冶金学

context: 冶金學屬於材料科學，是研究從礦石中提取金屬，並用各種加工方法製成具有一定性能的金屬材料的學科。冶金學也研究金屬、金屬互化物或其混合物的物理及化學特性。冶金學也是一門金屬的技術，有關金屬製造的科學，也和金屬零件的工程特性有關。金屬的製造包括從礦石中提煉金屬，以及金屬混合物以製造合金。冶金學和金屬加工的工藝不同，不過金屬加工和冶金學有關，正如隨著技術的發展，醫學和醫學科學有關一樣。冶金學可以分為鋼鐵冶金學及非鐵金屬冶金學。鋼鐵冶金學是有關鐵的合金及其製造，而非鐵金屬冶金學是以不含鐵的合金及其製造為主，世界上的金屬生產中，鐵、鈷、鎳及其有關合金的黑色金屬佔了95%。史前時代已能冶煉並使用青銅、銅、金、銀、鐵、鉛、錫等金屬。最早冶煉的金屬應該是在自然界以元素態存在的金，一個舊石器時代末期的西班牙洞穴時有發現少量的元素態金，時間約在西元前40,000年。而銀、銅、錫及隕鐵也會以自然金屬存在，配合早期文化中的金屬加工即可使用。西元前三千年埃及的武器即以隕鐵製成，當時譽為天上來的匕首。像錫、鉛及銅等金屬，只要將礦石加熱即可得到其金屬，這種冶煉方式稱為熔煉。最早用熔煉方式冶煉金屬的證據是西元前五千年至六千年之間，在塞爾維亞馬伊丹佩克的考古遺址中找到。到目前為止，最早的銅熔煉是在巴爾幹半島的Belovode，發現一個西元前5500年溫查文明的銅斧。其他早期熔煉金屬的文明約在西元前三千年，在葡萄牙的Palmela、西班牙的Los Millares、英國的巨石陣。不過如同其他史前的研究一樣，因為仍可能有新的發現，可能還會有更早期的證據出現。
qas: answers: text: 礦石
question: 冶金學是從什麼中提煉金屬?

answers: text: 醫學科學
question: 金屬加工和冶金學的有關，隨著技術發展，就有如醫學和什麼一樣?

answers: text: 非鐵金屬
question: 冶金學可以分為鋼鐵冶金學及什麼冶金法?

answers: text: 隕鐵
question: 天上來的匕首這個稱號，是以什麼素材製成?

answers: text: 巴爾幹半島
question: 至今，最早的銅熔煉技術是在哪個島嶼被發現?

context: 鐵的冶煉要比銅或錫要困難很多，冶煉方式可能是西臺人在西元前1200年發明的，開始了鐵器時代，鐵的冶煉及加工的秘密是非利士人成功的秘訣之一。許多不同的文化及文明也有煉鐵的技術，像是古代及中古時中東及近東的王國、古伊朗、古埃及、古努比亞、安那托利亞、古諾克、迦太基、古歐洲的希臘及羅馬、中古時期的歐洲、中國、印度、日本等地。許多冶金學的應用、實務及工具都是古中國發明的，例如高爐、鑄鐵、水力杵錘以及雙作用活塞風箱。歐洲約西元前一千年開始製鐵。最早使用的煉鐵爐為空氣式爐或用土石堆砌的熔鐵爐、鍛鐵爐。將洗淨的礦石與木炭一起放入爐中點火熔煉，利用自然氣流或人力風箱供應氧氣，爐裡產生一氧化碳將鐵礦還原成鐵，所得之產品再以人力捶打除去殘渣。後來利用水車帶動風箱，氧氣供給量增加，所以爐身與爐的截面積也可以加高，可裝入更多礦石及木炭，得到更大的鐵碇，由於超過人力捶打加工的限度，也以水力取代人力。由此鍛鐵爐慢慢發展成高爐。隨著高爐的增加，木炭便發生短缺的現象，即開始嘗試以煤取代木炭，至十八世紀中，英國人成功將煤炭煉成焦炭，此後爐溫增加而使產量增加。蒸氣機出現後，被用來驅動鼓風機，使鼓風量增大而使爐溫上升，產量也大幅增加。十六世紀時格奧爾格·阿格里科拉的論礦冶描述了當時高度發展的採礦、金屬提取及冶金學等知識，被譽為冶金學之父。
qas: answers: text: 鐵器時代
question: 冶煉法可能最早是西臺人在西元前1200年發明的，並且開啟了什麼時代?

answers: text: 古中國
question: 冶金學的應用及工具都是哪個國家發明?

answers: text: 人力風箱
question: 煉鐵爐礦石與木炭一起放入爐中點火後熔煉，利用自然氣流與什麼供應氧氣?

answers: text: 高爐
question: 鍛鐵爐最後也發展為什麼?

answers: text: 論礦冶
question: 哪本書有描述十六世紀時高度發展的採礦以及冶金學等知識?

context: 提取冶金學是由礦石中提出有價值的金屬，且處理成純度較高的金屬。為了要從金屬的氧化物或硫化物中提取金屬，可能會用還原、電解或其他化學方式處理礦石。提取冶金學主要關注的是冶金給料、濃縮物及尾礦。在開採後，大顆的礦石會粉碎為小的顆粒，每個顆粒可能是濃縮物或是廢棄的尾礦。後續再利用其他方式將顆粒中的濃縮物及尾礦分開。若礦石及自然環境許可，可以用瀝濾法取代礦石開採。瀝濾法會將礦石中的礦物質溶解在溶液中，再收集溶液，萃取要有價值的金屬。有時礦石中會包含一種以上的有價值金屬。因此尾礦可以再用來提出其他金屬。有時取得的濃縮物中含有多種金屬，因此需再將不同金屬成份再作分離。
qas: answers: text: 提取冶金學
question: 哪個學論是從礦石中提出有價值的金屬?

answers: text: 電解
question: 為了從氧化物中提取金屬，可能會用還原以及什麼等方式來提煉?

answers: text: 瀝濾法
question: 假使礦石及自然環境許可，可使用哪種方法取代礦石之開採?

answers: text: 尾礦
question: 礦石不只可以提取一種有價值的金屬，較無法提煉的什麼礦物，其實可以再提出其他金屬?

context: 工程常用的金屬包括鋁、鉻、銅、鐵、鎂、鎳、鈦及鋅等，這些金屬也常常用來製作合金。合金的相關研究主要是在鐵碳的合金系統，其中包括鋼及鑄鐵。一般的碳鋼適用於低成本、高強度，且不需考慮重量及腐蝕問題的應用。延性鑄鐵也是鐵碳合金系統的一部份。若是需要抗腐蝕的應用，一般會使用不銹鋼或是熱浸鍍鋅處理的鋼。若要求高比強度時，會使用鋁合金或鎂合金。若是高腐蝕性環境，且不需要有磁性的場合，會使用銅鎳合金，例如蒙乃爾合金。鎳基的高溫合金會用在像渦輪增壓器、壓力容器及換熱器等需耐高溫應用中。非常高溫的應用為了使潛變減到最低，會使用單晶材料合金。在工業工程的領域中，冶金學和金屬零件的製造有關，其中包括金屬或合金選用、加工成形方式、製品表面的熱處理及表面處理等。冶金學的目的就是達成材料的許多性質之間的平衡，例如成本、重量、拉伸強度、硬度、韌性、抗蝕性、抗疲勞的特性、及在高低溫下的特性等。為了上述目的，也需考慮零件的工作環境，例如在鹽水的環境中，很容易腐蝕黑色金屬及一些鋁合金，暴露在極低溫環境下金屬會從有延伸性變成容易脆裂，其韌性下降，因此更容易出現裂痕。在週期負載下的金屬會有金屬疲勞，若是環境的應力固定，但是溫度很高，會造成金屬的潛變。
qas: answers: text: 合金
question: 鋁、鉻、銅、鐵、鎂、鈦及鋅等礦物，常常被製作成?

answers: text: 重量
question: 一般的碳鋼適用於低成本、高強度，且不需考慮腐蝕以及什麼樣的問題?

answers: text: 抗腐蝕
question: 經由不銹鋼或熱浸鍍鋅處理的鋼，通常應用在什麼上面，或者是作用?

answers: text: 潛變
question: 會使用單晶材料，是為了使高溫中的什麼降到最低?

answers: text: 脆裂
question: 暴露在極低溫環境下，金屬的延性會變的很容易什麼?

context: 熱處理，金屬可以用熱處理的方式調整其強度、延展性、韌度、硬度或是其抗腐蝕的能力。常見的熱處理包括退火、析出硬化、淬火及回火。退火是將金屬加熱，然後再緩慢的冷卻，可以釋放金屬組織中的應力，使晶粒變大，當受到撞擊時比較不容易破裂。退火後的金屬也比較容易切削。淬火是將高碳鋼加熱後快速的冷卻，鋼的組織會形成高硬度的麻田散鐵，提高金屬的硬度。不過需要在鋼的硬度和韌度之間作一取捨：硬度越高時，其韌度或是抗衝擊能力就越低；韌度越高時，其硬度就越低。回火可以釋放金屬在硬化過程中產生的應力，回火會使金屬略為軟化，可以承受衝擊而不會破裂。有時會將機械處理和熱處理合併，稱為熱機械處理，可以得到較好的材料特性，處理上也比較有效率的。熱機械處理常用在高合金的特殊鋼、高溫合金及鈦合金中。
qas: answers: text: 熱處理
question: 假使金屬想調整其強度、延展性、韌度或者硬度等能力，可以透過什麼方法?

answers: text: 晶粒變大
question: 退火此種方法，是由於冷卻後什麼東西變大，會使之後受到撞擊時較不易破裂?

answers: text: 麻田散鐵
question: 淬火方法為加熱後快速冷卻，其中，鋼的組織會變成硬度高的什麼鐵?

answers: text: 軟化
question: 回火可以使金屬如何，因此能夠承受衝擊而不易破裂?

answers: text: 機械處理
question: 熱機械處理為熱處理以及什麼的合併法?

context: 表面處理，電鍍是一種常見的表面處理技術，是在製品的表面包覆一薄層的其他金屬，例如金、銀、鉻或鋅等， 一方面可以增加製品的抗蝕性，也可以使外形更加美觀。表面處理除了使用電鍍外，也可以使用熱噴塗，其製品在高溫下的性能會比電鍍要好。微觀結構中，金相學是研究金屬的微觀結構及巨觀結構的學科，是由英國冶金學家亨利·克利夫頓·索爾比開創。在金相學中，待測的試驗品平放並且拋光至鏡面的程度，再加入蝕刻液蝕刻，以顯露其結構。試樣一般會用光學顯微鏡或電子顯微鏡觀察，圖像的對比度可以提供其成份、機械性質及所作過的處理。現在的冶金學也常利用晶體學的X射線衍射或電子衍射來識別未知的材料，並了解試樣的晶體結構。量化晶體學可計算試樣中存在不同相的個數，也可以計算其應變的程度。
qas: answers: text: 其他金屬
question: 電鍍是在製品表面鍍上一層什麼東西?

answers: text: 抗蝕性
question: 電鍍不只能使外觀更好看，也能增加製品或是產品的什麼?

answers: text: 熱噴塗
question: 哪種方法能夠在高溫下性能及效用較電鍍佳?

answers: text: 巨觀結構
question: 金相學為研究金屬的微觀結構以及什麼的學科?

answers: text: 蝕刻液
question: 金相學中，樣品會平放以及拋光至鏡面之程度，最後加入什麼液體蝕刻，便於檢測?