બીડ (ભરતર લોખંડ–cast iron)

બીડ (ભરતર લોખંડ–cast iron) : કાચા લોખંડ(pig iron)નું અમુક પ્રમાણમાં શુદ્ધીકરણ કરી તૈયાર કરવામાં આવતું ભરતર લોખંડ. બીડ મેળવવા ક્યુપોલા ભઠ્ઠી, હવા ભઠ્ઠી, રેવર બૅટરી ભઠ્ઠી, ‘ટિલ્ટિંગ પૉટ’ ભઠ્ઠી કે ઇલેક્ટ્રિક ભઠ્ઠી વપરાય છે. ભઠ્ઠીમાં પિગ આયર્ન ઉપરાંત લોખંડનો ભંગાર નાખવામાં આવે છે. જે જગ્યાએ પિગ આયર્નને ગાળીને જરૂરી આકારમાં બીડની વસ્તુઓ મેળવાય છે તેને ભઠ્ઠી (faundry) કહેવાય છે.

બીડમાં કાર્બન અને સિલિકોન(સિલિકા)નાં તત્વો મહત્વનો ભાગ ભજવે છે. કાર્બનનું સ્વરૂપ જુદા જુદા સંજોગોમાં જુદું જુદું હોય છે અને તે ભરતર લોખંડના ગુણધર્મો પર અસર કરે છે. ભરતર લોખંડમાં કાર્બન બે સ્વરૂપમાં જોવા મળે છે : (1) સ્થાયી સ્વરૂપ – ગ્રૅફાઇટ (છૂટો કાર્બન), (2) અસ્થાયી સ્વરૂપ – જેમાં કાર્બન છૂટા સ્વરૂપમાં નહિ, પરંતુ લોહ-તત્વ સાથે સંયોજિત સ્વરૂપમાં; જેમ કે Fe₃C(સિમેન્ટાઇટ)માં મળે છે.

ગ્રૅફાઇટ ભૂખરો અને નરમ છે, જ્યારે સિમેન્ટાઇટ ખૂબ કડક (સખત) હોય છે. આ કારણસર ભરતર લોખંડમાં કાર્બન કયા સ્વરૂપમાં રહેશે તે બાબત તેના ગુણધર્મો ઉપર મોટી અસર કરે છે. કાર્બન ગ્રૅફાઇટના સ્વરૂપમાં રહેશે કે સંયોજિત સ્વરૂપમાં રહેશે તે બીડનો રસ બીબામાં કેટલી ઝડપથી ઠારવામાં આવે તેમજ બીડમાં લોહ ઉપરાંત કાર્બન, સિલિકોન, મગેનીઝ, ગંધક (સલ્ફર) અને ફૉસ્ફરસનું પ્રમાણ કેટલું રહે તેના પર આધાર રાખશે. ઢાળણ દરમિયાન લોખંડને ઝડપથી ઠારવામાં આવે તો કાર્બન છૂટા ગ્રૅફાઇટના સ્વરૂપને બદલે સંયોજિત સ્વરૂપ સિમેન્ટાઇટમાં મળે અને લોખંડ ખૂબ કડક અને બરડ મળે. ઢાળણ-દાગીનાની દીવાલોની જાડાઈ જુદી જુદી હોય તો ઠારણ-ઝડપ જુદી જુદી રહે અને તેમાં ગ્રૅફાઇટ અને સિમેન્ટાઇટનું પ્રમાણ પણ જુદું જુદું રહે. ઓછી ઝડપે ઠારવામાં આવે તો કાર્બન ગ્રૅફાઇટના સ્વરૂપમાં મળે.

ભરતર લોખંડની જુદી જુદી જાતોમાં ભૂખરું ભરતર, સફેદ ભરતર, શીતિત (chilled) ભરતર, મૃદુ (malleabl) ભરતર, નૉડ્યુલર ભરતર અને મિશ્રધાતુ ભરતર લોખંડનો સમાવેશ થાય છે.

ભૂખરા ભરતર લોખંડમાં કાર્બન (ગ્રૅફાઇટ) છૂટા સ્વરૂપમાં હોય છે. આ લોખંડમાં કાર્બનનું પ્રમાણ 2.5 %થી 3.5 % અને સિલિકાનું 1 %થી 2.75 % હોય છે. સામાન્ય વપરાશમાં આ લોખંડ સૌથી વધુ વપરાય છે, કારણ કે તેનું ઢાળણ સહેલાઈથી થાય છે.

સફેદ ભરતર લોખંડમાં કાર્બન ગ્રૅફાઇટના સ્વરૂપને બદલે લોહ સાથે સંયોજિત સ્વરૂપ(Fe₃C)માં હોય છે અને તેથી આ લોખંડ ઘણું સખત (કઠણ) પરંતુ બરડ હોય છે. સફેદ ભરતર લોખંડ મેળવવા કાર્બનનું ગ્રૅફાઇટીકરણ થતું અટકાવવું જોઈએ. ઠારણની ઝડપ વધારીને અથવા તો બીડમાં કાર્બન, સિલિકોન, સલ્ફર, મૅંગેનીઝ વગેરેના પ્રમાણ પર અંકુશ રાખીને તે મેળવી શકાય છે. આ લોખંડ વ્યવહારમાં સીધું ઉપયોગમાં આવતું નથી; પરંતુ શીતિત લોખંડ કે મૃદુ ભરતર લોખંડ મેળવવા પ્રથમ સફેદ લોખંડ મેળવવું જરૂરી છે.

કાસ્ટિંગના અમુક ભાગને ઇરાદાપૂર્વક વધારે ઝડપથી ઠારી તે ભાગને કડક (સખત) બનાવવાની રીતને ‘ચિલિંગ’ કહેવાય છે. કાસ્ટિંગ દરમિયાન જે ભાગ ઝડપથી ઠંડો થયો હોય ત્યાં કાર્બન ગ્રૅફાઇટના સ્વરૂપમાં ન રહેતાં સંયોજિત સ્વરૂપ(સિમેન્ટાઇટ – Fe₃C)માં રહે છે અને તેથી તે ભાગ ઘણો સખત બને છે. આ પ્રકારના લોખંડને શીતિત ભરતર લોખંડ કહેવાય છે.

સફેદ ભરતર લોખંડમાંથી મેલિયેબલ ભરતર લોખંડ મેળવી શકાય છે. અગાઉ જણાવ્યા પ્રમાણે પ્રથમ સફેદ કાસ્ટિંગ મેળવી ત્યારબાદ તેના પર ઉષ્મા ઉપચાર (heat treatment) કરવાથી લોખંડ ‘મેલિયેબલ’ બને છે. મેલિયેબલ કાસ્ટિંગમાં બીડ (ભરતર લોખંડ) અને પોલાદ(steel)નો શ્રેષ્ઠ સમન્વય રહ્યો છે. ઉત્પાદનની રીત તરીકે કાસ્ટિંગ(ઢાળણ)ની રીતનો ફાયદો મળે છે (કારણ કે, કોઈ પણ ધાતુના દાગીનામાં ઢાળણની રીત સૌથી સહેલી અને ઓછી ખર્ચાળ છે); જ્યારે ગુણધર્મોમાં તે બીડના જેવું બરડ ન રહેતાં પોલાદ જેવું તાણસામર્થ્ય- (tensile strength)વાળું હોય છે. તેની આઘાત-ભાર-પ્રતિરોધ-શક્તિ (impact resistance strength) પણ સારી હોય છે. આ કારણસર ઑટોમોબાઇલ, રેલ રોડ, પાઇપ ફિટિંગ, ખેત-ઓજાર વગેરે ભાગોમાં મેલિયેબલ કાસ્ટિંગ સારા પ્રમાણમાં વપરાય છે.

જે ભરતર લોખંડમાં કાર્બન ગ્રૅફાઇટ તરીકે છૂટા સ્વરૂપમાં હોય, પરંતુ ભૂખરા (ભૂરા) ભરતર લોખંડની જેમ પાતળી પોપડી (flakes)ના સ્વરૂપમાં ન રહેતાં નાના દડાના આકાર(nodular form)માં હોય તેવા ભરતર લોખંડને નૉડ્યુલર ભરતર લોખંડ કહેવાય. કાર્બન નૉડ્યુલર સ્વરૂપમાં હોય તો તે લોખંડનું તાણસામર્થ્ય વધારે હોય.

મિશ્ર ભરતર લોખંડમાં નિકલ, ક્રોમિયમ, મૉલિબ્ડિનમ વગેરે ધાતુઓ નિશ્ચિત પ્રમાણમાં ઉમેરી ચાલુ ભરતર લોખંડની કમજોરી દૂર કરી શકાય છે.

ગાયત્રીપ્રસાદ હીરાલાલ ભટ્ટ