रासायनिक मूलद्रव्य म्हणून तांबे
इ.स.पूर्व सुमारे ५००० च्या ताम्रयुगापासून मानवाला त्याची माहिती आहे आणि त्याचा वापर केला जात आहे, तेव्हा त्याचा उपयोग अवजारे, दागिने आणि शस्त्रे बनवण्यासाठी केला जात असे. धातुशास्त्राच्या विकासाबरोबर, लोखंड आणि पोलादामध्ये संमिश्रण घटक म्हणून तांब्याची भूमिका अधिकाधिक महत्त्वाची होऊ लागली आणि १९व्या व २०व्या शतकात पोलादी पदार्थांच्या गुणधर्मांवर होणाऱ्या त्याच्या परिणामाचा सखोल अभ्यास केला गेला.
पोलादामधील तांब्यावरील सुरुवातीचे संशोधन
सुरुवातीला, पोलादामध्ये तांबे अपघाताने, या मूलद्रव्याचा समावेश असलेल्या खनिजांच्या वापरामुळे निर्माण झालेली एक अशुद्धी म्हणून आढळत असे. १९व्या शतकापर्यंत पोलादाचे गुणधर्म सुधारण्यासाठी त्यात तांबे जाणीवपूर्वक मिसळण्यास सुरुवात झाली नव्हती. १८८२ मध्ये, हॅडफिल्ड मॅंगनीज स्टीलचे संशोधक, ब्रिटिश धातूशास्त्रज्ञ रॉबर्ट हॅडफिल्ड यांनी शोध लावला की, मॅंगनीज, सिलिकॉन आणि तांबे यांसारखे घटक मिसळल्याने पोलादाची रचना आणि यांत्रिक गुणधर्म लक्षणीयरीत्या बदलू शकतात. हे अभ्यास तांब्याचा एक संमिश्रण घटक म्हणून वापर करण्याच्या पुढील प्रयोगांसाठी एक प्रारंभिक बिंदू ठरले.
तांबे आणि लोखंडी संरचनांमधील विद्राव्यतेवर त्याचा होणारा परिणाम
इतर मिश्रधातू घटकांप्रमाणेच, तांब्याच्या मिश्रणाची लोखंडाच्या संरचनेतील विद्राव्यता तापमानानुसार बदलते. ८३५°C तापमानावर, तांबे फेराइटमध्ये १.४% पर्यंत विरघळते, परंतु सामान्य तापमानाला त्याची विद्राव्यता लक्षणीयरीत्या कमी होऊन ०.२% होते. ऑस्टेनिटिक संरचनेत तांब्याची विद्राव्यता लक्षणीयरीत्या जास्त असते, ज्यामुळे ऑस्टेनिटिक मिश्रधातू त्याच्या गुणधर्मांचा प्रभावीपणे उपयोग करू शकतात. या गुणधर्मांमुळे डिस्पर्शन हार्डनिंग, हार्डनिंग आणि टेम्परिंग प्रक्रियांद्वारे पदार्थाला अधिक मजबूत करण्याची संधी निर्माण होते.
मिश्रधातू घटक म्हणून तांबे
१९व्या शतकाच्या उत्तरार्धात आणि २०व्या शतकाच्या सुरुवातीला, तांब्याच्या अद्वितीय गुणधर्मांमुळे, त्याचा पोलादामध्ये एक हेतुपुरस्सर पूरक घटक म्हणून मोठ्या प्रमाणावर वापर सुरू झाला. ते कार्बाइड तयार करत नाही, परंतु ग्राफायटीकरणास प्रोत्साहन देते, जे उच्च सांद्रतेमध्ये विशेषतः लक्षात येते. ०.२% पेक्षा जास्त सांद्रतेमध्ये, तांब्याच्या मिश्रणामुळे क्रांतिकारक शीतलन दर कमी होतो, ज्यामुळे पोलादाची कठीणता वाढण्यास मदत होते. याव्यतिरिक्त, ०.५% पेक्षा जास्त तांब्याच्या प्रमाणामुळे पोलादाची मजबुती आणि कठीणता सुधारते, विशेषतः निकेल आणि क्रोमियमसारख्या इतर घटकांच्या उपस्थितीत.
स्टीलमध्ये तांब्याचे फायदे
तांबे जवळजवळ सर्व प्रकारच्या पोलादामध्ये ०.१–०.२% या प्रमाणात एक नैसर्गिक संमिश्रण घटक म्हणून आढळते. ०.२५–०.४०% या प्रमाणात, तांबे पोलादाचा गंज-प्रतिरोध लक्षणीयरीत्या वाढवते, विशेषतः औद्योगिक वातावरणात, ज्यामुळे वातावरणीय घटकांच्या संपर्कात येणाऱ्या संरचनात्मक घटकांसाठी ते एक आदर्श साहित्य ठरते. ०.३% पेक्षा जास्त प्रमाणात तांबे असलेल्या पोलादावर कोल्ड वर्किंग करणे अधिक कठीण असते, त्यासाठी सुधारित तांत्रिक प्रक्रियांची आवश्यकता असते.
ऑस्टेनिटिक क्रोमियम-निकेल स्टेनलेस स्टीलमध्ये , ३% पर्यंत तांबे (किंवा २% तांबे आणि २% मॉलिब्डेनम यांचे मिश्रण) मिसळल्याने सल्फ्यूरिक आम्ल (H₂SO₄) आणि हायड्रोक्लोरिक आम्ल (HCl) यांसारख्या तीव्र आम्लांविरुद्ध त्यांचा प्रतिकार वाढतो. ५% पर्यंत तांबे असलेल्या मिश्रधातू उत्कृष्ट क्षरण-प्रतिरोध दर्शवतात आणि त्यांचे अवक्षेपण-कठिनीकरण केले जाऊ शकते. अशा पदार्थांच्या उदाहरणांमध्ये AlNiCo चुंबकांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या फेरिटिक तांब्याच्या मिश्रधातूंचा, तसेच आव्हानात्मक पर्यावरणीय परिस्थितीत वापरल्या जाणाऱ्या क्षरण-प्रतिरोधक कास्ट स्टील आणि कास्ट आयर्नचा समावेश होतो.
तांब्याशी संबंधित तंत्रज्ञानाचा विकास
विसाव्या शतकाच्या मध्यापासून, धातुशास्त्रीय तंत्रज्ञानातील प्रगतीमुळे पोलादाच्या नियोजित वापरानुसार त्यातील तांब्याच्या प्रमाणावर अचूक नियंत्रण ठेवणे शक्य झाले आहे. यामुळे संरचनात्मक घटक, औद्योगिक पाइपलाइन, रासायनिक टाक्या आणि प्रतिकूल वातावरणात चालणाऱ्या यंत्रांचे भाग यांच्या उत्पादनात वापरल्या जाणाऱ्या पोलादामध्ये तांबे हा एक प्रमुख संमिश्रण घटक बनला आहे.
गंजरोधकता आणि वाढीव कठीणता यांपासून ते विविध उष्णता उपचार प्रक्रियांद्वारे पदार्थाला अधिक मजबूत करण्याच्या क्षमतेपर्यंत, पोलादाचे गुणधर्म घडवण्यात तांबे महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते. धातुशास्त्रातील त्याच्या वापराचा इतिहास हा पोलाद विकास आणि उत्पादन तंत्रज्ञानातील प्रगती दर्शवतो, आणि वाढत्या आव्हानात्मक कार्य परिस्थितीच्या संदर्भात त्याचे महत्त्व सतत वाढत आहे.