معلومات

ظهور علم المعادن وإلقاء نظرة على تكنولوجيا انضمام المواد

ظهور علم المعادن وإلقاء نظرة على تكنولوجيا انضمام المواد


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

علم المعادن من أهم العلوم في الهندسة الحديثة. على وجه التحديد ، هو علم استخراج المعادن من الخامات التي توجد بها المعادن ثم تعديل المعدن ليكون أكثر فائدة.

يمكنك التفكير في علم المعادن على أنه مزيج من الفيزياء والكيمياء والقليل من الهندسة.

ذات صلة: 19 اختراعًا للهندسة الميكانيكية ساعدت في تحديد الميكانيكا اليوم

لفهم عالم العلم هذا وكيف أصبح ، دعنا نلقي نظرة على تاريخ علم المعادن.

التاريخ

لم يأتِ الاستخدام الحديث للمعادن بسهولة. في الواقع ، قدرتنا الحديثة على التعامل مع المعادن بهذه الدقة هي نتيجة لما يقرب من 7000 عام من التطوير.

كانت المعادن الأولى المكتشفة هي الذهب والفضة والنحاس ، وكلها توجد في حالتها المعدنية الطبيعية. هذا يعني أن الثقافات القديمة كانت ستتمكن من العثور على هذه المعادن والبدء في العمل معها مع القليل من التعديلات.

يمكن دمج الذهب على وجه التحديد مع قطع أخرى في قطعة واحدة أكبر من خلال الطرق الباردة. جعل هذا الذهب معدنًا سهل الاستخدام إلى حد ما. خلال عصر المعدن ، اكتشفت الحضارات أن النحاس يمكن أن يذوب ويصب في أشكال حول الألفية الرابعة قبل الميلاد.

خلال هذه الفترة الزمنية ، بدأنا نشهد ظهور محاور النحاس في مكان بارز.

أصبح تشغيل المعادن الآن عملية تتجاوز الطرق الباردة ، والانتقال إلى الصب والتزوير. في أعقاب اكتشاف معادن التسخين وجد أنه يمكن استرداد بعض المعادن من المعادن.

هذا الاكتشاف للحالة المعدنية غير المعدنية الكامنة في المعادن من شأنه أن يؤدي ببطء إلى اكتشاف عملية الصهر التي تنطوي على تسخين النحاس إلى درجات حرارة أعلى من 700درجة مئوية. كانت هذه العملية أيضًا هي المرة الأولى التي بدأت فيها الحضارات القديمة في إدخال معادن وعناصر جديدة لعملية التعدين لتنقية المعدن وتغيير عمليته.

للتلخيص ، من الأفضل التفكير في تاريخ علم المعادن كعملية متطورة. أولاً ، تم اكتشاف معادن معدنية يمكن أن تعمل معًا بدون حرارة. بعد ذلك ، تم اكتشاف أنه يمكن صب المعادن من خلال عملية الصهر والتصلب.

بعد ذلك ، أدركت الحضارات أنه يمكن استعادة المعادن من المعادن - وكانت الخطوة الأخيرة هي اكتشاف المضافات المعدنية أو السبائك. يقودنا هذا إلى النظر في تاريخ إحدى السبائك الأولى: البرونز.

برونزية

يبدو أن البرونز تم اكتشافه لأول مرة على أنه سبيكة نحاسية حوالي 3000 إلى 2500 قبل الميلاد. المعدن عبارة عن سبيكة نحاسية تحتوي على حوالي 12 بالمائة من القصدير. كان البرونز أحد السبائك الأولى التي تم اكتشافها على الإطلاق حيث بدأت الحضارات في تجربة خلط العناصر في العمليات المعدنية.

كان القصدير هو الاكتشاف الأساسي الذي أدى إلى تكوين البرونز كمعدن عملي. يُعتقد أنه في البداية ، تم صنع هذا المعدن في أماكن صغيرة ، لكن المعرفة به انتشرت في النهاية بسبب التجارة في جميع أنحاء الشرق الأوسط وأوروبا.

مع استمرار نمو وهيمنة البرونز خلال العصر البرونزي ، تم اكتشاف الحديد في النهاية ، مما أدى إلى عصر جديد: العصر الحديدي.

العصر الحديدي

ليس هناك حقًا نقطة تحول ملموسة بين العصر البرونزي والعصر الحديدي ، بل هناك انتقال تدريجي. تم العثور على واحدة من أقدم قطع الحديد التي تم اكتشافها على الإطلاق في هولندا وتعود إلى عام 1350 قبل الميلاد. تقليديًا ، كانت هذه الفترة الزمنية تعتبر منتصف العصر البرونزي ، لذلك يبدو أن كلا المعدنين تم إنتاجهما بالتزامن لبعض الوقت.

وصل الحديد حقًا إلى الهيمنة بنحو 1000 قبل الميلاد. كما تم تشكيلها في ذلك الوقت إلى أسلحة واسعة النطاق. من المحتمل أن يبدأ هذا الانتقال حوالي 1200 قبل الميلاد. - عادة ، الوقت المحدد على أنه بداية العصر الحديدي.

طورت الحضارات المبكرة عملية إذابة أكسيد الحديد بالفحم. ومع ذلك ، في ذلك الوقت ، لم يتمكن عمال المعادن من تحقيق درجات الحرارة المرتفعة لـ1،540 درجة مئوية التي كانت ضرورية لصهر العناصر معًا تمامًا. خلقت هذه العملية كتلة إسفنجية من المعدن ممزوجة بخبث يشبه السائل. كان عمال المعادن يكررون عملية الصهر ذات درجة الحرارة المنخفضة مرارًا وتكرارًا حتى ينتج الحديد المطاوع ، وهو منتج حديدي أكثر قابلية للتطبيق. كانت الملاحظة المثيرة للاهتمام (كما درس علماء الآثار العصر الحديدي) تحدد بدقة متى بدأت عملية إضافة الكربون لتقوية الحديد.

نظرًا لأن تقنيات التعدين المبكرة تضمنت درجات حرارة منخفضة ، فإن نتيجة حرق الحديد بالفحم كانت الحديد النقي. مع تحسن الأفران في ذلك الوقت وزيادة درجات الحرارة ، تم امتصاص المزيد من الكربون في الحديد - عن غير قصد. لم تكن هذه النتيجة ثابتة ، فالكثير من الحديد في ذلك الوقت كان يحتوي على مجموعة متنوعة من الكربون بداخله.

تكرير المعادن

نظرًا لأن صناعة الحديد أصبحت أكثر دقة ، فقد زادت أيضًا معرفة تأثير الكربون على الحديد. يمكن جعل الحديد المشبع بالكربون أكثر صلابة عن طريق إخماد المعدن.

ومع ذلك ، خلال العصر الحديدي المبكر ، هناك القليل من الأدلة على أن هذه العملية قد تم تنفيذها لأن الحديد يحتاج إلى إخماده ثم تلطيفه للاستفادة من القوة المتزايدة.

بدلاً من عملية التبريد والتلطيف ، لاحظ علماء الآثار أن عمال المعادن في العصر الحديدي قاموا بعملية تزوير على البارد لتقوية المعدن.

من العصر الحديدي وما بعده ، كان هناك تطور كبير في كيفية تكرير المعادن وتزويرها ، والذي استمر في العصر الحديث.

لمعرفة المزيد عن العمليات المعدنية المختلفة ، ألق نظرة على هذا الفيديو:

الآن بعد أن غطينا صعود علم المعادن ، دعونا نلقي نظرة على بعض المواد التي تربط التقنيات المستخدمة مع المعادن الحديثة ، وتحديداً في مجال اللحام.

اللحام

اللحام مصطلح واسع جدًا يغطي المئات ، إن لم يكن الآلاف من المواد المحددة التي تنضم إلى العمليات. حتى لو لم تكن عامل لحام عن طريق التجارة أو مهندسًا ينضم إلى المواد ، فإن فهم كيفية دمج المواد المختلفة أمر بالغ الأهمية للتميز في مهنتك الهندسية.

لبدء فهمنا لعمليات اللحام ، اسمحوا لي أن أطرح مجموعة من الاختصارات والمصطلحات ، ثم يمكننا الغوص في عمليات محددة بعد ذلك بقليل.

عمليات اللحام الرئيسية هي لحام القوس المعدني المحمي (SMAW) ، اللحام بالقوس التنغستن بالغاز (GTAW / TIG) لحام القوس المعدني بالغاز (GMAW / MIG) ، اللحام بالقوس المغمور (FCAW) ، اللحام بالقوس المغمور (SAW) ، الخبث الكهربائي اللحام (ESW) ، وأخيرًا اللحام بالمقاومة.

هل حصلت على كل هذا؟

هذه ليست سوى طرق اللحام الأساسية ، وهناك العديد من الاختلافات المختلفة لكل منها ، إلى جانب تقنيات اللحام باستخدام الاحتكاك أو الليزر أو حتى حزم الإلكترون.

تم تصميم كل عملية خصيصًا للمعادن المختلفة ، وهناك أيضًا عمليات يمكنها لحام المعادن غير المتشابهة. لا توجد طريقة يمكننا من خلالها تغطية مراجعة شاملة لجميع عمليات اللحام في منشور المدونة هذا ، ولكن يمكننا على الأرجح تغطية ما يكفي حتى تتمكن من متابعة محادثة حول اللحام إذا وجدت نفسك في واحدة من هؤلاء ...

تحفز جميع عمليات اللحام الاندماج من خلال بعض مصادر الطاقة ؛ بمعنى آخر ، يتم صهر المعدن الأساسي بطريقة ما. تستخدم عمليات مثل SMAW قطبًا كهربيًا يذوب للحث على الانصهار على المعدن الأساسي ويعمل كمعدن حشو للمفصل. يستخدم GTAW ، أو ما قد تعرفه باسم لحام TIG ، قطبًا كهربائيًا من التنجستن وغازًا خاملًا (الهيليوم) لتلحيم المعدن الأساسي.

ما ستجده مشتركًا بين جميع العمليات المذكورة أعلاه ، هو أن هناك شكلًا من أشكال القوس أو القطب يتم استخدامه لإحداث تفاعل الاندماج ، وبالتالي الحرف "أ" في جميع الاختصارات. الاستثناء الوحيد في القائمة أعلاه هو اللحام بالمقاومة ، والذي يستخدم التيار الكهربائي لتوليد الحرارة من خلال مقاومة معدنين متداخلين - ببساطة استخدام مختلف قليلاً للكهرباء في اللحام.

لحام القوس هو الأكثر شيوعًا ، ولكن من المهم ملاحظة أن هناك أيضًا لحام بالغاز ولحام شعاع الطاقة. تستخدم هذه العمليات حزمًا من الغاز أو الطاقة لتسخين المادة ، بدلاً من التيار والجهد. تعتبر طرق الغاز والطاقة ، على الرغم من تنوعها ، سهلة الفهم في الميكانيكا الأساسية.

تستخدم كل تقنية قوس مختلفة قطبًا كهربائيًا مختلفًا وإعدادًا مختلفًا لتطبيق التدفق على اللحام. Flux هو عامل تنقية يساعد على لحام المواد الرابطة والحفاظ على هيكل موحد ، وبالتالي زيادة القوة.

تقنيات اللحام المختلفة

بالنسبة لمعظم تقنيات اللحام ، يمكنك إلى حد ما الاستدلال على كيفية عملها من أسمائها. نحن مهندسون بعد كل شيء ، أليس كذلك؟ يستخدم اللحام القوسي ذو التدفق الجريان سلكًا به قلب متدفق ، كما خمنته.

على عكس ما قد تعتقده ، فإن اللحام بالقوس المغمور ليس عملية تحت الماء. يستخدم قطبًا كهربائيًا مستهلكًا للحام تحت غطاء من التدفق ، وبالتالي غمر اللحام تحت التدفق للحفاظ عليه في مأمن من الغلاف الجوي. الآن بعد أن أصبح لدينا بعض المعلومات الأساسية حول جميع تقنيات اللحام المختلفة ، يمكننا البدء في فهم كيفية لحام المعادن المختلفة.

ذات صلة: دليل لكسب المال من اللحام: خيارات ونصائح المهنة

بدلاً من كتابة أطنان من النص في عملية لحام المعادن المختلفة ، إليك دليل سريع يوضح ربط المعدن جنبًا إلى جنب مع العمليات التي يمكنك استخدامها:

صلب: SMAW ، MIG ، FCAW ، TIG (DC) ، المقاومة

ستانلس ستيل: SMAW ، MIG ، FCAW ، TIG (DC) ، المقاومة

الألومنيوم: SMAW ، MIG ، TIG (AC)

الحديد الزهر: SMAW

النحاس الاصفر: TIG (DC)

سبيكة ماغنيسيوم: TIG (AC)

التيتانيوم: TIG (DC)

كما لاحظت على الأرجح ، يمكن لحام المعادن القائمة على الحديد بتقنيات مختلفة ، لكن المعادن الأخرى ذات الهياكل الخلوية الأقل توافقًا تتخذ تقنيات محددة للحام. يرجع السبب وراء مجموعة واسعة من تقنيات الفولاذ والتقنيات الأخرى الخاصة بالمعادن إلى بنية الخلية وتغيرات الطور ونقاط الانصهار والعديد من العوامل الأخرى.

إذا كنت ترغب في الانضمام إلى معدنين مختلفين ، على سبيل المثال ، الألومنيوم إلى الفولاذ ، فيجب على عمال اللحام أن يبدعوا في تقنياتهم. الطريقة الأكثر شيوعًا لحام المعادن غير المتشابهة ، أو المعادن غير المتوافقة مع بعضها البعض ، هي استخدام معدن حشو متوافق مع كليهما. في حالة الألومنيوم والصلب ، يمكن استخدام الزنك كمعدن انتقالي ، أو يمكن تصنيع إدخالات انتقالية خاصة.

إذا كنت تريد معرفة المزيد عن لحام المعادن غير المتشابهة ، فهذه العمليات في طليعة تقنيات ربط المواد. يتم إجراء الأبحاث الرائدة باستمرار في مجالات اللحام بالاحتكاك ، واللحام بالليزر ، وحتى اللحام المتفجر (Google it ، لن تندم).

يعد اللحام أمرًا بسيطًا للغاية لفهمه ، ولكنه أيضًا عملية مليئة بتعقيدات وعلوم لا نهاية لها. سواء كنت تستخدمه على أساس يومي أو لا تستخدمه على الإطلاق ، فإن اللحام له جوانب من كل تخصص هندسي تقريبًا ، ويمكنه بالتأكيد أن يأسر حتى أضعف المهندسين.

"إن ظهور المعلومات المرئية لوزارة الدفاع الأمريكية لا يعني أو يشكل تأييدًا لوزارة الدفاع."


شاهد الفيديو: 7 تقنيات وصلت اليها الحضارات القديمة ولم يصل إليها العلم حتى الأن!! (قد 2022).