0 грн.
Оформить заказ
Первыми металлами, с которыми познакомились люди, были серебро, золото и медь. Они имели необычный цвет и блеск, а за счёт пластичности поддавались ковке. За 8000 лет до нашей эры из них были созданы простенькие инструменты и первые украшения.
Плавка меди была выявлена случайно: в костёр попали камни с кусочками металла. Было отмечено, что в ходе горения отделяется вещество, которое при высокой температуре становится относительно мягким. Примерно за 5000 до н.э. из руды научились выплавлять медь. Так сформировался переход от каменных орудий руда к металлическим.
Человечество волновал один вопрос: как соединить два металла и получить новый сплав с желаемыми свойствами? Из олова и меди появилась бронза. Она имела более высокую прочность, твёрдость и пониженную температуру плавления. Эти характеристики пригодились при изготовлении предметов декора, доспехов, оружия, инструментов. Бронзовый век ориентировочно с 3300 году до н.э. длился до 1200 года до н.э.
Переход к Железному периоду начался примерно в 1200 году до н.э. Этот металл не привлекал внимание долгое время по причине сложности обработки. Температура плавления железа почти на 500℃ выше, чем у меди, поэтому понадобилась разработка новых технологий.
В сыродутных печах за счёт горения древесного угля нагретая руда превращалась в губчатое железо, состоящее из металла и шлака. После ковки из железа удаляли ненужные примеси и формировали продукцию нужной формы. Этот металл лучше поддавался закалке и ковке, позволял изготавливать более прочные изделия за счёт насыщения углеродами. Однако после закалки металл становился хрупким. Понадобились долгие годы, чтобы освоить технологию «отпуска», помогающую бороться с хрупкостью.
Металлургия развивалась до современного уровня очень долго: от примитивных орудий труда до высокотехнологичных сплавов. Давайте углубимся в историю её эволюционирования и отметим важнейшие этапы влияния на достижение технического прогресса.
Освоением металлов занимались в разных частях света. В Анатолии и на Ближнем Востоке железный ассортимент появился в 1300-1200 годах до н.э. В Европе востребованность в металле пришлась на 800-е года до н.э. В Китае собственная традиция железоделательного производства сформировалась к 500 году до н.э. В Африке первичная металлургия достигла высокого уровня к началу нашей эры.
В Средние одним из важных достижений стало развитие более эффективных печей. Сыродутные горны заменили штюкофенами - шахтными печами с вертикальными размерами до 3-5 метров. За счёт такой высоты удалось достичь более высоких температур и увеличить количество получаемого железа за один цикл плавки. Это привело к появлению чугуна (сплава железа с содержанием углерода свыше 2,14%), что помогло начать выпускать более сложные и крупные изделия.
Но не только металлургия интересовала человечество – также развивалось постепенно и кузнечное дело, благодаря которому улучшались сельскохозяйственные инструменты, появлялись новые архитектурные элементы для украшения зданий.
Знаете ли вы, что алхимики тоже «приложили руку» к развитию металлургии? Активно проводя опыты, они помогли усовершенствовать способы очистки металлов и открыть новые химические элементы.
В XVIII веке были создали доменные печи. Чтобы не тратить природные лесные богатства, в качестве топлива стали применять кокс. Шахтные высокотемпературные установки помогли сделать рывок в увеличении количества выпускаемого чугуна.
Промышленная революция, начавшаяся в XVIII веке, принесла революционные изменения в металлургию. Ключевым технологическим прорывом стало развитие доменных печей. Эти высокие шахтные печи позволили значительно увеличить объемы производства чугуна. Использование кокса вместо древесного угля в качестве топлива сделало процесс более эффективным и менее зависимым от лесных ресурсов.
Генри Бессемер изобрёл новаторский способ получения стали, предложив продувать расплавленный чугун воздухом. Спустя 8 лет Пьер Мартен обнародовал результаты своих исследований. Суть их заключалась в производстве стали из железного лома. Это давало приоритет в контроле над составом получаемой стали. Мартеновским способом пользовались долгие десятилетия.
Использование электрических дуговых печей в первые годы ХХ века повысило рабочие характеристики стали и сплавов. Также удалось найти оптимальное решение для получения алюминия, который считался ранее дорогим в изготовлении.
Эксперименты в области металлургии продолжались. Путём введения в состав стали различных элементов удалось улучшить её свойства. Хром с никелем обеспечили получение нержавеющего сплава, а ванадий, молибден, и вольфрам помогли получить инструментальные стали. Также в число легированных разработок попали жаропрочные аналоги, дающие возможность работать с материалом при высоких температурных показателях. Эти разработки очень пригодились в авиационной отрасли, машиностроении, химической промышленности.
Новые материалы нашли широкое применение в машиностроении, авиации, химической промышленности и других отраслях.
- Порошковая металлургия применяется для изготовления продукции прессованием и спеканием порошковых масс.
- Электронно-лучевая плавка и вакуумно-дуговой способ используют с целью создания деталей для сферы электроники и аэрокосмической промышленности.
- Развитие технологий промышленного нагрева, формирование новых методов отпуска и закалки стали значительно усовершенствовали ведение металлургических процессов.
Происходит очень много позитивных преобразований.
Наноструктурированные материалы открыли дорогу для получения сверхпрочных, особо лёгких металлов и сплавов. Высокоэнтропийные композиции на основе пяти и более составляющих, стёкла на металлической основе с аморфной структурой, составы с «памятью», которые при нагревании могут восстанавливать первичную конфигурацию в изделиях – вот такие разработки ведутся в данное время. Уже есть определённые позитивные результаты, что позволяет надеяться на успешное завершение исследовательских проектов.
Для получения новых материалов, организации фазовых процессов, трансформации исходного состояния металлов нужны высокие температуры. Примитивные костры не способны были создать условия для плавки, поэтому различные типы печей стали необходимостью в металлургических процессах. Важна была и способность варьировать температуру, чтобы изменять свойства материалов в желаемую сторону. Установка термодатчиков позволила стабилизировать термические значения, получать нужные характеристики в металлах, сплавах и выпускаемой продукции.
Как происходила эволюция нагревательных устройств?
Совершенствование нагревателей также внесло свой успешный вклад в индустриальные технологии. Например, индукционные нагреватели ускорили производственные циклы, увеличили производительность, значительно снизили тепловые потери. Они являются более безопасными по причине отсутствия открытого пламени.
Хочется не просто мечтать, но и знать, его ожидать в этой отрасли дальше? Давайте выделим ключевые направления, векторно определяющие развитие металлургии в ближайшие десятилетия.
Промышленный нагрев получит усовершенствования и продолжит играть важную роль. Металлургия остаётся одним из ключевых драйверов технологического прогресса, открывая новые возможности для многих отраслей народного хозяйства.