धातुविज्ञान

धातुविज्ञान : धातुकांचे (कच्च्या रूपातील धातूंचे) संस्करण, धातूंचे प्रगलन (धातुक वितळवून त्यापासून शुद्ध धातू मिळविणे), धातूचे तुकडे तापवून किंवा थंड अवस्थेतच त्यांना विविध आकार देणे, धातूंचा जोडकाम करणे, धातूचा रस करून विविध आकारांची ओतिवे तयार करणे, धातूचे चूर्ण करून त्यापासून उपयुक्त वस्तू बनविणे, धातूच्या वस्तूवर उष्णता संस्करण करणे, धातूच्या वस्तूवर दुसऱ्या धातूचा वा इतर संरक्षक द्रव्याचा मुलामा देणे, मिश्रधातू तयार करणे, मिश्रधातू आणि धातुमळी यांचे रासायनिक पृथक्करण करण्याच्या भौतिक आणि रासायनिक पद्धती शोधून त्या वापरणे, धातुवैज्ञानिक भट्ट्यांचा अभिकल्प (आराखडा) तयार करणे आणि त्यांची रचना करणे, शुद्ध आणि मिश्रधातूच्या संरचना आणि त्यांमधील प्रावस्थाबदलांच्या मूलभूत नियमांचा अभ्यास करणे, धातुवैज्ञानिक यंत्रे आणि उपकरणे कोठे व कोणत्या पद्धतीने बसवावयाची ते ठरविणे इ. अनेक बाबींचा समावेश या विज्ञानात होतो. भौतिकी आणि रसायनशास्त्र या दोहोंचा उपयोग करणारे हे विज्ञान अभियांत्रिकीची एक महत्त्वाची शाखा आहे.

विश्वकोशामध्ये धातुविज्ञानाच्या वरील विविध बाबींचे निरनिराळ्या स्वतंत्र नोंदींत विवरण दिलेले आहे. प्रस्तुत नोंदीत सर्वसामान्य वर्णन केलेले आहे. निरनिराळ्या धातुकांचे निक्षेप (साठे) व ते तयार होण्याच्या प्रक्रिया, तसेच त्यांचा शोध घेण्याच्या पद्धती व त्यांच्या खाणकामाच्या पद्धती यांचे वर्णन ‘धातुक निक्षेप’, ‘खनिज पूर्वेक्षण’ आणि ‘खाणकाम’ या नोंदींत दिलेले आहे. धातुकातील धातूंचे प्रमाण काढण्याच्या पद्धती ‘धातु-आमापन’ या नोंदीत पहाव्यात. धातुकांपासून धातूंचे प्रगलन करण्यापूर्वी त्यांच्यावर करण्यात येणाऱ्या संस्करणांची माहिती ‘धातुकांचे शुद्धीकरण’ या नोंदीत दिलेली आहे. यांशिवाय ‘जलीय धातुविज्ञान’, ‘निर्वात धातुविज्ञान’ व ‘विद्युत् धातु विज्ञान’ या विशेष धातुवैज्ञानिक प्रक्रियांसंबंधी स्वतंत्र नोंदी आहेत. धातूंच्या प्रगलनाकरिता लागणाऱ्या विविध प्रकारच्या भट्ट्यांच्या वर्णनाकरिता ‘भट्टी’ व ‘विद्युत् भट्टी’ या नोंदी  पहाव्यात, तसेच या भट्ट्यांत मिळणाऱ्या धातुमळ्यांचे प्रकार व त्यांचे संघटन यांकरिता ‘धातुमळी’ ही नोंदही पहावी. धातूच्या तुकड्यांना विविध आकार देण्याच्या पद्धतींची माहिती, ‘घडाई, धातूची’ ‘धातुपत्राकाम’ ‘धातुरूपण’ इ. नोंदीत दिली असून धातूच्या चूर्णापासून विविध वस्तू तयार करण्याच्या पद्धती ‘चूर्ण धातुविज्ञान’ या नोंदीत सांगितल्या आहेत. धातूची ओतिवे तयार करण्याच्या विविध पद्धती ‘ओतकाम’ या नोंदीत दिलेल्या आहेत. धातूमध्ये विशिष्ट गुणधर्म आणण्यासाठी करण्यात येणाऱ्या उष्णता संस्करणाचे वर्णन ‘धातूंचे उष्णता संस्करण’ या नोंदीत पहावे. विविध धातूंचा जोडकामाच्या पद्धती  ‘धातु व अधातूंचे जोडकाम’, ‘झाळकाम व डाखकाम’, ‘वितळजोडकाम’, ‘रिव्हेट’ इ. नोंदीत दिलेल्या आहेत. शुद्ध धातू व मिश्रधातू यांच्या संरचना आणि त्यांचा अभ्यास करण्याच्या पद्धती यांची माहिती ‘धातुरचनाविज्ञान’, ‘धातूंची संरचना’, ‘प्रावस्था नियम’, ‘मिश्रधातू’ व ‘समतोलावस्था आकृत्या’ या नोंदींत वर्णिलेल्या आहेत. धातूच्या वस्तुवर दुसऱ्या धातूचा मुलामा हेण्याच्या प्रक्रिया ‘धातूंचे मुलामे’, ‘गॅल्व्हानीकरण’ (जस्तलेपन), ‘कथिलाच्छादीत पत्रे’, ‘विद्युत् विलेपन’ या नोंदींत दिलेल्या आहेत. तसेच या संदर्भात ‘गंजणे’ ही नोंदही पहावी, तांबे, लोखंड, ॲल्युमिनियम, जस्त, कथिल, सोने, चांदी, पारा, शिसे यांसारख्या सर्वपरिचित धातू आणि जर्मेनियम, युरेनियम, थोरियम, रेडियम यांसारखी इतर महत्त्वाची धातुरूप मूलद्रव्ये यांचे गुणधर्म, मिश्रधातू, निष्कर्षण, इतिहास इत्यादींसंबंधीची माहिती त्या त्या मूलद्रव्याच्या नावाच्या शीर्षकाखालील स्वतंत्र नोंदीत दिलेली आहे. तसेच पितळ, पोलाद, कासे, गन मेटल इ. विशेष महत्त्वाच्या मिश्रधातूंवर स्वतंत्र नोंदी आहेत. यांशिवाय धातूंचे परीक्षण करण्याच्या पद्धती व त्यांचे सर्वसाधारण गुणधर्म यांकरिता ‘धातूंचे परीक्षण’, ‘धातूंची यंत्रणक्षमता’, ‘धातूंचा शिणवटा’, ‘धातूंचे यांत्रिक गुणधर्म’, ‘पदार्थांचे बल’ या नोंदीं पहाव्यात.

इतिहास : निसर्गात सापडणारे धातुक वितळवून त्यातील शुद्ध धातू मिळवण्याचा उद्योग इ. स. पू. सु. ४००० पासून सुरू झालेला आहे. सोने, चांदी व तांबे या धातू निसर्गात धातुरूपात आढळत असल्याने मानवाला प्रथमतः याच धातू माहीत झाल्या, ही गोष्ट सर्वमान्य झालेली आहे. यांपैकी सोने हे सर्वांत प्रथम नद्यांच्या तळातील वाळूत व दगडगोट्यांत लहान गोळ्यांच्या स्वरूपात आढळले असावे. सोने व चांदी मऊ असल्याने त्यांचा हत्यारे वा शस्त्रे तयार करण्यासाठी उपयोग झाला नाही परंतु या धातू गंजत नसल्याने व त्या दिसण्यास आकर्षक असल्यामुळे फार पूर्वीपासून त्यांचा उपयोग दागदागिने आणि इतर शोभिवंत वस्तू तयार करण्यासाठी होत आला आहे.

निसर्गतः धातुरूपात असलेले तांबे जगामध्ये बऱ्याच ठिकाणी आढळते. काही ठिकाणी तर ते मोठ्या प्रमाणात व बहुधा अतिशय शुद्ध स्वरूपातही मिळते. ते मऊ असले, तरी ठोकून कठीण होते आणि त्यापासून धारदार पाती, विळे व खंजिर तयार करण्यात आले. यांमुळे व्यावहारिक उपयुक्ततेच्या दृष्टीने नैसर्गिक तांब्याचाच व्यवहारात प्रथम वापर करण्यात आला, ही गोष्ट निर्विवाद आहे. धातुकांपासून निष्कर्षित केलेली पहिली धातूही तांबे होती. इ. स. पू. ४००० ते ३००० च्या दरम्यान मध्यपूर्वेतील काही भागात विशेषतः मेसोपोटेमियातील सुमेर क्षेत्रात धातुकापासून तांबे मिळविल्याची उदाहरणे सापडली आहेत. या भागात आढळलेली शस्त्रे व दागिन्यांवरून धातूचे ओतकाम इ. स. पू. ३५०० च्या सुमारास सुरू झाले असावे, असा निष्कर्ष काढण्यात आलेला आहे.

धातुकापासून धातू मिळविता येणे व धातू वितळवून तिच्यापासून योग्य त्या आकारानुसार ओतीव वस्तू तयार करणे, हे शोध धातु विज्ञानाच्या विकासाच्या दृष्टीने महत्त्वाचे ठरले. विविध प्राचीन संस्कृतींच्या विकासावरही या शोधांचा दूरगामी परिणाम झाला. इ. स. पू. ४००० ते १४०० च्या दरम्यान कथिल व तांबे यांच्या मिश्रधातूचा म्हणजे काशाचा (ब्राँझचा) आकस्मिकपणे शोध लागला. कासे हे तांब्यापेक्षा कठीण, कमी तापमानाला वितळणारे व सुलभपणे ओतता येत असल्याने लवकरच त्याचा वापर वाढला.

वातावरणीय प्रक्रियांनी अशुद्ध द्रव्ये निघून गेलेली अशी जमिनीच्या पृष्ठभागी आढळणारी धातुके प्रथमतः तांब्याच्या प्रगलनाकरिता वापरण्यात आली. तथापि त्यानंतर जमिनीखालील व वातावरणीय प्रक्रिया न झालेल्या धातुकांपासूनही तांबे मिळणे शक्य आहे, असे आढळून आले. त्यापासून मिळणारे तांबे अर्थातच काहीसे अशुद्ध होते. आर्सेनिक, अँटिमनि, लोह अथवा शिसे यांचे बरेच प्रमाण असलेल्या तांब्याच्या मिश्रधातू इ. स. पू. तिसऱ्या सहस्रकात तयार करण्यात आल्या. त्या तांब्यापेक्षा जास्त उपयुक्त असल्या, तरी काहीशा ठिसूळच होत्या. त्यानंतर १० ते १२% कथिल असलेल्या मिश्रधातूची (काशाची) सरसता प्रस्थापित होऊन खऱ्या ब्राँझ युगाला प्रारंभ झाला. सुमेरियन लोकांना इ. स. पू. ३००० पासून कासे माहीत असले, तरी तांब्याच्या मानाने कथिलाची धातुके विरळाच आढळत असल्यामुळे ती मध्यपूर्वेच्या बाहेर मिळविण्याचा प्रयत्न झाला. त्यानंतर युद्धे व दुष्काळ यांमुळे मध्यपूर्वेतून अनेक लोकांनी ईजिप्त, यूरोप, भारत व कदाचित चीनमध्येही स्थलांतर केल्यामुळे तेथे ब्राँझ संस्कृतीचा प्रसार झाला. ब्राँझ युगात ईजिप्तमध्ये मेणाचे फर्मे तयार करून ओतीव वस्तू तयार करण्याचा महत्त्वाचा शोध लागला.

भारतामध्ये राजस्थानातील अरवली पर्वताच्या खेत्री विभागात मिळणाऱ्या तांब्याच्या धातुकांपासून शुद्ध तांबे मिळविणे व त्यामध्ये इतर देशांतून आणलेले कथिल मिसळून कासे तयार करण्याचा उद्योग इ. स. पू. २५०० ते १००० पर्यंत अनेक ठिकाणी चालू होता. त्या वेळी तांब्यापासून वस्तरे, सुऱ्या, बाणाची टोके इ. घडीव वस्तू आणि कुऱ्हाडी व लहान चित्रे अशा ओतीव वस्तू तयार करीत असत.

इ. स. पू. चौदाव्या शतकाच्या सुमारास लोखंडाचे महत्त्व वाढू लागले होते आणि तांबे व कासे यांबरोबर त्याचाही उपयोग होत होता. पृथ्वीवर लोखंड नैसर्गिकरीत्या धातुरूपात आढळत नाही. तथापि विरळाच आढळणारे अशनीतील (जमिनीवर पडलेल्या उल्केतील) निकेलाचे उच्च प्रमाण असलेले लोह बऱ्याच पूर्वीपासून माहीत असावे कारण असे लोह काही प्राचीन लोखंडी वस्तूंत आढळून आलेले आहे. धातुकांपासून लोखंड मिळविण्याचे तंत्र तांब्याच्या मानाने बरेच अवघड असल्याने त्याचे प्रगलन प्रचारात येण्यास बराच वेळ लागला. लोखंडाच्या प्रगलनाचे पुरावे इ. स. पू. १३०० पासूनचे मिळतात व त्याचा उगम काळ्या समुद्राच्या दक्षिणेकडील डोंगराळ भागात झाला असावा असे दिसते. नंतर ही कला पॅलेस्टाइनमध्ये गेली असावी कारण तेथे इ. स. पू. १२०० च्या सुमाराच्या भट्ट्या व अनेक लोखंडी वस्तू सापडल्या आहेत.

लोह ऑक्साइडाच्या प्रगलनाला उच्च तापमान लागते व सुरुवातीला खळीसारख्या पातळसर गोलकांची स्पंजासारखी सच्छिद्र धातू व अर्धद्रव धातुमळीच मिळत असे. हे मिश्रण पुन:पुन्हा तापवून व ठोकून त्यातील बरीचशी धातुमळी काढून टाकण्यात येई आणि स्पंजी लोखंडापेक्षा बरेचसे चांगले असे घडीव लोखंड मिळे. या लोखंडात कार्बनाचा अंश थोडासाच असल्यामुळे ते मऊ असे व त्याचा हत्यारे वा शस्त्रे तयार करण्यासाठी मर्यादीत प्रमाणातच उपयोग होत असे. प्रदीप्त लोणारी कोळशाच्या राशीत असे लोखंड लाल होईपर्यंत तापविल्यास त्यात कार्बनाचे शोषण होऊन अधिक कठीण धातू मिळते आणि ती चटकन पाण्यात टाकून थंड केल्यास अधिकच कठीण होते, असे त्यानंतर दिसून आले. इ. स. पू. १२०० च्या सुमारास १·५% कार्बन असलेले लोखंड तयार करण्यात येत असल्याचा पुरावा मिळालेला आहे.

इ. स. पू. १००० च्या सुमारास मध्ये यूरोपात लोखंड माहीत झाले होते आणि त्यानंतर त्याचा पश्चिमेकडे प्रसार झाला. इ. स. पू. ५५ च्या सुमारास रोमन लोकांनी ब्रिटनवर केलेल्या स्वारीच्या वेळी तेथे लोखंड तयार करण्याचा उद्योग बऱ्याच विस्तृत प्रदेशात होता. आशिया खंडातही लोखंड प्राचीन काळापासून माहीत होते आणि चीनमध्ये ते इ. स. पू. ७०० च्या सुमारास माहीत झाले होते. इ. स. पहिल्या शतकातील एका ग्रीक ग्रंथात भारतीय लोखंडाचा व्यापारी वस्तू म्हणून उल्लेख केलेला आढळतो.

पितळ ही तांबे आणि जस्त यांची मिश्रधातू इ. स. पू. १६०० ते ६०० च्या दरम्यानच्या काळात प्रचारात आली परंतु रोमन लोकांनी तिचा चलनासाठी उपयोग करीपर्यंत तिची उपयुक्तता फारशी लक्षात आलेली नव्हती. पितळ तयार करण्याच्या उद्योगाचा रोमन लोकांनीच पाया घातला व धातुविज्ञानाच्या प्रगतीच्या दृष्टीने ही त्यांची कामागिरी महत्त्वाची मानण्यात येते. धातुवैज्ञानिक प्रक्रियांचे पहिले वर्णन रोमन शास्त्रज्ञ थोरले प्लिनि (इ. स. २९—७९) यांच्या Naturalis Historia या ग्रंथात आढळते. त्यांनी त्या काळी उपलब्ध असलेली धातूंसंबंघीची सर्व माहिती या ग्रंथात संग्रहित केलेली होती.

इ. स. पू. ५०० पर्यंत खाणकामात व धातुके मिळविण्यात पुष्कळच प्रगती झालेली होती आणि वैज्ञानिक तत्त्वांचा धातुविज्ञानात उपयोग करण्यासंबंधीचा विचार मूळ धरू लागला होता. या वेळेपर्यंत ग्रीसमध्ये शिसेयुक्त चांदीच्या शेकडो मीटर खोल खाणी उघडण्यात आलेल्या होत्या. धातुके हातानेच वेगळी केली जात आणि ती चुरडून हलक्या द्रव्यांपासून अलग करण्यासाठी पाण्याच्या प्रवाहात धुतली जात. ही धातुके मुख्यत्वे सल्फाइडाची असल्यामुळे ऑक्साइड मिळविण्यासाठी ती हवेत भाजली जात व नंतर त्यापासून शिसे व चांदी यांची मिश्रधातू मिळविण्यात येई. यातून शिसे वेगळे करण्यासाठी ‘क्युपेलीकरण’ नावाची प्रक्रिया वापरण्यात येई. या प्रक्रियेत मिश्रधातू एका उथळ, सच्छिद्र, मातीच्या वा हाडाच्या राखेच्या क्युपेला नावाच्या मुशीत वितळवित. शिशाच्या ऑक्साइडाचा काही भाग वितळलेल्या धातूच्या पृष्ठभागावरून काढून टाकण्यात येई व काही भाग सच्छिद्र क्युपेलमध्ये शोषला जाई आणि चांदी मात्र क्युपेलमध्ये राही. सोन्यातील तांबे, कथिल व शिसे ही अपद्रव्ये काढून टाकण्यासाठीही क्युपेलीकरण प्रक्रिया वापरण्यात येत असे. सोने व चांदी यांच्या मिश्रधातूतील घटक वेगळे करण्यासाठी अनेक पद्धती वापरण्यात येत व त्यांपैकी ही मिश्रधातू मिठाबरोबर मुशीत तापवून तीतील चांदीचे क्लोराइडात रूपांतर करून शुद्घ सोने मिळविण्याची पद्धत सर्वांत जुनी असावी. त्या काळात सोने, चांदी व शिसे यांचा कलात्मक व धार्मिक कामाकरिता तसेच सौंदर्यवर्धक वस्तू, घरातील भांडी इत्यादींसाठी उपयोग करण्यात येई.

इ. स. पू. ५०० ते इ. स. ५०० या कालावधीत धातुविज्ञानाच्या प्रगतीच्या दृष्टीने महत्त्वाचे असे बरेच शोध लागले. उदा., आर्किमिडीज यांनी सोन्याची शुद्धता व त्याचे वजन ते पाण्यात बुडविले असता त्याने दूर सारलेल्या पाण्याचे घनफळ मोजून (म्हणजे घनता काढून) ठरविता येते, असे दाखविले. इसवी सनाच्या अगोदर भारतात पोलाद तयार करण्याची एक महत्त्वाची पद्धत प्रचारात होती. ही पद्धत प्राचीन ईजिप्शियन लोकांनाही माहीत होती, असे म्हणतात. या पद्धतीत पोलाद प्रथमतः स्पंजासारख्या सच्छिद्र लोखंडाच्या स्वरूपात एका आद्य झोत भट्टीत तयार केले जाई. हे न वितळलेले सच्छिद्र लोखंड धातुमळी काढून टाकण्यासाठी तप्त असतानाच ठोकण्यात येई व नंतर त्याचे तुकडे लाकडाच्या ढलप्यांमध्ये बांधून मातीच्या पात्रात तापविले जात. यामुळे त्यांत कार्बन शोषला जाऊन त्यांचे पोलादात रूपांतर होई. हे पोलादाचे तुकडे नंतर तापवून त्यांच्यापासून तलवारी वगैरे वस्तू घडवीत असत.

आर्सेनिक, जस्त, अँटिमनी व निकेल या धातू मिश्रधातूंच्या स्वरूपातच प्राचीन काळापासून माहीत होत्या. इ. स. पू. १०० पर्यंत पारा माहीत झाला होता व तो सल्फाइड धातुक (हिंगूळ, सिनॅबार) तापवून आणि त्याच्यापासून मिळणाऱ्या बाष्पाचे संघनन (द्रवीकरण) करून मिळविला जात असे. पाऱ्याच्या इतर धातूंबरोबर मिश्रधातू (पारदमेल) तयार होत असल्यामुळे त्याचा उपयोग इतर धातू मिळविण्यासाठी व त्यांचे परिष्करण करण्यासाठी होई. शिशाचे पत्रे व नळ ठोकून तयार करीत आणि या नळांचा पाणी पुरवठ्यासाठी उपयोग करीत असत. या काळात कथिलही उपलब्ध होते व रोमन लोक खाद्यपदार्थ ठेवण्याच्या पात्रांना अस्तर म्हणून त्याचा उपयोग करण्यास शिकले होते.

इसवी सनाच्या सुरुवातीच्या शतकांत किमयागारांनी एका मूलद्रव्यापासून दुसरे मूलद्रव्य मिळविता येईल, या विश्वासाने अनेक असफल प्रयत्न केले. तथापि त्यांच्या या असफल प्रयत्नांतूनही धातू व त्यांच्या संयुगांविषयी बरीच माहिती उपलब्ध झाली [ ⟶ किमया].

इ. स. सहाव्या शतकाच्या प्रारंभापासून सु. १,००० वर्षे धातु विज्ञानातील महत्त्वाची प्रगती लोखंड तयार करण्याच्या उद्योगाभोवतीच केंद्रीभूत झालेली होती. ब्रिटनमध्ये लोह धातुके विपुल होती व लोखंड उद्योगाचे ते एक महत्त्वाचे केंद्र बनले होते. शस्त्रे, शेतीची अवजारे, घरगुती उपयोगाच्या वस्तू, तसेच सौंदर्यवर्धक वस्तू लोखंडाच्या बनवीत असत. शेफील्डजवळ उत्कृष्ट कटलरी तयार करण्याचा उद्योगही सुरू झाला होता.

लोखंड उद्योगाकरिता त्या काळी प्रसिद्ध असलेल्या स्पेन या दुसऱ्या देशात काटालान नावाच्या घडाई पद्धतीचा शोध लागला. या पद्धतीत एका खुल्या तळाच्या प्रकारच्या दगडी भट्टीत लोह धातुक, अभिवाह (प्रगलन सुलभ व्हावे म्हणून मिसळण्यात येणारे द्रव्य) व लोणारी कोळसा यांचे मिश्रण भरण्यात येई. कोळसा प्रदीप्त ठेवण्यासाठी भात्याच्या साहाय्याने तळातील एका भोकातून हवा फुंकण्यात येई. तळाशी तयार झालेले स्पंजासारखे लोखंड काढून घेतल्यावर ते वारंवार तापवून व घडवून त्याचे निरनिराळ्या उपयुक्त आकारांत रूपांतर करीत.

चौदाव्या शतकापर्यंत भट्टीची उंची व तिची धारणाक्षमता पुष्कळच वाढली होती. अशा भट्टीत लोखंड तप्त कोळशाच्या सान्निध्यात अधिक काळ राहिल्यामुळे त्यात अधिकाधिक कार्बन शोषिला जाऊन ते वितळलेल्या स्थितीत राहील इतपत त्याचा वितळबिंदू कमी झाला. मध्ययुगीन भट्ट्यांमधून मिळणाऱ्या लोखंडाचा उपयोग पोलाद तयार करण्याकरिता फारसा न करता बिडाची ओतिवे तयार करण्यासाठी करीत असत. बीड हे सामान्यतः ठिसूळ असून ते ठोकून जोडणे किंवा घडविणे शक्य नसते. मात्र पोलादापेक्षा त्याचे जास्त सुलभतेने प्रगलन होते.

सोळाव्या शतकात व्हॅनोसियो बिरिनगुकिओ या इटालियन धातुकारागिरांचा De la pirotechnia व जॉर्जिअस ॲग्रिकोला या जर्मन धातुवैज्ञानिकांचा De re metallia हे धातुविज्ञानाच्या दृष्टीने महत्त्वाचे ग्रंथ प्रसिद्ध झाले. बिरिनगुकिओ यांच्या ग्रंथात प्रगलन, परिष्करण, आमापन पद्धती, धातु-ओतकाम, साचाकाम, ओतिवात जरूरीप्रमाणे पोकळ्या वा भोके तयार करणे, तसेच तोफा व तोफांचे बिडाचे गोळे यांसारख्या वस्तू तयार करण्याच्या पद्धती इत्यादींचे पद्धतशीर व संपूर्ण वर्णन दिलेले होते. ॲग्रिकोला यांच्या ग्रंथात धातुकांचे पूर्वेक्षण, सर्वेक्षण, धातुके चुरडणे आणि त्यांचे संकेंद्रीकरण करणे, तसेच प्रगलन, परिष्करण, आमापन यांच्या पद्धती वर्णिलेल्या होत्या. त्यांनी वर्णन केलेल्या काही पद्धती अद्यापही तत्त्वतः प्रचलित आहेत. ॲग्रिकोला यांना आधुनिक धातुविज्ञानाचे पितामह मानण्यात येते.

इ. स. १५०० ते एकोणिसाव्या शतकाच्या मध्यापर्यंत धातुविज्ञानाच्या प्रगतीची दिशा लोखंड आणि पोलाद यांच्या उत्पादनाचे तंत्र सुधारण्याकडेच होती. इंग्लंडमध्ये हळूहळू कोळशासाठी वापरण्यात येणाऱ्या लाकडाचे दुर्भिक्ष्य जाणवू लागल्यामुळे व जंगलांची आणखी हानी होऊ नये म्हणून लाकूडतोडीस बंदी घालण्यात आली. शेवटी दगडी कोळशापासून तयार करण्यात येणारा कोक हेच सर्वांत कार्यक्षम इंधन वापरण्यास सुरुवात झाली. यानंतर ब्रिटनमध्ये लोखंड उद्योग झपाट्याने वाढला. १७४० मध्ये तेथे पोलाद तयार करण्याकरिता डाँकॅस्टर येथील बेंजामीन हंट्समन यांनी शोधून काढलेली मातीच्या मुशीची पद्धत प्रचारात आली. वितळविण्याच्या प्रक्रियेने पोलाद मिळविण्याची ही पहिलीच विश्वासार्ह पद्धत ठरली.

पोलादनिर्मितीबरोबरच कथिलाच्छादित पत्रे तयार करण्याच्या उद्योगाला सतराव्या शतकाच्या सुरुवातीला चालना मिळाली आणि त्याचा प्रारंभ झेकोस्लोव्हाकियातील बोहीमियामध्ये झाला असे म्हणतात. अठाराव्या शतकाच्या शेवटी डबाबंद खाद्यपदार्थ उद्योगाचा विकास झाल्याने कथिलाच्छादित पत्र्यांच्या उद्योगाचा विस्तार होण्यासही उत्तेजन मिळाले.

पोलादनिर्मितीच्या सुरुवातीच्या पद्धतींत लोखंड कोळशाच्या अगदी सान्निध्यात रहात असल्यामुळे पोलाद तन्य (तारा काढता येईल असे) होईल इतपत त्याच्यातील कार्बनाचे प्रमाण कमी ठेवणे अवघड होत असे. इंग्लंडमध्ये १७८४ साली एका नवीन पद्धतीचा शोध लागल्यामुळे ही अडचण दूर झाली. या पद्धतीत भट्टीच्या तळाशी ठेवलेल्या लोह धातुक व कच्चे लोखंड (पिग आयर्न) यांच्या मिश्रणावरून तप्त वायू सोडून मिश्रण वितळवीत. पोलाद तयार होत असताना ते लोखंडी गजांनी ढवळीत व कार्बनाचे प्रमाण कमी होताच ते सळीसारखे होई आणि त्या वेळी त्याचे गोळे तयार करीत. हे गोळे मग घडाईने वा लाटून जरूर त्या वस्तू तयार करीत, अशा लोखंडाला घडीव लोखंड (रॉट आयर्न) म्हणतात. यानंतर खाचा पाडलेल्या लाटा (रोलर्स) असलेल्या लाटण यंत्राने अशा लोखंडाचे दंड तयार करण्याची पद्धत प्रचारात आली.

सतरावे शतक व त्यानंतर धातूच्या प्रगलनाच्या पद्धतींत व धातुवैज्ञानिक तंत्रविद्येत झालेली प्रगती ही यूरोपात झालेल्या औद्योगिक क्रांतीशी समांतर अशीच झाली व या क्रांतीत धातुविज्ञानातील प्रगतीचा महत्त्वाचा वाटाही होता. विशेषतः ब्रिटनमध्ये खनिज संपत्तीचा शोध, निष्कर्षण धातुविज्ञान, लोखंड व पोलादनिर्मिती यांत अनेक कुशल कारागीर व तज्ञ तयार झाले. तसेच धातुनिर्मितीवर मुख्यत्वे अवलंबून असलेल्या उद्योगांचीही भरभराट झाली.

सोळाव्या ते अठराव्या शतकांच्या दरम्यान जस्त, बिस्मथ, आर्सेनिक, मँगॅनीज, प्लॅटिनम, निकेल आणि कोबाल्ट या धातूंचा मूलद्रव्य या दृष्टीने शोध लागला. इतर धातूंचा एकोणिसाव्या शतकात शोध लागला.

एकोणिसाव्या शतकाच्या मध्यानंतरची प्रगती : १८५०—५४ च्या दरम्यान इंग्लंडमध्ये हेन्री बेसेमर व अमेरिकेत विल्यम केली यांनी स्वतंत्रपणे पोलादनिर्मितीची एक नवीन पद्धत शोधून काढली. ही पद्धत धातुविज्ञानाच्या प्रगतीच्या दृष्टीने अतिशय क्रांतिकारक ठरली व  पोलादाचे युग खऱ्या अर्थाने सुरू झाले. या पद्धतीमुळे वितळलेल्या कच्च्या लोखंडाचे केवळ तीस मिनिटांत पोलादात रूपांतर करणे शक्य होऊ लागले. पूर्वीच्या मातीच्या मुशीच्या पद्धतीला कित्येक दिवस लागत व अंतिम प्रक्रियेत एका मुशीमध्ये फक्त २५—३५ किग्रॅ. धातूच मावत असे आणि त्यामुळे एकूण उत्पादन फारसे मोठे होत नसे. सुरुवातीला बेसेमर यांच्या पद्धतीने मिळणारे पोलाद छिद्रयुक्त व ठिसूळ असे आणि त्यामुळे नंतरच्या घडाई व इतर प्रक्रियांत त्यात भंग दोष निर्माण होत. ही अडचण आर्. एफ्. मशेट यांनी स्पिगेल झेन या नावाने ओळखण्यात येणाऱ्या १५—३०% मँगॅनीज व ४—५०% कार्बन असलेल्या कच्च्या लोखंडाच्या स्वरूपात या पोलादामध्ये मँगॅनिजाचे मिश्रण करून सोडविली. बेसेमर यांच्यानंतर १८६४—६८ च्या दरम्यान विल्यम सिमेन्स व पी. ई. एम्. सीमेन्स या बंधूंनी खुल्या तळाच्या भट्टीचा शोध लावला. या प्रक्रियेत कच्च्या लोखंडातील अधातवीय पदार्थांचे ⇨ ऑक्सिडीभवन  हवेच्या झोतातील ऑक्सिजनामुळे न होता भट्टीत कच्च्या लोखंडाबरोबरच घातलेल्या आयर्न ऑक्साइडातील ऑक्सिजनामुळे होते. या प्रक्रियेला सु. दहा तास लागत असल्यामुळे तिच्यावर चांगले नियंत्रण ठेवणे शक्य होऊ लागले आणि मिळणारे पोलाद सातत्याने एकजिनसी, विश्वासार्ह व तन्य असते, असे दिसून आले. याशिवाय सीमेन्स पद्धतीत भंगार (टाकाऊ) पोलादाचाही मोठ्या प्रमाणवर उपयोग करता येतो. बेसेमर पद्धतीत अशा पोलादाचा उपयोग करता येत नसे.

कच्च्या लोखंडात फॉस्फरस असल्यास बेसेमर पद्धतीने पोलाद निर्मिती करण्यास ते उपयोगी नसते व त्यामुळे फॉस्फरसाचे प्रमाण अल्प असलेली धातुकेच या पद्धतीत वापरता येत असत. १८७८ मध्ये वेल्समधील एस्. टॉमस व पी. गिलख्रिस्ट यांना असे आढळून आले की, भट्टीच्या आतील भागावर दिलेल्या अम्लीय (सिलिकायुक्त) थरामुळे फॉस्फरस धातुमळीत शोषला जात नाही. त्यांनी डोलोमाइट या क्षारकीय (बेसिक) तापसह (उच्च तापमानाला न वितळता टिकणाऱ्या) पदार्थाचा थर भट्टीच्या आतून दिला व भट्टीतील पदार्थांत चुना मिसळला. यामुळे फॉस्फरस शोषणारी क्षारकीय धातुमळी मिळू लागली. या साध्या पण महत्त्वाच्या पद्धतीचा लवकरच सर्वत्र प्रसार झाला. वरील तीन पद्धती पोलाद उद्योगाला आधारभूत ठरलेल्या आहेत [ ⟶ पोलाद].

पोलादाचा कठीणपणा त्यातील कार्बनाच्या प्रमाणावर अवलंबून असतो. हत्यारांकरिता लागणाऱ्या अतिशय कठीण पोलादात कार्बनाचे प्रमाण उच्च असते परंतु असे पोलाद सर्वत्र वापरता येत नसल्यामुळे पोलादाच्या उपयुक्ततेचे क्षेत्र वाढविण्याकरिता कार्बनाचे प्रमाण कमी असलेल्या पोलादात टंगस्टन, मँगॅनीज, निकेल व क्रोमियम यांसारख्या लोहेतर धातूंचे मिश्रण करण्यात आले. आर्. एफ्. मशेट यांनी १८६८ साली तयार केलेले, स्वतःच कठीण होणारे टंगस्टनयुक्त पोलाद हे एक सुरुवातीचे मिश्रपोलाद होते. या पोलादापासून तयार केलेल्या हत्यारांमुळे धातूंच्या यंत्रण प्रक्रियांमध्ये मोठी क्रांती झाली. १८८३ मध्ये रॉबर्ट हॅडफील्ड यांनी मँगॅनीजयुक्त पोलाद तयार केले. हे पोलाद ताणबल व कठीणपणा याबाबतींत उत्कृष्ट होते व जेथे घर्षणाचा संबंध येतो अशा यंत्रसामग्रीत ते अतिशय उपयुक्त ठरले. तथापि असे पोलाद सर्वसाधारण संरचनांत वापरता येत नसल्यामुळे ग्लासगो येथील जे. रायली यांनी १८८९ साली निकेलयुक्त पोलाद तयार केले. हे पोलाद अधिक बलवान व चिवट असून ते तन्यतेच्या बाबतीतही चांगले होते. १९१३ मध्ये एच्. ब्रिअर्ली यांनी संरचनांकरिता उपयुक्त असे बलवान, झीजरोधी व गंजरोधी असे क्रोमियमयुक्त पोलाद तयार केले. या सर्व मिश्रपोलादांमुळे अधिकाधिक उपयुक्त अशा प्रकारांच्या मिश्रपोलादांच्या शोधांना चालना मिळाली आणि नंतरच्या काळात झोत (जेट) प्रचालन, अणुकेंद्रीय भंजनाचा शक्तिनिर्मितीसाठी उपयोग व अवकाश तंत्रविद्या यांमुळे अशा मिश्रधातूंच्या विकासाला अधिकच उत्तेजन मिळाले.

एकोणिसाव्या शतकाच्या उत्तरार्धात विद्युत् जनित्राचा (डायनामोचा) उपयोग सुरू झाल्यामुळे लोहेतर धातूंपैकी तांबे व शिसे यांच्या उत्पादनाला मोठी चालना मिळाली. या दोन धातूंचा व जवळजवळ इतर सर्व लोहेतर धातूंचा विद्युत् उद्योगात मोठा उपयोग होण्याची शक्यता तेव्हाच दिसू लागली होती. त्यानंतर मोटारगाडी व विमान उद्योगांत ॲल्युमिनियम व मॅग्नेशियम या वजनाने हलक्या असलेल्या धातूंच्या उपयोगाला विस्तीर्ण क्षेत्र निर्माण झाले. एकोणिसाव्या शतकाच्या मध्याच्या सुमारास लोहेतर धातूंच्या उत्पादनात ब्रिटन अग्रेसर होते परंतु त्यानंतर इतर देशांत खनिज उद्‌गमांचा विकास व औद्योगिकीरण झाल्यामुळे ब्रिटनचे या क्षेत्रातील महत्त्व कमी झाले. उत्तर व दक्षिण अमेरिकेत तांबे, ऑस्ट्रेलियात जस्त व शिसे, ईस्ट इंडिजमध्ये कथिल यांची धातुके सापडल्याने लोहेतर धातूंच्या उत्पादनात वाढ होऊ लागली.

लोह धातुकांच्या बाबतीत चुरडलेल्या, चाळलेल्या व तापपिंडन (लहान कण तापवून त्यांच्यापासून एकत्र मोठे कण तयार करणे) केलेल्या धातुकांवर प्रगलनाची प्रक्रिया केली जाते. लोहेतर धातूंच्या बाबतीत धातुकांतील मलद्रव्ये प्रथम बाहेर काढली जातात व नंतर धातुकांचे संकेंद्रीकरण करण्यात येते. संकेंद्रीकरणाच्या बाबतीत १९०० सालाच्या सुमारास शोधून काढण्यात आलेल्या फेन प्लवन पद्धतीला विशेष महत्त्व आहे [ ⟶ धातुकांचे शुद्धीकरण]. ही पद्धत तांबे, जस्त, निकेल व शिसे या धातूंकरिता फार महत्त्वाची ठरली आहे.

धातुकांचे प्रगलन व (गंधकाचे प्रमाण कमी करण्यासाठी) भाजणे या प्रक्रियांच्या रासायनिक मूलतत्त्वांत फरक पडलेला नाही परंतु यंत्रसामग्रीत पुष्कळच सुधारणा झालेली आहे. धातुक भाजण्याच्या परावर्तन भट्टीतील द्रव्ये पूर्वी हाताने गजांच्या साहाय्याने ढवळीत असत. एकोणिसाव्या शतकाच्या मध्यास यांत्रिक ढवळणीच्या व नंतर अनेक तोंडे असलेल्या यांत्रिक ढवळीच्या भट्टया प्रचारात आल्या. अलीकडे आयनीकरणाचे तत्त्व (द्रायवीकरण) वापरणाऱ्या धातुक भाजण्याच्या भट्ट्या प्रचारात आल्या आहेत. या प्रक्रियेत ढवळण्याची प्रक्रिया नसते आणि हवा व घन कण यांच्यात निकट संबंध येऊन उच्च औष्णिक कार्यक्षमता मिळते. लोखंड व शिसे यांच्या उत्पादनात प्रगलनासाठी अद्यापही झोत भट्ट्या वापरात आहेत परंतु तांबे व निकेल मिळवण्यासाठी परावर्तन भट्ट्या वापरतात. या भट्टीत चूर्णित कोळसा, वायू, तेल इ. विविध इंधने वापरता येतात.

मायकेल फॅराडे यांनी १८३१ मध्ये विद्युत् व चुंबकत्त्व यांतील संबंध दाखवून दिल्यानंतर सु. ४० वर्षांनी मोठ्या प्रमाणावर विद्युत् निर्मिती सुरू झाल्यावरच तिचा प्रत्यक्ष व्यवहारात फायदा मिळविणे शक्य झाले. विद्युत् शक्तीच्या वापराचा धातुविज्ञानावर विविध प्रकारे परिणाम झालेला आहे. उदा., तांबे हे उत्तम विद्युत् संवाहक असल्यामुळे व त्याच्या तारा सहजपणे काढता येत असल्याने त्याची विद्युत् संवाहक म्हणून मागणी वाढली आणि तांब्यामुळे विद्युत् निर्मितीत व इतर यंत्रसामग्रीच्या उत्पादनात प्रचंड वाढ झाली. याउलट विद्युत् जनित्रांमुळे इष्ट उच्च शुद्धतेचे तांबे मिळविण्यासाठी विद्युत् विच्छेदन (विद्युत् प्रवाहाच्या साहाय्याने रेणूचे तुकडे करण्याची) पद्धत प्रत्यक्षात आली. धातुविज्ञानात विद्युत् विच्छेदनाचा औद्योगिक पातळीवर उपयोग करण्याच्या दृष्टिने जेम्स एल्किंग्टन यांनी १८६० च्या सुमारास तांब्याच्या विद्युत् परिष्करणाची शोधून काढलेली पद्धत महत्त्वाची ठरली. त्यानंतर औद्योगिक प्रमाणावर विद्युत् विच्छेदनाने १८९० मध्ये ॲल्युमिनियम, १९०३ मध्ये शिसे, १९१५ मध्ये जस्त व १९१७ च्या सुमारास निकेल मिळविण्यात आले. धातुकापासून सरळ धातू मिळविण्याबरोबरच इतर प्रक्रियांनी तयार केलेली धातू शुद्ध करण्यासाठीही विद्युत् विच्छेदनाचा उपयोग होतो. एकोणिसाव्या शतकाच्या शेवटी ही प्रक्रिया सोने, चांदी व तांबे यांच्या परिष्करणाकरिता व थोड्या प्रमाणात ॲल्युमिनियमाच्या उत्पादनाकरिता वापरात होती. आता बहुश: तांबे, निकेल, मॅग्नेशियम आणि मोठ्या प्रमाणावर जस्त व शिसे या प्रक्रियेनेच मिळवितात. तांबे, निकेल, शिसे व जस्त यांची विद्युत् अग्रे विद्युत् विच्छेदनाने जवळजवळ १००% शुद्ध मिळतात. मँगॅनीज व कोबाल्ट त्याचप्रमाणे बेरिलियम, इंडियम, टँटॅलम व टेल्यूरियम यांसारख्या विरल धातूंकरिताहि ही प्रक्रिया अलीकडे वापरात आली आहे. वितळलेल्या लवणांचे विद्युत् विच्छेदन करण्याची पद्धत अतिशय महत्त्वाची ठरलेली असून ॲल्युमिनियमाच्या उत्पादनात व त्याच्या परिष्करणात तसेच मॅग्नेशियमाच्या खाणकामात तिचा उपयोग केला जात आहे. सोने, चांदी, प्लॅटिनम यांसारख्या मौल्यवान धातू परिष्करण करावयाच्या धातूबरोबर असल्यास विद्युत् विच्छेदनात या धातू परिष्करण पात्राच्या तळाशी असणाऱ्या गाळात साचतात व या गाळांतून उप-उत्पादने मिळविता येतात.

एकोणिसाव्या शतकाच्या शेवटी विद्युत् शक्ती मोठ्या प्रमाणावर व स्वस्त उपलब्ध झाल्यामुळे तिचा धातू उद्योगात तापनासाठी उपयोग होऊ लागला. विद्युत् प्रवाहाच्या साहाय्याने अतिशय उच्च तापमान मिळविता येत असल्यामुळे लोह मिश्रधातूंसारख्या द्रव्यांच्या उत्पादनात विद्युत् शक्तीचे महत्त्व मोठे आहे. विद्युत् भट्टीतील वातावरण जरूरीप्रमाणे क्षपणक [ ⟶ क्षपण], ऑक्सिडीकारक वा उदासीन करता येते, तसेच नेहमीची इंधने वापरणाऱ्या इतर कोणत्याही प्रक्रियेपेक्षा अशा भट्टीत उच्च शुद्धतेचे उत्पादन मिळते. विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीस विद्युत् प्रज्योत भट्टी पोलाद उद्योगात प्रचारात आली आणि प्रथमत: तिचा हत्यारी पोलादासाठी वापर झाला. सध्या निष्कलंक (स्टेनलेस) व मँगॅनीज पोलादांसाठी तसेच मोटारगाडी व विमान उद्योगांत लागणाऱ्या सर्व प्रकारच्या नीच (कार्बनाचे प्रमाण नीच असलेल्या) मिश्र पोलादांकरिता ती वापरण्यात येते. इटली व स्कँडिनेव्हिया यांसारख्या स्वस्त जलविद्युत् शक्ती उपलब्ध असलेल्या प्रदेशांत अशा भट्ट्या साधारण गुणवत्तेचे पोलाद तयार करण्यासाठी कित्येक वर्षांपासून वापरात आहेत. १९२० नंतरच्या दशकात हत्यारी पोलाद व उच्च मिश्रपोलाद यांच्या उत्पादनात वितळविण्याच्या मुशीच्या भट्टीच्या ठिकाणी उच्च कंप्रता प्रवर्तन भट्टी [ ⟶ विद्युत् भट्टी]  प्रचारात आली. उच्च मिश्रपोलादाकरिता वापरलेली प्रवर्तन भट्टीची पद्धत ही निर्वात अवस्थेत वितळविण्याकरिता प्रथम वापरण्यात आलेल्या पद्धतींपैकी एक होती. हवेतील वायूंच्या क्रियेमुळे धातूच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर होणारे अनिष्ट परिणाम निर्वात पद्धतीत टाळता येतात. निर्वात अवस्थेत वितळविण्याच्या पद्धतीतील एक महत्त्वाची प्रगती म्हणजे टिटॅनियम, झिर्कोनियम व इतर विरल धातू यांसारख्या विक्रियाशील धातू वितळविण्याकरिता पाण्याने थंड केलेली तांब्याची मूस व क्षय होणारी विद्युत् अग्रे वापरणाऱ्या निर्वात विद्युत् प्रज्योत भट्टीचा उपयोग, ही होय. या भट्टीमुळे विक्रियाशील धातूच्या पाच टन वजनापर्यंतच्या पिंडाचे (ढेपेचे) ओतकाम करता येते. २० टन पोलाद तयार करणाऱ्या, क्षय होणाऱ्या विद्युत् अग्रांच्या निर्वात भट्ट्या तयार करण्यात आलेल्या आहेत. या पद्धतीने अतिशय स्वच्छ, वायूचे प्रमाण कमी असलेले, धातुपिंडाची संरचना एकजिनसी असलेले, तसेच वाढविलेल्या वा शून्याखालील तापमानासही चिवट व तन्य असलेले पोलाद मिळते [ ⟶ निर्वात धातुविज्ञान].

जलीय धातुविज्ञान ही विद्रावकाच्या (विरघळविणाऱ्या द्रवाच्या) साहाय्याने धातुकातील धातू मिळविण्याची प्रक्रिया आहे. या प्रक्रियेची उदाहरणे म्हणजे तांब्याच्या धातुकांचे अपक्षालन (इष्ट विद्रावकात विरघळवून धातू वेगळी काढणे), चांदी व सोने यांची सायनाइड प्रक्रिया आणि बॉक्साइटापासून ॲल्युमिना मिळविण्याची बायर प्रक्रिया [ ⟶ ॲल्युमिनियम ] ही होत. ही प्रक्रिया प्रथम स्पेनमधील रिऊ टींटू येथील तांब्याच्या खाणीत मोठ्या प्रमाणावर अठाराव्या शतकात वापरण्यात आली. हीत चुरडलेल्या तांब्याच्या सल्फाइडी धातुकाच्या मोठाल्या ढिगांचे आर्द्रता व हवा यांच्या प्रभावाखाली ऑक्सिडीकरण करून तयार झालेले कॉपर सल्फेट पाण्यात विरघळविण्यात येई व नंतर तांबे भंगार लोखंडावर अवक्षेपित करण्यात येत असे. धातुकाच्या ढिगाऱ्यांवर प्रक्रिया करण्याऐवजी बंदीस्त टाक्यांमध्ये ही प्रक्रिया करण्याची पद्धत विसाव्या शतकाच्या प्रारंभी प्रचारात आली. ही पद्धत चिली, ॲरिझोना आणि काँगो या प्रदेशांतील खाणींत मोठ्या प्रमाणावर वापरण्यात आली. ⇨ आयन-विनिमय,  विद्रावक निष्कर्षण [ ⟶ निष्कर्षण], उच्च तापमान व उच्च दाब या तंत्रांचा उपयोग जलीय धातुविज्ञानात होऊ लागल्यापासून कनिष्ठ प्रतीच्या धातुकांच्या बाबतीतही ही पद्धत वापरली जाऊ लागली आहे. युरेनियम धातुकाच्या अम्लीय अपक्षालनाने मिळणाऱ्या विद्रावाचे शोधन करण्यासाठी व त्यातील युरेनियमाचे प्रमाण वाढविण्यासाठी आयन-विनिमय पद्धत वापरतात. विद्रावक निष्कर्षणाची पद्धत युरेनियम, टँटॅलम इत्यादींच्या अलगीकरणासाठी वापरतात. उच्च तापमान व उच्च दाब १९५० सालानंतरच जलीय धातुविज्ञानात वापरात आलेले असून त्यांचा प्रथम उपयोग कॅनडातील फोर्ट सस्कॅचेवन येथे निकेल-तांबे-कोबाल्ट यांच्या सल्फाइड धातुकावर प्रक्रिया करण्यासाठी करण्यात आला. ही पद्धत नंतर अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थानांत आणि क्यूबात वापरात आली [ ⟶ जलीय धातुविज्ञान].

धातु-प्रगलनाची शेवटची पायरी म्हणजे धातूला इष्ट आकार देणे ही होय. याकरिता ओतकाम, घडाई, बहिःसारण (तप्त धातू मुद्रेतून-डायमधून-दाबाने बाहेर लोटणे), लाटण इ. पद्धती वापरण्यात येतात. ओतकामात धातूच्या मुद्रेत वा साच्यात धातूचे दाबाखाली अंत:क्षेपण करण्याची पद्धत पहिल्या महायुद्धानंतर सर्वत्र प्रचारात आली. ओतकामाची पद्धत सर्वात जलद असून मोटारगाड्या, विमाने व अभियांत्रिकीय उद्योगांसाठी लागणारी ॲल्युमिनियम व जस्त यांची ओतिवे या पद्धतीने मोठ्या प्रमाणावर तयार करतात. फर्मा वितळ ओतकामाच्या जुन्या पद्धतींचेही आधुनिकीकरण झालेल असून त्यांत महोत्पादनाचे तंत्र अनुसरण्यात आले आहे. धातुपिंडाच्या अखंड ओतकामाच्या पद्धतीत दुसऱ्या महायुद्धानंतर पुष्कळच प्रगती झालेली आहे. या पद्धतीत धातू ओतत असताना धातुपिंडाचे अखंड घनीभवन होते व त्याची लांबी साच्याच्या परिमाणाने मर्यादित राहत नाही. द्रव धातू साच्याच्या एका टोकाकडून आत शिरते व दुसऱ्या बाजूने लांबलचक इष्ट छेदाकार बाहेर पडतो आणि त्यावर पुढील प्रक्रिया करण्यासाठी त्याचा योग्य लांबीचा तुकडा कापून घेण्यात येतो. या पद्धतीमुळे भांडवलात मोठ्या प्रमाणावर बचत होऊ लागली. ही पद्धत प्रथमत: तांबे, पितळ आणि ॲल्युमिनियम यांच्या बाबतीत विशेष यशस्वी ठरली. दुसऱ्या महायुद्धापर्यंत पोलादाच्या बाबतीत फारशी प्रगती झाली नाही परंतु त्यानंतर जर्मनी, रशिया, अमेरिकेची संयुक्त संस्थाने व ब्रिटन या देशांत झालेले प्रयत्न बरेचसे यशस्वी झाले.

जे. नॅसमिथ यांनी वाफेच्या शक्तीवर चालणारे घणयंत्र १८४२ साली शोधून काढले. नंतरच्या काळात बेसेमर व उघड्या तळाचा भट्टीच्या पद्धतीने पोलाद तयार होऊ लागल्यावर त्यावर या यंत्राने प्रक्रिया करणे सुलभ होऊ लागले. १८५६ मध्ये जोझेफ हिटवर्थ यांनी तयार केलेले जलीय दाबयंत्र अतिशय मोठ्या घडाईकामासाठी उपयुक्त ठरले. हल्ली सर्व जड घडाईकामे (उदा., बाष्पित्राची-बॉयलरची- दंडगोल पात्रे, मोठ्या तोफा इ.) दाबयंत्रानेच करतात [ ⟶ दाबयंत्र].

पत्रा व पट्ट (प्लेट) यांसारख्या पातळ छेदाच्या वस्तू तयार करण्यासाठी पूर्वी जलीय शक्तीवर चालणारा हातोडा वापरीत. सोने व चांदी यांसारख्या मऊ धातूंच्या बाबतीत ही प्रक्रिया करणे सोपे होते पण कठीण व चिवट धातूंच्या बाबतीत ती अतिशय श्रमाची होती. जलचक्रानी चालणारी लाटण यंत्रे सतराव्या शतकाच्या शेवटी प्रचारात आली होती. जॉन हॅनबर्ग यांनी कथिलाच्छादित पत्र्यांसाठी लोखंडाचे लाटण करण्याकरिता एक लाटण यंत्र १६१७ मध्ये उभारले होते. स्वीडनमध्ये घडीव लोखंडाचे दंड व पत्रे तयार करण्यासाठी सी. पोहाइम (१६६१—१७५१) यांनी शोधून काढलेले लाटण यंत्र वापरात होते. हेन्री कॉट (कोर्ट) यांनी १७८३ साली केलेल्या कार्यामुळे लाटण यंत्राच्या  प्रसाराला अठराव्या शतकाच्या शेवटी मोठी चालना मिळाली. त्यांनी घडीव लोखंडापासून दंड तयार करण्यासाठी खाचायुक्त लाटा वापरण्याचे एकस्व (पेटंट) घेतले. पोलादाच्या विविध आकारांच्या वस्तूंची मागणी वाढल्यामुळे निरनिराळ्या आकाराच्या खाचा पाडलेल्या लाटांचा उपयोग करण्यात येऊ लागला. एकोणिसाव्या शतकाच्या शेवटी पुरेशा आकारमानाच्या व बलाच्या पोलादी लाटा उपलब्ध झाल्यामुळे लाटण यंत्राचा मोठा विकास झाला. आता धातूला आकार देण्याच्या इतर कोणत्याही पद्धतीपेक्षा लाटण पद्धतच अधिक प्रचारात आहे आणि या पद्धतीने पट्टी, पट्ट, चादर, दंड, तार, निरनिराळे संरचनात्मक आकार आणि वर्ख (फॉइल) अशा विविध आकारांच्या व आकारमानांच्या वस्तूंचे उत्पादन करण्यात येते.

योग्य आकाराच्या मुद्रेतून तप्त धातूचे तुकडे दाबाने रेटून विशेष प्रकारचे छेदाकार तयार करण्याच्या पद्धतीचा (बहि:सारण पद्धतीचा) एकोणिसाव्या शतकाच्या प्रारंभी विकास झाला. प्रथमत: ही पद्धत शिशासारख्या मऊ धातूकरिता वापरीत परंतु नंतर हळूहळू पितळ, ॲल्युमिनियम, मॅग्नेशियम व त्यांचा मिश्रधातूंकरिता ही पद्धत वापरण्यास सुरुवात झाली. विसाव्या शतकाच्या मध्याच्या सुमारास ही पद्धत पोलादाकरिताही वापरात आली आहे.

शेफील्ड येथील एच्. सी. सॉर्बी या प्राध्यापकांनी १८६१ साली सूक्ष्मदर्शकाच्या साहाय्याने धातूंचे पद्धतशीर परीक्षण करण्याच्या पद्धतीचा अवलंब केला व ⇨ धातुरचनाविज्ञानाचा पाया घातला. त्यांचे कार्य मुख्यत्वे लोखंड व पोलाद यांविषयीच होते. धातू अपारदर्शक असल्यामुळे परावर्तित प्रकाशाचा उपयोग करण्याचे एक विशेष तंत्र त्यांनी अवलंबिले. त्यानंतर जर्मनीत ए. मार्टेन्स (१८७८), फ्रान्समध्ये एफ. ऑस्मंड (१८८०) व इंग्लंडमध्ये डब्ल्यू. सी. रॉबट्‌र्सऑस्टेन यांनी मुख्यत्वे लोखंड व पोलाद यांची गुणवत्ता आणि संघटन नियंत्रित करण्याच्या दृष्टीने सूक्ष्मदर्शकीय परीक्षण पुढे चालू ठेवले. धातूच्या सूक्ष्म संरचनेतील घटक द्रव धातूचे घनीभवन होत असताना तयार होतात व यामुळे या संरचनेच्या केवळ बाह्य दर्शनावरून तिचा उद्‌गम वा दोन संरचनांचा एकमेकींशी असणारा संबंध कळून येत नाही. याकरिता सूक्ष्मदर्शकाबरोबरच इतर उपकरणे, विशेषत: उत्तापमापक [ ⟶ उष्णता प्रारण] वापरावी लागतात. या पद्धतीने औष्णिक समतोलावस्था आकृत्या काढण्यात आल्या. या आकृत्यांत कोठी तापमान (सर्वसाधारण तापमान) व धातूचा (वा मिश्रधातूचा) वितळबिंदू यांच्या दरम्यानच्या सर्व तापमानांना धातूत (वा मिश्रधातूत) असणाऱ्या प्रावस्था दर्शवितात. या प्रकारचे कार्य अनेक देशांत विशेषत: फ्रान्समध्ये पुढे चालू ठेवण्यात आले आणि त्यावरून ओतकामात निरनिराळ्या तापमानांपासून थंड केलेल्या धातूंत व जलद थंड करून पून्हा तापविलेल्या धातूंत आढळू शकणारी संरचना निर्देशित करणे शक्य होऊ लागले. धातूंचे यांत्रिक गुणधर्म त्यांच्या संरचनेवरच अवलंबून असल्याने या कार्याला विशेष महत्त्व आले. समतोलावस्था आकृत्यांतील माहितीवरूनच विविध धातूंकरिता योग्य उष्णता संस्करणाच्या पद्धती ठरविणे शक्य झाले. १८९५ मध्ये डब्ल्यू. सी. राँटगेन यांनी क्ष-किरणांचा शोध लावल्यावर विसाव्या शतकाच्या प्रारंभी धातू व मिश्रधातू यांच्या अंतर्गत संरचनेचा अभ्यास करण्याची एक प्रभावी पद्धत एम्.फोन लौए व डब्ल्यू. एच्. ब्रॅग यांच्या प्रयत्नाने १९१२ साली उपलब्ध झाली. यामुळे धातवीय स्फटिकातील अणूंची मांडणी व मिश्रधातूंची संरचना यांसंबंधी पुष्कळ माहिती मिळाली. इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाच्या शोधामुळे साध्या सूक्ष्मदर्शकाच्या हजारोपट विवर्धन मिळून अंतर्गत रचनेचे निरीक्षण करणे अतिशय सूलभ झालेले आहे.

अशा प्रकारे प्रारंभी प्रयत्न व अनुभव यांच्यावर आधारलेल्या धातुविज्ञान या कलेचे भौतिक व रसायनशास्त्रात ज्ञात झालेल्या धातूंच्या गुणधर्मांवर आधारलेल्या शास्त्र व कला यांच्या उपयुक्त संयोगात पर्यवसान झाले आहे.

निष्कर्षण धातुविज्ञान :  धातुविज्ञानामध्ये निष्कर्षण धातुविज्ञान, भौतिक धातुविज्ञान व यांत्रिकी धातुविज्ञान अशा तीन उपशाखा आहेत. निष्कर्षण धातुविज्ञानात धातुकापासून शुद्ध धातू मिळविण्याच्या विविध पद्धतींचा विचार करतात. धातुकामध्ये उपयुक्त खनिज आणि इतर मलखनिजे असतात. धातुक वितळविण्यापूर्वी त्यातील मलखनिजे काढून टाकावी लागतात व शुद्ध धातूचे प्रमाण शक्य तितके वाढवावे लागते. असे संकेंद्रीकरण केल्याने धातूचे उत्पादन काटकसरीचे होते. लोह, तांबे, कथिल आणि ॲल्युमिनियम यांची धातुके ऑक्साइडांच्या रूपात सापडतात. तांबे, शिसे, जस्त, पारा, निकेल आणि अँटिमनी यांची धातुके सल्फाइडांच्या रूपात सापडतात. कित्येक धातुके कार्बोनेट आणि सिलिकेट स्वरूपात सापडतात. धातू तयार करण्याच्या सर्व औष्णिक पद्धतींत धातुकाचे संकेंद्रीकरण आणि धातुकातील ऑक्सिजन किंवा तत्सम अधातवीय घटकांना बाहेर घालविणारे एखादे द्रव्य मिसळून ते मिश्रण उच्च तापमानावर तापत ठेवतात. पुष्कळ प्रकारची ऑक्साइडे कार्बनाबरोबर मिसळून चांगली तापवली, तर त्यांतील ऑक्सिजन बाहेर निघून जातो. ही क्रिया परावर्तन भट्टीमध्ये किंवा उभट झोत भट्टीमध्ये करतात. सल्फाइड धातुकाचे ऑक्साइड धातुकात रूपांतर करण्यासाठी धातुके उच्च तापमानावर भाजतात. धातुकातील गंधक कमी झाले म्हणजे मिळणाऱ्या पदार्थाला धातुकाची मॅट (matte) म्हणतात. तांबे आणि निकेल यांच्या धातुकांच्या मॅट तयार करून त्या वितळवितात आणि शुद्ध धातू मिळवितात.

औष्णिक पद्धतीत ऑक्साइडातील ऑक्सिजन बाहेर घालविण्यास विशेष उपयोगी पडणारी तरलीकरण (पातळ करण्याची) पद्धत, पोलाद तयार करताना ऑक्सिजनाचा उपयोग करणारी एल्. डी. (ऑस्ट्रियामधील लिंट्स आणि डोनाव्हिट्स येथील कारखान्यांत १९५२ साली सुरू केलेली) पद्धत, जर्मेनियमासारख्या धातू अत्यंत शुद्ध अवस्थेत नेण्यासाठी धातूचा भाग क्रमाक्रमाने वितळवून त्यातील नको असलेली द्रव्ये उरलेल्या धातूमध्ये ढकलण्याची विभागीय शुद्धीकरण पद्धत, टिटॅनियम आणि झिर्कोनियम यांच्या आयोडाइडांचे विघटन करून शुद्ध धातू मिळविण्याची पद्धत आणि निकेल व कोबाल्ट यांच्या कार्बोनिल संयुगांचे विघटन करून शुद्ध धातू मिळविण्याची माँड पद्धत या विशेष प्रकारच्या पद्धती आहेत.

धातुके वितळविण्यासाठी लागणारे उच्च तापमान कोकच्या भट्टी प्रमाणेच विद्युत् प्रवर्तन भट्टी किंवा विद्युत् प्रज्योत भट्टीमध्ये उत्पन्न करता येते. मॅग्नेशियम आणि जस्त तयार करण्यासाठी विद्युत् प्रज्योत भट्टी वापरणे सोयीचे होते. या भट्टीतून निघणारे मॅग्नेशियम आणि जस्त प्रथम वायुरूपात उत्पन्न होते. हे वायू नंतर शीतकात नेऊन एकदम थंड करतात व घन धातू मिळवितात. पोलाद तयार करण्यासाठी लागणारी फेरो-सिलिकॉन, फोरो-मँगॅनीज वगैरे मिश्रणे विद्युत् प्रज्योत भट्टीत तयार करतात. या भट्टीत धातुक, कोक आणि चुनखडी यांचे मिश्रण भरतात. प्रज्योतीच्या उष्णतेने ऑक्साइडाच्या रूपात असलेल्या धातुकांतील ऑक्सिजन बाहेर पडतो, धातूचा रस होऊन भट्टीच्या तळावर साठतो व धातुमळी रसावर तरंगते.

काही प्रकारांत एका धातूच्या मदतीने दुसऱ्या धातूच्या ऑक्साइडातील ऑक्सिजन आणि क्लोराइडातील क्लोरीन बाहेर घालविता येतात. अशा कामासाठी ॲल्युमिनियम, सिलिकॉन आणि सोडियम या धातू वापरतात. या पद्धतींना ॲल्युमिनोथर्मी, सिलिकोथर्मी इ. नावे देतात. फेरोमॉलिब्डेनम, फेरोटंगस्टन व फेरोक्रोम तयार करताना ॲल्युमिनोथर्मी पद्धतीचा आणि डोलोमाइटापासून मॅग्नेशियम धातू मिळविण्यासाठी सिलिकोथर्मी पद्धतीचा उपयोग करतात.

पाणी आणि एखादे कार्बनी रसायन अशा एकमेकांत न मिसळणाऱ्या दोन द्रवांचा उपयोग करून एका द्रवात मिसळलेले धातूचे कण दुसऱ्या द्रवामध्ये अडकवून बाहेर काढण्याच्या पद्धतीला दोन द्रवांची (द्रव-द्रव) निष्कर्षण पद्धत म्हणतात. काही कारखान्यांतून वाया जाणाऱ्या द्रवातील सूक्ष्म प्रमाणात मिसळलेले मौल्यवान धातूचे कण परत मिळविण्यासाठी ही पद्धत फार उपयोगी पडते. ही पद्धत मुख्यत: ईथरामध्ये विरघळलेल्या युरेनियम नायट्रेटातून शुद्ध युरेनियम अलग करण्यासाठी वापरतात. याच पद्धतीने निओबियम, टँटॅलम, थोरियम, व्हॅनेडियम आणि टंगस्टन अशा मौल्यवान धातूही  मिळवितात. आता ही पद्धत तांबे, निकेल आणि कोबाल्ट या धातूंसाठीही वापरतात [ ⟶ निष्कर्षण].

जलीय धातुविज्ञानात धातुके एखाद्या रसायनात विरघळवितात व त्या विद्रावाचे विद्युत् विच्छेदन करून शुद्ध धातू मिळवितात. या पद्धतीने तांबे, जस्त आणि शिसे शुद्ध स्वरूपात मिळवितात. आयन-विनिमय पद्धतीत विद्रावातील आयन (विद्युत् भारित अणू, रेणू वा अणुगट) व त्याच प्रकारचे अविद्राव्य (न विरघळणाऱ्या) घन पदार्थातील (किंवा अमिश्रणीय द्रवातील) आयन ह्यांची व्युत्क्रमी (उलटसुलट दिशांनी होणारी) अदलाबदल होते. या पद्धतीने युरेनियमासारख्या मौल्यवान धातू मिळवितात [ ⟶ आयन-विनिमय]. प्रचंड दाबाखालील हायड्रोजनाच्या मदतीने धातुलवणांच्या विद्रावातून शुद्ध धातू बाहेर काढता येते. या पद्धतीने तांबे, निकेल आणि कोबाल्ट या धातू मोठ्या प्रमाणावर मिळवितात.

विद्युत् धातुविज्ञानात धातुसंयुगांच्या उष्ण रसाचे विद्युत् विच्छेदन करून शुद्ध धातू मिळवितात, या पद्धतीने ॲल्युमिनियम तयार करतात. तांबे, जस्त व शिसे. या धातू मिळविण्यासाठी थंड पाण्यातील विद्राव वापरता येतो पण मॅग्नेशियम धातूसाठी जलहीन संयुगाचा विद्राव वापरावा लागतो. एका धातूच्या वस्तूवर दुसऱ्या धातूचा मुलामा करण्यासाठी ज्या विविध पद्धती आहेत, त्यांचे तंत्र याच विभागात अभ्यासले जाते.

भौतिक धातुविज्ञान : या उपशाखेत शुद्ध धातू आणि मिश्रधातू यांची संरचना आणि मिश्रधातूच्या विविध प्रावस्था व गुणधर्म यांच्या परस्परसंबंधांचा अभ्यास केला जातो. धातूच्या संरचनेतील स्फटिकांची आणि अणूंची रचना ओळखण्यासाठी क्ष-किरण वापरावे लागतात. क्ष-किरण वापरण्याच्या तंत्रामुळे निरनिराळ्या प्रावस्थांतील आणवीय रचना समजण्यास पुष्कळ मदत मिळते. पुढे भौतिकीत जी प्रगती झाली तिच्यामुळे शास्त्रज्ञांना धातूमधील इलेक्ट्रॉनांचे स्वरूप, गुणधर्म व हालचाल यांसंबंधी पुष्कळ माहिती मिळाली. तिचा उपयोग धातूचे काही विशेष गुणधर्म समजण्यास झाला. स्फटिकांची सूक्ष्मसंरचना, आणवीय रचना आणि इलेक्ट्रॉन रचना या तीन गोष्टींतून झालेला संरचनेचा अभ्यास भौतिक धातुविज्ञानाच्या वाढीस फार उपकारक ठरला.

प्रावस्था आलेख : हे भौतिक धातुविज्ञानातील अभ्यासाचे एक महत्त्वाचे साधन आहे. अशा आलेखात किंवा आकृतीत एका अक्षावर धातूंच्या मिश्रणातील घटकांचे प्रमाण व दुसऱ्या अक्षावर तापमान दाखवितात. प्रावस्था आलेख हा ⇨ समतोलावस्था आकृतीच्या स्वरूपातही असू शकतो. समतोलावस्था आकृतीत निरनिराळ्या प्रावस्था कोणत्या प्रमाणात व तापमानास स्थिर असतात, ते दिसून येते. तसेच या आकृतीत दाबही दाखविलेला असतो. प्रावस्था आलेखात काही वेळा तापनाच्या आणि शीतलनाच्या विशिष्ट अवस्थेनुरूप असणाऱ्या असमतोलावस्थेतील प्रावस्था क्षेत्रांच्या सीमाही दाखवितात. मिश्र धातूंच्या प्रावस्थांमध्ये एखादा घन विद्राव [समांगी म्हणजे सर्वत्र सारखे असलेले घन मिश्रण ⟶ घन विद्राव] किंवा आंतरधातवीय संयुग असू शकते. कित्येकदा दोन किंवा अधिक घन विद्रावांचे वा संयुगांचे मिश्रण असते. धातुवैज्ञानिकांनी काळजीपूर्वक प्रयोग करून अशा प्रकारचे शेकडो आलेख तयार केले आहेत. दोन धातू असलेल्या मिश्रधातूंचा द्विवर्णी आलेख सामान्य आलेखांप्रमाणे सहज काढता येतो पण तीन घटकांच्या मिश्रधातूंचा त्रिवर्णी आलेख त्रिमितीय असतो. यासाठी त्रिकोणी पायावर तीनही घटकांचे प्रमाण स्वतंत्र दाखवितात. उंचीची दिशा तापमान दर्शविते. सोयीसाठी अशा आकृत्यांचे काही विशेष तापमानाचे आडवे छेद घेऊन द्विमितीय आकृत्या (त्रिकोण) काढतात [ ⟶ प्रावस्था नियम समतोलावस्था आकृत्या].

उष्णता संस्करण : ही भौतिक धातुविज्ञानावर आधारलेली महत्त्वाची उपशाखा आहे. अशा संस्करणात  पोलादाचे किंवा इतर मिश्रधातूंचे भाग जरूर तितके तापवून त्यांना सावकाश थंड करून त्यांतील विषमता घालविणे, पोलादाचे भाग चांगले तापवून एकदम थंड करून त्यांना कठीण करणे, तसेच पोलाद व इतर धातूंचे भाग तापवून त्यांना ठराविक तापमानापर्यंतच एकदम थंड करून नंतर हळूहळू थंड करून त्यांच्या कठिनतेचे नियंत्रण करणे, ॲल्युमिनियमाच्या मिश्रधातूंचे काल-कठिनीकरण, विस्तारक्षम लोखंड तयार करण्याची प्रक्रिया इ. प्रकार असतात. यंत्रांचे कित्येक भाग पृष्ठावर कठीण पण आत मऊ आणि लवचिक असावे लागतात. पोलादाचे पृष्ठ कठीण करण्यासाठी पृष्ठभागात बाहेरचा कार्बन वा नायट्रोजन घुसविणे आणि विद्युत् प्रवर्तनाने काठिण्य उत्पन्न करणे अशा मुख्य पद्धती आहेत. धातूचे कर्तनसुलभ होण्यासाठी ती नरम आणि ठिसूळ असावी लागते. हे गुणही औष्णिक संस्करणाने उत्पन्न करता येतात [⟶ धातूंचे उष्णता संस्करण].

संरचनात्मक धातुविज्ञान : भौतिक धातुविज्ञानाची शुद्ध शाखा म्हणजे धातुभौतिकी किंवा संरचनात्मक धातुविज्ञान ही होय. या शाखेत शुद्ध आणि मिश्रधातू यांची संरचना व त्यांमधील बदल यांसंबंधी मूलभूत विचार केला जातो. क्ष-किरणांच्या साहाय्याने निरनिराळ्या प्रावस्थांची संरचना ठरविली जाते व सर्व संरचनांचा एकत्रित सैद्धांतिक विचार केला जातो. यावरून घन विद्राव केव्हा होतो, विद्राव्यता कितपत असेल व संयुगे केव्हा तयार होतील यांबाबतचे काही आडाखे तयार केले आहेत. धातूमधील इलेक्ट्रॉनांची गती आणि विद्युत् व चुंबकीय गुणधर्म यांचा परस्परसंबंध या शाखेत अभ्यासला जातो. धातूच्या भौतिकी गुणधर्मांचे विवरणही करण्यात येते.

विस्थापन सिद्धांत : धातूंच्या अंतर्गत संरचनेत काही वेळा विषमता दिसते. ही विषमता अणूंच्या विस्थापनामुळे म्हणजे मूळ जागा सोडून दुसरीकडे गेल्यामुळे किंवा रचना बदलल्यामुळे उत्पन्न होते. अशा विस्थापनामुळे धातूच्या गुणधर्मांत फरक पडतो. विस्थापनांच्या आधारे धातूच्या गुणधर्मांचा खुलासा करणाऱ्या तत्त्वाला विस्थापन सिद्धांत म्हणतात. दाबून किंवा ठोकून बदलेला आकार तसाच कायम राहणे हा सर्व प्रकारच्या धातूंचा सामान्य गुणधर्म आहे. अशा आकारबदलांत अंतर्गत अणूंची रचना कशी बदलते ते विस्थापन सिद्धांताच्या आधारे नीट सांगता येते. तसेच धातूंचे विसर्पण (स्थिर भाराखाली होणारे अखंड विरूपण), शिणवटा (वारंवार बदलणाऱ्या भारामुळे होणारे विरूपण) व विभंग (तुटणे) यांसंबंधीचे विवेचनही या सिद्धांतात केलेले असते. प्रावस्था परिवर्तनाच्या अनेक प्रकारांत मार्टेन्साइट हे अत्यंत कठीण प्रकारचे परिवर्तन महत्त्वाचे मानले जाते. या परिवर्तनाच्या विवरणात अणुविस्थापनाला फार महत्त्व देतात. धातुभौतिकीचा काही महत्त्वाचा भाग प्रावस्था परिवर्तनातील तत्त्वे शोधताना तयार झालेला आहे. समद्विस्फटिकीभवन (द्रवक्रांतिकाभ बदल), अवक्षेपी (विद्रावातून बाहेर काढलेल्या कणांच्या मदतीने केलेले) कठिनीकरण, क्रमवार-क्रमरहित परिवर्तन अशा अनेक प्रकारच्या परिवर्तनांचे विवरण विस्थापन सिद्धांतातच केलेले असते.

यांत्रिकी धातुविज्ञान : या उपशाखेत म्हणजे अनुप्रयुक्त धातुविज्ञानात शुद्ध धातू आणि मिश्रधातू यांना उष्ण व थंड अवस्थेत दाबून, ठोकून, ओढून किंवा हत्याराने कापून त्यांचा आकार बदलणे, त्यांचे ओतकाम करणे आणि त्यांच्या भागांचे वितळजोडकाम करणे, पोलादी आणि लोहेतर धातूंचे पिंड लाटून पत्रा व निरनिराळ्या आकारांच्या वस्तू तयार करणे, पत्र्यापासून जोड पद्धतीच्या नळ्या बनविणे, भरीव दांड्यातून जोडरहित नळ्या तयार करणे, सळ्यांपासून तारा काढणे आणि धातूच्या रसातून बहिःसारण पद्धतीने निरनिरीळ्या काटच्छेदांच्या कांड्या किंवा पातळ नळ्या तयार करणे अशा सर्व क्रियाप्रक्रिया येतात.

गंजण्यापासून धातूचे संरक्षण करण्याचे तंत्र महत्त्वाचे आहे. लोखंडावर जस्त, शिसे, कथिल किंवा ॲल्युमिनियमाचा मुलामा देण्याचा उद्योग मोठ्या प्रमाणावर चालतो. अगंज जातीच्या मिश्रधातू तयार करणे हे धातुविज्ञानाचे एक महत्त्वाचे कार्य आहे.

शिक्षण व संघटना : भारतातील अनेक विद्यापीठांतून धातुविज्ञानाचे शिक्षण देण्यात येते. आंध्र, कलकत्ता, नागपूर, पुणे, बनारस, बरद्वान, म्हैसूर, रांची, राजस्थान व संबळपूर या विद्यापीठांतून पदव्युत्तर परीक्षेपर्यंतचे आणि उस्मानिया, काश्मीर, जवाहरलाल नेहरू टेक्नॉलॉजिकल युनिव्हर्सिटी, जादवपूर, पंजाब, मद्रास, महाराजा सयाजीराव विद्यापीठ (बडोदे) व रविशंकर या विद्यापीठांत पदवीपर्यंतचे शिक्षण देण्यात येते. यांशिवाय बंगलोर व रूरकी येथील इंडीयन इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स आणि मुंबई, कानपूर, मद्रास व खरगपूर येथील इंडियन इन्स्टिटयूट ऑफ टेक्नॉलॉजी या संस्थांत पदव्युत्तर परीक्षेपर्यंतचे शिक्षण देण्यात येते.

धातुविज्ञानाशी संबंधित अशा काही संस्था पुढीलप्रमाणे आहेत. (१) नॅशनल मेटॅलर्जिकल लॅबोरेटरी, जमशेटपूर (स्थापना १९५०) : या संस्थेच्या चार संशोधन ओतशाला असून ती एन एम एल टेक्निकल जर्नल  हे नियतकालिक प्रसिद्ध करते. (२) इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ मेटल्स, कलकत्ता (स्थापना १९४६) : ही संस्था ट्रँझॅक्शन्स हे त्रैमासिक प्रसिद्ध करते. (३) मायनिंग, जिआलॉजिकल अँड मेटॅलर्जिकल इन्स्टिट्यूट ऑफ इंडिया, कलकत्ता (स्थापना १९०६) : ही ट्रँझॅक्शन्स हे (षण्मासिक) व न्यूजलेटर ही नियतकालिके प्रसिद्ध करते. (४) जिऑलॉजिकल, मायनिंग अँड मेटॅलर्जिकल सोसायटी ऑफ इंडिया, कलकत्ता (स्थापना १९२४) : हिची जर्नल (त्रैमासिक) व बुलेटीन ही नियतकालिके आहेत.

इन्स्टिट्यूशन ऑफ मायनिंग अँड मेटॅलर्जी, लंडन (स्थापना १८९२) : ही जगातील एक महत्त्वाची धातुविज्ञानविषयक संस्था असून तिची पुढील नियतकालिके प्रसिद्ध होत असतात : बुलेटीन अँड ट्रँझॅक्शन्स ऑफ द इन्स्टिट्यूशन ऑफ मायनिंग अँड मेटॅलर्जी  (मासिक), ट्रँझॅक्शन्स (वार्षिक) बांधलेले खंड आणि आय एम एम अँबस्ट्रॅक्टस (द्वैमासिक). अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थानांतील अमेरिकन सोसायटी फॉर मेटल्स ही संस्थाही महत्त्वाची असून तिच्यातर्फे मेटल प्रोग्रेस (मासिक), मेटल्स एंजिनियरिंग क्वार्टर्ली, मेटल्स हँडबुक, ए एस एम न्युज क्वार्टर्ली, मेटल्स ॲबस्ट्रॅक्टस इंडेक्स (मासिक) आणि मटेरियल्स सायन्स अँड एंजिनियरिंग ही नियतकालिके प्रसिद्ध होतात.

संदर्भ : 1. Burton, M. S. Applied Metallurgy for Engineers, New York, 1956.

            2. Dennis, W. H.  A Hundred Years of Metallurgy,  London, 1963.

            3. Dennis, W. H. Extractive Metallurgy : Principles and Applications, New York, 1965.

            4. Dennis, W. H. Metallurgy of the Non-ferrous Metals, New York, 1954.

            5. Parr, J. G. Man, Metals and Modern Magic, Cleveland, 1958.

            6. Rogers, B. A. Nature of Metals, Ames, 1964.

            7. Smallman, R. E. Modern Physical Metallurgy, Washington, 1963.

खानगांवकर, प. रा. भदे, व. ग. ठाकूर, अ. ना.

“