متالورژی

متالورژی چیست ؟

مقدمه
این تعریف که ««متالوژی که از قدیمی‌ترین هنرها و یکی از جدیدترین علوم است»» ، بخوبی تاریخچه طولانی و جالب رشته متالوژی را بیان می‌کند. از زمانی که بشر فلز را شناخت، متالوژی را به‌عنوان یک هنر فرا گرفت. این علم ، فرآوری مواد معدنی از کانه‌های آنها (جداسازی از سنگ معدن) ، ذوب ، تصفیه و تولید شمش ، بهبود خواص و تهیه آلیاژها و فن کار بر روی فلزات و شکل دادن آنها را در بر می‌گیرد. صنعت متالوژی در جهان از دیرباز به‌عنوان صنعت مادر شناخته شده ، با پیشرفتهای روز افزون تکنولوژی ، نقش آن آشکارتر می‌گردد. شواهد باستان شناسی نشان می‌دهد که ساکنین فلات ایران ، جزو اولین اقوامی بوده‌اند که به کشف فلزات و استفاده از آن نائل گردیده‌اند. با در نظر گرفتن این سابقه دیرینه ، همچنین نقش روز افزون فلزات در زندگی بشر و وجود معادن غنی متعدد در کشورمان لازم است که دست‌اندرکاران متالوژی در شناسایی هر چه بیشتر این رشته کوشا بوده ، به طریقی سطح اطلاعات علمی و فنی سایرین را در این زمینه بالا ببرند.

تاریخچه متالوژی
دوره فلزات پس از عصر سنگ بوده ، از حدود 6 تا 7 هزار سال پیش از هجرت آغاز شده است. به نظر می‌رسد که مس اولین فلزی است که بطور خالص و طبیعی و جدا از مواد معدنی مورد استفاده بشر قرار گرفته است. با نگاهی به انوع سنگهای مس ، می‌بینیم که آنها کم و بیش از ظاهری فلزی با رنگهای الوان ، نظیر نیلی ، لاجوردی ، سبز ، طلایی برخوردار می‌باشند این امر می‌تواند یکی از علل عمده توجه بشر اولیه به ترکیبات حاوی مس باشد. از طرفی مس به‌صورت خالص در طبیعت یافت می‌شود و قابلیت شکل‌پذیری مناسبی دارد.

برخی از پژوهشگران نیز معتقدند که اولین بار ذرات براق طلا که در کف رودخانه ها پراکنده بوده است، توسط بشر شناسایی شدند. مصریان و شاید هندیان بیش از سایر ملل در استخراج طلا از سنگهای آن توفیق داشته‌اند. در ایران نیز از دوره هخامنشی ، آثار متعددی از طلا و نقره خصوصا در کنار رود جیحون و در شهر همدان کشف شده است.
با گذشت زمان ، قلع ، نقره ، سرب و آنیتموان (سنگ سرمه) نیز کشف شد. فلزکاران با استفاده از آتش ، سرخ کردن و سپس ذوب فلزات ، آمیختن آنها را تجربه کرده ، به شناخت تجربی آلیاژها توفیق یافتند. از اختلاط قلع و مس ، مفرغ پدید آمده ، عصر مفرغ آغاز شد. مفرغ از هنر زیبایی با مس ، طلا و نقره رقابت می‌کرد و سختی و دوامش از انها بیشتر بود و نیازهای بشر را نیز برای ساخت ابزارهای مختلف تامین می‌کرد، لذا بشر تا مدتها به فکر ساختن آلیاژ یا کشف فلز جدیدی نبود.
بدرستی معلوم نیست که انسان نخستین بار چگونه و از کجا سنگ آهن را کشف و ذوب نمود و فلز آهن را بدست آورد، اما از شواهد امر پیداست که از 5000 سال پیش انسانهای نخستین آهن را بکار می‌گرفتند و تقریبا در نصف این مدت ، آهن بعنوان وسیله ای زینتی و فلزی افسانه‌ای از توجه خاصی برخوردار بوده است. مصریان قدیم به آهن ، با- ان- پتن یا فلز بهشتی می‌گفتند.
به نظر می‌رسد که ابتدا شهاب‌های آسمانی که حاوی آهن و نیکل (15-6 درصد نیکل) بوده‌اند، توسط انسانهای نخستین بکار گرفته شده‌اند. اطلاق سنگ اسمانی و فلز ستارگان به آهن نیز موید همین است. آشوری‌ها ، بابلی‌ها ، کلدانی‌ها و عبری‌ها به‌علت گرانبها بودن آهن از آن در ساختن زیور آلات استفاده می‌کردند. در عهد حمورابی (2700 سال پیش از هجرت) ، بهای آهن هشت برابر نقره و معادل سه‌ربع بهای طلا بوده است.
در ایران قدیم نیز در دوره هخامنشی به مرور مصالح آهنی جای مصالح مفرغی را گرفت، بطوری‌که در اواخر این دوره ، اسلحه‌های آهنی جایگزین اسلحه‌های مفرغی شدند. پیشینیان ، سنگ معدن آهن را با زغال چوب مخلوط کرده ، مشتعل می‌نمودند. در دوران باستان ، در ایران ، بین النهرین ، یونان و روم مجموعا هفت فلز شناخته و بکار برده شده‌اند که شامل مس ، طلا (زر) ، نقره (سیم) ، آهن ، سرب (آبار) ، قلع (ارزیز) و جیوه (سیماب) و پلاتین می‌باشند.

تولید فلزات در طول زمان
از دوران باستان تاکنون مجموعا 87 فلز کشف شده است که به جز 7 فلز مذکور ، 2 فلز در قرون وسطی ، 15 فلز در قرن دوازدهم هجری ، 43 فلز در قرن سیزدهم هجری و 20 فلز در قرن چهاردهم هجری (قرن معاصر) کسف شده‌اند. البته بین تاریخ کشف و زمانی که تولید فلزات از نظر اقتصادی مقرون به صرفه شده است، فاصله زمانی طولانی وجود دارد. چون در بررسی مسائل متالوژی ، نه‌تنها تولید فلزات امر مهمی می‌باشد، بلکه موارد کاربرد آنها نیز باید قابل توجیه باشد.
برای مثال اورانیوم در سال 1221هجری خورشیدی کشف شده است، اما تولید صنعتی آن تا سال 1320هجری خورشیدی (1841م.) طول کشیده است. به عبارت دیگر حدود یک قرن پس از کشف اورانیوم ، یعنی زمانی که پدیده شکافت اتمی فلزات هسته‌ای تحت استفاده مطلوب قرار گرفت، تولید آن در سطح صنعتی شروع گردید.

شکل‌گیری علم متالوژی
با گذشت زمان ، کشف روشهای جدید استخراج و تصفیه فلزات ، شناسایی مشخصات ساختاری و فیزیکی مواد و فنون جدید شکل دادن و کاربر روی فلزات ، صنعت متالوژی به عنوان شاخه ای از علم ، جایگاهی مستقل یافت. امروزه علم متلوژی را به دو بخش کلی شامل متالوژی استخراجی و متالوژی صنعتی تقسیم نموده‌اند که این دو بخش ، اخیرا در دانشگاهها نیز به‌عنوان گرایشهای رشته مهندسی متالوژی انتخاب شده‌اند.
متالوژی استخراجی و شیمیایی شامل جداکردن فلزات از سنگ معدن و تصفیه آنها (تولید فلزات) ، شناخت انواع کوره‌ها ، سوخت‌ها و فعل و انفعالات شیمیایی می‌باشد. این گرایش انواع متعددی از روشها را در بر می‌گیرد که از جمله می‌توان به کانه آرایی ، پر عیار کردن مواد معدنی ، شستن ، ذوب کردن ، تصفیه فلز مذاب و تولید شمش اشاره نمود.
متالوژی صنعتی شامل کار بر روی فلزات و مواد و تهیه محصول نهایی می‌باشد. در این گرایش همچنین خواص و مشخصات فیزیکی ، ساختاری و مکانیکی مواد نیز بررسی می‌شوند. منظور از کار کردن روی فلزات ، روشهای مختلف تولید مصنوعات فلزی می‌باشد که مهمترین شیوه‌های تولید عبارتند از: متالوژی ژودر ، شکل دادن ، جوشکاری و ماشینکاری.
انتخاب نوع روش تولید عمدتا به مسائل اقتصادی ، خواص فلزات ، زمان تولید ، اندازه ، شکل و تعداد قطعات مورد نیاز بستگی دارد. به‌عنوان مثال ، فلزاتی که خاصیت پلاستیک کمی دارند یا قطعاتی که دارای اشکال پیچیده هستند، به روش ریخته گری شکل داده می‌شوند.