धातूंची यंत्रणक्षमता

धातूंची यंत्रणक्षमता : ओतकाम, घडाई, लाटण वा बहि:सारण (तप्त धातू मुद्रेतून-डायमधून-दाबाने बाहेर लोटणे) या प्रक्रियांनी तयार केलेल्या ढोबळ आकाराच्या वस्तूला ठराविक मापाचा आकार देण्यासाठी तिच्या पृष्ठाभागावर जरूरीप्रमाणे यंत्रण (यंत्राच्या साहाय्याने घासणे, कापणे इ. क्रिया) करावे लागते. जर ही क्रिया सुलभपणे करता आली, तर त्या धातूची यंत्रणक्षमता चांगली आहे असे समजतात.

हे यंत्रण त्या वस्तूपेक्षा कठीण व तीक्ष्ण धार असलेल्या हत्याराने करावे लागते. अशा क्रियांत लेथवर करावयाचे कातण, चक्री कर्तन, रंधा यंत्राच्या साहाय्याने करावयाचे पृष्ठभागाचे रंधण, छिद्रकाच्या साहाय्याने करावयाचे वेधन (भोके पाडणे), छिद्रे ठराविक मापाची करण्यासाठी ती छिद्रे तासणीने तासणे, अपघर्षकाच्या (खरवडून व घासून पृष्ठभाग गुळगुळीत करणाऱ्या पदार्थाच्या) साहाय्याने घासणे (शाणन), करवतीने करावयाचे कर्तन, आटे पाडणे वगैरे गोष्टींचा समावेश होतो.

धातूच्या वस्तूवर यंत्रण करताना यंत्रणाचा वेग, पृष्ठाभागावर आणावयाचा गुळगुळीतपणा व चकाकी आणि यंत्रणाला लागणारी यांत्रिक शक्ती या तीन गोष्टी महत्त्वाच्या असतात. या तीनही गोष्टी धातूच्या यंत्रणक्षमतेवर अवलंबून असतात. हा गुणधर्म अन्य गोष्टींवरही अवलंबून असल्याने त्याचे तंतोतंत मोजमाप करणे अवघड असते परंतु यंत्रणक्षमतेला औद्योगिक क्षेत्रात फार महत्त्व असल्यामुळे तिचा मोठ्या प्रमाणवर अभ्यास झालेला आहे आणि त्याचा उपयोगही चांगला होत असल्याचे अनुभवास आले आहे.

यंत्रणक्षमता दर्शकांक : धातूचे यंत्रण सोपे होणे वा न होणे हे पुढील तीन गोष्टींवर अवलंबून असते : (अ) यंत्रण करावयाच्या धातूवर अवलंबून असलेले घटक : (१) धातूची कठिनता, (२) ताणबल, (३) स्फटिकीय रचना, (४) सूक्ष्म संरचना, (५) तापमान, (६) भाराने होणारे कठिनीकरण (७) वस्तूचा आकार व (८) समांगता (आ) यंत्रणाचे यंत्र व त्यावर अवलंबून असणारे घटक : (१) यंत्रणाचा वेग, (२) हत्याराच्या यंत्रण टोकाचा आकार, (३) हत्याराची धातू अथवा द्रव्य, (४) यंत्रणात वापरण्यात येणारा साहाय्यक द्रव पदार्थ, (५) यंत्राचा प्रकार आणि (६) यंत्रणाक्रियेचा प्रकार (इ) यंत्रण करणाऱ्या कामगाराचे कौशल्य.

धातुविज्ञानाच्या दृष्टीने वरील (अ) विभागातील घटकांना विशेष महत्त्व आहे. यंत्रण हत्याराचे आयुष्य म्हणजे त्याला चांगली धार लावल्यावर ते किती वेळ यंत्रण करू शकते याचे मोजमाप असते. हे मोजमाप करताना (१) यंत्रण करण्यास लागणारा वेळ, (२) उकरून काढलेल्या धातूचे वजन, (३) यंत्रण केलेल्या भागांची प्रती तास संख्या, (४) उकरण्याचा तौलनिक (विशिष्ट नरम पोलादाच्या कामास लागणार वेग हा प्रमाण वेग समजून मोजलेला) वेग या बाबी विचारात घ्याव्या लागतात.

सर्वसाधारणपणे यंत्रणक्षमता हा गुणधर्म महोत्पादनासाठी (मोठ्या प्रमाणावर होणाऱ्या उत्पादनासाठी) विशेष महत्त्वाचा असतो. महोत्पादनासाठी लागणाऱ्या मुख्य धातू म्हणजे लोखंड, पोलाद आणि मिश्रपोलाद या होत. तांबे, पितळ वगैरे लोहेतर धातूंसाठी रवाळ पितळ प्रमाण धरतात. सामान्य धातूंचे आणि मिश्रधातूंचे तौलनिक दर्शकांक कोष्टकात दिले आहेत (ब्रिनेल अंक व रॉकवेल अंक यांच्या स्पष्टीकरणासाठी ‘कठिनता’ ही नोंद पहावी ).

काही धातूंचे व मिश्रधातूंचे तौलनिक दर्शकांक 

व्यावहारिक पद्धतीमध्ये धातूची यंत्रणक्षमता पाहण्यासाठी त्या धातूचे प्रत्यक्ष यंत्रण करून निघणाऱ्या किसाचे परीक्षण करतात. बारीक कुरळ्या आकाराचा कीस सर्वांत उत्तम यंत्रणक्षमता दर्शवितो.

धातूंची अंतर्गत संरचना व यंत्रणक्षमता : धातूंची यंत्रणक्षमता ही तिच्या अंतर्गत अणूंच्या संरचना (मांडणी) पद्धतीवर अवलंबून असते. या संरचनेवरच धातूची कठिनता, समांगता व ताणबल ही अवलंबून असतात. धातू जितकी कठीण असले, तितकी तिची यंत्रणक्षमता कमी असते, असा सामान्य नियम आहे परंतु कठिनता फार कमी असली, तरीही यंत्रणक्षमता कमी होते. साध्या पोलादाच्या बाबतीत कठिनतेचा ब्रिनेल अंक १५० ते १८० असणे यंत्रणक्षमतेच्या दृष्टीने सर्वांत उत्तम असते. यंत्रण करताना हत्यार व धातू यांचे सतत घर्षण होत असल्यामुळे मऊ धातूचा पृष्ठभाग तापून खडबडीत होतो. मऊ धातूची कातरण लांब धाग्यासारखी होते आणि हत्यार व धातू यांच्यामध्ये वारंवार अडकते. त्यामुळे यंत्रणकामात अडथळा येतो म्हणून काही वेळा नरम धातूंवर विशेष संस्कार करून त्यांना यंत्रणापूर्वी कठीण करून घेतात. धातूची समांगता यंत्रणासाठी फार हितावह असते. यंत्रण चालू असताना जर हत्याराचा आणि धातूमधील निरनिराळ्या कठिनतेच्या स्थळांचा (कडक गाठीचा अथवा पोकळ्यांचा) संबंध आला, तर हत्यार फार लवकर बोथट होते.

मिश्रधातूमधील मूलभूत घटक जर सर्व भागांत समप्रमाणात मिसळलेले नसतील, तर त्या मिश्रधातूची यंत्रणक्षमता कमी होते. सामान्य पोलादात फेराइट आणि पिअरलाइट असे दोन घटक असतात. पोलादाचे लाटण करून तयार केलेल्या गजांमध्ये काही वेळा या घटकांचे स्वतंत्र थर उत्पन्न होतात. अशा गजांना समांगी करण्यासाठी त्यांवर उष्णता संस्करण करावे लागते. सर्व मिश्रधातू प्रथम ओतीव पिंडाच्या (ढेपेच्या) स्वरूपात असतात. काही वेळा वाळूचे कण वगैरे अतिरिक्त पदार्थ धातूच्या रसाबरोबर साच्यामध्ये जाऊन पिंडामध्ये अडकून बसतात. पिंडाचे घनीभवन होत असताना धातू आकसते व पिंडात ही मलद्रव्ये अडकून राहतात, तसेच आकसण्यामुळे पोकळ्याही उत्पन्न होतात. मिश्रधातूच्या रसाबरोबर साच्यात शिरलेली ऑक्साइडे,  सिलिकेटे वगैरे मळीचे सूक्ष्मकण पिंडात विखुरतात व पिंडाचे लाटण होताना लांब धाग्यांप्रमाणे पसरतात. पिंडातील दोषांमुळे मिश्रधातूची यंत्रणक्षमता कमी होते. काही मिश्रधातुंची गरम घडवण करतानाही काही वेळा आत पोकळी राहते आणि तीमुळे यंत्रणक्षमता कमी होते.

धातूच्या गुणधर्मांचे परीक्षण करण्यासाठी रासायनिक विश्लेषण व सूक्ष्मदर्शकी परीक्षण या दोन पद्धती वापरता येतात. यंत्रणक्षमतेच्या अभ्यासात सूक्ष्मदर्शकाला फार महत्त्वाचे स्थान आहे.

नरम धातूची यंत्रणक्षमता सामान्यत: कमी असते व तिच्यावर शीतकाम (सामान्य तापमानातील घडाई) केल्याने ती वाढू शकते. पोलादाच्या बाबतीत कार्बनाचे प्रमाण ०·३% पर्यंत असले, तरच शीतकामाने त्याची यंत्रणक्षमता वाढते पण हे प्रमाण ४% पेक्षा जास्त असेल, तर वरील क्रियेने यंत्रणक्षमता कमी होते.

मिश्रधातूची यंत्रणक्षमता सुधारण्यासाठी अनेक प्रक्रिया वापरतात. एका प्रकारात मिश्रधातूमध्ये आणखी एखादे द्रव्य मिसळतात. हे द्रव्य काही मिश्रधातूंत अगदी एकजीव होऊन समांगी मिश्रण तयार होते परंतु काही मिश्रधातूंमध्ये मिसळलेले असे द्रव्य कणांच्या रूपात राहते व सर्व भागांत समप्रमाणात वाटले जाते. मिसळलेल्या द्रव्याचे कण जर अंड्यासारखे लांबट गोलक बनून पसरले, तर यंत्रणक्षमता पुष्कळ सुधारते. पोलादाची यंत्रणक्षमता गंधक व शिसे मिसळल्याने वाढते आणि बिडाची ग्रॅफाइटाच्या सूक्ष्म गोलकांनी वाढते.

सामान्य नरम पोलादाची गरम घडवण केली, तर त्याची अंतर्गत संरचना कशी दिसते ते आकृती (अ) मध्ये दाखविले आहे. पोलादाची वस्तू लाल होईपर्यंत तापवून हळूहळू थंड केली, तर तिची अंतर्गत संरचना कशी दिसते ते आकृती (आ), (इ) व (ई) मध्ये दाखविले आहे. आकृती (इ) व (ई) मध्ये दिसणारी सूक्ष्मसंरचना यंत्रणासाठी चांगली असते.

पोलादी दांड्याचे तापमान पुष्कळ कमी करून त्याला मुद्रेमधून दाबून ढकलले म्हणजे त्याचा पृष्ठभाग चांगला गुळगुळीत होतो आणि त्याची यंत्रणाक्षमताही वाढते.

कोणत्याही सुट्या भागाची किंमत ही मूळ धातूची किंमत आणि यांत्रिक क्रियांचा खर्च धरून ठरविलेली असते. धातूची यंत्रणक्षमता चांगली असेल, तर यांत्रिक क्रियांचा खर्च कमी होतो. महोत्पादन पद्धतीने तयार करण्यात येणाऱ्या वस्तू सामान्यत: लोखंड व पोलादापासून तयार करतात म्हणून या धातूंच्या यंत्रणक्षमतेचा अभ्यास हा आता एक स्वतंत्र विषयच झाला आहे.

पहा : धातूंचे यांत्रिक गुणधर्म.

संदर्भ : 1. Hanson, A. Parr, J. G. The Engineer’s Guide to Steel, Reading, Mass., 1965.

            2. McLean, D. Mechanical Properties of Metals, New York, 1962.

            3. Wilson, F. W. Harvey, P. D. Tool Engineer’s Handbook, New York, 1959.

माढेकर, मु. के.

“