क्रिस्टल जालक और संरचना-निर्माण

धातुएँ क्रिस्टलीय होती हैं। यानी: उनके परमाणु बेतरतीब ढंग से नहीं बिखरे होते, बल्कि एक नियमित, दोहराने वाले पैटर्न में बैठे होते हैं — क्रिस्टल जालक। इस पैटर्न की सबसे छोटी इकाई को इकाई कोष्ठक (यूनिट सेल) कहते हैं, और धातुओं में इसके मुख्यतः तीन प्रकार होते हैं।

घन-केंद्रित (bcc): घन के हर कोने पर एक परमाणु और बीच में एक। कमरे के तापमान पर लोहे में यही जालक होता है — के रूप में। यह कसकर भरा होता है, लेकिन परमाणुओं के खिसकने की गुंजाइश सीमित होती है।

घन-फलक-केंद्रित (fcc): कोनों पर परमाणु और हर फलक के बीच में एक। इस जालक में लोहा 911 °C से 1392 °C के बीच होता है — के रूप में। fcc जालक ज़्यादा "खुला" होता है और इसे कहीं बेहतर ढंग से विकृत किया जा सकता है; साथ ही इसकी खाली जगहों में कहीं अधिक परमाणु घुल जाते हैं।

षट्कोणीय सघनतम गोलीय संकुलन (hcp): ज़िंक, मैग्नीशियम और टाइटेनियम में कमरे के तापमान पर। इस जालक में सरकने वाले तल बहुत कम होते हैं — इसलिए ये धातुएँ ठंडे में खराब विकृत होती हैं।

तुम्हारे लिए एक वेल्डर के तौर पर अहम बात: लोहा गर्म और ठंडा होते समय अपना जालक बदलता है। 911 °C पर bcc जालक fcc जालक में बदल जाता है — बन जाता है। ठंडा होते समय यही उल्टा होता है। यह जालक-परिवर्तन ही में होने वाली हर कठोरता का कारण है:

• अगर धीरे-धीरे ठंडा हो, तो कार्बन परमाणुओं को fcc जालक छोड़ने का समय मिलता है — नरम / बनता है।

• अगर यह बिजली की रफ़्तार से ठंडा हो, तो कार्बन परमाणु फँस जाते हैं और जालक को ज़बरदस्ती तान देते हैं — कठोर बनता है।

लेकिन असली धातु का टुकड़ा एकल क्रिस्टल नहीं होता, बल्कि लाखों छोटे-छोटे (दाने) से बना होता है, जो अपनी सीमाओं पर एक-दूसरे से टकराते हैं। दाने का आकार गुण तय करता है: बारीक दाना = मज़बूत और तन्य, मोटा दाना = नरम और भंगुर। में में दाना बढ़ता है — इसलिए सीम के पास का मोटे दाने वाला ज़ोन कमज़ोर कड़ी होता है।

जालक दोष भी रोज़मर्रा की बात है। एक गायब परमाणु (रिक्ति), एक घुसा हुआ विदेशी परमाणु या एक विस्थापन (जालक में जबरदस्ती डाली गई खिसकन) तय करते हैं कि धातु कैसे विकृत होती है और सख़्त होती है। का मूल यही है: तुम इतने विस्थापन पैदा कर देते हो कि वे एक-दूसरे को रोक दें।