metale i ich stopy cz. 1 - strona główna - wydział osi ągni ęcie w zakresie konstrukcji...

Metale i ich stopy

cz. 1

Dr in. Hanna SmoleskaKatedra Inynierii Materiaowej i Spajania,

Wydzia Mechaniczny, Politechnika Gdaska

Materiay edukacyjne do uytku wewntrznego

Przyspieszenie rozwoju wraz z opanowaniem pozyskiwania i obrbki metali

Historia ludzkoci nie posunaby si naprzd, gdyby czowiek nie odkry w pewnym momencie przedziwnych i tylko dla tej grupy znanych waciwoci tworzyw metalicznych:

(1) - plastycznoci, oznaczajcej moliwo nadania podanego ksztatu wytwarzanemu przedmiotowi w wyniku dziaania siy operacji technologicznej

zwanej obrbk plastyczn, oraz

(2) - zmiany mikrostruktury i waciwoci w wyniku stosowania ciepa w operacji zwanej obrbk ciepln lub znacznego odksztacenia plastycznego (kucie) umocnienie przez zgniot

Czyste metale s sabe, ale atwo mona otrzymywa stopy mieszaniny metali majce waciwoci wytrzymaociowe niekiedy nawet dwudziestokrotnie lepsze od metali je tworzcych.

Metale znane w staroytnoci (8) to:

Antymon, cyna, mied, ow, rt, srebro, zoto, elazo

Prawie wszystkie pozostae to wynik odkry poczwszy od XVIII wieku;

wyjtki to cynk VIII w (Indie I w )

arsen XIII w.,

bizmut XV w.,

platyna XVI w

PODSTAWOWY MATERIADO WYTWARZANIANARZDZI PRACY

epoka kamienia

epoka brzu

epoka

elaza...

...stali

...materiawzaawansowanych

FAZY ROZWOJOWEMOLIWOCI TWRCZYCH

CZOWIEKA

fazaumiejtnoci naturalnych

(do epoki brzu)

fazasztuki

rzemielniczej

(koniec XVIII w.)

fazawynalazkw inynierskich

(poowa XIX w.)(poowa XX w.)

faza odkry naukowych

Babilon zosta zbudowany z wypalanej cegy i zaprawy bitumowej.

Cega okadzinowa bya pokrywana emali. Na posadzki uywano rowego marmuru i wapienia

5 000 p.n.e.

Na Bakanach wytwarzano zote, srebrne i miedziane ozdoby z

samorodkw.

5 000 p.n.e.

Catal Huyuk w Anatolii - centrum neolitycznego spoeczestwa. Lokalne zoa obsydianu byy sprzedawane na caym rodkowym Wschodzie. Rozwj hutnictwa miedzi.

6 000 p.n.e.

Bitum by uywany przez budowniczych w Mezopotamii jako zaprawa murarska oraz jako impregnat do odzi, dachw itp.

7 000 p.n.e.

Tabliczki gliniane uywano w Mezopotamii do zapisywania transakcji handlowych

8 000 p.n.e.

Era neolityczna

W poudniowej Japonii wyprodukowano najstarsze znane wyroby

garncarskie

10 000 p.n.e.

Bitum by uywany na rodkowym wschodzie do czenia kamiennych narzdzi z drewnianymi trzonkami

38 000 p.n.e.

Era przedneolityczna

Materiay w staroytnoci

Produkcja naczy szklanych w Egipcie i Mezopotamii1 500 p.n.e.

Powstanie w Anglii Stonhege2 000 p.n.e.

Budowa Piramidy Schodkowej i Wielkiej Piramidy. Pierwsze

konstrukcje z wielkich blokw kamiennych. Masywnych blokw

wapiennych i granitowych uyto do oblicowania konstrukcji

2 650 p.n.e.

Pierwszy raz na rodkowym wschodzie uyto szka jako polewy na wyrobach glinianych

3 000 p.n.e.

Sumer - pierwszy znany przypadek uycia brzu3 500 p.n.e.

Epoka brzu

Uycie elaza meteorytowego do produkcji maych narzdzi i ozdb.4 000 p.n.e.

Wynalazek koa garncarskiego w Mezopotamii4 000 p.n.e.

Mied bya wytapiana we wschodniej Europie i Egipcie. Ruda miedzi

bya wydobywana we wschodniej Europie

4 500 - 4 000 p.n.e.

Epoka miedzi

Chalkolit lub epoka miedzi; to okres przejciowy midzy epokami kamienia i brzu, w trakcie ktrego wrd ludw neolitycznych weszy do uycia pierwsze wyroby z metalu, przede wszystkim z miedzi(narzdzia, bro, ozdoby), chocia nadal w powszechnym uyciu byy narzdzia wyrabiane z kamienia i

krzemienia. W Egipcie chalkolit trwa w latach midzy 5500-3100 p.n.e. W Europie (Kultura Vina) odkryto przemylny warsztat hutnictwa miedzi z kominem i rurami napowietrzajcymi datowany na ten sam pocztkowy okres.

Szczytowe osignicie w zakresie konstrukcji betonowych budowa Panteonu w Rzymie

130 n.e.

Opracowanie i zastosowanie techniki dmuchania szka100 p.n.e.

Uycie betonu do budowy Porticus Aemilia w Rzymie200 p.n.e.

Ateczycy buduj Parthenon wykorzystujc kamie (marmur) i drewno. Marmurowe nadproa wzmocnione elazem, pniej oprawione w ow

447 p.n.e.

Hettyci w Anatolii wprowadzaj metod produkcji wzgldnie duych iloci wytopionego elaza

1 400 1 200 p.n.e.

Wczesna epoka elaza

Epoka elaza i stali

Wprowadzenie metod cigego odlewania stali1960-80

Wprowadzenie konwertorw tlenowych do produkcji stali1954

Pierwszy drapacz chmur wybudowany zostaje w Chicago. 10

piter, konstrukcja o szkielecie stalowym 1885

Henry Bessemer patentuje swoj metod tzw. gurszkabessemera

1856

Powstaje wielki piec wynalazca James Beaumint Neilson1828

Mistrz Araham Darby, angielski rzemielnik wprowadza koks zamiast wgla do wytopu elaza

1709

Georgius Agricola (niemiecki fizyk) publikuje De Re Metallica1556

Hettyci (j.w)

1 400 p.n.e

PIERWSZE METALE W HISTORII CZOWIEKA

~ 6.000 lat p.n.e. zoto mied?

stan rodzimy

~ 4.000 lat p.n.e. ? Redukcja rudy miedzi (prawdopodobnie jako produkt uboczny wypalania ceramiki)

KUCIE

przerbka plastyczna

ODLEWANIE

REDUKCJA RUD METALI

za pomoc wgla drzewnego

3.000 lat p.n.e.Egipt

zoto srebro mied

cyna ow antymon rt

Pierwsze wykorzystywane przez ludzko metale to zoto i srebro, metale rzadkie, przez to cenne, odporne na rodowisko cho nie byy potrzebne do codziennego uytku. Ich niesychana plastyczno spowodowaa, e atwo byo wyrabia z nich pikne ozdoby oraz naczynia, jak przykadowo zote nagrobne maski.

Przykad wyrobu wykonanego technik trybowania - tzw. maska Agamemnona, wykonana ze zota (Mykeny, XVI w. p.n.e.)

Zoty hem Meskalamduga -

wadcy Ur

(trzecie tysiclecie p.n.e.)

Stoek kultowy ze zotej blachy

(obecne Niemcy,

3200 p.n.e.)

Zoty skarb scytyjski z Witaszkowa

Grne okucie pochwy miecza

Zote okucie w

ksztacie ryby

Zoto yy zota w kwarcu lub samorodki

Pozyskiwanie:

Kruszenie kwarcu

Mieszanie z wod

Przecedzenie przez owcze runo (Zote runo i Argonauci?)

Zoa tylko w Egipcie na pustyni nubijskiej

Elektrum - minera z grupy

pierwiastkw rodzimych

bdcy stopem zota i srebra (ponad 20%), z niewielk iloci miedzi oraz elaza. Nazwa wywodzi si od bladotej barwy przypominajcej bursztyn (ac. electrum = bursztyn).

Minera bardzo rzadki.

Etruscy jedcy.Srebrna plakietka z dodatkami z elektrum, ok. 540520 p.n.e.

Pocztkowo, 1300 r. p.n.e., podczas otrzymywania zota, srebro byo odpadem separacja polegaa na wielokrotnym podgrzewaniu stopu zota i srebra z sol, ktra czc si ze srebrem tworzya chlorek srebra ktry by wylewany

Ok. 3000 r p.n.e. - Egipt - zotnictwo przeywa swj rozkwit.

Rzemielnicy znaj m.in.: klepanie, kucie, spawanie i cicie metali szlachetnych.

Rozwija si sztuka kucia zota i srebra oraz pozacania- aby uzyska cienkie patki metalu, zotnicy ukadaj form, czyli stos cienkich blaszek z metali

szlachetnych, poprzekadanych skr, na pyt z kamienia. Nastpnie na takim

kowadle uderzaj mocno kamieniem a do uzyskania cienkich patkw metalu.

Do posrebrzania i zocenia wykorzystywano zjawisko adhezji, materia za

nakadano bardzo cienkimi warstwami (0,001 mm!).

(historyk staroytnego Rzymu, Caius Plinius Modszy, podaje, e z 1 uncji-

31,7g- zota mona otrzyma 750 kwadratowych arkuszy o szerokoci 4

palcw)

Wytwarzanie drutu i acuszkw - Stosujc kucie metalu, wytwarzano gruby drut. Nie cigniono dugich drutw, lecz spawano wykute uprzednio kawaki,

uzyskujc podan dugo. Poszczeglne kawaki drutu byy zaginane w

ogniwa acucha i spawane na kocach, tworzc cao.

Ok. 2200r p.n.e. Sumer - piknie zdobione naczynia ze zota i lazurytu. Jednolite puchary ze zota wytwarzano z klepanych zotych pytek lub

odlewano w piaskowych formach.

Zoto jako metal szlachetny, posiadajcy szczeglne waciwoci (np. odporno na korozj), bardzo wczenie znalazo zastosowanie w medycynie.

Rzymianie ju ok. 400 r. p.n.e. ze zota wykonywali m.in. mostkidentystyczne i sztuczne zby. Techniki tej nauczyli si od Etruskw, ktrzy jako pierwsi robili sztuczne zby ju ok. 700 r. p.n.e.

Z opisw znajdujcych si w Biblii wiadomo, e dostojnicy i kapani ubierali si w szaty przetykane zotymi nimi, ktre s niczym innym jak bardzo cienkim drutem.

Kopia oryginalnego

rzymskiego mostka

dentystycznego wykonanego

ze zota z ok. 400 r. p.n.e.

Due zapotrzebowanie na zoto i srebro doprowadzio do rozwoju metod pozyskiwania amalgamatowanie

Mielenie rudy zawierajce cenne metale

Wymieszanie z rtci (rt rozpuszcza te metale, tworzc amalgamaty, natomiast nie zwila pozostaych skadnikw rudy,

ktre dziki temu mona oddzieli)

Destylacja rtci

Pozostaoci podestylacyjne zawieraj due iloci metali

Srebro wydobywano z rud oowiu (galena)

Redukcja rudy do oowiu i srebra

Kupelacja - utlenianie oowiu i srebra w pytkich porowatych misach np. z popiou kostnego (kupelach), przez ogrzewanie do temperatury

powyej 961C; Odparowanie tlenku oowiawego i jego absorpcja w okruchach ceramicznych lub kostnych; w misie pozostawaa kulka

czystego srebra

Niska wydajno z 1 tony oowiu pozyskiwano 0,5 kg srebra

Zajmowano si take jego faszowaniem - receptura z tebaskiego papirusu na faszywe srebro (amalg