Metalurgia

Definicje

Dyscyplina, która rozwija si wraz z bran

Definicja hutnictwa znacznie ewoluoway w cigu XIX ^th  wieku. Od kowali i ich akumulacji wiedzy empiryczne , metalurgia staa si XIX ^th  nauk wieku iw kontekcie rewolucji przemysowej (i niewiadomoci zbiorowej), które stay si synonimem stali z pieców do walcowni , cignienia , aby nastpnie staa si intensywn dziaalnoci przemysow , która dotyczy równie zaawansowanych rozwiza, specjalnych stopów dla aeronautyki , elektroniki , budownictwa , motoryzacji , nuklearnej i niezliczonych innych zastosowa.

Tak wic w 1840 r. metalurgia zostaa zdefiniowana jako nauka, która uczy si poznawa sposób obróbki rud, które s dostarczane przez eksploatacj kopal . Górnictwo i metalurgia s czci nauk mechanicznych i mona je zgrupowa pod nazw górnictwo , która nastpnie dzieli si na górnictwo i hutnictwo . Górnik wyodrbnia mineralnych za pomoc procesów mechanicznych; metalurg traktuje je szeregiem procesów chemicznych i mechanicznych . Aby usun za pomoc procesów chemicznych, prowadzonych na du skal, w sposób najbardziej ekonomiczny i przy jak najmniejszych stratach, czci uyteczne zawarte w mineraach dostarczanych przez górnika, oto problem racjonalnej hutnictwa (...) L gównym zajciem hutnika jest zawsze znajomo sztuki przeróbki rud; ale jeli chce wznie si ponad prost rutyn, nie moe pozosta obcy kilku innym naukom pomocniczym, zwaszcza gdy chce ksztaci si na administratora lub dyrektora fabryk. W matematyka The fizyka The Chemistry The mineralogii The wydobycie The architektura The las The rysunek The orzecznictwo i finanse , s nauki do bada, niektóre z ich penym zakresie, pozostali w niektórych ich czci tylko .

Wspóczesne znaczenie

Pocztek XXI ^th  century , w definicji, która wyrónia si czyst fizyka lub czystego chemik i który odpowiada rzeczywistoci laboratoriów publicznych i przemysowych, metalurg, przeszkoleni w zakresie fizyki, chemii i mechaniki , przynajmniej umie czyta i uywa wykres fazowy (nie wierzc, e mówi wszystko o stopie ), zna istnienie i waciwoci defektów krystalicznych odpowiedzialnych za plastyczno i transport materiau , a take podstawy teoretyczne oraz praktyki pkania i korozji  : kto wykorzystuje te umiejtnoci po stronie eksperymentalnej lub po teoretycznej stronie metalurgii, lub lepiej, na obu; a kto ma wystarczajco szerok kultur, znajc skad stopu metalu, ma ju intuicj co do gównych jego waciwoci . Ze wzgldu na minione kilka tysicy lat i zakres jej zastosowa, metalurgia jest czasami uwaana za dziaalno blisz sztuce i rzemiosu ni rygorystycznej dziaalnoci naukowej. Zapoyczajc si z fizyki, mechaniki, chemii i matematyki, pomoga stworzy materiaoznawstwo i nadal je wzbogaca przykadami, koncepcjami oraz metodami eksperymentalnymi i teoretycznymi. Sukces metalurgii mona podsumowa w piciu sowach: obfito metali w skorupie ziemskiej, ich wielka cigliwo , zdolno do modyfikowania swoich waciwoci mechanicznych poprzez obróbk termomechaniczn , niezwyke mistrzostwo zwizanych z nimi technologii; wreszcie przewodnictwo elektryczne i termiczne metali i stopów oraz magnetyzm niektórych z nich .

Obecnie termin metalurgia moe zatem oznacza:

• przemys metalowy i przetwórczy:
  • metalurgia pierwotna lub wydobywcza: przetwarzanie materiaów naturalnych ( rudy ) w metal  ;
  • metalurgia wtórna: opracowywanie materiaów nadajcych si do wykorzystania przez przemys, w tym produkcja stopów, obróbka cieplno-mechaniczna ( walcowanie , hartowanie , odpuszczanie ), ksztatowanie w póprodukty ( blachy , profile. W jzyku francuskim termin metalurgia wydobywcza obejmuje pierwotn i wtórn metalurgia Dla Anglosasów metalurgia wydobywcza dotyczy tylko metalurgii pierwotnej;
• nauka badajca metale (ich waciwoci, ich przemiany): metalurgia fizyczna, metalurgia mechaniczna.

Historia

Seksualnego i ginekologiczny produkcja symbolizm metalu znajduje si na caym wiecie, jak tu z homunkulusa z Fausta (grawerowanie z XIX ^th  wieku).

Prehistoria i staroytno

Metal pocztkowo by obrabiany jak kamie . Pierwsze metale, które czowiek uzna za róne od kamienia, miedzi i zota , znaleziono w przyrodzie jako metale, a nie mineray. Te metale rodzime, dawniej uywane i pracowali (w Anatolii w VII ^th  tysiclecia pne. ) Jest rodzimy mied . Naley zauway, e nazwa miedzi wywodzi si od greckiego okrelenia przymiotnikowego kyprios , co oznacza, wzgldny lub w odniesieniu do wyspy Cypr , syncej w staroytnoci grecko-rzymskiej ze zó miedzi. Przymiotnik moe by stosowany do wszystkich rodzajów wyrobów z miedzi lub brzu motkowanej pochodzcych z Cypru. Dla niektórych etymologów sowo mied najpierw oznacza stop, brz z Cypru  , wysp kopalni miedzi w staroytnoci , zanim zostanie zastosowane do czystego materiau metalicznego. Niemniej jednak Rzymianie, którzy odziedziczyli etrusk wiedz o metalurgii i znali staroytne rodzime zasoby miedzi na wyspie, w ten sposób okrelili czysto czerwony metal w nazwie wyspy, powicony bogini Wenus / Afrodycie . Dlatego ludzie prawdopodobnie zaczli od obróbki miedzi rodzimej (to znaczy naturalnie wystpujcej w postaci metalicznej) przez kucie i mona przypuszcza, e stwierdzili, e atwiej byo z ni pracowa, gdy bya ona podgrzewana (zjawisko wyarzania  : usuwanie dyslokacje przez odbudow i ewentualnie rekrystalizacj ). Potem, coraz bardziej si nagrzewajc, zauwayli, e si topi i dlatego mona go formowa. Stanowio to epok miedzi , okoo -4000 .

Bogaty zbiór obiektów zota z V ^-go  tysiclecia pne. AD zostaa odkryta w Warnie (Bugaria), a ponadto rzadkie obiekty V ^th  tysiclecia pne. AD równie, rodzime elazo prawdopodobnie meteoryt , zostay odkryte w Iranie.

Pierwszym stopem by brz (stop miedzi i cyny ). Bronze Age waha si od okoo -2500 do -1000 . Poniewa mied rodzima bya rzadkoci, ludzie pracowali nastpnie z rudami, które byy coraz bardziej ubogie w mied rodzim, i prawdopodobnie zauwayli, e ich ogrzewanie nie tylko umoliwio wydobycie miedzi z rud poprzez wytapianie, ale take przeksztacenie »Ruda metalu ( redukcja ) ; tak prawdopodobnie narodziy si wielkie piece okoo roku -1200 .

Okoo roku -1000 rozpocza si epoka elaza, ale to od drugiej epoki elaza rozwin si przemys stalowy w Europie. Poniewa elazo topi si w znacznie wyszej temperaturze ni mied ( 1535  ° C w porównaniu do 1084  ° C ), warstwy wgla drzewnego i warstwy rudy elaza nakaday si na siebie, aby osign temperatur topnienia. Redukcja rudy w wielkich piecach bya niedoskonaa i daa pocztek gbczacie wygldajcej bryy (masywnej lub lupy), któr kuto w celu oczyszczenia jej z zanieczyszcze. Przez dugi czas archeolodzy wierzyli, e pierwszymi, którzy zastosowali elazo, byli Hetyci . Wtedy oszacowano, e hutnictwo elaza narodzio si w pónocnej Syrii , u podnóa Byka, w regionie prawdopodobnie dostarczajcym rudy i lasy (dla wgla potrzebnego do produkcji elaza). Ostatnie prace ale omówione lad pierwszy metalurgia elaza z koca III ^E i I ^st  tysicleciu pne. AD w Afryce.

W Ameryce , przed przybyciem Europejczyków , rdzenni Amerykanie rozwinli metalurgi rónych metali ( zoto , mied, srebro , cyna , a nawet platyna , nieznane Europejczykom), ale nigdy nie pracowali z elazem z rzadkimi wyjtkami (w ten sposób Eskimosi pracowali w warunkach meteorytu). elazo ).

Przez reszt staroytnoci uywano tylko kilku metali, a niektóre dziaay tylko. Znanych byo tylko siedem metali  : zoto , rt , oów , srebro , elazo , mied i cyna . Od odkrycia pierwszych metali (zoto i mied), a do koca XVII ^-tego  wieku, tylko dwanacie metale i niemetalu zostay odkryte. Cztery z nich, arsen ( XIII ^p  wieku), przy czym antymonu (1560), przy czym cynku i bizmutu (1595), odkryto w XIII ^TH - XIV ^TH  wieku. Kolejnym odkrytym metalem bdzie kobalt w 1735, a nastpnie bizmut w 1750 . ^{[do sprawdzenia]} Obecnie jest ich 82.

redniowiecze

Obróbka metali w 1564, Niemcy

Zastosowanie mynów wodnych do zapewnienia nadmuchu pozwolio na osignicie wyszych temperatur. Tak okoo 1450 roku wykonano pierwszy odlew eliwny za pomoc wielkiego pieca .

Nowoczesne czasy

Hutnictwo przeywa swój najwikszy rozwój w pónym XVIII ^-tego  wieku , co pozwolio na rewolucj przemysow . Masowa produkcja stali umoliwia realizacj maszyn parowych, a tym samym pompowanie wody w kopalniach .

dzisiaj

Prowadzone jest wiele bada nad obróbk metali ni nad ich przygotowaniem, w szczególnoci bez przechodzenia przez wielkie piece. Na przykad, z biomedycznego punktu widzenia , tytanu, stosowany jest w bioterapi . Obróbki chemiczne lub fizyczne, takie jak piaskowanie, sprawiaj, e jest on zgodny tkankowo i jest metalem referencyjnym dla protez kostnych.

Organizacja branowa

Rzeba Przemys metalurgiczny autorstwa Jean-Léon Gérôme .

Zajcia

Metalurgia obejmuje szereg dziaa przemysowych:

• wydobycie rudy i jej pierwsze przeksztacenie ( przeróbka mineraów ),
• recykling metali;
• e odlewnia ( piece i rafinacja);
• wytwarzanie surowych produktów ( pyt , belek ,  itp ) przez walcowanie  ;
• przetwarzanie surowców w póprodukty;
• produkcja urzdze i wyrobów gotowych dla przemysu , budownictwa i transportu .

Trzy specjalnoci

Zaoyciele sztuki.

Przemys metalurgiczny podzielony jest na trzy gówne specjalnoci. Kady wymaga innej specjalizacji ni pozostae. Istnieje z jednej strony metalurgia elaza, a z drugiej metalurgia metali nieelaznych, które dziel si na metale szlachetne, takie jak zoto i metale nieszlachetne, takie jak aluminium  :

• produkcji stali i stopów nieelaznych ( hutnictwa );
• produkcji metali nieelaznych i nieszlachetnych metali ;
• produkcja metali szlachetnych .

Przyszo metalurgii

Wiele orodków decyzyjnych ( bada i produkcji) w metalurgii z czasem nabrao charakteru midzynarodowego. Wynikajcy z tego dystans geograficzny i intelektualny midzy orodkami decyzyjnymi, produkcyjnymi i badawczymi powoduje czsto, e w Europie zatraca si kompetencje metalurgii , zarówno w dziedzinie bada, jak i dziaalnoci przemysowej: wysiek uniwersytecki oparty na okruszkach, sabnce nauczanie, brak modych badaczy i inynierów .

Techniki

Odlewnia wosku traconego

Historycznie istniej trzy rodzaje, które dzi odpowiadaj tylko jednej metodzie implementacji. Jest to technika zarówno dla odlewnictwa artystycznego, jak i dla bran takich jak aeronautyka ( Safran (firma) ).

Peny odlew z wosku to technika ze staroytnego Bliskiego Wschodu .

Przede wszystkim wykonujemy w wosku dokadnie taki ksztat, jaki chcemy póniej uzyska. Ksztat ten wykonywany jest bez wewntrznego rdzenia, z zachowaniem kanaów wentylacyjnych. Na tak form nakadamy mleczko z glinki , aby bardzo precyzyjnie pobra wycisk. Kolejne warstwy glinki s coraz bardziej obcione odtuszczaczem rolinnym, aby wytrzyma wysokie temperatury. Gdy glinka wyschnie, przeprowadza si usuwanie wosku przez delikatne podgrzanie zespou w celu usunicia caego wosku. Jeli ta operacja nie zostanie przeprowadzona prawidowo, pozostaoci wosku, które mog wej w kontakt ze stopionym metalem, mog spowodowa eksplozj formy. Gdy forma ostygnie i opróni si, roztopiony metal jest wylewany poprzez atakowanie formy. Wtedy wystarczy rozbi terakotow form, aby odzyska ksztat. Ta cz bdzie musiaa zosta przerobiona (usunicie otworów wentylacyjnych, polerowanie , odzyskiwanie na zimno itp.) w celu uzyskania ostatecznego ksztatu.

Pusty odlew z wosku traconego jest technik ze staroytnego Bliskiego Wschodu.

Technika jest taka sama jak w przypadku penego odlewania woskiem, ale tym razem woskowy ksztat jest formowany wokó rdzenia. Ponadto podczas formowania jastrychu glinianego naley zastosowa gwodzie dystansowe, które utrzymaj rdze podczas odprowadzania wosku.

Negatywna forma eliwna.

W tej technice najpierw wykonujemy gliniany model pracy, któr chcemy uzyska w metalu. Nastpnie forma jest formowana na wierzchu przed odzyskaniem modelu poprzez otwarcie tej formy. rodek pokryty jest pynnym woskiem (np. przez nakadanie pdzlem) lub woskiem nakadanym na palce. Rdze (utrzymywany przez gwodzie dystansowe) jest nastpnie umieszczany w formie przed jej zamkniciem. Forma jest podgrzewana w celu usunicia wosku, nastpnie wlewa si do niej metal. Gdy zespó ostygnie, gotowy przedmiot jest odzyskiwany przed przeróbk, jeli to konieczne.

Moesz poci oryginalny model na kilka kawaków, które nastpnie zostan roztopione, jeli praca jest zbyt dua, aby mona j byo obrabia za jednym razem.

Odlewnia piasku

Ta sekcja jest pusta, niewystarczajco szczegóowa lub niekompletna. Twoja pomoc jest mile widziana! Jak zrobi

Odlewnia cinieniowa

Ta sekcja jest pusta, niewystarczajco szczegóowa lub niekompletna. Twoja pomoc jest mile widziana! Jak zrobi

Cechowanie

Rysunek formatuje arkusza przez odksztacenia plastycznego na gorco.

Technika ta jest praktykowana w staroytnoci Bliskiego Wschodu przy uyciu motka pokrytego kawakiem skóry. Paski metalowy wlewek jest obrabiany udarowo a do uzyskania podanego ksztatu.

Granulacja

Granulacji jest dekoracyjny technika Etrusków biuterii . Najpierw drut metalowy tnie si na mae kawaki, które umieszcza si na bardzo gorcej podstawie. Nastpnie wycofaj si i uformuj mae kulki. Te mae kulki s mocowane za pomoc kleju (sól miedziana, klej z mki, rybiej skóry itp.) i samoprzylepnej.

eliwo w formie segmentowej

Ta technika jest technik specyficzn dla chiskich bronzierów . Okazuje si, e jest importowany do Japonii .

Wykonujemy dokadn replik wazonu, który chcemy wykona z brzu, ale z gliny, z uwzgldnieniem ksztatu i detali. Gliniany wazon pozostawia si do wyschnicia lub wypala, na którym umieszcza si paski wieej gliny, aby przybra ogólny ksztat i wzory. Po wyschniciu paski te s usuwane, uzyskujc w ten sposób niezalene fragmenty bota, które s nastpnie gotowane. Modelowy wazon z gliny jest piaskowany, aby uzyska mniejszy, dziewiczy rdze z gadk dekoracj. Na tym rdzeniu naoone s odcinki wypalane z systemem rozstawów, kanaów przepywowych i kanaów wentylacyjnych. Po odlaniu i schodzeniu brzu czci gliniane s amane motkiem. Detale odbieramy na zimno i w razie potrzeby dodajemy osobno odlewane elementy.

Dziki tej technice mona zdecydowa si na osadzanie elementów metalowych poprzez umieszczenie blach, np. czerwonej miedzi, w rowkach segmentów formy. W kontakcie ze stopionym brzem metal stopi si i poczy z nim.

Negatywne skutki

Zdrowie pracowników

Zawody metalurgiczne s bardziej niebezpieczne i uciliwe ni przecitnie. Wi si z nim specyficzne choroby zawodowe, znane co najmniej od staroytnoci grecko-rzymskiej, w tym np. zatrucie oowiem wywoane metalurgi oowiu i srebra oraz hydrargizm wywoany produkcj i obróbk rtci .

We Francji Narodowa Agencja ds. Bezpieczestwa ywnoci, rodowiska i Zdrowia w Pracy (ANSES) potwierdzia w 2018 r., e specjalistyczne brane metalurgiczne (ale za budownictwem i budownictwem specjalistycznym) nale do najbardziej dotknitych tak zwanymi nowotworami zawodowymi ( wicej ni 11.000  przypadków z oskrzeli nowotworów , raka z ukadu moczowego , piersi , nerki , krtani , zatok , okrnicy , odbytnicy , skóry (z wyjtkiem czerniaka ), centralny ukad nerwowy , dojrzaych komórek limfoidalnych hemopathies , biaaczk szpikow zdiagnozowany od 2001 do 2016). Jest to pokazane ponownie badanie w Planie Cancer ( 2014 - 2019 ) przez krajow sie czujnoci i profilaktyce chorób zawodowych (RNV3P) badanie prezentowanych na 35 ^th Kongres medycyny i zdrowia (5 czerwca 2018 w Marsylii). We Francji tych nowotworów podano na pocztku XXI ^XX  wieku, azbest jest zaangaowany w 42% przypadków, daleko od wielopiercieniowych wglowodorów aromatycznych (WWA zaangaowane w 6,5% przypadków ).

rodowisko i klimat

Przemys metalurgiczny, wraz z cementowniami , jest dziaalnoci przemysow, która zuywa najwicej energii i z tego powodu emituje równie wiele pewnych gazów cieplarnianych. Od staroytnoci jest równie gównym ródem zanieczyszczenia wody, powietrza i gleby metalami i metaloidami, w tym w postaci nanoczsteczek , które raz w powietrzu mog peni rol katalizatora, który moe zakóci chemi atmosfery .

Uwagi i referencje

1. Intensywna dziaalno przemysowa, która na przykad we Francji nadal stanowia 1 800 000 bezporednich lub porednich miejsc pracy, z których 21% stanowili kadra kierownicza, w okoo 45 000 przedsibiorstw. W statystyce przemysowej , SESSI , Ministerstwo Gospodarki. Cytowany w Yves Queré. Metalurgia: nauka i inynieria. EDP Sciences, 2011. na Czytaj online
2. GA Lampadius, GA Arrault. Manual of General Metallurgy, tom 1. Carilian-Goeury, 1840 Przeczytaj online
3. André Pineau, Yves Quéré. Metalurgia: nauka i inynieria. EDP Sciences, 2011. na Czytaj online
4. Pierre Blazy i El-Aid Jdid , Wprowadzenie do metalurgii wydobywczej , w Technikach inynierskich , Inynierskie wydania techniczne ,10 grudnia 1997 r.( przeczytaj online )
5. Rytuay magiczno-poonicze metalurgów, o których opowiada Eliade , przypominaj, e od wieków ludzie uwaali, e mineray rosn w brzuchu Ziemi, jak ludzkie embriony w onie matki. Wedug Mircei Eliade , Kowali i alchemików , Flammarion ,1977, 188  pkt..
6. Denise Barthomeuf "  Miejsce Anatolii pocztków metalurgii miedzi i brzu ( VII ^TH do III ^p  Millennium BC. ).  », Studia Aegeo-Anatolica. Mieszanki przygotowane pod kierunkiem Oliviera Pelona. Lyon: Maison de l'Orient et de la Méditerranée , Jean Pouilloux (Dzieo Maison de l'Orient) .  1,2004, s.  149-186 ( czytaj online )
7. Pleiner R. Pocztki elaza w Europie. W: Dialogi d'histoire ancien, t. 8, 1982. s.  167-192 . Czytaj online
8. J.-C. Margeron i L. Pfirsch, Bliski Wschód i Staroytny Egipt , Hachette Supérieur,2005.
9. François Paris, Alain Person, Gérard Quéchon i Jean-François Saliège,   Pocztki metalurgii w pónocnym Nigrze  , Journal des africanistes , tom.  62 N ^O  2 "piasek pamici"1992, s.  57 ( przeczytaj online )
10. (w) Heather Pringle, W  poszukiwaniu pierwszych elaznych ludzi w Afryce   , Science , tom.  323 n ^O  5911,9 stycznia 2009, s.  200-202 ( DOI  10.1126 / science.323.5911.200 , przeczytaj online [PDF] )
11. (w) Jane Humphris (red.) i Thilo Rehren (red.), wiat elaza , Publikacje archetypowe2013, 482  s. ( ISBN  978-1-904982-97-5 , prezentacja online ) , s.  4
12. (w) Paul Rivet , Metalurgia w Ameryce prekolumbijskiej. , Instytut Etnologii,1946( OCLC  880772087 , przeczytaj online )
13. Carnegie Mellon University Alan W. Cramb ,   Krótka historia metali   (dostp 11 listopada 2017 r. )
14. BatiActu (2018) Wedug badania Narodowej Agencji Bezpieczestwa Zdrowia, przedstawionego 6 czerwca 2018 r., brana budowlana jest najbardziej dotknita nowotworami zawodowymi  ; AFP, 06.07.2018
15. MARRIS, H., FLAMENT, P., DEBOUDT, K., DELBARRE, H., AUGUSTIN, P. i FOURMENTIN, M. Fizykochemiczna ewolucja nanoczstek emitowanych przez przemys metalurgiczny.
16. MARRIS, H., FLAMENT, P., DEBOUDT, K., DELBARRE, H., AUGUSTIN, P. i FOURMENTIN, M. Fizykochemiczna ewolucja nanoczstek emitowanych przez przemys metalurgiczny .
17. Oberg T, Bergblack B & Filipsson M (2008) Katalityczny wpyw tlenków metali na powstawanie i degradacj chlorowanych zwizków aromatycznych w popiele lotnym . Chemosfera; 71: 1135-43.

Zobacz równie

Powizane artykuy

• Stop
• Korozja
• Krystalit
• Krystalografia
• Plastyczno
• Hydrometalurgia
• Wlewek
• Mechanika kontinuum
• Metalurgia proszków
• Mineralurgia
• Pracownik
• Przemys stalowy
• Spawalniczy
• Metalowa blacha
• UIMM
• Wada formowania

Linki zewntrzne

• Ewidencja organów  :

  • Biblioteka Narodowa Francji ( dane )
  • Biblioteka Kongresu
  • Gemeinsame Normdatei
  • Narodowa Biblioteka Dietetyczna
• Zasoby zwizane ze zdrowiem  :
  • (en)  Nagówki tematów medycznych
• Notatki w ogólnych sownikach lub encyklopediach  : Encyclopædia Britannica   Encyclopædia Universalis   Treccani Encyclopedia   The Canadian Encyclopedia   Store norske leksikon
• Francja-Metalurgia
• Stowarzyszenie Pami i Dziedzictwo SMN , Towarzystwo Metalurgiczne Normandii