מתכות ונתכים

חומרים מתכתיים

מתכות מתאפיינות במספר רב של אלקטרונים הנעים בתוך ענן אלקטרונים. המתכות מתאפיינות בהולכה תרמית וחשמלית גבוהות, ברק, צפיפות גבוהה (כבדות יחסית), משיכות (יכולת עיבוד פלסטי), חסינות טובה לשבר, עמידות גרועה בסביבות אגרסיביות.

האטומים בחומר מתכתי מסודרים במבנה גבישי. קיימים שלושה מבנים (תאי יחידה) אופייניים עיקריים למבנה מתכתי: FCC, BCC, HCP.

דוגמאות למתכות: זהב (Au), כסף (Ag), ברזל (Fe), נחושת (Cu), עופרת (Pb), בדיל (Sn), אלומיניום (Al), אבץ (Zn), מגנזיום (Mg), טיטניום (Ti), ניקל (Ni), כרום (Cr) ונתרן (Na). למעשה מרבית היסודות בטבלה המחזורית הם יסודות מתכתיים.

שימושים: בניינים, גשרים, מכוניות, מטוסים, רכבות, מנועים, ביו-רפואה (שתלים), מגנטים.

הידעת! - שימושי מתכות:

* מתכות תעופתיות – מתכות בעלות משקל סגולי נמוך וחוזק גבוה. שילוב מתכות אלה בבניית מטוסים מפחית ממשקלו הכולל של כלי הטייס ומשפר את ביצועיו. מתכות בולטות בקבוצה זו הם אלומיניום, טיטניום, מגנזיום וסגסוגותיהם.

* שימוש בפלדות אל-חלד (המוכרות בשם המסחרי נירוסטה) שכיח בתעשייה הכימית ובתעשיית המזון.

* חלקי מבנה – שלד של מבנים ומפרופילים של מבנים עשויים מפלדות מסחריות.

* גלגלי שיניים ומיסבים מיוצרים מסגסוגות כדוגמת פלדות שונות, המצטיינות ביכולת לעבד אותן ולהשחיזן לרמת פני שטח גבוהה מחד ובעמידות גבוהה בפני מעיכה ושחיקה מאידך.

* מתכות לכורי כוח אטומיים – מתכות רדיואקטיביות המשחררות אנרגיה בעת התפרקותן ומשמשות כדלק לכורים אטומיים. מתכות בולטות בקבוצה זו הם האורניום והפלוטוניום.

מטלורגיה

המטלורגיה היא תורת המתכות. הבסיס העיוני לתורת המתכות פורסם בשנת 1556 בספרו של המלומד הגרמני גאורגיוס אגריקולה (Georgius Agricola), הנקרא: De Re Metallica.

גאורגיוס אגריקולה (1494 – 1555) היה רופא במקצועו, שטיפל בעובדי מכרות בגרמניה. בתמורה לטיפולו הרפואי המסור לימדו אותו הכורים את סודות המקצוע, אותם תעד אגריקולה באופן מפורט ומאויר בספרו הנודע. במשך כמאתיים שנה היה ספר זה מקור הידע המרכזי לכימאים, כורים במכרות וחרשי מתכות. בעקבות הספר נחשב אגריקולה לאבי המטלורגיה והמינרלוגיה וכן לאחד ממייסדי תחום הרפואה הסביבתית. ספרו של אגריקולה היה בעל חשיבות מדעית כה רבה, עד אשר בשנת 1912 הספר תורגם לאנגלית על ידי הגיאולוגית לו הובר ובעלה הרברט הובר, מהנדס מכרות, שלימים הפך להיות נשיאה ה-31 של ארצות הברית.

המטלורגיה עוסקת בהבנת הקשר שבין החומר לבין תהליכי ההפקתו וייצורו, וכיצד הללו משפיעים על תכונות החומר. כיום כוללת המטלורגיה שלושה תחומים עיקרים: 1. הפקת מתכות, 2. עיבוד מתכות, 3. חקר ואפיון מתכות.

מקצוע זה, שראשיתו מבחינה מעשית (אך לא מדעית) בימי קדם, האדם החל להפיק נחושת מעופרותיה ולייצר כלי נחושת, עוסק בשיטות להפקת מתכות ובאופן עיבודן לקבלת צורה ותכונות רצויות (כולל טכניקות יציקה, טיפולים תרמיים ושיטות עיבוד). ההערכה היא שעוד לפני שנת 4000 לפנה"ס האדם השתמש במתכות אשר נמצאו על פני הקרקע, למשל מתכות שמקורן בשרידי מטאור, לייצור תכשיטים, ולעתים אף לייצור כלים. המתכות שבהן השתמשו בזמנים קדומים אלו היו נחושת, זהב, כסף, עופרת, נחושת וברזל, והעיבוד שלהן כלל ריקוע באמצעות פטיש.

הידעת! - הידע שהצטבר בתורת המתכות ובהפקתן ממהלך השנים מהעת העתיקה ועד לעת החדשה אפשר לימים לאברהם דרבי (Abraham Darby), חרש ברזל אנגלי, להפיק בשנת 1709 ברזל מעפרותיו, על ידי שימוש בתנור גדול מימדים, המכונה "תנור רם" (blast furnace). בתהליך שפתח אברהם דרבי מקור האנרגיה היה פחמי אבן ולא בפחם עץ, כפי שהיה מקובל עד אז. תגליתו זו של דרבי בשרה את בואה של המהפכה התעשייתית, שבמרכזה עמד המעבר משיטות ייצור ידניות לייצור תעשייתי. כיום המטלורגיה היא תת-תחום של מקצוע המדע והנדסת חומרים, הבוחן את התכונות הפיזיקאליות והכימיות של חומרים מתכתיים, כולל יסודות, סגסוגות ותרכובות בין-מתכתיות וכן את תהליכי הייצור והעיבוד של אותם חומרים.

הידעת! - אופן פעולתו של תנור רם. חומרי גלם: פחם (קוקס) המשמש לבערה, מינרל ברזל (Fe₂O₃), אבן גיר (CaCO₃), ופחמן-חמצני (CO).

אופן ההכנה: 1. מכניסים פחם לתנור רם. 2. מוסיפים את העפרות לתנור. 3. מתחילים להזרים אויר במפוח (מעלה את הטמפרטורה בתנור ועוזר לבערה של הפחם). 4. התכת הברזל וזיקוקו (הפרדה לברזל ולאי-ניקיונות) באמצעות שרשרת ארוכה למדי של תגובות כימיות בין חומרי הגלם.

הידעת! - המהפכת התעשייתית - באמצע המאה ה-18 התרחשו באנגליה שורה של שינויים טכנולוגיים, שהביאו לידי המהפכה התעשייתית, שהתפשטה מאנגליה לשאר אירופה וארה"ב. מדובר בתהליך מדורג של מעבר משיטות ייצור ידניות לשיטות ייצור במכונות תעשייתיות, שהביא עמו שינויים חברתיים וכלכליים. שתי התגליות משמעותיות אפשרו התהוות מהפכה זו: הראשונה, פיתוח שיטה להפקת ברזל בעזרת שריפת פחם כמעט טהור הקרוי קוקס (Coke) ושימוש בתנור רם, והשנייה היא המצאת מנוע הקיטור. המהפכה החדירה מיכון בייצור החקלאי והובילה להגברת העיור. בתחילת המאה ה-20 נולד מדע המתכות, המטלורגיה. בשנת 1913 הומצא הפלב"ם בעל העמידות המצוינת בשיתוך (קורוזיה).

מחזור מתכות

מחזור היא פעולה שמטרתה שימוש חוזר במתכת. השיקולים למחזור משלבים בין שיקולים כלכליים לשיקולים סביבתיים. במחזורן של מתכות נהוג להבחין בין מתכות ברזליות לאל-ברזליות.

מתכות ברזליות כוללות גרוטאות של חלקי מכוניות ישנות וכן פחיות שתיה העשויות מפלדה. חלקי ברזל ופלדה אלו מועברים להתכה במפעלי פלדה. מחזור פסולת פלדה ומתכות ברזליות נעשה במפעלי התכה בתנורים שעובדים בטמפרטורה של כ-1800 מעלות צלזיוס.

מתכות אל-ברזליות כדוגמת נחושת ואלומיניום, נאספות על ידי גורמים שונים ומועברות למפעלי יצור שונים כחומר גלם ליצירת מוצרים חדשים. פסולת המתכת שנאספת ממוינת בהתאם לסוג המתכת, לאחר מכן היא מוכנסת לתנור ומותכת, ולבסוף נוצקת לתבניות ליציקת חומרי גלם ומוצרים חדשים.

יתרונות מחזור המתכת: 1. חיסכון במשאבי טבע. 2. חיסכון באנרגיה. 3. הפחתת כמות הפסולת המוצק.

חסרונות המחזור: עשוי לזהם ולא תמיד כלכלי.

זהב

הזהב (Au) הוא יסוד מתכתי אציל (יציב מבחינה כימית ואינו נוטה להגיב עם חומרים אחרים), שמספרו האטומי 79. הזהב הוא אחת המתכות הראשונות ששמשו את האדם בעת העתיקה ולאורך ההיסטוריה האנושית. הוא נחשב סמל למעמד רם, ליוקרה ולעושר. זהב טהור הוא חומר רך ולכן על מנת לשפר את תכונותיו המכניות מקובל לסגסג את הזהב עם מתכות נוספות, כדוגמת נחושת וכסף.

הידעת! - אוצר הזהב הקדום בעולם לא נתגלה בשומר, במצרים, או ביבשת אמריקה שלפני קולומבוס, אלא נתגלה בשנת 1972 בבולגריה, בנקרופוליס (עיר מתים) מהתקופה הכלקוליתית, ליד העיר ורנה (Varna). עד כה נחקרו בעיר המיתים 294 קברים, שבתוכם נתגלו למעלה מ-3000 חפצי זהב. האוצר בעל ערך רב, משום שהמדענים מיחסים אותו לאלף השישי לפנה"ס. התגלית הסנסציונית עוררה שאלות רבות בנוגע לציוויליזציות עתיקות באיזור בולגריה. אוצר ורנה מושך עד היוםאת תשומת לבם של תיירים רבים לצד ארכיאולוגים וחוקרים מרחבי העולם.

כסף

הכסף (Ag) הוא יסוד כימי מתכתי שמספרו האטומי 47, בעל גוון אפור-בהיר (כסוף). הכסף הוא מתכת רכה, בעל מוליכות חשמלית ותרמית מצוינות. זוהי אחת המתכות הראשונות בהן השתמש האדם בעת העתיקה. כיום משתמשים בכסף ייצור תכשיטים, מטבעות וחפצים דקורטיבים, וכן בתעשיית המיקרואלקטרוניקה.

הידעת! - Metal Clay - מדובר בפטנט יפני שהומצא בשנות ה-90 של המאה ה-20. חומר מרוכב העשוי מחלקיקי מתכת כדוגמת זהב, כסף, נחושת וברונזה. החומר מכיל מטריצה אורגנית פולימרית (מעין שעווה) המאגדת חלקיקי מתכת ומים ספוחים. המטריצה מאפשרת לעבוד עם חומר זה בדומה לפלסטלינה. קל לעבד אותו לצורה הרצויה. לאחד מכן מיבשים את החומר באויר ושורפים אותו בתנור לטמפרטורה גבוהה, אשר שורפת את השעווה האורגנית ומחברת בין אטומי המתכת באמצעות מנגנוני דיפוזיה. התוצאה היא חפץ מתכתי קל משקל ונקבובי. טכניקה זאת משמשת לייצור תכשיטים, פסלים קטנים וחרוזים.

נחושת

הנחושת (Cu) היא יסוד כימי מתכתי שמספרו האוטמי 29. הנחושת היא מתכת כתומה המוליכה טוב חשמל וחום, משיכה וקלה לעיבוד, בעלת ריאקטיביות כימית נמוכה. באווירת לחות הנחושת נוטה ליצור תחמוצת ירוקה הקרויה פטינה. שכבת תחמוצת זאת מגינה על הנחושת מפני קורוזיה. קיימים שני נתכי נחושת שימושיים, הברונזה והפליז. הברונזה היא שילוב בין נחושת לבין בדיל (Sn), הפליז הינו נתך של נחושת ואבץ (Zn).

שימושים של נחושת ונתכיה: חוטי חשמל, צינורות, מערכות קירור, תעשיית האלקטרוניקה, מטבעות, רהיטים, כלי נגינה, רכיבים תעשייתיים (צינורות,שסתומים, מוטות) חפצי אומנות ותכשיטים, אריחים לציפוי קירות חיצוניים של מבנים וחיפוי גגות.

הפקת נחושת מעופרותיה

1. קלייה - מינרלים עשירים בנחושת (בצר סולפידי) מחוממים בתנור ל-500 מעלות צלזיוס והופכים לבצר אוקסידי.

2. חימום - בצר נחושת אוקסידי מחומם ל- לטמפרטורה של בערך 1200 מעלות צלזיוס, והופך לנחושת נקייה בתהליכי חימצון/חיזור.

הידעת! - נחושת כלקוליתית - בשנות השישים של המאה העשרים נעשתה חפירה ארכיאולוגית גדולה במדבר יהודה בניסיון לאתר את המגילות הגנוזות. במסגרת חפירה שנוהלה על-ידי הארכיאולוג פסח בר-אדון נתגלתה בנחל משמר מערת מטמון ובה אוסף של למעלה מ-400 פריטים מהתקופה הכלקוליתית, המתוארכים בערך ללפני 6000 שנה. המונח כלקולית מקורו ביוונית ופירושו נחושת ואבן. המטמון כלל מגוון חפצי מתכת וביניהם עטרות, קנים, ראשי אלות, וחפצים מחומרים נוספים כגון שנהב ושיני היפופוטם. ההנחה המקובלת היא שמדובר בחפצי קדושה ממקדש עין-גדי, המרוחק כ-12 ק"מ ממערת המטמון, ששימשו ככל הנראה למטרות פולחן וטקסים דתיים. החפצים והכלים הפשוטים במטמון יוצרו מנחושת שמקורה בארץ ישראל, באמצעות טכניקה פשוטה של שימוש ב"תבנית פתוחה". לעומתם החפצים המורכבים יוצרו מנתכי נחושת המכילים אנטימון, ניקל, ארסן, הללו הוכנו באמצעות שיטת "השעווה האבודה" או "השעווה הנעלמת", המשלבת בין טכנולוגיות של קדרות וייצור חומרים קרמים לבין טכנולוגיות של ייצור מתכות. ממצאים אלו מעלים בין השאר כמה שאלות: מהיכן הגיעו האנטימון, הניקל והארסן, יסודות שמקורם אינו במחצבי ארץ ישראל? מדוע לא נמצאו חפצי נחושת שהופקו באותה התקופה באמצעות טכניקת השעווה האבודה במקומות אחרים בעולם? הבדלי החומרים והטכנולוגיות בין חפצי המתכת הפשוטים ליקרים מצביעים על שיקולים הנדסיים והבנה מטלורגית של היוצר.

הידעת! - תקופת הברונזה - בערך בשנת 4,500 לפנה"ס החלו בני האדם להשתמש בנחושת. בהמשך גילו בני האדם שאת מטילי הנחושת המותכים באש אפשר לצקת לתוך תבניות לקבלת צורות מורכבות ומתוכננות מראש. סביב שנת 3,300 לפנה"ס התגלה כי התכת נחושת עם בדיל (Sn) יוצרת נתך הקרוי ברונזה (בעברית: ארד). הסגסוגת שהתקבלה הייתה חזקה וקשיחה יותר מהנחושת הטהורה, והתאימה כעת לייצור כלי עבודה וכלי נשק חזקים ועמידים בשחיקה. תקופת הברונזה החלה במזרח התיכון עם המעבר לייצור כלי ברונזה ובמקביל לתהליך העיור במצרים ובמסופוטמיה. לצורך יצירת כלים משוכללים, יצקו את הברונזה לתבניות בעלות צורה רצויה, וכך התקבלו כלי חיתוך משובחים, כמו גרזנים וסכינים. בעקבות הביקוש לברונזה, נוצרו קבוצות של כורים וחרשי-מתכת. יצירת כלי נשק מברונזה גרמה לעלית אצולות לוחמים והביאה למהפכה חברתית-תרבותית במזרח הקדמון. בארץ ישראל נמשכה תקופת הברונזה בין השנים 3,000 ל- 1,150 לפנה"ס.

פליז

פליז הוא נתך שימושי של נחושת-אבץ (Cu-Sn). צבע הפליז משתנה בהתאם לריכוז האבץ. כאשר יש מעט אבץ בחומר, צבעה כתום-אדמדם, וכאשר שיעור האבץ עולה, צבע הנתך נהיה צהבהב-זהוב. חפצים עשויים פליז, מ-1000 לפנה"ס נמצאו באזור המזרח התיכון. לפליז תכונות מכניות העולות על אילו של הנחושת הטהורה (חוזק, קשיות), אך מוליכותה החשמלית נמוכה יותר. שימושים: חפצי נוי, כלי נגינה, ידיות לדלתות, אהילים, פמוטים. בעבר שימש הפליז ליציקת תותחים. פליז עד 39% משקלי אבץ קרוי פליז אלפא. זוהי פאזה רכה ומשיכה. החל מ-39% משקלי אבץ (ועד ל-46%) מתקבל בטמפרטורת החדר מבנה המורכב משתי פאזות (אלפא וביתא פריים). גרעיני פאזה ביתא פריים נראים כהים במבט מבעד למיקרוסקופ האופטי, הם מתאפיינים במבנה מחטי ובקשיות גבוהה (להבדיל מפאזת אלפא הרכה). נתך אלפא-ביתא פריים הוא חומר בעל תכונות מכניות טובות וכושר שיבוב טוב, אך ניתן לעיבודו עיבוד פלסטי בחום בלבד. התכונות המכניות של נתך זה ניתנות לשליטה ולשינוי בהתאם לאופן החימום ולקצבי הקירור השונים שלאחריו.

ברזל ונתכיו

ברזל (Fe) - חומר שצבעו אפור מבריק, מוליך טוב חשמלית ותרמית, משיך (קל לעיבוד), בעל תכונות מגנטיות, והינו חומר קל למחזור. הייסוד ברזל מהווה כ-32% מהרכבו הכימי של כדור הארץ. המחיר הנמוך והתכונות המכאניות המצוינות הם ההופכים את נתכי הברזל לחומרים נפוצים מבחינה הנדסית. הבעיה העיקרית של הברזל ונתכיו היא נתייתם להגיב מבחינה כימית עם הסביבה, מה שגורם לרגישותם הסביבתית - הברזל מגיב עם החמצן שבאויר, יוצר תחמוצת לא יציבה הקרויה בשפת היום-יום חלודה, שצבעה כתום, מה שגורם להתפוררות והרס החומר (קורוזיה).

פלדה - קבוצה של נתכי ברזל המכילה כמויות קטנות של פחנן (מתחת ל-2% משקלי פחמן). הפלדות מתאפיינות בחוזק גבוה וחסינות מצויינת לשבר. פלדת אל-חלד, הקרויה בקיצור פלב"מ (stainless steel), הינה פלדה דלת-פחמן המכילה למעלה מ- 10% כרום (Cr). תוספת כזאת של כרום היא המקנה לפלדה את עמידותה בקורוזיה (שיתוך). שימושים של ברזל ופלדות: שלד לגשרים, שלד לגורדי שחקים, רכיבים אלקטרונים, מסילות ברזל, מכוניות, מגנטים, מוצרי ספורט, צעצועים, מכונות תעשייתיות, מטבעות ועוד. פלדות משמשות לבניה וייצור של מסילות ברזל, רכבים, שלדת בניינים, גשרים, פחיות שתייה, כלי מטבח, גלגלי שיניים, להבים של סכינים, אולרים וחרבות, קפיצים, מסמרים, מחטים, שתלים, וכלי עבודה.

אחת הדיאגראמות פאזות החשובות והשימושיות ביותר מבחינה הנדסית היא דיאגרמת פאזות שיווי-משקלית של ברזל-פחמן (Fe-C). בדיאגרמה זו מופיע הברזל הנקי (טהור) בצידה השמאלי של הדיאגרמה, ואילו בצידה הימיני של הדיאגרמה מופיעה פאזה הקרויה צמנטיט (Fe₃C), שהיא תרכובת בין ברזל לפחמן (קרביד-הברזל). בטמפרטורת החדר הברזל נמצא בפאזה רכה ומשיכה, המכונה פריט, המתאפיינת במבנה תא יחידה קובי ממורכז-גוף. אם נסתכל על פאזת הפריט מבעד למיקרוסקופ נראה גרעיני חומר בהירים, המוקפים בגבולות גרעין כהים. כאשר נחמם את הברזל הטהור לטמפרטורה 912 מעלות צלזיוס, הברזל יעבור שינוי מבני לפאזה הקרויה אוסטניט, בעלת תא יחידה קובי ממורכז-פאה. בטמפרטורה 1394 מעלות צלזיוס יתרחש שוב מעבר פאזה והברזל יחזור להיות בעל תא יחידה קובי ממורכז-גוף (פאזה דלתא פריט). כאשר נוסיף לברזל כמויות נמוכות של פחמן (עד 0.8% משקלי פחמן) נקבל בטמפרטורות החדר תערובת של שכבות פריט וצמנטיט, המתחלפות ביניהן לסירוגין, מבנה זה קרוי פרליט. לעומת זאת בטמפרטורות יותר גבוהות, בהן הפריט הופך לאוסטניט, מתקבלת תערובת של אוסטניט וצמנטיט, הקרויה לדבוריט.

ברזל יציקה - נתכי ברזל המכילים מעל 2% משקלי פחמן ו-3-1% משקלי סיליקון. נתכים אלה נועדו להיות ייצוקים לצורתם, במקום להיות מעובדים במצב מוצק. הם בעלי ערכים נמוכים יחסית של חוזק לנגיפה ומשיכות, דבר המגביל את השימוש בהם.

ברזל יציקה אפור - הרכב משקלי 4-2.5% משקלי פחמן ו-3-1% משקלי סיליקון. בדרך-כלל מבנה של פתיתי/תולעי גרפיט המוקפים בפריט או בפרליט. מדובר על פלדה חלשה ופריכה מבחינה מכנית. המיקרו-מבנה של ברזל היציקה האפור יכול להשתנות שינויים בהרכב (הפחתת כמות ה- Si) או על-ידי קירור בקצבי קירור מהירים. יתרונות: עמידות טובה בויברציות ובשחיקה. בנוסף במצב המותך, לנתך זה זרימות טובה בטמפרטורת היציקה. ברזל יציקה אפור הוא החומר הזול ביותר מבין הנתכים המתכתיים התעשייתיים.

ברזל יציקה לבן - הרכב משקלי 4-2.5% משקלי פחמן ופחות מ-1% סיליקון. כאשר ריכוז ה- Si נמוך וקצבי הקירור גבוהים יחסית, רוב הפחמן יופיע בצורת צמנטיט ולא בצורת גרפיט. משטח השבר של נתך זה נראה בהיר ומכאן בה השם ברזל יציקה לבן. ברזל היציקה הלבן הוא מאוד קשה אך גם מאוד פריך, וקשה מאוד לעבדו, דבר המקטין את השימוש בו. השימושים של ברזל יציקה לבן הם רק עבור מקרים בהם נדרשת קשיות מאוד גבוהה ועמידות טובה בשחיקה, לדוגמה גלגיליות של מערגלים, או כדורי טחינה במטחנות.

ברזל יציקה חשיל - הרכב משקלי 4-2.5% משקלי פחמן ופחות מ-1% סיליקון. חימום של ברזל יציקה לבן לטמפרטורה של 900-800oC גורם לפרוק הצמנטיט ולהתבדלות של גרפיט בצורת שושנים (רוזטות), המוקפות על-ידי מטריצה של פריט ופרליט (תלוי בקצב הקירור). לברזל יציקה חשיל ישנו חוזק גבוה ובנוסף הוא חומר משיך ונוח לעיבוד. שימושים: מוטות הילוכים, חלקים שונים בתעשיית הרכב, חלקי שסתומים.

הידעת! - על אבירים וחרבות פלדה - תקופת ימי הביניים מזוהה עם אגדות המלך ארתור וחרבו האגדתית "אקסקליבר", שלה יוחסו כוחות מאגיים. כמו כן נקשרים ימי הביניים עם סיפורי אבירים בשריון מתכתי כבד, הרכובים על סוסים כשהם אוחזים בחרבות מתכת נוצצות, ויוצאים למסעות רחוקים. מסעי הצלב משכו אבירים שחיפשו קרבות שיביאו להם ממון, רכוש, הרפתקאות ותהילה. תדמיתם הזוהרת של אותם אבירים קשורה לשריונם הנוצץ והמתכתי ולחרב הברזל המחושלת שלהם, ועקב כך לאותם חרשי מתכות שעסקו בימי הביניים במלאכת המטלורגיה, שאפשרה את אבזור האבירים במסעותיהם.

הידעת! - מיתריל - היא מתכת בדיונית מתוך כתבי הפנטזיה של ג'ון רונלד רעואל טולקין אודות הארץ התיכונה. מתכת זו מתוארת כדמוית כסף, אך חזקה יותר מפלדה אך הרבה יותר קלה ממנה במשקל. הגמישות של המיתריל, כמו גם השימוש שנעשה בה לצורך יצירת תכשיטים, עשויים לרמוז כי קיים דמיון בין מיתריל לבין פלטינה, בעוד חוזקה של המיתריל וקלילותה מזכירים את טיטניום. המיתריל מוזכרת לראשונה בספר "שר הטבעות", ומאוחר יותר - במהדורה השלישית והמתוקנת של "ההוביט" משנת 1966. ב"שר הטבעות" כותב טולקין כי המיתריל נמצאה רק בקְהָ‏זָ‏ד דוּ‏ם אשר בארץ התיכונה, שם נכרו עופרות המתריל על ידי הגמדים.

חיסום פלדות הינו תהליך שבו מחממים פלדה לטמפרטורה אוסטניטית ומצננים אותה במהירות במים. הקירור המהיר של הפלדה בנוכחות ריכוז פחמן גבוה בהרכבה גורם לכך שבמצב "מחוסם" יש לפלדה מבנה גבישי מיוחד במינו דמוי מחטים, הנקרא מרטנזיט, בעל תא יחידה מאורך ומעוות הקרוי BCT. המרטנזיט היא הפאזה הקשה והפריכה ביותר המוכרת בפלדה, ומכאן שהיא בעלת התנגדות מרבית לשחיקה. אטומי הברזל שואפים לעבור פאזה, אולם לאטומי הפחמן אין אפשרות לצאת ממקומם בתא היחידה המעוות; התוצאה היא קבלת מבנה קשה אך פריך, הנראה מבעד לעדשת המיקרוסקופ כדסקיות או כמחטים.

הרפיה - טיפול תרמי המבוצע לפלדות לאחר חיסומן, על-מנת לשחרר את החומר ממאמצים פנימיים כך שיהיה פחות פריך.

פיחמון (carburizing) הוא תהליך שמטרתו להקשות את פני השטח של החלק, בעוד ליבת החלק נשארת רכה, משיכה ועמידה בפני זעזועים. תהליך זה מתבצע על ידי החדרת פחמן לפני השטח של החלק בתהליך דיפוזיוני, בטמפרטורה שבה הפלדה נמצאת במבנה אוסטניטי, המתאפיין ביכולתו הגבוהה של החומר להמיס פחמן. מקובל לעיתים קרובות לשלב בין תהליך הקרוי פיחמון לבין תהליך החיסום.לאחר קירור מהיר (חיסום) של הפלדה, תיווצר בשכבה החיצונית של החלק פאזת מרטנזיט, בעלת קשיות גבוהה והתנגדות מצוינת לשחיקה, אולם ליבת החומר תישאר במבנה פריטי, המאפשר לחומר עמידות מצוינת בזעזועים.

עיבוד מתכות - מתכות ניתנות לייצור ועיבוד בדרכים רבות ומגוונות. צורת עיבוד המתכת נקבעת לפי צורת המוצר המבוקש, תכונותיו המכניות והדיוק הדרוש לפעולתו.

יציקה - צורת ייצור ועיצוב עתיקה מאד המקובלת במתכות עד היום. בתהליך זה מחממים את המתכת עד שהיא עוברת למצב צבירה נוזלי, ולאחר מכן יוצקים אותה כנוזל לתבנית. בתום הקירור והתמצקות המתכת מופרדת התבנית ומתקבלת הצורה הרצויה.

סנטור - תהליך הקרוי גם מטלורגיית אבקות - תהליך זה מבוסס על חימום ודחיסה של אבקות מתכתיות בהתליך דיפוזיוני. מאפשר לערבב אבקות מחומרים שונים ולקבל חומר בעל קשיות גבוהה, העומד בטמפרטורות גבוהות. בעזרת סנטור ניתן לייצר סכיני גילוח.

ערגול - שיטה לעיצוב מוטות וייריעות מתכת באמצעןת גלגליות תוך כדי הפחתת עובי החומר. שיטה זו מזכירה את האופן שבו ניתן לרדד בצק באמצעות מארוך, והיא מתבססת על יכולתן של מתכות לעבור דיפורמציה פלסטית באמצעות מנגנונים של תנועת נקעים בחומר המתכתי.

משיכה - תהליך המשמש לעיצוב חוטים ומוטות בהתסמךעל יכולתן של מתכות לעבור דיפורמציה פלסטית באמצעות תנועת נקעים בחומר. בתהליך זה מושחל מוט דרך חור (טבע) ונמשך לאורך הרצוי.

ריתוך - חיבור חלקי מתכת על-ידי התכתם באופן מקומי (תהליך דיפוזיוני). במהלך הריתוך מנקים את פני השטח של המתכת, ואז מצמידים את חלקי המתכת זה לזה, מחממים את שטח המגע לטמפרטורה גבוהה עד שהמתכות ניתכות באותו מקום. כאשר המתכות מתקררות הופכים החלקים לגוש מוצק אחד.

עיבוד שבבי - תהליך עיבוד אשר במהלכו מסירים שבבים מגוש מתכת. לא כל המתכות נוחות לעיבוד שבבי. עופרת למשל, אינה נוחה לעיבוד כזה מאחר והיא יוצרת שבבים גדולים מאד. הפליז, לעומת זאת, יוצר שבבים קטנים ולכן הו נוח לעיבוד שבבי. תהליך זה משמש להתאמתם המדויקת של חלקים המתקבלים בכל תהליכי העיבוד.

השחזה וליטוש - עיבוד מתכות באמתעות ניירות השחזה, בדי השחזה ואבקות ליטוש עשויות מחומרים קרמיים כדוגמת סיליקון-קרביד, אלומינה, סיליקה ואבקת יהלום, להשגת פני שטח חלקים וגימור עיבוד נקי וחלק של פני השטח.

אלומיניום

אלומיניום (Al) היא מתכת אפורה, קלה ורכה, הניתנת לעיבוד בקלות, מוליכה טוב חשמל וחום ובעלת עמידות טובה בקורוזיה. חומר קל למחזור.

שימושים: שילדה קלה, מסגרות לחלונות, דלתות ורהיטים, צינורות, שלדת מטוסים, פחיות לשתיה, תעשיית הרכב, כלי שייט, רכיבים אלקטרונים, מארזים, פסלים, כלי מטבח.

הידעת! - במאה ה-20 החליף מנוע הבעירה הפנימית את מנוע הקיטור. בשנת 1903 ביצעו האחים רייט בפעם הראשונה בתולדות ההיסטוריה האנושית טיסה בכלי טיס כבד מן האויר, ממונע בבעירה פנימית ובעל יכולת בקרה. המטוסים הראשונים היו עשויים מעץ ומאריג. לקראת מלחמת העולם השנייה, כבר היו בשימוש מטוסים ששלדתם הייתה עשויה מנתכי אלומיניום ומטוסי סילון החלו להופיע לקראת סופה.

זיקון - תהליך המורכב מטיפול המסה ומטיפול נוסף לפירוק מבוקר של תמיסה רווית יתר. התהליך מבוסס על ירידת התמוססותו של מומס בממיס עם ירידת הטמפ'. תחילה מבצעים הומוגמזציה מלאה של המסג בטמפ' הנמצאת באיזור חד-פאזי, משהים עד גמר ההמסה וההומוגניזציה, ומקררים במהירות. קיבלנו תמיסה רווית יתר. בשלב השני מחממים את המסג מחדש לשליש מטמפ' ההומוגניזציה, משהים את המסג עד להופעת מתבדל עדין. עוצרים את התגובה על-ידי צינון המסג.

טמפרטורת הטיפול התרמי לזיקון (לאחר טיפול המסה וחיסום) תקבע את התכונות המכניות, החשמליות והסביבתיות של נתכי אלומיניום. ככל שהטיפול יתבצע בטמפרטורה נמוכה יותר כך ניתן להגיע לחוזק גבוה יותר (אך גם ירידה במשיכות, בהולכה החשמלית ובהתנגדות לקורוזיה). טמפרטורת הטיפול התרמי תלויה בסוג החומר והרכבו ונקבעת לפי התכונות שמעוניינים להשיג. טיפולי זיקון מבוצעים בעיקר לנתכי אלומיניום, נתכי טיטניום, נתכי ניקל ופלב"מים המחוזקים במתבדלים.

טיטניום

הידעת! - שימושי הטיטניום - בשל העמידות הטובה של הטיטניום בסביבות כימיות אגרסיביות (עמידות טובה בקורוזיה), משמש הטיטניום בתעשיות התעופה האווירית ורכבי החלל ובתעשיית הביו-רפואה (שתלים וקוצבי לב). שימושים נוספים לטיטניום קיימים בתעשיות הרכב, מוצרי ספורט (אופני טיטניום, ומחבטי גולף), מחשבים, שעונים ותכשיטים. תחמוצת הטיטניום משמשת כפיגמנט לצבעים (לבן טיטניום).

הידעת! - מוזיאון גוגנהיים, בילבאו, ספרד (אדריכל: פרנק גרי) הוא מוזיאון לאמנות מודרנית שנבנה בשנת 1997 והוא ידוע במיוחד עקב צורתו יוצאת הדופן ובחירת החומרים המקורית שלו. המבנה, המחופה ברובו באריחי טיטניום, נבנה על גדות נהר ה-Nervión והוא תוכנן להזכיר בצורתו ספינה, כסמל המשקף את מיקומו בעיר הנמל בילבאו. מיד עם בנייתו הפך המוזיאון למוקד תיירות עולמי, אשר מושך אליו כמיליון תיירים מדי שנה.