مهندسي متالورژی

علم و مهندسی مواد رشته‏ای چند تخصصی است که در برگیرنده تولید، خواص و کاربردهای مواد برای حوزه‏ های مختلف علوم و مهندسی است. مهندسی و علم مواد در داخل خود شاخه‏های از علوم فیزیک کاربردی، شیمی را دارا است؛ علاوه بر آن جنبه‏هایی از مهندسی مکانیک، برق، عمران و شیمی را نیز دارد. در حال حاضر در سطح جهانی با توجه به رشد قابل توجه در تحقیقات و فناوری در این رشته، علوم مواد و زیر شاخه‏های آن به عنوان رشته جلودار بسیاری از دانشگاه‏ها مطرح است.

مهندسی متالورژی یکی از مهمترین زیرشاخه‏های مهندسی مواد است که در آن به روش‏های استخراج فلز از سنگ معدن، تصفیه و آلیاژسازی و در نهایت ساخت قطعات سودمند از فلزات پرداخته می‏شود. این تعریف که متالورژی از قدیمی‏ترین هنرها و از جدیدترین علوم است، بخوبی تاریخچه طولانی و آینده روشن رشته متالورژی را بیان می‏کند.

مهندسی متالورژی به مفهوم کلاسیک آن، فراوری مواد معدنی از کانه‏های آنها (جداسازی از سنگ معدن)، ذوب و استخراج کانه فراوری شده، تصفیه و تولید شمش، بهبود خواص و تهیه آلیاژها، فن کار بر روی فلزات، شکل دادن آنها و محافظت از محصولات فلزی در برابر آسیب و خوردگی را در بر می‏گیرد.

صنعت متالورژی در جهان از دیرباز به عنوان صنعت مادر شناخته شده و با پیشرفت‏های روز افزون تکنولوژی، نقش آن مهم‏تر و جنبه‏های کاربردی آن متنوع‏تر می‏گردد. با توجه به گسترش روزافزون تحقیقات و توسعه فناوری، زمینه‏های کار و تحقیقات بسیار متنوعی در کلیه گرایش‏های متالورژی پدید آمده است که کار و تحقیق در این رشته را بسیار جذاب و زمینه رشد و توسعه پایدار را مهیا نموده است. در این زمینه می‏توان به تکنولوژی‏های سنتز مواد نانوسایز و نانوساختار، مواد کامپوزیت، بیو مواد، مواد پیشرفته همچون ابررساناها، نیمه رساناها و آلیاژهای حافظه‏دار اشاره کرد.

جهان مدرن بدون علم و مهندسی مواد قابل تصور و پایدار نبوده و این علم جزء لاینفک تکنولوژی‏های نو و رو به آینده است.

 

گرایش‏های دوره کارشناسی مهندسی مواد

 

دانشمندان مواد صنعتی را به سه گروه عمده فلزات، پلیمرها و سرامیک‏ها تقسیم‏بندی کرده و فلزات را به عنوان بزرگترین گروه مواد صنعتی معرفی می‏کنند. امروزه رشته مهندسی مواد در ایران در مقطع کارشناسی در سه گرایش اصلی در دانشگاه‏ها تدریس می‏گردد که دو گرایش از آنها، متالورژی استخراجی و متالورژی صنعتی، زیرمجموعه علم متالورژی و در رابطه با فلزات بوده و گرایش دیگر، سرامیک، خارج از مجموعه فلزات و مربوط به مواد سرامیکی است. مواد پلیمری در خارج از زیرمجموعه مهندسی مواد و تحت عنوان مهندسی پلیمر ارائه می‏شود.

 

گرايش متالورژي صنعتي

 

متالورژي صنعتي شامل تمامي عملياتي مي‏شود که بعد از تهيه فلز خالص و يا آلياژ متناظر، بتوان آن را بصورت يک محصول قابل استفاده براي مصرف کننده ارائه کند. اين گرايش وسعت بسيار زيادي داشته و در داخل خود زير مجموعه‏هاي فراواني را دارا است. مهم‏ترين زير مجموعه متالورژي صنعتي شامل روش‏هاي مختلفی است که به چند روش اصلي‏ ريخته گري، روش‏هاي فرم دهي قطعات در حالت جامد مانند نورد، فورج و اکستروژن و در نهايت متالورژي پودر تقسيم بندي مي‏گردد. عمليات ثانويه بر روي قطعات فلزي مانند عمليات حرارتي و جوشکاري و سپس عمليات نهايي بر روي سطوح فلزي و محافظت از خرابي و خوردگي همگي از زير مجموعه‏هاي مهم متالورژي صنعتي هستند. مهندس متالورژی صنعتي با توجه به علمي که به ريز ساختار فلزات دارد، که متالورژي فيزيکي ناميده مي‏شود، توانايي انتخاب درست مواد فلزي براي مصارف صنعتي را دارد و همچنين با علم صحيحي که از رفتار فلز بر اثر اعمال نيرو از خود نشان مي‏دهد، که متالورژي مکانيکي ناميده مي‏شود، روش ساخت مواد فلزي را طراحي مي‏کند. اين رشته در مقطع کارشانسي ارشد داراي گرايش‏هاي متعدد: شناسايي، انتخاب مواد و روش ساخت مواد فلزي، ريخته گري، شکل دادن فلزات، خوردگي فلزات و متالورژي جوشکاري است.

 

گرايش متالورژي استخراجي

 

مواد فلزي که ما از آن استفاده مي کنيم بصورت توده هاي سنگي داراي ناخالصي هاي زيادي در معادن هستند و بايد بعد از کشف و استخراج به ياري تکنولوژي متالورژي استخراجي، مراحلي را طي کنند تا بشکل فلز خالص درآمده و قابل مصرف گردند. در ابتدا لازم است يک مهندس متالورژي يکسري فرآيندها مقدماتي همچون تغليظ سنگ معدن با استفاده از روشهاي مغناطيسي و شناور سازي را را بر روي سنگ معدن انجام دهد. اين عمليات به عنوان فراوري سنگ معدن ناميده مي شود. در مرحله بعد سنگ معدن فراوري شده در حين فرايندهاي پيچيده اي احيا شده و تبديل به فلز خالص يا آلياژ مي شود. عمليات احيا معمولا ً شامل ذوب در دماهاي بالا است و معمولاً اين عمليات در مقياسهاي بزرگ و در کارخانه هاي عظيمي همچون کارخانه ذوب آهن اصفهان، فولاد مبارکه و يا مس سرچشمه صورت مي گيرد که اين فرايند عمليات، پيرومتالورژي ناميده مي شود. البته در حال حاضر، در روشهاي جديدتر استخراج فلزات، روشهاي جايگزين بدون نياز به دماهاي بالا که قابليت کار در مقياس کوچک را هم داشته باشد بسيار رو به توسعه بوده. اين گونه عمليات که بنام هيدرومتالورژي ناميده ميشود، زمينه را براي توسعه بيش از پيش اين رشته پديد آورده و امکان خود اشتغالي را براي مهندسين خلاق و کارآزموده فراهم مي آورد. اين گرايش داراي دوره تخصصي با همين نام در مقطع کارشناسي ارشد است.