Wat is metaalkunde en wat doet een metaalkundige?

Metaalkunde is gericht op het besturen van metalen en het onderzoeken van de toepassingen daarvan. Het vakgebied metaalkunde is nauw verbonden met metaaltechniek en de werktuigbouwkunde. In de metaalkunde is onderscheid gemaakt tussen het bestuderen van ferro en non-ferrometalen en legeringen. Ferro (is het Latijnse woord voor ijzer), metalen die bij de ferrogroep horen, hebben als hoofdbestandsdeel ijzer. Non-ferrometalen zijn over het algemeen minder corrosiegevoelig. Een metaalkundige houdt zich bezig met eigenschappen van metalen en onderzoekt deze nauwkeurig. Hieronder is een alinea weergegeven waarin beschreven is wat onder metaalkunde valt.

Waaruit bestaat metaalkunde?
Het onderzoeken van metalen is een breed vakgebied. Metalen kunnen verschillende eigenschappen hebben. Wanneer een metaalkundige alle metalen moet onderzoeken op alle eigenschappen staat deze voor een onmogelijke opdracht. Daarom wordt metaalkunde onderverdeeld in verschillende deelgebieden. Omdat een metaalkundige een specialist is kan hij of zij zich specifiek toeleggen op één of enkele deelgebieden die onder de metaalkunde vallen. Hieronder staan een aantal deelgebieden waaruit metaalkunde bestaat:

  • Lastechniek. Hierin wordt aandacht besteed aan de mogelijkheid om bepaalde metalen te lassen en wat de reactie van metalen zijn bij een bepaalde lastechniek. De doelstelling is hierbij om de juiste lastechniek voor een metaalsoort in kaart te brengen.
  • Metallurgie. Dit deelgebied van metaaltechniek is gericht op het onderzoeken van metalen om daarmee hun bestandsdelen en onderlinge samenhang, dichtheid en massa vast te stellen. Dit kan tot op microscopisch niveau gebeuren. Iemand die werkzaam is in de metallurgie wordt ook wel een metallurg genoemd.
  • Metallografie. Metalen hebben verschillende structuren die in het deelgebied metallografie in kaart worden gebracht. Metallografie is daardoor de structuurbeschrijving van metalen. Doormiddel van deze structuurbeschrijving kan de sterkte van metalen in kaart worden gebracht.
  • Gieterijkunde. Dit deelgebied van metaalkunde is gericht op de eigenschappen van metaal die invloed hebben op het vloeibaar maken en het gieten van metaal. Niet elke metaalsoort kan eenvoudig gegoten worden. Daarnaast zorgt ook de afkoeling van gegoten metaal vaak voor een krimp. Bij gieterijkunde wordt aandacht besteed aan de eigenschappen van metalen die van belang zijn bij het gieten. Voorbeelden van metalen en metaallegringen die gegoten worden zijn gietijzer, gietstaal en brons.
  • Corrosieleer. De meeste metalen hebben een bepaald corrosieproces. Dit proces ontstaat door elektrochemische reacties. Corrosie zorgt er voor dat de kwaliteit van het metaal kan worden aangetast maar dat hoeft niet. In corrosieleer wordt aandacht besteed aan de gevolgen voor de structuur en sterkte van metalen wanneer corrosie optreed.
  • Plastische vormgeving. Hierbij wordt aandacht besteed aan de vervormbaarheid van metalen.
  • Vermoeiing. Dit wordt ook wel fatigue genoemd. Wanneer metalen voortdurend belast worden kan de structuur van het metaal worden aangetast. Dit gebeurd zowel bij langdurige belasting als bij kort durende belasting die regelmatig voorkomt. Vermoeiing van metalen wordt ook wel metaalmoeheid genoemd. Het heeft gevolgen voor de mechanische sterkte van een constructie, werktuig of voertuig.

Een metaalkundige kan zich met één of meerdere van bovengenoemde deelgebieden bezighouden. De taken die een metaalkundige hierbij kan uitvoeren zijn in de volgende alinea beschreven.

Wat doet een metaalkundige?
Metaalkunde is voornamelijk gericht op het onderzoeken van metalen. Daarbij wordt met name gekeken naar de geschiktheid van metalen voor bepaalde toepassingen. Een metaalkundige kan hierbij de kwaliteit en eigenschappen van metalen onderling met elkaar vergelijken. Daarnaast kan een metaalkundige deze eigenschappen vergelijken met bijvoorbeeld kunststoffen, houtsoorten, steensoorten en andere materialen. Een metaalkundige maakt rapporten over de metalen die onderzocht zijn. Daarnaast kan een metaalkundige op basis van deze gegevens ook nieuwe methodes bedenken om metaal te gieten. Het in kaart brengen van eigenschappen van metalen zorgt er daarnaast voor dat een metaalkundige verschillende legeringen kan bedenken waardoor de eigenschappen van metalen elkaar versterken. Een metaalkundige kan daardoor bij verschillende bedrijven werken.

Waar werkt een metaalkundige?
Metaalkundigen zijn er niet veel in Nederland. Er zijn maar weinig opleidingen in Nederland die op HBO en Universitair niveau aandacht besteden aan het onderzoeken van de kwaliteiten van metalen. Dit is jammer want metalen worden in de techniek vrijwel overal toegepast. Het is belangrijk dat van te voren goed in kaart wordt gebracht wat de eigenschappen van de metalen zijn. De beoogde toepassing of het toepassingsgebied van metalen is hierbij van groot belang. Metalen worden onder andere toegepast in staalconstructie en de machinebouw. Ook worden metalen toegepast voor de vervaardiging van auto’s, treinen, bussen, tractoren en andere voertuigen. Binnen de scheepsbouw, jachtbouw, luchtvaarttechniek en de ruimtevaart wordt ook gebruik gemaakt van metalen. Een metaalkundige kan daardoor in verschillende bedrijven werkzaam zijn.

Wat zijn ferrometalen en nonferrometalen?

Metalen kunnen op verschillende manieren worden onderverdeeld. Hierbij kan gekeken worden naar de eigenschappen van de metalen en de toepasbaarheid ervan. In de praktijk komt de verdeling tussen ferrometalen en nonferrometalen veel voor. Deze onderverdeling is gebaseerd op het al dan niet aanwezig zijn van het bestandsdeel ijzer.

Wat is Ferro?
IJzer is een element uit de scheikunde. In het Latijns wordt ijzer ferrum genoemd. Daarvan is het woord ferro afgeleid. Ferro wordt in de scheikunde aangeduid met het symbool Fe wat staat voor de eerste twee letters van Ferrum. IJzer is een grijskleurig metaal met atoomnummer 26. Het wordt veel toegepast binnen de werktuigbouwkunde maar ook binnen andere technische vakgebieden. Meestal wordt ijzer gelegeerd met andere elementen zoals met koolstof (C). Wanneer aan ijzer 0,1 tot 1,7 procent koolstof wordt toegevoegd spreekt men van staal. Metalen die onder Ferro vallen zijn magnetisch en bevatten minimaal 50 procent ijzer.

Wat is Nonferro?
Nonferro metalen bevatten geen ijzer. Wanneer nonferro metalen worden gelegeerd mag het percentage ijzer dat wordt toegevoegd niet hoger zijn dan 50 procent om de legering onder nonferro te laten behoren. De metalen die onder nonferro vallen zijn divers. Een aantal voorbeelden van nonferrometalen zijn: koper, zink, chroom, goud, zilver, tin, aluminium en titaan. Omdat er zoveel metalen onder nonferro vallen wordt er vaak een onderverdeling gemaakt. De onderverdeling tussen pure metalen en  non-ferrometaallegeringen is gebruikelijk.

Onder pure metalen vallen de volgende categorieën:

  • Edelmetalen: deze metalen worden nauwelijks door oxidatie aangetast. Voorbeelden hiervan zijn goud en platina. Ook zilver valt onder edelmetalen hoewel het iets meer gevoelig is voor oxidatie.
  • Zware metalen: deze hebben een hoge atoommassa en zijn zwaarder dan ijzer. Voorbeelden hiervan zijn: kwik, lood en cadmium.
  • Lichte metalen: dit zijn metalen die lichter zijn dan ijzer bijvoorbeeld aluminium.

Onder non-ferrometaallegeringen vallen de volgende categorieën:

  • Gegoten legeringen zoals bijvoorbeeld brons.
  • Gesmede legeringen dit zijn legeringen die doormiddel van een smeden zijn ontstaan.

Binnen de werktuigbouwkunde wordt gebruik gemaakt van ferrometalen en nonferrometalen. De eigenschappen van metalen lopen sterk uiteen. Doormiddel van legeringen kunnen de eigenschappen van metalen worden gecombineerd. Legeringen worden in de praktijk zeer veel gebruikt.