पितळ

पितळ : (ब्रास). तांबे व जस्त यांच्या मिश्रधातूंना ‘पितळ’ म्हणतात. पितळात तांबे प्रमुख धातू आणि जस्त मिश्रक धातू आहे. ५-४० % जस्त असणारी निरनिराळी पितळे उपयोगाच्या दृष्टीने महत्वाची आहेत. यापेक्षा जास्त प्रमाणात जस्त असल्यास पितळ अत्यंत कठीण व ठिसूळ होते आणि त्यामुळे त्याचा व्यवहारात विशेष उपयोग होत नाही.

तांब्यात जस्त मिसळून पितळ आणि कथिल मिसळून ⇨ कासे (ब्राँझ) या मिश्रधातू मिळतात. पितळ व कासे यांमध्ये सकृत्‌दर्शनी बरेच साम्य असल्याने पुरातन काळात कासे आणि पितळ यांमध्ये फरक केला जात नव्हता. यामुळे मानवाला पितळ ही निराळी मिश्रधातू म्हणून सु. पंधराव्या शतकातच माहीत झाली. त्यानंतरच्या काळात पितळ ही मिश्रधातू भांडी, पदके, नाणी इत्यादींसाठी वापरात आली. सध्या प्रचलित असलेली पितळे एकोणिसाव्या व विसाव्या शतकांत प्रमाणभूत झालेली आहेत.  

घटना : पितळाच्या निरनिराळ्या प्रकारांची घटना आकृतीत दाखविलेल्या तांबे व जस्त यांच्या ⇨ समतोलावस्था आकृतीवरून लक्षात येईल. या आकृतीत निरनिराळ्या प्रमाणांत जस्त असलेल्या पितळांमध्ये वेगवेगळ्या तापमानांस कोणत्या घटक प्रावस्था [ ⟶ प्रावस्था नियम] असतात, हे दाखविले आहे. सु. ३६ % जस्तापर्यंतच्या पितळांमध्ये एकच घटक प्रावस्था (α) आहे. ही प्रावस्था म्हणजे तांबे व जस्त यांचा ⇨ घन विद्राव आहे. ३६-५० % जस्त असणार्‍या पितळांमध्ये दोन घटक प्रावस्था (α,β ). ही नवीन गटक प्रावस्थाही (β ) घन विद्राव आहे. सु. ४५०^० सें. तापमानाच्या खाली  (β ) या घन विद्रावाचे  (β ) या घन विद्रावात रूपांतर होते. ३६-५० % जस्त असलेले पितळ सामान्य तापमानास α व β अशा दोन घटक प्रावस्थांचे बनलेले असते. α ह्या घटकापेक्षा β ’ हा घटक जास्त कठीण व ठिसूळ असतो. त्यामुळे जसजसे β’ ह्या घटकाचे प्रमाण वाढेल तसतसे पितळ अधिक कठीण आणि ठिसूळ बनू लागेल. यामुळेच ४० % पेक्षा जास्त जस्त असलेले पितळ उपयुक्त नसते.

निर्मिती : ग्रॅफिइटाच्या मुशीमध्ये पितळ तयार करतात. प्रथम शुद्ध तांबे वितळवून घेतात आणि नंतर त्यात योग्य त्या प्रमाणात जस्त टाकतात. द्रव पितळाचे ⇨ ऑक्सिडीभवन होऊ नये म्हणून मुशीच्या तोंडावर लोणारी कोळसा किंवा ग्रॅफाइटाच्या चुर्णाचा संरक्षक थर टाकतात. पितळाची मोडही परत पितळ बनविण्यासाठी वापरता येते. पितळाचे वितळण्याचे तापमान ९००^०-१,१००^० से. असल्याने ओतीव आकार बनविताना, द्रव ⟶ घन ह्या स्थितिबदलामुळे होणारे संकोचन लक्षात घ्यावे लागते. 

गुणधर्म : शुद्ध तांबे तांबूस रंगाचे व शुद्ध जस्त पांढर्‍या रंगाचे असते. पितळामधील जस्ताचे प्रमाण जसजसे वाढत जाते, तसतसा त्याचा रंग तांबड्यापासून पिवळ्याकडे बदलत जातो. काही विशिष्ट प्रमाणात जस्त असलेल्या पितळास सोन्यासारखा रंग येतो. बदलत्या जस्ताच्या प्रमाणात पितळाचा रंग कसा बदलत जातो, हे आकृतीत दाखविले आहे.

उत्कृष्ट उष्णता व विद्युत् संवाहकता हे तांब्याचे महत्वाचे गुणधर्म आहेत. तांब्यामध्ये जस्त मिसळल्यावर या दोन्हीही गुणधर्मांत फरक पडतो. सु. ३० % जस्त असलेल्या पितळाची विद्युत् संवाहकता शुद्ध तांब्याच्या विद्युत् संवाहकतेपेक्षा ६० % कमी असते. पितळाच्या उष्णता संवाहकतेमध्येही अशीच घट दिसून येते. मुळात चिवट व मऊ असलेल्या तांब्याचे यांत्रिक गुणधर्मही जस्ताच्या मिश्रणाने बदलतात. ताणबल (ताण सहन करण्याची क्षमता) व कठिनता सु. दीडपट वाढते आणि दीर्घीकरण (ताण दिला असता होणारे प्रतिशत प्रसरण) दुपटीने वाढते. जस्त मिसळल्याने तांब्याच्या यांत्रिक गुणधर्मात पडणार्‍या या महत्त्वाच्या फरकामुळेच पितळास महत्व आले आहे. तांबे जस्तापेक्षा बरेच महाग असते. म्हणून पितळ तांब्यापेक्षा स्वस्त असते आणि शिवाय अधिक बलवानही असते. जस्ताच्या प्रमाणात पितळाचे यांत्रिक गुणधर्म कसे बदलतात, हे आकृतीत दाखविले आहे.

विरूपण : विरूपणाच्या (आकार किंवा रूप देण्याच्या) दृष्टीने पितळांचे दोन गट पडतात. सु. ३० % जस्तापर्यंतची पितळे α ह्या एक घटक प्रावस्थेची असल्याने शीत विरूपणक्षम असतात. तापवावे न लागता किंवा अनुशीतन (तापवून हळूहळू थंड करण्याची क्रिया) न करता या पितळांचे ९० % पेक्षाही जास्त विरूपण करता येते.

३०-४० % जस्त असलेली पितळे α  आणि β  ह्या दोन घटक प्रावस्थांची असल्याने ती फारशी शीत विरूपणक्षम नाहीत. १०-२० % शीत विरूपणानंतर या पितळांचे अनुशीतन करावे लागते. जास्त विरूपणासाठी ४००^० ते ६००^० से. पर्यंत तापवून उष्ण विरूपण करावे लागते.

  α गटातील पितळांपासून पातळ पत्रे, नळ्या, तारा इ. आकार अत्यंत सुलभतेने बनविता येतात. α -β गटातील पितळास लोहारी घडाईने व साच्यातील घडाईने आकार देता येतो. दोन्हीही गटांतील पितळ यंत्रणक्षम आहे. जस्त आणि तांबे यांच्या चूर्णाचे योग्य प्रमाणात मिश्रण करून किंवा पितळाचेच चूर्ण वापरून चूर्ण पद्धतीनेही पितळाचे आकार बनविता येतात [ ⟶ चूर्ण धातुविज्ञान]. सर्व प्रकारची पितळे ओतनक्षम असल्याने ओतकामानेही पितळाचे आकार बनविता येतात. 

संक्षारण : (गंजणे). लोखंड व पोलादांपेक्षा पितळ जास्त गंजविरोधी आहे. मूळचा आकर्षक पिवळा रंग व त्याचा दीर्घकाल टिकाऊपणा ह्यांमुळेही पितळाचा वापर व उपयुक्तता यांत भर पडली आहे. सामान्यपणे हवा व पाणी यांचा पितळावर फारसा परिणाम होत नाही. समुद्राचे किंवा लवणयुक्त पाणी किंवा विविध अम्‍ले ह्यांनी मात्र पितळाचे जलद संक्षारण होते. अशा संक्षारणाच्या प्रतिबंधासाठी पितळावर क्रोमियम किंवा निकेल यासारख्या धातूचे विद्युत् विलेपन करतात. अन्नपदार्थांसाठी वापरावयाच्या पितळाच्या भांड्यास बहुधा आतील बाजूने कथिलाचा थर कल्हई करताना याच कारणासाठी देतात. 

पितळाच्या संक्षारणामध्ये जस्तक्षय आणि कालिक भंजन हे दोन प्रमुख प्रकार आहेत. 

जस्तक्षय : संक्षारणाच्या या प्रकारात पितळातील जस्ताच्या अणूंचे वेचक (निवडक) संक्षारण होऊन त्यांचे लवणात रूपांतर होते. हे लवण निघून गेल्यावर फक्त तांब्याची जाळी शिल्लक राहते. ही उरलेली जाळी अत्यंत मऊ व बलरहित असल्याने त्या वस्तूत काहीच बल उरत नाही. जस्ताच्या वाढत्या प्रमाणात जस्तक्षयाचे प्रमाणही वाढत जाते. पितळामध्ये १-२ % कथिल किंवा ०.०२ – ०.०५ % फॉस्फरस किंवा अंटिमनी घातल्यास जस्तक्षयास प्रतिबंध होतो.

कालिका भंजन : पितळात आढळून येणार्‍या या संक्षारणाचा उगम विरूपणानंतर पितळात राहिलेल्या अवशिष्ट प्रतिबलात (वस्तूच्या परिमाणांत बदल घडवून आणण्याची प्रवृत्ती असणार्‍या प्रेरणेत) असतो. एरवी एकसंघ असणार्‍या पितळाच्या वस्तूस काही काळानंतर अचानक तडे पडतात. म्हणून या संक्षारणास कालांतराने होणारे म्हणजेच कालिका भंजन म्हणतात. अवशिष्ट प्रतिबलामुळे स्फटिकसीमेवरील अणूंची संक्षारणक्षमता वाढते. व स्फटिकसीमा निर्बल होऊन वस्तूस तडे जातात. अनुशीतनाने अवशिष्ट प्रतिबल काढून टाकल्यास कालिका भंजन टाळता येते. 

महत्वाचे प्रकार : औद्योगिक दृष्ट्या काही विवक्षित पितळे जास्त उपयुक्त आणि मान्यता लाभलेली आहेत. यांमधील काही पितळांत तांबे व जस्त या मूळ घटकांबरोबर इतरही काही घटक धातू थोड्या प्रमाणात असतात.

साधी पितळ : यांमध्ये जस्ताचे प्रमाण कमी असते व इतर घटक धातू नसतात. प्रमुख मिश्रधातू चार प्रकारच्या आहेत. ५% जस्त-मुलाम्याचे (गिल्डिंगचे) पितळ, १० % जस्त – ‘कमर्शियल ब्राँझ’ या नावाने ओळखले जाणारे पितळ, १५ % जस्त – लाल पितळ व २० % जस्त – हलके पितळ. ही सर्व पितळे एका प्रावस्थेची असल्याने त्यांना उत्कृष्ट विरूपणक्षमता आहे. जस्ताचे प्रमाण कमी असल्याने या पितळांची विद्युत् आणि उष्णता संवाहकताही चांगली असते.

काडतुसाचे पितळ : ३० % जस्त असलेल्या पितळास काडतुसाचे पितळ (कारट्रिज ब्रास) म्हणतात. तोफांचे गोळे, बंदुकांची काडतुसे यांच्या कवचांसाठी हे पितळ वापरतात. एक प्रावस्था घटकामधील हे शेवटचे पितळ आहे. याची शीत विरूपणक्षमता उत्कृष्ट आहे. खोल दाबक्रिययेने आकार देण्यासाठी हे पितळ फार उपयुक्त आहे. साखरकारखान्यात उसाचा रस उकळविण्याच्या यंत्रातील नळ्यांसाठी याचा उपयोग करतात.

मुंट्‌झ धातू : ३५ ते ४० % जस्त असलेले व जी.एफ्. मुंट्‌झ या इंग्‍लिश धातुवैज्ञानिकांच्या नावावरून ओळखण्यात येणारे हे पितळ सर्वसामान्य उपयोगासाठी वापरतात. यात जस्ताचे प्रमाण बरेच असल्याने याची विरूपणक्षमता विशेष चांगली नसते. 

खास पितळ : यंत्रणक्षम पितळ : सर्व प्रकारच्या पितळांमध्ये १-४ % शिसे मिसळल्यास यंत्रणक्षमता वाढते. इतर गुणधर्मांत फारसा फरक पडत नाही.

संक्षारण प्रतिबंधक पितळ : नौकांच्या बांधणीमधील नळ, तोट्या इ. अनेक भागांसाठी मोठ्या प्रमाणात पितळेचा वापर होतो. यासाठी समुद्राच्या लवणयुक्त पाण्याने संक्षारण न होणारी पितळे लागतात. या प्रकारची महत्वाची पितळे पुढीलप्रमाणे आहेत : (१) २९ % जस्त, १ % कथिल-अडमिरॅल्टी धातू (२) ३९ % जस्त, १ % कथिल नेव्हल ब्रास (३) २२ % अल्युमिनियम-अल्युमिनियम ब्रास (४) ३९ % जस्त, १ % कथिल, १.५ % लोह, ०.५ % मँगॅनीज-मॅगॅनीज ब्राँझसंक्षारण. प्रतिबंधक पितळे काही रासायनिक कारखान्यांसाठीही उपयोगी असतात.

संदर्भ : American Society for Metals, Metals Han⇨book, Ohio,

आळतेकर, वि. अ. देशमुख, य. वि.

“