जगभर ओतल्या जाणाऱ्या धातूंमध्ये बिडाचा (Gray Cast Iron) वाटा मोठा आहे. ओतकामाची सुलभता, मशिनिंगची सुलभता, कंपने शोषून घेण्याची क्षमता इत्यादी त्याची कारणे आहेत. परंतु  बिडाच्या काही अंगभूत मर्यादा आहेत. पोलादाशी तुलना करता कमी ताकद, ठिसूळपणा आदी बिडाच्या नकारात्मक बाबी आहेत. बिडामधील ग्रॅफाइट हा फ्लेकच्या स्वरूपात असतो. प्लेकच्या स्वरूपात बिडाच्या अंतर्गत रचनेस अतिसूक्ष्म तडे गेलेले आहेत. त्यामुळे सलगता भंग पावते व ताकद कमी होते. तन्य ओतीव लोखंडामध्ये किंवा गोलाभ ग्रॅफाइट लोखंडामध्ये (Spheroidal Graphite Iron) ग्रॅफाइट गोळ्यांच्या स्वरूपात असतो. समान आकारमानाच्या (Volume) विविध भौमितिक आकारांचा विचार केला, तर गोळ्याचे पृष्ठभागीय क्षेत्रफळ (Surface area) कमीत कमी असते. ग्रॅफाइट गोळ्यांच्या स्वरूपात असल्याने अंतर्गत रचनेच्या सलगतेस येणारी बाधासुद्धा कमी असते. त्यामुळे मॅट्रिक्सची ताकद टिकून राहते. ओतकामाची सुलभता हा बिडाचा गुणधर्म तन्य ओतीव लोखंडात टिकून असतो. त्याखेरीज पोलादाच्या जवळपास जाणारी ताकद, लवचिकता इत्यादी तन्य ओतीव लोखंडाची वैशिष्ट्ये आहेत. त्यामुळे तन्य ओतीव लोखंडास बीड व पोलाद यांचा सुवर्णमध्य आहे. तन्य ओतीव लोखंडाच्या शोधानंतर (१९४८) ओतीव लोखंड तंत्रज्ञानामध्ये (Casting Technology) लक्षणीय प्रगती झाली. या लोखंडावर ऑसटेंपरिंग केले असता ताकद दुप्पट होते आणि काठिण्यही लक्षणीयरित्या सुधारते.

खाच नसलेल्या चार्पीबारवर नेहमीच्या तापमानास ऑसटेंपर्ड तन्य ओतीव लोखंड तयार करण्यासाठी जे तन्य ओतीव लोखंड वापरले जाते; त्याचे रासायनिक गुणधर्म असे : कार्बन इक्विव्हॅलंट : ४.३० – ४.६०, कार्बन : ३.४० – ३.८० टक्के, सिलिकॉन : २.२०- २.६० टक्के, मँगॅनीज : ०.३५ टक्के जास्तीत जास्त, सल्फर : ०.०२ टक्के जास्तीत जास्त, फॉस्फरस : ०.०४ टक्के जास्तीत जास्त. इतर मूलतत्त्वे गरजेनुसार तांबे : ०.२-०.८ टक्के, निकेल : ०.२० – २.०० टक्के, मॉलिबडेनम : ०.१० – ०.३० टक्के, ॲल्युमिनियम : ०.०५ टक्के जास्तीत जास्त, क्रोमियम :  ०.१ टक्के जास्तीत जास्त, टिटॅनियम : ०.०४ टक्के जास्तीत जास्त, अँटिमनी : ०.००२ टक्के जास्तीत जास्त, कथिल : ०.०२ टक्के जास्तीत जास्त. इतर मूलद्रव्ये घालण्याचा हेतू म्हणजे त्यामुळे उष्णतोपचारास चांगला प्रतिसाद मिळतो व कठिणीकरण क्षमता (Hardenability) वाढते. मँगॅनीजचे प्रमाण ०.३५ टक्के पेक्षा जास्त  नसावे. कारण जास्त झालेल्या मँगॅनीजचे विलग्नन (Segregation) होते व त्यामुळे कार्बनची विद्राव्यता (Solubility) असमान (Non uniform) होते. परिणामी उष्णतोपचाराची प्रक्रिया असमान होते. त्याचा परिणाम अंतिम गुणधर्मावर होतो. याशिवाय ग्रॅफाइटच्या गोळ्यांच्या संख्येचा परिणाम गुणधर्मावर होतो. गोळ्यांची संख्या जास्त असल्यास विलग्नन मर्यादित होते. द्राव्याची विभागणी एकसमान होते व अंतिम गुणधर्म चांगले मिळतात. गोळ्यांची संख्या १००/मिमी यापेक्षा जास्त असावी. चांगले ऑसटेंपर्ड तन्य ओतीव लोखंड निर्माण होण्यासाठी मूळ तन्य ओतीव लोखंडाचे रासायनिक गुणधर्म व अंतर्गत रचना यात सातत्य असावे, तसेच मूळ ओतकामामध्ये आकुंचन दोष नसावेत.

उष्णतोपचाराच्या दोन पायऱ्या आहेत, प्रथम ओतकामाच्या मॅट्रिक्समधील घटकांचे पूर्णपणे कार्बनने संपृक्त (Saturated) असलेल्या ऑस्टेनाइटमध्ये रूपांतर केले जाते. यासाठी ८४३ – ९५४0 से. तापमान वापरले जाते. यानंतर ओतकामाचे २३७ -३९८0 से. तापमानास जलद गतीने शीतन केले जाते व त्या तापमानास ओतकाम अर्धा ते चार तासापर्यंत स्थिर ठेवले जाते. उष्णतोपचारातील या भागास ऑसटेम्परिंग असे म्हणतात. ऑसटेम्परिंग दरम्यान ऑस्टेनाइटचे ऑसफेराइटमध्ये रूपांतर होते. ऑसफेराइट म्हणजे सुईसारखे (Acicular) फेराइट व स्थिर उच्च कार्बन असलेले ऑस्टेनाइट यांचे मिश्रण. ऑसटेंपरिंगचे तापमान हे प्रक्रियेसाठी लागणारा वेळ, अंतर्गत रचना तसेच गुणधर्म ठरविते. ऑसटेंपरिंगनंतर ओतीव हवेमध्ये नेहमीच्या तापमानापर्यंत थंड केले जाते. ऑसफेराइट तयार होण्याचे तापमान बेनाइट तयार होण्याच्या तापमानाजवळ असले तरी ऑसफेराइट म्हणजे बेनाइट नव्हे. किंबहुना बेनाइट तयार होण्यापूर्वी ऑसटेंपरिंगची प्रक्रिया थांबवावी लागते. बेनाइट हे हानिकारक आहे. ऑसटेंपरिंगच्या तापमानाचा तयार होणाऱ्या ऑसफेराइटवर परिणाम होत असतो. कमी तापमानास २६०0 से. तयार झालेले ऑसफेराइट जास्त तापमानास ३७०0 से. ला तयार झालेल्या ऑसफेराइटपेक्षा सूक्ष्म असते. ऑसटेंपरिंग तापमानाचा ताणशक्ती व शरणशक्तीवर परिणाम होत असतो. ऑसटेंपर्ड तन्य ओतीव लोखंड हे तन्य ओतीव लोखंडपेक्षा ताकदवान  असूनही वजनाने हलके व तुलनेने स्वस्त, श्रांतिरोधक (Fatigue resistant), घर्षणरोधक (Wear resistant), कार्यज कठिण (Work hardening) असल्यामुळे बऱ्याच पोलादी फोर्जिंग, तसेच सांधकाम करून केलेले भाग (Weldments) या जागी वापरले जाते. अवजड वाहनाच्या एअर सस्पेंशन सिस्टिममध्ये ऑसटेंपर्ड तन्य ओतीव लोखंड वापरले जाते. विविध प्रकारचे गियर्स यापासून केले जातात. शेतीसाठी वापरण्यात येणारी साधने व खाण उद्योगातही ऑसटेंपर्ड तन्य ओतीव लोखंड अधिकाधिक प्रमाणात वापरले जात आहे.

संदर्भ :

  • American Foundry Society (AFS), Ductile Iron Handbook, USA, 1 January 1992.

समीक्षक : प्रवीण देशपांडे