببریم،عبارت است از: ۱- استخراج فلزات آهنی و غیر آهنی از سنگ‌های معدنی ۲- ذوب آن و تولید ماده میانی از آن ۳- مطالعه روی مواد و بهینه سازی خواص مکانیکی و شیمیایی آنها.
*** مهندسین مواد، نیاز به قدرت تجزیه و تحلیل بالایی دارند
مهندسین مواد و متالورژی یاد می‌گیرند که چگونه با متریال‌های گوناگون کار کنند، و خواص مورد نظر را با کار روی فلزات به دست آورند. این رشته تحصیلی گرایش‌های گوناگون و گسترده‌ای در دانشگا‌ه‌های سراسر دنیا و ایران دارد، استخراج فلزات، شناسایی و انتخاب مواد مهندسی، جوشکاری، خوردگی و مهندسی سطح از گرایش‌های مهندسی متالورژی میباشد.
این صنعت با توجه به قدمت بالایی که دارد، از زمان‌های گذشته به عنوان مادر تمام رشته‌های مهندسی یاد شده است، چون که همه علوم فنی و مهندسی به نوعی با متالورژی در ارتباط هستند و شرط اصلی رسیدن به تکنولوژی‌های جدید در تمام رشته‌های مهندسی، انتخاب متریال مناسب است، که این قسمت از کار بر عهده مهندسین متالورژی میباشد.
متخصصین این حوزه در گرایش استخراج یاد می‌گیرند که چطور فلزات گوناگون را از سنگ‌های معدنی استخراج و فرآوری کنند. دانش آموختگان گرایش جوشکاری یاد می‌گیرند که متریال مختلف را چگونه به یکدیگر متصل کنند.
همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید، یکی از معضلات فلزات، خوردگی آنها در محیط های اکسیژن دار است، در رشته خوردگی و حفاظت از مواد یاد می‌گیرند که چطور از محصولات فلزی در برابر خوردگی و اکسیداسیون محافظت کنند. در رشته ریخته گری ذوب و شکل دهی فلزات را در اشکال گوناگون یاد می‌گیرند. در ادامه به هر کدام از این رشته‌های زیرمجموعه خواهیم پرداخت. با آرتان پرس همراه باشید.
در عصر حاضر با پیشرفت علم و کارایی بالای نانو مواد، متریال کامپوزیتی، مواد نیمه رسانا و آلیاژهای حافظه دار نیاز به علم و مهندسی متالورژی بیش از پیش شده است.
*** مهندسی متالورژی درست است یا متالوژی؟!
اما یکی از سوالاتی که در مورد این علم رایج است، این است که آیا متالورژی درست است، یا متالوژی؟ کسانی که شناختی از علم متالورژی ندارند، بار اول که تلفظ این کلمه را می‌شنوند، آن را مربوط به یکی از رشته‌های علوم تجربی، مانند فیزیولوژی و رایولوژی می‌دانند، در حالیکه اصلا درست نیست و این یک رشته مهندسی است.
متالورژی از ترکیب دو کلمه metal و ourgein که از یونان نشأت می‌گیرد، ساخته شده است. metal به معنی فلز و ourgein به معنی کار کردن است. بنابراین متالورژی عبارت است از کار کردن بر روی فلزات. اما در بعضی از محافل این علم به اشتباه متالوژی خوانده می‌شود، که در چنین مواردی توضیح مختصر در مورد آن توصیه می‌شود.
*** تاریخچه متالورژی
علم و مهندسی متالورژی را خیلی‌ها علم تازه‌ای می‌دانند، در حالیکه نیاکان ما در سال‌های بسیار دور با بهره گیری از اصول متالورژیکی فلزات، روی فلزات کار می‌کردند و محصولات مورد نیاز خود را از فلزات تامین می‌کردند.
به گفته متخصصان تاریخ و باستان شناسان علم متالورژی قدمتی در حدود ۶۵۰۰ سال دارد. در اولین سال‌ها فلزاتی مانند مس، نقره و طلا مورد استفاده بشر بودند.
*** گرایش‌های مهندسی مواد و متالورژی
*** استخراج فلزات
همانطور که قبلا اشاره شد، استخراج فلزات شاخه‌ای از علم مواد است که به جداسازی و استحصال فلزات ارزشمند از سنگ‌های معدنی می‌پردازد. استخراج فلزات در صنعت متالورژی به سه نوع هیدرومتالورژی، پیرومتاتلورژی و الکترومتالورژی صورت می‌گیرد. که هر کدام با فرآیندهای گوناگونی فلزات را از کانی‌ها استحصال می‌کند.
*** آلیاژسازی (Alloying)
در یک تعریف کلی آلیاژ عبارت است از ترکیب حداقل دو عنصر برای رسیدن به خواص ایده آل، که توسط یکی از این عنصرها رسیدن به این خواص امکان پذیر نیست.
یکی از مهمترین آلیاژهایی که در علم متالورژی به آن دست یافته اند، و طیف گسترده‌ای از خواص مورد نظر را دارد، و همیشه در عرصه مهندسی متالورژی و مواد جایگاه ویژه‌ای دارد، فولاد است که به صورت ترکیبی از آهن و کربن است. با آلیاژ سازی بسیاری از خواص مکانیکی آلیاژ تغییر می‌یابد. در شکل زیر اشکال گوناگونی از فولاد را مشاهده می کنید.
*** ریخته گری (Casting)
ریخته گری یکی دیگر از قدیمی‌ترین تکنولوژی‌هایی است که در مهندسی مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند، هرچند روش‌های جدید ریخته گری در سالیان گذشته به وجود آمده‌اند. ریخته گری یکی از روش‌های شکل دهی فلزات است که به صورت مذاب صورت می‌گیرد.
حدود ۵۰ درصد قطعات مورد استفاده در صنعت به روش ریخته گری تولید می‌شود. در این روش توسط کوره‌ها فلزات را به نقطه ذوب می‌رسانند و پس از ذوب کامل آنها، مذاب فلز داخل قالب‌های ماسه‌ای و یا فولادی ریخته می‌شود و پس از انجماد آن قطعه در شکل‌های مختلفی تولید می‌شود.
*** شکل دهی فلزات
یکی دیگر از گرایش‌های مهندسی متالورژی شکل دهی فلزات است، که شامل عملیات‌های ترمومکانیکی، آهنگری، نورد و … میباشد. در واقع اساس کار در این حالت، تغییر شکل به روش مکانیکی است. قطعه بدون اینکه ترکیب شیمیایی آن تغییر کند، با تغییر شکل اعمال شده، به شکل نهایی در می‌آید. در شکل زیر با شکل دهی به صورت گرم، شکل نهایی قطعه به دست می آید.
در زیر به صورت تیتر وار فرآیندهای شکل دهی فلزات نام برده شده است.
- نورد
- اکستروژن
- کشش
- فورج
- شکل دهی ورق
لازم به ذکر است که در فرآیند نورد، اکستروژن و فورچ قطعه بایستی به قدری منعطف باشد که در برابر کرنش زیاد ناشی از فرآیند تحمل داشته باشد. در این روش‌ها معمولا قطعه تحت دمای بالا قرار می‌گیرد و دانه‌های آن تحت تبلور مجدد قرار گرفته و آرایش جدیدی به خود می‌گیرند.
به این فرآیند که در آن قطعه گرم می‌شود، شکل دهی داغ گفته می‌شود. اما اگر شکل دهی به فلزات و آلیاژها زیر دمای تبلور مجدد آنها باشد، به آن شکل دهی سرد می‌گویند.
*** متالورژی پودر (Powder metallurgy)
یکی دیگر از فرآیندهای تولید مواد در مهندسی متالورژی ، متالورژی پودر است، که در چندین سال گذشته به دستاوردهای مهمی در این زمینه دست یافته‌اند. در این روش علاوه بر فلزات و آلیاژها، سرامیک‌ها و پلیمرها نیز تولید می‌شوند. متالورژی پودر نسبت به سایر روش‌های تولید، روش نسبتا جدیدی است.
در این روش پودر فلز با یک چسب که با نام بایندر نیز شناخته می‌شود، ترکیب می‌شود و با توجه به چسبندگی بایندر، شکل قطعه مورد نظر تولید می‌شود. پس از آن قطعه در دمایی زیر نقطه ذوب فلز و یا آلیاژ مورد نظر قرار می‌گیرد، و فرآیند تف جوشی رخ می‌دهد. که براساس آن ذرات ذوب شده و به هم متصل می‌شوند.
*** جوشکاری
جوشکاری در یک تعریف ساده عبارت است از اتصال فلزات هم جنس و غیر همجنس به یکدیگر. در اتصال فلزات و غیر فلزات به یکدیگر یکی از پارامترهای مهم و غیر قابل جایگرین دمای بالا میباشد. دما معمولا تا منطقه خمیری شدن متریال بالا می‌رود. در شکل زیر جوشکاری با الکترود دستی را مشاهده می کنید.
جوشکاری مواد مختلف به طرق مختلفی صورت می‌گیرد که عبارتند از:
- جوشکاری فشاری
- جوشکاری ذوبی
- جوشکاری زرد
- لحیم کاری
پس از تولید قطعات و رسیدن به شکل دلخواه آن، حال بایستی دید آیا قطعه مورد نظر خواص مکانیکی و فیزیکی مورد نظر را دارد یا نه؟ پس از آنالیز قطعات، برای رساندن قطعه به خواص مورد نظر، عملیاتی را برای پس از تولید در نظر می‌گیرند که به عملیات حرارتی معروف است.
*** عملیات حرارتی (Heat Treatment)
همانطور که اشاره شد، عملیات حرارتی برای دستیابی به خواص مورد نظر انجام می‌گیرد و معمولا در دمایی زیر نقطه ذوب به کار می‌رود (شکل زیر). عملیات حرارتی انواع گوناگونی دارد، که مهمترین آنها عبارتند از، آنیل، تمپر، کروی کردن، همگن کردن و تنش گیری.
یک سری از عملیات‌هایی که روی قطعات صورت می‌گیرد، با عنوان مهندسی سطح نامیده می‌شود. در این حالت، فقط روی سطح متریال کار می‌شود، چون در این حالت کارایی قطعه بیشتر به سطح آن مربوط می‌شود. مهندسی سطح در واقع برای دستیابی خواص زیر به کار می‌رود.
- زیبایی قطعه
- بهبود خواص مکانیکی در سطح فلز مانند سخت کاری سطحی
- افزایش مقاومت به خوردگی مانند گالوانیزه کردن و رنگ کاری
این مطلب بدون برچسب می باشد.
ثبت دیدگاه