야금학

Metallurgy
대부분의 금속을 사용할 수 있는 양을 얻기 위한 기본적인 단계인 제련.
주물: 녹은 금을 틀에 붓는다.
금은 1968년까지 니카라과 시우나 인근 라루즈 금광(사진)에서 가공됐다.

야금학은 합금으로 알려진 금속 원소, 금속 간 화합물 및 혼합물의 물리적, 화학적 거동을 연구하는 재료 과학 및 공학 분야입니다.야금학은 금속의 과학과 기술, 즉 과학이 금속의 생산에 적용되는 방식과 소비자와 제조자 모두를 위한 제품에 사용되는 금속 부품의 엔지니어링을 포함합니다.야금은 금속 가공의 기술과 다르다.금속 가공은 의학이 기술 발전을 위해 의학에 의존하는 것과 유사한 방식으로 야금에 의존한다.야금 전문가 한 명은 야금 전문가로 알려져 있다.

야금학은 크게 화학야금과 물리야금이라는 두 가지 범주로 세분된다.화학 야금학은 주로 금속의 환원 및 산화, 금속의 화학적 성능에 관한 것이다.화학 야금학의 연구 주제에는 광물 처리, 금속 추출, 열역학, 전기화학 및 화학 열화(부식)[1]가 포함됩니다.반대로, 물리 야금학은 금속의 기계적 특성, 금속의 물리적 특성, 금속의 물리적 성능에 초점을 맞춘다.물리 야금학에서 연구되는 주제에는 결정학, 재료 특성화, 기계적 야금학, 위상 변환 및 고장 [2]메커니즘이 포함됩니다.

역사적으로 야금업은 주로 금속 생산에 집중되어 왔다.금속 생산은 금속을 추출하기 위한 광석 가공으로 시작되며 합금을 만들기 위한 금속 혼합물을 포함한다.금속 합금은 종종 적어도 두 가지 다른 금속 원소의 혼합물이다.그러나 응용에 적합한 특성을 달성하기 위해 비금속 원소가 합금에 첨가되는 경우가 많습니다.금속 생산에 대한 연구는 철 야금(블랙 야금이라고도 함)과 비철 야금(컬러 야금이라고도 함)으로 세분된다.철 야금에는 철을 기반으로 한 프로세스와 합금이 포함되며, 비철 야금에는 다른 금속을 기반으로 한 프로세스와 합금이 포함됩니다.철금속 생산은 세계 금속 [3]생산의 95%를 차지한다.

현대의 야금학자는 재료 과학자 및 기타 엔지니어와 함께 학제간 팀의 일원으로 신흥 분야와 전통 분야에서 모두 일하고 있습니다.일부 전통적인 분야에는 광물 가공, 금속 생산, 열 처리, 고장 분석 및 금속 접합(용접, 브레이징 및 납땜 포함)이 포함됩니다.야금학자의 신흥 분야에는 나노테크놀로지, 초전도체, 복합재료, 생물의학재료, 전자재료(반도체), 표면공학 등이 있습니다.고대 중국에서는 고로, 주철, 유압식 트립 해머 및 [4][5]복동 피스톤 벨로우의 혁신과 같이 야금술과 관련된 많은 응용, 관행 및 장치가 확립되었습니다.

어원과 발음

야금술은 고대 그리스어 μμμμααδοδαδαδαδοs, metallon, mine, metallon, mine, metallon + δαδοδα, ergon, work에서 유래했다. 이 단어는 원래 금속의 추출을 의미하는 연금술사의 용어였다.이클로페디아 [6]브리태니커19세기 후반에는 금속, 합금, 그리고 관련 과정에 대한 보다 일반적인 과학적 연구로 확대되었다.영어에서는 /mɛtélrdrdii/ 발음이 영국과 영연방에서는 더 일반적이다./mɛtəlɜrdii/ 발음은 미국에서 더 흔하며 다양한 미국 사전(예: Merriam-Webster Collegiate, American Heritage)에 등재된 첫 번째 변형입니다.

야금의 역사

다음 항목도 참조하십시오.연금술, 찰콜리틱, 청동기시대, 콜럼버스 이전 아메리카의 철 야금학, 중세기 이전 아메리카의 금속학, 아프리카의 구리 야금학, 아프리카의 철야금학, 인도 대륙의 철야금학 및 비철야금학 역사
미국 워싱턴 주, 바운더리 레드 마운틴 광산의 금광석
불가리아 바르나 네크로폴리스의 유물
바르나 네크로폴리스, 바르나 문화의 황금 공예품
바르나 네크로폴리스 엘리트 매장, 오리지널 찾기 사진(상세)
금소, 바르나 문화

인간이 사용한 최초의 금속은 금으로 보이며, 금은 자유롭거나 "원래"로 발견될 수 있습니다.소량의 천연 금이 기원전 [7]40,000년 후기 구석기 시대 스페인의 동굴에서 발견되었다.은, 구리, 주석 및 운석 철도 토종 형태로 발견될 수 있으며, 초기 [8]문화에서는 금속 가공의 양이 제한되어 있습니다.특정 금속, 특히 주석, 납, 그리고 더 높은 온도에서 구리는 제련이라고 알려진 과정인 불이나 용광로에서 암석을 가열함으로써 광석에서 회수할 수 있습니다.기원전 [9]5~6천년기로 거슬러 올라가는 이 추출 야금의 첫 번째 증거는 오늘날 세르비아의 [10]마즈단펙, 자르모바치, 플로치니크의 고고학 유적지에서 발견되었다.지금까지, 구리 용융의 가장 초기의 증거는 플로크니크 [11]근처의 벨로보데 유적지에서 발견되었다.이 유적지는 기원전 5,500년부터 빈차 [12]문화에 속하는 구리 도끼를 생산했다.

납의 가장 이른 사용은 이라크의 야림 테페와 아르파치야의 신석기 후기 정착지에서 기록된다.유물을 보면 납 제련이 구리 [13]제련보다 먼저 이루어졌음을 알 수 있습니다.

구리 제련은 구리 제련보다 납을 먼저 사용하는 것으로 보이지만 거의 같은 시기(기원전 6,000년 이후)에 이 현장에서 기록되었습니다.초기 야금술은 인근 Tell Maghzaliyah 유적지에서도 기록되고 있는데, 이 유적지는 훨씬 더 오래된 것으로 보이며,[citation needed] 그 도자기가 전혀 없다.발칸반도는 부트미르, 빈차, 바르나, 카라노보, 하망기아를 포함한 주요 신석기 문화의 현장이었다.

불가리아의 바르나 네크로폴리스(Varna Necropolis)는 세계 선사시대의 중요한 고고학 유적지 중 하나로 여겨지는 바르나 서부 공업지대의 매장지이다.기원전 4,600년부터 기원전 4,200년까지 거슬러 올라가는 세계에서 가장 오래된 금보물이 이 [14]유적지에서 발견되었다.바르나 근처의 두란쿨락에서 최근 발견된 기원전 4,500년의 금 조각도 또 다른 중요한 예이다.[15][16]초기 금속의 다른 흔적은 기원전 제3천년기부터 팔멜라, 로스 밀라레스, 스톤헨지와 같은 곳에서 발견된다.그러나 궁극적인 시작은 명확하게 확인할 수 없으며 새로운 발견은 지속적이고 지속적인 것입니다.

고대 중동의 광산 지역입니다.박스 색상: 비소는 갈색, 구리는 빨간색, 주석은 회색, 철분은 적갈색, 금색은 노란색, 은색은 흰색, 납은 검은색입니다.노란색 영역은 비소 청동을, 회색 영역은 주석 청동을 나타냅니다.

기원전 약 3,500년 근동에서는 구리와 주석의 결합으로 우수한 금속인 청동이라고 불리는 합금이 만들어질 수 있다는 것이 발견되었다.이것은 청동기 시대로 알려진 주요한 기술적 변화를 의미했다.

광석에서 철을 가공 가능한 금속으로 추출하는 것은 구리나 주석보다 훨씬 더 어렵다.이 과정은 철기시대가 시작되면서 기원전 1200년 히타이트인에 의해 발명된 것으로 보인다.철을 추출하고 가공하는 비밀은 필리스틴의 [17][18]성공에 중요한 요소였다.

철금속학의 역사적 발전은 다양한 과거의 문화와 문명에서 찾을 수 있다.여기에는 중동과 근동, 고대 이란, 고대 이집트, 고대 누비아, 아나톨리아(터키), 고대 녹, 카르타고, 고대 유럽의 그리스와 로마, 중세 유럽, 고대와 중세 인도, 고대와 중세 일본이 포함된다.고대 중국에서는 고로, 주철, 유압식 트립 해머 및 [19][5]복동 피스톤 벨로우의 혁신과 같이 야금술과 관련된 많은 응용, 관행 및 장치가 확립되었습니다.

게오르크 아그리콜라의 16세기 책인 De re metalica는 그 시대의 금속 광석, 금속 추출 및 야금 채굴의 고도로 발달하고 복잡한 과정을 묘사한다.아그리콜라는 "야금의 아버지"[20]로 묘사되어 왔다.

추출.

주요 기사: 추출 야금
중국 원나라의 물레방아로 작동되는 풀무.
지아르와 흐로놈(중앙슬로바키아)의 알루미늄 공장

추출 야금은 광석에서 귀중한 금속을 제거하고 추출된 원금속을 정제하여 순수한 형태로 만드는 작업입니다.금속 산화물 또는 황화물을 순도 금속으로 변환하려면 광석을 물리적, 화학적 또는 전해적으로 환원해야 합니다.추출 야금학자는 사료, 농축물(금속 산화물/설피드) 및 테일링(폐기물)의 세 가지 주요 흐름에 관심이 있습니다.

채광 후, 광석의 큰 조각들은 충분히 작은 입자를 얻기 위해 분쇄 또는 분쇄를 통해 부서지며, 각 입자는 대부분 가치가 있거나 대부분 폐기물이다.가치 입자를 분리를 지원하는 형태로 농축하면 폐기물에서 원하는 금속을 제거할 수 있습니다.

광체 및 물리적 환경이 침출에 도움이 된다면 채굴은 필요하지 않을 수 있다.침출은 광체에 있는 미네랄을 녹여 농축된 용액을 만든다.그 용액은 귀중한 금속을 추출하기 위해 수집되고 처리된다.광체에는 종종 둘 이상의 귀중한 금속이 포함되어 있습니다.

원광석으로부터 2차 산물을 추출하는 다른 공정에서 이전 공정의 미행을 사료로서 사용할 수 있다.또한 농축액은 둘 이상의 귀중한 금속을 포함할 수 있다.그 농축액은 가치 있는 금속을 개별 성분으로 분리하기 위해 처리될 것이다.

금속 및 그 합금

주조 청동

일반적인 엔지니어링 금속에는 알루미늄, 크롬, 구리, 철, 마그네슘, 니켈, 티타늄, 아연 및 실리콘이 포함됩니다.이들 금속은 실리콘을 제외하고 합금으로 가장 많이 사용됩니다.

강철과 주철을 포함한 철 - 탄소 합금 시스템을 이해하기 위해 많은 노력을 기울였습니다.일반 탄소강(기본적으로 탄소만을 합금 요소로 포함하는 강철)은 중량이나 부식이 크게 우려되지 않는 저비용 고강도 용도에 사용됩니다.연성철을 포함한 주철도 철-탄소 시스템의 일부입니다.철-망간-크롬 합금(하드필드형 강철)은 방향 천공과 같은 비자성 용도로도 사용됩니다.

스테인리스강, 특히 오스테나이트계 스테인리스강, 아연도금강, 니켈합금, 티타늄합금, 또는 때때로 구리합금이 사용되며, 부식에 대한 내성이 중요합니다.

알루미늄 합금과 마그네슘 합금은 자동차 및 항공우주 분야와 같이 가볍고 강한 부품이 필요할 때 일반적으로 사용됩니다.

구리-니켈 합금(모넬 등)은 부식성이 높은 환경 및 비자성 용도에 사용됩니다.

인코넬과 같은 니켈 기반 초합금은 가스 터빈, 터보차저, 압력 용기 및 열 교환기와 같은 고온 애플리케이션에 사용됩니다.

매우 높은 온도의 경우 크리프를 최소화하기 위해 단결정 합금이 사용됩니다.현대 전자제품에서 고순도 단결정 실리콘은 금속산화실리콘 트랜지스터(MOS) 및 집적회로에 필수적입니다.

생산.

생산 엔지니어링에서 야금학은 소비자 또는 엔지니어링 제품에 사용할 금속 부품의 생산과 관련이 있습니다.여기에는 합금 생산, 성형, 열처리 및 제품 표면처리가 포함됩니다.

Rockwell, Vickers 및 Brinell 경도 척도를 사용하여 금속의 경도를 측정하는 것은 다양한 용도 및 생산 [21]공정에서 금속의 탄성과 가소성을 더 잘 이해하는 데 도움이 되는 일반적인 방법입니다.

야금업자의 임무는 비용, 중량, 강도, 인성, 경도, 부식, 내피로성 및 극한 온도에서의 성능 등 재료 특성 간의 균형을 이루는 것입니다.이 목표를 달성하려면 운영 환경을 신중하게 고려해야 합니다.

해수 환경에서는 대부분의 철금속과 일부 비철합금이 빠르게 부식됩니다.저온 또는 저온 조건에 노출된 금속은 연성으로 인해 부서지기 쉽고 인성이 상실되어 부서지기 쉽고 균열이 생기기 쉽습니다.연속적인 순환 하중을 받는 금속은 금속 피로를 겪을 수 있습니다.고온에서 일정한 응력을 받는 금속은 기어오를 수 있다.

금속 가공 공정

주요 기사:금속 가공

금속은 다음과 같은 과정을 통해 형성됩니다.

  1. 주조 – 용융된 금속을 형틀에 붓습니다.
  2. 단조 – 붉게 달궈진 빌렛을 망치로 두드려 모양을 만듭니다.
  3. 롤링 – 빌렛이 연속적으로 좁은 롤러를 통과하여 시트를 만듭니다.
  4. 압출 – 뜨겁고 가단성이 있는 금속은 금형을 통해 압력을 받아 냉각되기 전에 성형됩니다.
  5. 가공 – 선반, 밀링 머신 및 드릴이 차가운 금속을 절단하여 모양을 만듭니다.
  6. 소결 – 분말 금속을 다이로 압축한 후 비산화 환경에서 가열합니다.
  7. 제작 – 금속판을 기요틴 또는 가스 커터로 절단하여 구부리고 용접하여 구조 형상을 만듭니다.
  8. 레이저 피복 – 금속 분말이 가동 레이저 빔을 통해 분사됩니다(예: NC 5축 기계에 장착됨).그 결과 용해된 금속은 기질에 도달하여 용해 풀을 형성합니다.레이저 헤드를 움직이면 트랙을 쌓고 입체적인 조각을 만들 수 있다.
  9. 3D 프린팅 – 비정질 분말 금속을 3D 공간에서 소결 또는 용융하여 어떤 물체도 성형할 수 있습니다.

냉간가공 공정은 제품이 차가워진 상태에서 압연, 제작 또는 다른 공정으로 제품의 모양이 바뀌는 공정은 가공 경화라고 불리는 공정으로 제품의 강도를 높일 수 있다.가공 경화는 금속에 미세한 결함을 만들어 더 이상의 형상 변화에 저항합니다.

산업계와 학계에는 다양한 형태의 주물이 존재한다.여기에는 모래 주조, 인베스트먼트 주조(로스트 왁스 공정이라고도 함), 다이 주조 및 연속 주조 등이 포함됩니다.이러한 형태 각각은 특정 금속 및 자기 [22]및 부식 등의 요소를 고려한 용도에 유리합니다.

열처리

금속은 강도, 연성, 인성, 경도 및 내식성의 특성을 변경하기 위해 열처리가 가능합니다.일반적인 열처리 프로세스에는 아닐링, 석출강화, 담금질 [23]및 담금질이 포함됩니다.

소둔 공정은 금속을 가열하여 매우 천천히 냉각시킴으로써 금속의 응력을 제거하고 입자 구조를 크고 부드럽게 만들어 금속이 부딪히거나 응력을 받으면 부서지기 보다는 움푹 패이거나 구부러질 수 있습니다. 또한 소둔된 금속을 샌딩, 연마 또는 절단하는 것이 더 쉽습니다.

담금질은 가열 후 금속을 매우 빠르게 냉각시키는 과정이며, 따라서 금속의 분자를 매우 단단한 마르텐사이트 형태로 "냉동"시켜 금속을 더 단단하게 만듭니다.

Tempering한 반면, 그것이 더 좋지 않고도 영향을 지속할 수 있고 뜨임 덜 열심히 금속을 만드는 경화 작용으로 발생한 금속에 스트레스 때문을 덜어준다.

종종, 그리고 열 기계적 치료 더 좋은 특성과 재료의 더 효율적인 처리thermo-mechanical 치료법으로 알려져 있는 결합됩니다.이러한 프로세스high-alloy 특별한 철과 superalloys과 티타늄 합금을 흔하다.

도금

주요 기사:도금

도금 작업은 화학 surface-treatment 기술이다.그것은 금, 은, 크롬이나 제품의 표면에 아연과 같은 또 다른 금속의 얇은 층 접합을 포함한다.이는 가공품(금, 은, zinc)을 입히는 것의 재료는 코팅 재료용 전해질 수액, 선택하여 시행된다.다른 자료에 두 전극:코팅 재료 받는 코팅 물질과 자신은 같은 소재가 필요한두개의 전극 전기와 코팅 재료는 그 일을 조금씩에 붙어 있는 충전된다.이 제품의 심미적 외모를 개선할 뿐만 아니라 부식을 줄이는 데 사용됩니다.그것은 또한 저렴한 금속이 더 비싼 것과 같은(금, 은) 보이게 하는 데 사용됩니다.[24]

숏 피닝

주요 기사:숏 피닝

숏 피닝은 금속 부품을 마감하는 데 사용되는 냉간 가공 공정입니다.숏피닝 공정에서는 피처리부 표면에 작은 라운드 샷을 발사한다.이 공정은 부품의 제품 수명을 연장하고 응력 부식 고장을 방지하며 피로도 방지하는 데 사용됩니다.이 샷은 피닝 해머처럼 표면에 작은 딤플을 남기 때문에 딤플 아래에 압축응력을 일으킨다.숏 미디어는 재료에 반복적으로 부딪히면서 처리되는 조각 전체에 겹치는 딤플을 형성합니다.재료 표면의 압축 응력은 부품을 튼튼하게 하고 피로 파괴, 응력 파괴, 부식 파괴 및 [25]균열에 대한 내성을 높입니다.

용사

주요 기사:용사

열 분무 기법은 또 다른 인기 있는 마감 방법이며, 종종 전기 도금 코팅보다 고온 특성이 더 우수합니다.분무 용접 [26]공정이라고도 하는 열원(불꽃 또는 기타)과 분말 또는 와이어 형태의 코팅 재료로 구성된 산업용 코팅 공정으로, 이를 용해한 후 고속으로 처리되는 재료의 표면에 분무합니다.스프레이 처리 프로세스는 HVOF(고속 산소 연료), 플라즈마 스프레이, 화염 스프레이, 아크 스프레이 및 금속화와 같은 다양한 이름으로 알려져 있습니다.

야금학자는 금속의 미세구조를 연구할 수 있다.

특성화

주요 기사:특성화

야금학자들은 헨리 클리프톤 소비에 의해 발명된 기술인 금속그래피를 사용하여 금속의 미시적이고 거시적인 구조를 연구한다.

금속학에서 관심 있는 합금은 연마되어 미러 마감까지 연마됩니다.그런 다음 샘플을 식각하여 금속의 미세 구조와 매크로 구조를 밝힐 수 있습니다.그런 다음 광학 또는 전자 현미경으로 샘플을 검사하고 이미지 대비는 구성, 기계적 특성 및 처리 이력에 대한 세부 정보를 제공합니다.

종종 X선이나 전자의 회절을 사용하는 결정학은 현대 야금학자들에게 이용 가능한 또 다른 가치 있는 도구이다.결정학은 미지의 물질을 식별할 수 있게 하고 시료의 결정 구조를 드러냅니다.정량 결정학은 존재하는 상량뿐만 아니라 샘플이 받는 변형 정도를 계산하기 위해 사용될 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Moore, John Jeremy; Boyce, E. A. (1990). Chemical Metallurgy. doi:10.1016/c2013-0-00969-3. ISBN 9780408053693.
  2. ^ RAGHAVAN, V (2015). PHYSICAL METALLURGY: PRINCIPLES AND PRACTICE, Third Edition. PHI Learning. ISBN 978-8120351707.
  3. ^ 대소련 백과사전의 '대소련 백과사전'에 실린 '대소련 백과사전'1979.
  4. ^ R. F. Tylecote (1992) 야금 ISBN 0-901462-88-8의 역사
  5. ^ a b 로버트 K.G.템플(2007년).중국의 천재 3000년 과학·발견·발명(3판.런던:앙드레 도이치, 페이지 44-56ISBN 978-0-233-00202-6.
  6. ^ "metallurgy". Oxford Learner's Dictionary. Oxford University Press. Retrieved 29 January 2011.
  7. ^ "History of Gold". Gold Digest. Retrieved 4 February 2007.
  8. ^ E. Photos, E. (2010). "The Question of Meteoritic versus Smelted Nickel-Rich Iron: Archaeological Evidence and Experimental Results" (PDF). World Archaeology. 20 (3): 403–421. doi:10.1080/00438243.1989.9980081. JSTOR 124562.
  9. ^ H.I. 하이코, V.S. 빌레츠키 최초의 금속 발견 및 개발 선골 성분 현상 // 광물자원 채굴의 이론 및 실용적 해결책 // 발케마 북, 런던, 2015, §. 227-233.
  10. ^ Radivojević, Miljana; Roberts, Benjamin W. (2021). "Early Balkan Metallurgy: Origins, Evolution and Society, 6200–3700 BC". Journal of World Prehistory. 34 (2): 195–278. doi:10.1007/s10963-021-09155-7. S2CID 237005605. Retrieved 11 June 2022.
  11. ^ Radivojević, Miljana; Rehren, Thilo; Pernicka, Ernst; Šljivar, Dušan; Brauns, Michael; Borić, Dušan (2010). "On the origins of extractive metallurgy: New evidence from Europe". Journal of Archaeological Science. 37 (11): 2775. doi:10.1016/j.jas.2010.06.012.
  12. ^ 신석기 빈카는 야금문화로, 2017년 9월 19일 웨이백 머신 스톤페이지에 2007년 11월 뉴스 소스에서 보관되었다.
  13. ^ Potts, D.T. (2012). A Companion to the Archaeology of the Ancient Near East. Blackwell Companions to the Ancient World. Wiley. pp. 302–303. ISBN 978-1-4443-6077-6. Retrieved 19 March 2022.
  14. ^ [1] 보석 및 보석:랜스 그란데 지음, 광물세계의 영원한 자연미
  15. ^ "World's oldest gold".
  16. ^ "World's Oldest Gold Object May Have Just Been Unearthed in Bulgaria".
  17. ^ W. 켈러 (1963년)역사로서의 성경 페이지 156. ISBN 0-340-00312-X
  18. ^ B. W. 앤더슨(1975) 구약의 살아있는 세계, 154, ISBN 0-582-48598-3
  19. ^ R. F. Tylecote (1992) 야금 ISBN 0-901462-88-8의 역사
  20. ^ Karl Alfred von Zittel (1901). HISTORY of Geology and Palaeontology. p. 15. doi:10.5962/bhl.title.33301. Archived from the original on 4 March 2016. Retrieved 1 January 2015.
  21. ^ "Metal Hardness Tests: Difference Between Rockwell, Brinell, and Vickers". ESI Engineering Specialties Inc. 14 June 2017. Retrieved 13 December 2017.
  22. ^ "Casting Process, Types of Casting Process, Casting Process Tips, Selecting Casting Process, Casting Process Helps". www.themetalcasting.com. Retrieved 13 December 2017.
  23. ^ Arthur Reardon (2011), 비금속을 위한 금속학 (제2판), ASM International, ISBN 978-1-61503-821-3
  24. ^ Woodford, Chris (2017). "How electroplating works". Explain that Stuff. Retrieved 20 May 2019.
  25. ^ "What is Shot Peening – How Does Shot Peening Work". www.engineeredabrasives.com.
  26. ^ "Thermal Spray, Plasma Spray, HVOF, Flame Spray, Metalizing & Thermal Spray Coating". www.precisioncoatings.com. Saint Paul, MN. Retrieved 13 December 2017.

외부 링크

Wikisource에는 1879년 American Cyclopédia 기사 Metallurgy의 본문이 있습니다.