Ch 4pdf properties of materials

‫قسم الهندسة المٌكانٌكٌة والصناعٌة‬ ‫ جامعة طرابلس‬- ‫كلٌة الهندسة‬ ‫الباب الرابع‬

Properties of Materials ‫خواص المواد‬

Ch 4 Nature and Mechanical  Properties of Metals

Eng. Khalifa Ezaedi

‫إعداد‪ :‬د‪.‬حســــام الدٌن فتحً الشٌــــخ‬ ‫أكادمٌة الدراسات العلٌا ‪ -‬طرابلس‬

‫‪2‬‬

‫خواص المواد‬ ‫‪Properties of‬‬ ‫‪Materials‬‬

3

I ‫الخواص المٌكانٌكٌة‬ Mechanical Properties 4

‫الخواص المٌكانٌكٌة ‪Mechanical Properties‬‬ ‫عند اختٌار المادة فى المنتج الهندسى ٌتم تحدٌد متطلبات المنتج من الخصائص المٌكانٌكٌة‬ ‫والفٌزٌائٌة والسمات المتعلقة بمحٌط العمل مع الرجوع الى نتائج التجارب السابقة‪.‬‬

‫‪ ‬الخواص المٌكانٌكٌة ‪Mechanical Properties‬‬ ‫عندما تؤثر قوة فى جسم أو هٌكل فان المادة تنفعل وتنتقل القوى الداخلٌة المضادة (االجهادات)‬

‫عبر المادة‪.‬‬ ‫اذا علق الوزن ‪ W‬فى قضٌب مساحة مقطعه منتظمة‪ ،‬فان القضٌب سٌستطٌل (ٌزداد طوله)‬ ‫بمقدار‬

‫وٌعتمد مقدار االستطالة على الطول األصلى للقضٌب والقوة المؤثرة علٌه‪.‬‬

‫وٌعبر عن مقدار االستطالة لكل وحدة طول بالعالقة‬ ‫حٌث ‪ L‬هى الطول األصلى للقضٌب‪.‬‬ ‫هى الفارق بٌن الطول بعد االستطالة والطول األصلى‪.‬‬

‫وٌعبر عن االجهاد بأنه القوة التى ٌتعرض لها الجزء مقسوما على مساحة مقطعه‬ ‫‪5‬‬

‫‪Eng. Khalifa Ezaedi‬‬

‫‪ (1‬اإلجهاد ‪Stress‬‬ ‫‪ ‬هو الحمل ‪ Load‬المطبق على وحدة المساحة‪ ،‬وٌقاس بـ(‪)N/m2‬‬ ‫أو (‪ )MN/m2‬أو (‪.)MPa‬‬ ‫‪ٌ ‬مكن التعبٌر عن اإلجهاد بالصٌغة الرٌاضٌة التالٌة‪:‬‬

‫‪P‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪ٌ ‬نتج عن أنواع القوى المطبقة أنواعا أخرى من اإلجهاد‪:‬‬ ‫‪6‬‬

‫‪ (a‬إجهاد الشد‪ :‬عندما تتعرض القطعة لقوة شد‪.‬‬

‫‪ (b‬إجهاد الضغط‪ :‬عندما تتعرض القطعة لقوة ضغط‪.‬‬ ‫‪ (c‬إجهاد اللً‪ :‬عندما تتعرض القطعة إلى عزم دوران‪.‬‬ ‫‪ (e‬إجهاد الثنً‪ :‬عندما تتعرض القطعة إلى عزم إنحناء‪.‬‬

‫‪ (d‬إجهاد القص‪ :‬عندما القوتٌن متعاكستٌن والمسافة بٌنهما صغٌرة‪.‬‬

‫‪7‬‬

‫‪ (2‬اإلنفعال ‪Strain‬‬ ‫‪ ‬وهو ما تعانٌه المواد من جراء تطبٌق جهد علٌها‪ ،‬وٌعبر عنها بنسبة التغٌر‬ ‫فً الطول ( ‪ )∆ l‬الناتج عن تطبٌق الحمل إلى الطول اإلصلً (‪.)l0‬‬ ‫‪ ‬وحدة اإلنفعال هً (‪ )m/m‬أو ٌمكن أن نقول بأن اإلنفعال ال وحدة له‬ ‫‪.Dimensionless‬‬ ‫‪ٌ ‬مكن التعبٌر عن اإلنفعال من خالل المعادلة التالٌة‪:‬‬

‫‪l1 - l0  l‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪l0‬‬ ‫‪l0‬‬ ‫‪ٌ ‬نتج عن أنواع القوى المطبقة أنواعا أخرى من اإلنفعال‪:‬‬ ‫‪8‬‬

‫‪ (a‬إنفعال شد‪ :‬وهو ناتج من قوة شد تعمل على إطالة المادة‪.‬‬

‫‪ (b‬إنفعال ضغط‪ :‬وهو ناتج من قوة ضاغطة تعمل على تقصٌر‬ ‫أو ضغط المادة‪.‬‬

‫‪ (b‬إنفعال قص‪ :‬وهو ٌنتج من تطبٌق قوى القص على المادة‪،‬‬ ‫حٌث تؤثر قوتٌن متعاكستٌن على خطٌن عمل‪.‬‬

‫‪9‬‬

Tensile Test  Most common test for studying stress-strain relationship, especially metals In the test, a force pulls the material, elongating it and reducing its diameter Figure Tensile test: (a) tensile force applied in (1) and (2) resulting elongation of material

10

Eng. Khalifa Ezaedi

Tensile Test Specimen ASTM (American Society for Testing and Materials) specifies preparation of test specimen

Figure Tensile test: (b) typical test specimen

11

Eng. Khalifa Ezaedi

Tensile Test Setup

12

Eng. Khalifa Ezaedi

Tensile Test Sequence  Figure Typical progress of a tensile test: (1) beginning of test, no load; (2) uniform elongation and reduction of cross-sectional area; (3) continued elongation, maximum load reached; (4) necking begins, load begins to decrease; and (5) fracture. If pieces are put back together as in (6), final length can be measured.

13

Eng. Khalifa Ezaedi

Compression Test Applies a load that squeezes the ends of a cylindrical specimen between two platens

Figure 3.7 Compression test: (a) compression force applied to test piece in (1) and (2) resulting change in height.

14

Eng. Khalifa Ezaedi

Compression Test Setup

15

‫‪ (3‬المقاومة ‪Strength‬‬ ‫‪ ‬المقاومة هً تحمل المعدن للقوى المطبقة علٌه‪.‬‬ ‫‪ ‬المقاومة ‪ٌ Strength‬مكن الحصول علً خواص المقاومة بواسطة‬

‫اختبار الشد ‪ Tensile test‬باستخدام ألة اختبار الشد‪ٌ ،‬خضع القضٌب‬ ‫لقوى معٌنة تقاس باأللة التى ٌتم بها االختبار‬ ‫وٌتم مراقبة االستطالة‬ ‫أو االنفعال على مقٌاس طول محدد‪،‬‬ ‫وٌتم تدوٌن القراءات للنقاط المناظرة‬ ‫لكل من القوة واالنفعال وٌتم رسم‬ ‫منحنى االجهاد واالنفعال‪.‬‬ ‫‪16‬‬

‫‪Eng. Khalifa Ezaedi‬‬

17

Eng. Khalifa Ezaedi

18

Eng. Khalifa Ezaedi

‫منحنى المرونة ‪Elasticity Curve‬‬ ‫‪ ‬المادة المرنة لها حد مرن ‪ Elastic Limit‬والبد وأن ٌحدث لها تشوهات مع زٌادة‬ ‫قوة الشد ‪ ،‬تصل هذه التشوهات إلى قطع المادة نفسها ‪ ،،‬إذا تعدت القوة حدا معٌن ‪.‬‬

‫ولذلك ٌمكن أن نقسم سلوك المادة مع قوة الشد إلى أربع مراحل وبمعنى آخر برسم‬ ‫العالقة بٌن اإلجهاد واإلنفعال للمادة المرنة فنجد أنها تمر بأربعة مراحل كما هو موضح‬ ‫بالشكل التالى‪:‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Eng. Khalifa Ezaedi‬‬

‫سلوك المادة مع قوة الشد‬ ‫‪‬‬

‫المرحلة األولى مرحلة المرونة وفٌها تخضع المادة إلى قانون هوك وتحتفظ فٌها المادة بكامل مرونتها وٌكون‬ ‫لدٌها القدرة التامة على إستعادة شكلها او حالتها األصلٌة وهى تمثل عالقة خطٌة لغاٌة قٌمة معٌنة من االجهاد‬ ‫وتسمى بحد التناسب وٌتناسب فٌها كل من االجهاد واالنفعال تناسبا طردٌا‪.‬‬

‫‪‬‬

‫المرحلة الثانٌة مرحلة الخضوع وفٌها نالحظ زٌادة االنفعال رغم ثبوت اإلجهاد وفى هذه المرحلة ال تخضع‬ ‫المادة إلى قانون هوك وتستطٌع المادة إستعادة شكلها اوحالتها األصلٌة بعد زوال القوة المؤثرة علٌها‪.‬‬

‫‪‬‬

‫المرحلة الثالثة مرحلة اللدونة وفٌها ال تستطٌع المادة إستعادة‬ ‫كامل شكلها او حالتها األصلٌة ولكن ٌحدث تشوهات طفٌفة‬ ‫فى شكل المادة بعد زوال القوة المؤثرة علٌها‪.‬‬

‫‪‬‬

‫المرحلة الرابعة مرحلة القطع وفى هذه المرحلة تحدث‬

‫تشوهات كبٌرة فً المادة تؤدى فً النهاٌة إلى القطع‬ ‫او االنهٌار‪.‬‬

‫‪20‬‬

‫‪Eng. Khalifa Ezaedi‬‬

21

Eng. Khalifa Ezaedi

‫تعرٌفات‬ ‫‪ ‬المرونة‪(Elasticity) :‬‬ ‫هى قدرة المادة على إسترجاع شكلها (حالتها) األصلٌة بعد زوال القوى المؤثرة‬

‫علٌها‪ .‬ومن أمثلة المواد المرنه‬ ‫اإلسفنج – ‪ Sponge‬كرة التنس – ‪ Tennis Ball‬النابض ‪Spring.‬‬ ‫‪ ‬اإلجهاد واإلنفعال ‪Stress and Strain:‬‬

‫عند التأثٌر بقوى معٌنة على المواد المرنة تقع تحت إجهاد ٌنتج عنه إنفعال ‪،،‬‬ ‫هذا اإلنفعال ٌكون إما بالزٌادة فى طولها وحجمها أو بالنقصان وكذلك قد ٌؤدي‬ ‫هذا اإلنفعال إلى تغٌر فى الشكل ‪.‬‬ ‫‪ ‬تعرٌف اإلجهاد ‪Stress‬‬ ‫هو القوة المؤثرة عمودٌا على وحدة المساحة‬ ‫‪σ = F/A‬‬ ‫‪22‬‬

‫‪Eng. Khalifa Ezaedi‬‬

‫تعرٌفات‬ ‫‪ ‬جعرَف اإلوفعال ‪ε‬‬ ‫هو إستجابة المادة للقوة المؤثرة علٌها فقد ٌكون تغٌرا فى الطول أو الحجم أو‬ ‫الشكل‪ .‬بمعنى آخر ٌمكن القول أن اإلنفعال هو التغٌر فى الطول بالنسبة إلى‬ ‫الطول األصلى أو التغٌر فى الحجم بالنسبة للحجم األصلى‪.‬‬

‫حٌث‪ L :‬هو الطول األصلى أما‬

‫هو التغٌر فى الطول ‪.‬‬

‫او‬ ‫حٌث‪:‬‬

‫‪ V‬هو الحجم األصلى‬

‫أما‬

‫هو التغٌر فى الحجم‬ ‫‪23‬‬

‫‪Eng. Khalifa Ezaedi‬‬

‫تعرٌفات‬ ‫‪ ‬قاوىن هىك ‪Hooke's Law‬‬ ‫ٌنص قانون هوك على أن ‪ :‬االستطالة (االنفعال) الناتجة فً سلك تتناسب‬ ‫تناسبا طردٌا مع قوى الشد المؤثرة علٌه‪.‬‬ ‫أو‬

‫إذا أثرنا على سلك طوله ‪ L‬بقوة ‪ F‬فسوف تحدث له إستطالة مقدارها‬ ‫وكلما زادت القوة تزداد معها اإلستطالة أى أن القوة دالة لإلستطالة ‪.‬‬

‫معامم انمرووة (معامم َىج) ‪ E‬هى نسبة االجهاد الى االنفعال عند منطقة االجهاد‬ ‫المرن ولها أهمٌة هندسٌة اذ تستخدم فى قٌاس الصلبٌة ‪ Stiffiness‬وهى‬

‫مقاومة المادة لالنحناء والتمدد‪.‬‬ ‫‪24‬‬

‫‪Eng. Khalifa Ezaedi‬‬

‫تعرٌفات‬ ‫‪ ‬حذ انمرووة ‪Elastic Limit‬‬ ‫ٌعرف بأنه أقصى اجهاد فى منطقة المرونة ‪ ،‬وأحٌانا ٌكون حد المرونة‬ ‫مساوٌا لحد التناسب بٌنما ٌكون فى معظم الحاالت أعلى بقلٌل من حد‬ ‫التناسب‪ ،‬وحتى هذا االجهاد فان المادة ترجع الى طولها األصلى عند‬

‫ازالة القوة المؤثرة‪.‬‬

‫‪25‬‬

‫‪Eng. Khalifa Ezaedi‬‬

‫انحشىي انهذن ‪Plastic Deformation‬‬ ‫ٌحدث عندما تتعدى االستطالة حد المرونة ‪ ،‬فعند زوال القوة المؤثرة ستحتفظ العٌنة‬ ‫بتغٌر مستدٌم فى شكلها‪.‬‬

‫كلما زاد التشوه اللدن للعٌنة كلما أصبح المعدن أقوى‬

‫)‪(Strain hardening‬‬

‫وبهذا تزداد القوة المطلوبة الستطالة العٌنة وفى النهاٌة تصل القوة الى القٌمة القصوى‬ ‫وبقسمته على المساحة األصلٌة نحصل على المقاومة القصوى )‪)Ultimate tensile stress‬‬

‫وفى المعادن المطٌلٌة (اللدنة) )‪ (Ductile metal‬قطر العٌنة ٌبدأ فى التناقص (التخصر)‬ ‫بعد أقصى حمل وهكذا الحمل الالزم الستمرار التشوه ٌتناقص حتى تنكسر العٌنة‪ ،‬وحٌث‬ ‫أن االجهاد ٌعتمد على المساحة األصلٌة للعٌنة اذا هو أٌضا ٌتناقص من أقصى حمل الى‬

‫االنهٌار‪.‬‬ ‫‪26‬‬

‫‪Eng. Khalifa Ezaedi‬‬

‫إختبار الشد ‪Tensile Test‬‬ ‫‪ (1‬تؤخذ قطعة اإلختبار المبٌنة بالشكل وقد عرف‬ ‫منها القطر االبتدائً (‪ )d0‬والطول االبتدائً‬ ‫(‪.)l0‬‬ ‫‪ (2‬توضع القطعة بٌن الممسكٌن على آلة الشد‪ ،‬وٌقوم جهاز‬ ‫مٌكانٌكً بعملٌة الشد ٌدوٌا أو كهربائٌا حتى تحطٌم‬ ‫القطعة‪.‬‬ ‫‪ (3‬خالل عملٌة الشد ٌقوم جهاز أخر برسم مخطط اإلجهاد –‬ ‫اإلنفعال (‪ )Stress–strain Diagram‬على ورق خاص‬ ‫ٌركب على األلة مسبقا‪.‬‬ ‫إن شكل منحنى اإلجهاد – اإلنفعال ٌعتمد أساسا على نوع المعدن المختبر ألنه‬ ‫ٌعكس الخواص المٌكانٌكٌة للمادة‪.‬‬ ‫‪27‬‬

‫‪ :C1‬رغّ‪ ٝ‬حذ انحىاسب ‪،Proportional limit‬‬ ‫‪ٚ‬رؾذد ٘زٖ إٌمطخ اٌزٕبعت ث‪ ٓ١‬اٌم‪ٛ‬ح (‪)F‬‬ ‫‪ٚ‬اإلعزطبٌخ ( ‪٠ٚ ،)∆ l‬ى‪ ْٛ‬اٌخو (‪ِ )OC1‬غزم‪ّ١‬ب ً‬ ‫ٔظشاً ألٔٗ ‪ّ٠‬ضً ػاللخ خط‪١‬خ‪.‬‬ ‫إْ اإلع‪ٙ‬بد اٌّزى‪ ْٛ‬ف‪ ٟ‬عغُ اٌمن‪١‬ت ‪٠‬غّ‪ ٝ‬إجهاد‬ ‫انحىاسب‪ .‬إٌ‪ ٝ‬غب‪٠‬خ ٘ز اإلع‪ٙ‬بد رخنغ اٌّبدح إٌ‪ٝ‬‬ ‫لبٔ‪ٛ٘ ْٛ‬ن ‪ Hoke’s law‬اٌز‪ٕ٠ ٞ‬ـ ػٍ‪ ٝ‬أْ‬ ‫اإلٔفؼبي ‪٠‬زٕبعت رٕبعجبٍ هشد‪٠‬ب ً ِغ اإلع‪ٙ‬بد‪.‬‬

‫‪  E‬‬ ‫‪٠‬غّ‪ ٝ‬صبثذ اٌزٕبعت (‪ )E‬ثّؼبًِ ‪ٔٛ٠‬ظ ‪ Young’s modulus‬أ‪ِ ٚ‬ؼبًِ اٌّش‪ٔٚ‬خ ‪Modulus of‬‬ ‫‪ .elasticity‬وَعذ معامم َىوغ مقُاس نصالبة انمادة وهٍ مقاومة نهحشكم جحث جأثُر األحمال‪ .‬فكهما زادت‬ ‫قُمة معامم َىوغ كهما قهث قُمة اإلوفعال انمرن ألٌ قُمة إجهاد مرن‪.‬‬ ‫ٔالؽع ؽز‪٘ ٝ‬زٖ إٌمطخ (‪ )C1‬إٔٗ ػٕذ إصاٌخ اٌم‪ٛ‬ح اٌّطجمخ فئْ اٌّبدح (ػ‪ٕ١‬خ اإلخزجبس) رشعغ إٌ‪ ٝ‬ه‪ٌٙٛ‬ب‬ ‫األفٍ‪٠ٚ .ٟ‬ى‪ ْٛ‬اإلوفعال مرن ‪.Elastic‬‬ ‫‪28‬‬

‫‪ :C2‬رغّ‪ ٝ‬حذ انمرووة ‪ ٛ٘ .Elastic limit‬ألق‪ٝ‬‬ ‫ل‪ٛ‬ح ِطجمخ ػٍ‪ ٝ‬اٌّبدح ثؾ‪١‬ش ال ‪٠‬ؾقً رؾ‪ ٖٛ‬دائُ‬ ‫ػٕذ ص‪ٚ‬اي اٌؾًّ‪.‬‬ ‫إْ اإلعزطبٌخ إٌبؽئ ف‪ ٟ‬اٌمن‪١‬ت رؼزجش إسحطانة‬ ‫مروة (أ‪ ٞ‬رض‪ٚ‬ي ثؼذ ص‪ٚ‬اي اٌم‪ٛ‬ح) إال إٔ‪ٙ‬ب ٌ‪١‬غذ‬ ‫ِزٕبعجخ ِغ اٌم‪ٛ‬ح ثؾىً خط‪ ،ٟ‬أ‪ ٞ‬أْ اٌخو‬ ‫(‪١ٌ )OC1C2‬ظ ِغزم‪ّ١‬ب ً‪.‬‬ ‫إْ اإلع‪ٙ‬بد اٌّزى‪ ْٛ‬ف‪ ٟ‬عغُ اٌمن‪١‬ت ‪٠‬غّ‪ٝ‬‬ ‫إجهاد انمرووة‪.‬‬ ‫‪ :C3‬وقطة انخضىع ‪ ،Yield point‬هٍ انىقطة انحٍ َحم عىذها انححىل مه اإلوفعال انمرن إنً‬ ‫اإلوفعال انهذن‪ .‬ؽ‪١‬ش ‪٠‬الؽع ص‪٠‬بدح ٍِؾ‪ٛ‬مخ ف‪ ٟ‬األعزطبٌخ د‪ ْٚ‬ص‪٠‬بدح ف‪ ٟ‬اٌؾًّ‪٘ٚ .‬زا ‪٠‬ذي‬ ‫ػٍ‪ ٝ‬اٌخن‪ٛ‬ع ‪ ٛ٘ٚ .yield‬إع‪ٙ‬بداْ إع‪ٙ‬بد خن‪ٛ‬ع أػٍ‪ ٛ٘ٚ Upper yield point ٝ‬ال‬ ‫‪٠‬ؼذ خبف‪١‬خ ِٓ خقبئـ اٌّؼذْ إر أٔٗ ‪٠‬ؼزّذ ػٍ‪ ٝ‬ظش‪ٚ‬ف اإلخزجبس وغشػخ اٌزؾّ‪،ً١‬‬ ‫‪ٚ‬إع‪ٙ‬بد خن‪ٛ‬ع أدٔ‪ ٛ٘ٚ Lower yield point ٝ‬اٌز‪٠ ٞ‬ؼزجش خبف‪١‬خ ِٓ اٌخقبئـ‬ ‫اٌّ‪١‬ىبٔ‪١‬ى‪١‬خ ٌٍّؼذْ إر أْ ل‪ّ١‬زٗ صبثزخ ال رزغ‪١‬ش ٌىً ِؼذْ‪ .‬إْ اإلع‪ٙ‬بد اٌّزى‪ ْٛ‬ف‪ ٟ‬عغُ‬ ‫اٌمن‪١‬ت ‪٠‬غّ‪ ٝ‬إجهاد انخضىع ‪.Yield stress‬‬ ‫‪29‬‬

‫‪ :C4‬رؾذد ٘زٖ إٌمطخ اٌّمب‪ِٚ‬خ اٌمق‪Ultimate ٜٛ‬‬ ‫‪ ٛ٘ٚ ،Strength‬اٌم‪ّ١‬خ اٌّمبعخ أللق‪ ٝ‬ؽًّ‬ ‫رغزط‪١‬غ اٌّبدح رؾٍّٗ ِؾ‪ٛ‬س‪٠‬بً؛ ‪ٚ‬ثؼذ رٌه ‪٠‬جذأ‬ ‫ِمطغ اٌمن‪١‬ت ثبٌزخقش‪٠ٚ ،‬غزط‪ ً١‬اٌمن‪١‬ت ِغ‬ ‫إٔخفبك اٌم‪ٛ‬ح إٌ‪ ٝ‬أْ ‪ٕ٠‬ىغش‪.‬‬ ‫‪ّ٠‬ىٓ ؽغبة اإلع‪ٙ‬بد األػظُ ثأخز ل‪ّ١‬خ ألق‪ٝ‬‬ ‫ؽًّ خالي إخزجبس اٌؾذ ‪ٚ‬لغّزٗ ػٍ‪ِ ٝ‬غبؽخ‬ ‫اٌّمطغ األفٍ‪١‬خ‪:‬‬ ‫‪FMax‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪Ao‬‬

‫‪ ULT‬‬

‫ِغ ِالؽظخ أْ ٘زا اإلع‪ٙ‬بد ال ‪٠‬غزخذَ ػبدح ف‪ ٟ‬ؽغبثبد اٌزقّ‪ٚ ُ١‬رٌه ألْ اٌؼ‪ٕ١‬خ لجً‬ ‫٘زٖ إٌمطخ لذ ؽقً ٌ‪ٙ‬ب رؾ‪ ٖٛ‬دائُ‪ .‬إمبفخ إٌ‪ ٝ‬رٌه فجؼذ اٌ‪ٛ‬ف‪ٛ‬ي إٌ‪٘ ٝ‬زٖ إٌمطخ فئْ‬ ‫اٌؼ‪ٕ١‬خ ع‪ٛ‬ف رزؾ‪ ٖٛ‬دائّب ً ثئعزخذاَ إع‪ٙ‬بد ألً ِٓ اإلع‪ٙ‬بد األلق‪.ٝ‬‬ ‫‪ٔ ٟ٘ :C5‬مطخ اٌىغش‪٠ٚ ،‬غّ‪ ٝ‬اإلع‪ٙ‬بد ػٕذئز بمقاومة انكسر ‪.Breaking strength‬‬ ‫‪30‬‬

‫سلوك المعادن تحت تأثٌر حمل الشد‬ ‫‪ (1‬معادن مطُهة ‪:Ductile Metals‬‬ ‫‪ ٟ٘ٚ ‬اٌّؼبدْ اٌز‪ّ٠ ٟ‬زبص ِٕؾٕ‪ ٝ‬اإلع‪ٙ‬بد‬ ‫‪ٚ‬اإلٔفؼبي ٌ‪ٙ‬ب ث‪ٛ‬ع‪ٛ‬د مىطقة مروة‬ ‫‪ Elastic Zone‬ومىطقة نذوة ‪Plastic‬‬ ‫‪ٚ Zone‬أخش‪ ٜ‬ث‪٘ ٓ١‬بر‪ ٓ١‬إٌّطمز‪ٓ١‬‬ ‫رغّ‪ ٝ‬بمىطقة انخضىع ‪،Yield Zone‬‬ ‫‪ ‬وّب رّزبص ثؾق‪ٛ‬ي رؾ‪ ٖٛ‬وج‪١‬ش ٌ‪ٙ‬ب لجً‬ ‫ؽذ‪ٚ‬س اٌىغش ‪ٚ‬وزٌه رّزبص ثزى‪ ْٛ‬اٌؼٕك‬ ‫‪.Neck‬‬

‫‪31‬‬

‫سلوك المعادن تحت تأثٌر حمل الشد‬ ‫‪ (2‬معادن وصف مطُهة‬ ‫‪:Semi Ductile Metals‬‬ ‫‪ ٟ٘ٚ ‬اٌّؼبدْ اٌز‪ّ٠ ٟ‬زبص ِٕؾٕ‪ ٝ‬اإلع‪ٙ‬بد‬ ‫‪ٚ‬اإلٔفؼبي ٌ‪ٙ‬ب ث‪ٛ‬ع‪ٛ‬د مىطقة مروة ومىطقة‬ ‫نذوة ‪ٌٚ‬ىٓ د‪ٚ ْٚ‬ع‪ٛ‬د مىطقة انخضىع ِّ‪١‬ضح‬ ‫ث‪ ٓ١‬إٌّطمز‪،ٓ١‬‬ ‫‪ ‬وّب ‪٠‬ؾذس ٌ‪ٙ‬ب رؾ‪ِ ٖٛ‬ز‪ٛ‬عو لجً ؽذ‪ٚ‬س‬ ‫اٌىغش ‪ٚ‬وزٌه رّزبص ثزى‪ ْٛ‬اٌؼٕك‪.‬‬

‫‪32‬‬

‫سلوك المعادن تحت تأثٌر حمل الشد‬ ‫‪ (3‬معادن قصفة ‪:Brittle Metals‬‬ ‫‪ ٟ٘ٚ ‬اٌّؼبدْ اٌز‪ ٟ‬ال ‪ٛ٠‬عذ ٌ‪ٙ‬ب ِٕطمخ‬ ‫خن‪ٛ‬ع‪.‬‬ ‫‪ٚ ‬ال ‪ٛ٠‬عذ ٌ‪ٙ‬ب ػاللخ رٕبعت ث‪ ٓ١‬اإلع‪ٙ‬بد‬ ‫‪ٚ‬اإلٔفؼبي فبٌّٕؾٕ‪ِٕ ٝ‬ز ثذا‪٠‬زٗ ػجبسح ػٓ خو‬ ‫ِبئً ‪١ٌٚ‬ظ خطب ً ِغزم‪ّ١‬ب ً‪.‬‬ ‫‪٠ٚ ‬ؾذس ث‪ٙ‬ب رؾ‪ ٖٛ‬فغ‪١‬ش عذاً ِمبسٔخ ثبٌّ‪ٛ‬اد‬ ‫األخش‪،ٜ‬‬

‫‪ ‬وّب ال ‪٠‬زى‪ ْٛ‬ف‪ٙ١‬ب سلجخ‪ ،‬إر أْ اٌّؼبدْ اٌمقفخ ال رزؾًّ ل‪ٛ‬ح اٌؾذ ٌىٕ‪ٙ‬ب ف‪ ٟ‬اٌّمبثً‬ ‫رزؾًّ ل‪ ٜٛ‬اٌنغو ثؾىً أوجش‪.‬‬ ‫‪33‬‬

‫سلوك المعادن تحت تأثٌر حمل الشد‬

‫‪ (3‬مىاد عانُة انمرووة ‪:Super Plastic‬‬ ‫‪ ٟ٘ٚ ‬اٌّ‪ٛ‬اد اٌز‪٠ ٟ‬ض‪٠‬ذ ف‪ٙ١‬ب اإلٔفؼبي اٌّشْ ػٓ‬ ‫ٔغجخ ‪ِ %100‬ضً اٌّطبه ‪ٚ‬ثؼل اٌّ‪ٛ‬اد‬ ‫اٌجالعز‪١‬ى‪١‬خ‪.‬‬

‫‪34‬‬

35

‫للتذكٌر‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬

‫‪‬‬ ‫‪‬‬

‫انمرووة ‪ ٟ٘ :Elasticity‬خبف‪١‬خ ػ‪ٛ‬دح اٌغغُ ٌؾىٍٗ ػمت سفغ اٌغ‪ٙ‬ذ‬ ‫اٌّطجك ػٍ‪ ٟ٘ٚ ،ٗ١‬رمبط ثّؼبًِ ‪ٔٛ٠‬ظ (‪.)E= /‬‬ ‫حذ انمرووة ‪ ٛ٘ٚ :Elastic limit‬أوجش ع‪ٙ‬ذ رزؾٍّٗ اٌّبدح د‪ ْٚ‬رؾى‪ً١‬‬ ‫صبثذ ‪٠‬جم‪ ٝ‬ثؼذ إصاٌخ اٌغ‪ٙ‬ذ (اٌم‪ٛ‬ح)‪.‬‬ ‫انهذووة ‪ ٟ٘ٚ :Plasticity‬اٌزؾ‪ ٖٛ‬اٌز‪٠ ٞ‬ؾذس ٌٍّبدح ػمت ؽذ٘ب ثؾ‪١‬ش ال‬ ‫رشعغ إٌ‪ٚ ٝ‬مؼ‪ٙ‬ب األفٍ‪ ٟ‬ثؼذ ص‪ٚ‬اي اٌم‪ٛ‬ح‪.‬‬ ‫انمقاومة انقصىي ‪ٚ :Ultimate strength‬رّضً أوجش رؾًّ أ‪ِ ٚ‬مب‪ِٚ‬خ‬ ‫‪٠‬جذ‪ٙ٠‬ب اٌّؼذْ ٌإلع‪ٙ‬بد لجً أْ ‪ٕ٠‬ىغش‪.‬‬ ‫اإلسحطانة ‪ِ ٟ٘ٚ :Elongation‬مذاس اٌزّذد اٌضبثذ اٌز‪٠ ٞ‬ق‪١‬ت ِؼذٔب ً ِٓ‬ ‫عشاء ؽذٖ د‪ ْٚ‬أْ ‪ٕ٠‬ىغش‪٠ٚ .‬ؼجش ػبدح ػٓ اإلعزطبٌخ ثٕغجخ ِئ‪٠ٛ‬خ ِٓ ه‪ٛ‬ي‬ ‫ل‪١‬بط أعبع‪.ٟ‬‬

‫‪36‬‬

‫مثال ‪1‬‬ ‫أظهرت نتائج اختبار الشد فى مادة معٌنة أن اجهاد الخضوع وقع عندما‬ ‫كانت قٌمة القوة المؤثرة ‪ 21.65 KN‬وعندما كان قطر القضٌب‬ ‫‪. 12.55 mm‬‬ ‫اذا كان طول القضٌب قبل اجراء االختبار ‪50 mm‬‬ ‫وكان طوله عند الخضوع ‪ 50.25 mm‬أوجد اآلتى‪:‬‬ ‫‪ .1‬مقدار اجهاد الخضوع‬

‫‪ .2‬معامل المرونة‬

‫‪37‬‬

‫‪Eng. Khalifa Ezaedi‬‬

1 ‫مثال‬ ‫ اجهاد الخضوع‬.1

38

Eng. Khalifa Ezaedi

‫مثال ‪2‬‬ ‫وضعت آلة خراطة كتلتها ‪ 450 kg‬على منضذة معدنٌة لها أربع أرجل‬ ‫من المعدن تبلغ مقاومته القصوى لالنضغاط ‪ 320 MN/m2‬اذا كان‬ ‫مقطع األرجل على شكل مربع طول ضلعه ‪ 50 mm‬وكانت األرجل‬ ‫مجوفة وسمكها ٌبلغ ‪ ، 1.0 mm‬أجب عن اآلتى‪:‬‬

‫‪ .1‬هل تتحمل أرجل الطاولة ثقل اآللة (أهمل وزن الطاولة)؟‬ ‫‪ .2‬ماهو أكبر وزن ممكن أن تتحمله الطاولة دون أن تنهار؟‬

‫‪39‬‬

‫‪Eng. Khalifa Ezaedi‬‬

2 ‫مثال‬

40

Eng. Khalifa Ezaedi

‫مثال ‪: 2‬‬ ‫لمعرفة مقدرة‬

‫أرجل الطاولة على‬ ‫تحمل ثقل اآللة من‬

‫عدمه‪ ،‬نجرى‬ ‫مقارنة بٌن اجهاد‬ ‫االنضغاط الناتج‬ ‫من وزن اآللة‬ ‫والمقاومة القصوى‬ ‫لالنضغاط للمعدن‪.‬‬ ‫‪41‬‬

‫‪Eng. Khalifa Ezaedi‬‬

: 2 ‫مثال‬

42

Eng. Khalifa Ezaedi

‫مثال ‪3‬‬ ‫قطعتان معدنٌتان ٌراد ربطهما معا بمسامٌر برشامٌة قطر‬ ‫كل منها ‪ 3mm‬اال أن هاتٌن القطعتٌن سوف تتعرضان‬ ‫لقوتى شد متساوٌتٌن كما هو موضح بالرسم‪ .‬اذا كان‬ ‫مقدار كل من القوتٌن ‪ 2500N‬وكان أقصى اجهاد قص‬

‫تتحمله مادة البراشٌم هو ‪.140MN/m2‬‬ ‫أوجد عدد البراشٌم الالزمة لتثبٌت القطعتٌن‪.‬‬

‫‪43‬‬

‫‪Eng. Khalifa Ezaedi‬‬

3 ‫مثال‬

44

Eng. Khalifa Ezaedi

‫‪ (4‬قابلٌة السحب (المطولٌة) ‪Ductility‬‬ ‫‪ ٟ٘ٚ ‬رم‪١‬ظ لبثٍ‪١‬خ اٌّؼذْ ٌإلعزطبٌخ ثئرغبٖ اٌؾذ أ‪ ٚ‬اٌزؾى‪ ً١‬اٌضبثذ ػٕذ اٌطشق‬ ‫إرا ِب صادد اٌم‪ٛ‬ح اٌّطجمخ ػ‪ ٝ‬ؽذ اٌّش‪ٔٚ‬خ ‪ٚ Elasticity limit‬دخٍذ ِغبي‬ ‫اٌٍذ‪ٔٚ‬خ ‪ Plasticity‬د‪ ْٚ‬أْ رٕىغش‪.‬‬

‫‪ ‬رمذس اٌّط‪١ٌٛ‬خ ثزؾذ‪٠‬ذ إٌغجخ اٌّئ‪٠ٛ‬خ إلعزطبٌخ ػ‪ٕ١‬خ ثئخزجبس اٌؾذ‪.‬‬ ‫‪٠ ‬الؽع إْ ٔغجخ اٌزّذد اٌّمبعخ ػٍ‪ ٝ‬ه‪ٛ‬ي اٌؼ‪ٕ١‬خ رخزٍف ِٓ ِ‪ٛ‬مغ‬ ‫‪٢‬خش‪ ،‬فّضالً رى‪ ْٛ‬وج‪١‬شح ف‪ِٕ ٟ‬طمخ اٌزخقش ث‪ّٕ١‬ب رىبد أْ رزغب‪ ٜٚ‬ف‪ٟ‬‬ ‫ِ‪ٛ‬امغ أخش‪.ٜ‬‬ ‫‪ّ٠ ‬ىٓ ل‪١‬بط اٌّط‪١ٌٛ‬خ أ‪٠‬نب ً ثئ‪٠‬غبد إٌغجخ اٌّئ‪٠ٛ‬خ ٌٍٕمـ ف‪ ٟ‬اٌّغبؽخ اٌز‪ٟ‬‬ ‫رؾقً ف‪ِٕ ٟ‬طمخ اٌزخقش‪:‬‬ ‫‪100‬‬ ‫‪45‬‬

‫‪Ao  Af‬‬ ‫‪Ao‬‬

‫‪Ductility ‬‬

Ductility in Tensile Test  Ability of a material to plastically strain without fracture  Ductility measure = elongation EL

Lf  Lo EL  Lo where EL = elongation; Lf = specimen length at fracture; and Lo = original specimen length Lf is measured as the distance between gage marks after two pieces of specimen are put back together

46

47

Eng. Khalifa Ezaedi

‫مثال ‪:4‬‬ ‫أظ‪ٙ‬شد ٔزبئظ إخزجبس اٌؾذ ٌمن‪١‬ت ِؼذٔ‪ ٟ‬لطشٖ ‪ 12.55 mm‬أْ إع‪ٙ‬بد‬ ‫اٌخن‪ٛ‬ع ‪ٚ‬لغ ػٕذِب وبٔذ ل‪ّ١‬خ اٌم‪ٛ‬ح اٌّطجمخ ‪ .21.65 kN‬إرا وبْ ه‪ٛ‬ي‬ ‫اٌمن‪١‬ت لجً إعشاء اإلخزجبس ‪ٚ 50 mm‬وبْ ه‪ ٌٗٛ‬ػٕذ اٌخن‪ٛ‬ع ‪50.25‬‬ ‫‪ٚ ،mm‬ه‪ ٌٗٛ‬اٌىٍ‪ ٟ‬ثؼذ اٌىغش ‪ٚ ،54.5 mm‬لطشٖ ف‪ِٕ ٟ‬طمخ اٌزخقش‬ ‫‪ ،11.85 mm‬أ‪ٚ‬عذ األر‪:ٟ‬‬ ‫‪ (1‬إٌغجخ اٌّئ‪٠ٛ‬خ ٌٍض‪٠‬بدح ف‪ ٟ‬اٌط‪ٛ‬ي‪.‬‬ ‫‪ (2‬إٌغجخ اٌّئ‪٠ٛ‬خ ٌٍٕمـ ف‪ ٟ‬اٌّغبؽخ‪.‬‬

‫‪48‬‬

‫الحـــــــــــــل‬

:‫( النسبة المئوٌة للزٌادة فً الطول‬1 l  lo  L  lo 100  54.550 50 100  9 %



A



Ao  Af Ao

: ‫( النسبة المئوٌة نهىقص فٍ انمساحة‬2 100 Af  Ao 



4D



4D

2 f

2 o

 



3



3

11.85 10 4

124  110  A  124 100  11.3 %

12.55 10 4

m



 110106 m2  110 m2

m



 124106 m2  124 m2

2

2

49

‫‪ (5‬المتانة ‪Toughness‬‬ ‫‪ ٟ٘ ‬لبثٍ‪١‬خ اٌّبدح إلِزقبؿ اٌمذسح ‪ energy‬أصٕبء اٌزؾ‪ ٖٛ‬اٌٍذْ لجً ؽذ‪ٚ‬س‬ ‫اٌىغش‪.‬‬ ‫‪ ‬رشرجو اٌّزبٔخ ثم‪ ٜٛ‬اٌقذَ ؽ‪١‬ش رغش‪ ٜ‬إخزجبساد رغّ‪ ٝ‬ثئخزجبس اٌقذَ‬ ‫‪ٌ Impact test‬زؾذ‪٠‬ذ ِزبٔخ اٌّبدح أ‪ِ ٚ‬مب‪ِٚ‬خ اٌىغش‪.‬‬ ‫‪٠ ‬زُ إخزجبس اٌّزبٔخ ثأخز لطؼز‪ِ ِٓ ٓ١‬ؼذٔ‪ِ ٓ١‬خزٍف‪ٔ( ٓ١‬ؾبط‬ ‫أففش & فٍت) ثأثؼبد ٔفغ‪ٙ‬ب‪ .‬صُ ‪٠‬زُ ؽفش صٍّب ً ف‪ ٟ‬وً ِٕ‪ّٙ‬ب‬ ‫ثبٌّٕؾبس ؽز‪ٔ ٝ‬قف اٌمطش‪ٚ ،‬سثط‪ّٙ‬ب ف‪ٍِ ٟ‬ضِخ‪ٚ .‬ثؼذ٘ب ‪٠‬زُ‬ ‫مشث‪ّٙ‬ب ثّطشلخ ‪ٚ‬صٔ‪ٙ‬ب ‪ .0.5 kg‬فبٌمطؼخ اٌز‪ ٟ‬رؾزبط إٌ‪ ٝ‬ل‪ٛ‬ح‬ ‫أوجش ؽز‪ ٝ‬رٕىغش ٘‪ ٟ‬األوضش ِزبٔخ‪.‬‬ ‫‪ ‬رّضً اٌّغبؽخ اٌىٍ‪١‬خ اٌّ‪ٛ‬ع‪ٛ‬دح رؾذ ِٓ ِٕؾٕ‪ ٝ‬اإلع‪ٙ‬بد ‪ٚ‬اإلٔفؼبي اٌم‪ّ١‬خ اٌّطٍ‪ٛ‬ثخ‬ ‫ٌّؼذْ ِب‪.‬‬ ‫ٌزؾذ‪٠‬ذ اٌّزبٔخ‬ ‫ٍ‬ ‫‪50‬‬

51

Eng. Khalifa Ezaedi

52

Eng. Khalifa Ezaedi

‫‪ (6‬القصافة (الهشاشٌة) ‪Brittleness‬‬

‫‪ ‬رم‪١‬ظ اٌمقبفخ مؼف ِمب‪ِٚ‬خ اٌّؼذْ ٌٍقذِبد ‪ ٟ٘ٚ‬ػىظ‬ ‫اٌّزبٔخ ‪ .Toughness‬ف‪ ٟٙ‬اٌّمذسح ػٍ‪ ٝ‬اٌىغش ثغ‪ٌٛٙ‬خ‪.‬‬ ‫‪ ‬اٌّبدح اٌمقفخ رٕىغش ثغ‪ٌٛٙ‬خ ف‪ ٟ‬إخزجبس اٌّزبٔخ‪.‬‬ ‫‪ ‬وزٌه فئْ اٌمقبفخ ػىظ اٌّط‪١ٌٛ‬خ ‪ ،‬فبٌّبدح اٌمق‪١‬فخ ٘‪ ٟ‬اٌز‪ٟ‬‬ ‫رفزمش إٌ‪ِ ٝ‬ط‪١ٌٛ‬خ ِؼزجشح‪.‬‬ ‫‪ ‬فؼٕذِب رٕ‪ٙ‬بس اٌّبدح ثّط‪١ٌٛ‬خ فغ‪١‬شح‪ ،‬أ‪ ٚ‬ؽز‪ ٝ‬ثذ‪ِ ْٚ‬ط‪١ٌٛ‬خ‪،‬‬ ‫رغّ‪ ٝ‬ثّبدح لقفخ‪.‬‬ ‫‪53‬‬

‫‪ (7‬الصالدة ‪Hardness‬‬

‫‪ ٟ٘ ‬اٌّمذسح ػٍ‪ِ ٝ‬مب‪ِٚ‬خ اٌخذػ ‪ٚ‬اٌؾه ‪ٚ‬اٌضٍُ ِٓ ِبدح أخش‪.ٜ‬‬ ‫‪ ‬اٌقٍت ‪ّ٠‬ىٓ أْ ‪٠‬خذػ األٌ‪ٌ َٛ١ِٕٛ‬زٌه فبٌقٍت أوضش فالدح ِٓ األٌ‪.َٛ١ِٕٛ‬‬ ‫‪ٕ٘ ‬بن إخزجبساد ػذ‪٠‬ذح ٌم‪١‬بط اٌقالدح ٌّؼذْ ِٓ مّٕ‪ٙ‬ب إخزجبس ثشًٔ ٌٍقالدح‬ ‫‪.Brinell hardness test‬‬

‫‪54‬‬

‫إخزجبس ثشًٔ ٌٍقالدح‬ ‫‪Brinell Hardness Test‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫رغزخذَ وشح ِٓ انصهب انمصهذ لطش٘ب (‪،)D=10 mm‬‬ ‫‪ٚ‬لذ رى‪ ْٛ‬أؽ‪١‬بٔب ً ِٓ كربُذ انحىجسحه‪.‬‬ ‫رنغو اٌىشح ػٍ‪ ٝ‬عطؼ اٌّبدح اٌّشاد ل‪١‬بط فالدر‪ٙ‬ب ثم‪ٛ‬ح‬ ‫رزشا‪ٚ‬ػ ِٓ ‪ 500 kg‬أ‪1500 kg ٚ‬أ‪.3000 kg ٚ‬‬ ‫‪٠‬جم‪ ٝ‬اٌؾًّ ٌفزشح ِب ث‪ 5 sec ٓ١‬إٌ‪ٌٍ 10 sec ٝ‬غّبػ‬ ‫ثئؽذاس صٍُ ثبٌّبدح‪.‬‬ ‫‪٠‬شفغ اٌؾًّ ‪٠ٚ‬مبط لطش األصش اٌّزش‪ٚ‬ن (‪ٚ )d‬رؼ‪ ٓ١‬اٌمغب‪ٚ‬ح‬ ‫ِٓ اٌؼاللخ اٌزبٌ‪١‬خ‪:‬‬

‫‪ =F‬القوة المؤثرة بالكجم‪.‬‬ ‫‪ =D‬قطر الكرة بالمللٌمتر‪.‬‬ ‫‪ =d‬قطر الثلم بالمللٌمتر‪.‬‬ ‫‪55‬‬

‫‪‬‬

‫‪F‬‬ ‫‪D2  d 2‬‬

‫‪D ‬‬

‫‪D‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪BHN ‬‬

‫عٌوب إختبار برنل لقٌاس الصالدة‬ ‫‪ (1‬ال ‪ّ٠‬ىٓ إعزؼّبٌٗ ٌٍّ‪ٛ‬اد اٌؼبٌ‪١‬خ اٌقالدح أ‪ ٚ‬اٌؾذ‪٠‬ذح اٌٍ‪ٔٛ١‬خ‪.‬‬ ‫‪ (2‬ال ‪٠‬غ‪ٛ‬ص إعزخذاِٗ ف‪ ٟ‬اٌّ‪ٛ‬اد اٌمٍ‪ٍ١‬خ اٌغّه‪ّ٠ .‬ىٓ اٌؾق‪ٛ‬ي ػٍ‪ٝ‬‬ ‫أفنً إٌزبئظ إرا وبْ اٌغّه أوجش ثـ ‪ِ 10‬شاد ِٓ ػّك اٌضٍُ‪.‬‬ ‫‪ (3‬ال ‪٠‬قٍؼ اإلخزجبس ٌألعطؼ اٌّقٍذح‪.‬‬ ‫‪٠ (4‬غت إعشاء اإلخزجبس ثؼ‪١‬ذاً ػٓ ؽ‪ٛ‬اف اٌؼ‪ٕ١‬خ‪.‬‬

‫‪56‬‬

‫مثــــــــال ‪:5‬‬ ‫‪ ‬ف‪ ٟ‬إخزجبس ثشًٔ ٌٍقالدح وبْ لطش اٌىشح ‪ٚ 10 mm‬وبٔذ اٌم‪ٛ‬ح اٌّؤصشح‬

‫‪ِ .3000 kg‬ب ٘‪ ٛ‬سلُ ثشًٔ ٌٍقالدح ‪ BHN‬إرا وبْ لطش اٌضٍُ ف‪ ٟ‬اٌّبدح ٘‪ٛ‬‬ ‫‪.4 mm‬‬

‫الحـــــــــل‪:‬‬

‫‪‬‬

‫‪F‬‬

‫‪D ‬‬

‫‪D2  d 2‬‬

‫‪3000kg‬‬

‫‪2‬‬

‫‪ 10 mm‬‬

‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪10 mm 10 mm  4 mm ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬

‫‪57‬‬

‫‪D‬‬

‫‪BHN ‬‬

‫‪BHN ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪BHN  228‬‬

Hardness  Resistance to permanent indentation  Good hardness generally means material is resistant to scratching and wear  Most tooling used in manufacturing must be hard for scratch and wear resistance

58

Hardness Tests  Commonly used for assessing material properties because they are quick and convenient  Variety of testing methods are appropriate due to differences in hardness among different materials  Most well-known hardness tests are Brinell and

Rockwell  Other test methods are also available, such as Vickers, Knoop, Scleroscope, and durometer

59

Brinell Hardness Test  Widely used for testing metals and nonmetals of low to medium hardness  A hard ball is pressed into specimen surface with a load of 500, 1500, or 3000 kg Figure 3.14 Hardness testing methods: (a) Brinell

60

Brinell Hardness Number  Load divided into indentation area = Brinell Hardness Number (BHN)

HB 

2F

Db (Db  Db2  Di2 )

where HB = Brinell Hardness Number (BHN), F = indentation load, kg; Db = diameter of ball, mm, and Di = diameter of indentation, mm

61

Rockwell Hardness Test  Another widely used test  A cone shaped indenter is pressed into specimen using a minor load of 10 kg, thus seating indenter in material  Then, a major load of 150 kg is applied, causing indenter to penetrate beyond its initial position  Additional penetration distance d is converted into a Rockwell hardness reading by the testing machine

62

Eng. Khalifa Ezaedi

Rockwell Hardness Test

 Figure 3.14 Hardness testing methods: (b) Rockwell:  (1) initial minor load and (2) major load.

63

‫‪ (8‬كلل (تعب) المعادن ‪Fatigue‬‬ ‫‪ ‬هو إنهٌار المعدن جراء تعرضه إلجهادات (قوى)‬ ‫متكررة ومتعاقبة حتى ولو كانت هذة اإلجهادات أقل من‬ ‫إجهاد الخضوع للمادة‪.‬‬

‫مقاومة الكلل‪:‬‬ ‫‪ ‬وهً قابلٌة المادة لمقاومة األجهادات المتغٌرة‪.‬‬ ‫‪ٌ ‬نكسر حدٌد الزهر بعد (‪ )20 – 10‬ملٌون دورة من حمولة متغٌرة‪.‬‬ ‫‪ ‬تقاوم بعض المعادن‪ ،‬غٌر الحدٌدٌة‪ ،‬حتى ‪ 200‬ملٌون دورة‪.‬‬ ‫‪64‬‬

‫‪ (9‬الزحف ‪Creep‬‬ ‫‪ ‬هً إستطالة مستمرة تحدث للمعدن إذا ما تعرض إلى‬

‫قوة شد ثابتة (وزن المعدن وهو معلق ٌعتبر قوة شد) فً‬ ‫درجة حرارة عالٌة‪.‬‬

‫‪ ‬بالرغم من أن معدل اإلستطالة صغٌر‪ ،‬إال أنه ذو أهمٌة‬ ‫كبٌرة فً تصمٌم المعدات مثل التربٌنات البخارٌة‬ ‫والغازٌة‪.‬‬

‫‪65‬‬

66

Eng. Khalifa Ezaedi

67

Eng. Khalifa Ezaedi

II ‫الخواص الفٌزٌائٌة‬ Physical Properties 68

‫‪ (1‬الحرارة النوعٌة أو السعة الحرارٌة للمادة‬ ‫‪Specific Heat for Substance‬‬

‫‪ ٟ٘ٚ ‬وّ‪١‬خ اٌؾشاسح (هبلخ) اٌّنبفخ ٌ‪ٛ‬ؽذح ‪ٚ‬صٔ‪١‬خ ِٓ اٌّبدح أ‪ ٚ‬اٌّغزخٍقخ‬

‫ِٕ‪ٙ‬ب ‪ٚ‬اٌز‪ٕ٠ ٟ‬زظ ػٕ‪ٙ‬ب رغ‪١‬ش ف‪ ٟ‬دسعخ اٌؾشاسح ِمذاسٖ دسعخ ِئ‪٠ٛ‬خ ‪ٚ‬اؽذح‪.‬‬ ‫‪٠ ‬غزفبد ِٓ ِؼشفخ اٌؾشاسح إٌ‪ٛ‬ػ‪١‬خ ف‪ ٟ‬اٌّؼبٌغبد اٌؾشاس‪٠‬خ ؽ‪١‬ش ‪٠‬زُ رغخ‪ٓ١‬‬

‫‪ٚ‬رجش‪٠‬ذ وّ‪١‬بد ِٓ اٌّبدح‪.‬‬ ‫‪ ‬وزٌه ‪٠‬ى‪ِ ْٛ‬ؼشفز‪ٙ‬ب ِف‪١‬ذاً ف‪ ٟ‬ػٍّ‪١‬بد اٌغجبوخ ؽ‪١‬ش ‪ٍ٠‬ضَ إعزخالؿ اٌؾشاسح‬

‫ثغشػخ ٌزؾف‪١‬ض اٌزؾ‪ٛ‬ي إٌ‪ ٝ‬اٌؾبٌخ اٌقٍجخ‪.‬‬

‫‪69‬‬

‫‪ (2‬الموصلٌة الحرارٌة والكهربائٌة‬ ‫‪Thermal & Electrical Conductivity‬‬

‫‪ ٟ٘ٚ ‬لبثٍ‪١‬خ اٌّؼذْ ثبٌغّبػ ٌٍؾشاسح أ‪ ٚ‬اٌى‪ٙ‬شثبء ثبإلٔزمبي داخً اٌّبدح‪.‬‬ ‫‪ ‬رزٕبعت اٌّ‪ٛ‬فٍ‪١‬خ اٌؾشاس‪٠‬خ هشد‪٠‬ب ً ِغ اٌّ‪ٛ‬فٍ‪١‬خ اٌى‪ٙ‬شثبئ‪١‬خ‪ ،‬فبٌّ‪ٛ‬اد اٌغ‪١‬ذح‬ ‫اٌز‪ٛ‬ف‪ٌٍ ً١‬ى‪ٙ‬شثبء ِضً إٌؾبط ‪ٚ‬اٌز٘ت ‪ٚ‬األٌ‪ ٟ٘ َٛ١ِٕٛ‬أ‪٠‬نب ً ع‪١‬ذح اٌز‪ٛ‬ف‪ً١‬‬ ‫ٌٍؾشاسح‪.‬‬

‫‪70‬‬

‫‪ (3‬التمدد الحراري‬ ‫‪Thermal Expansion‬‬ ‫‪ ‬رزّذد ِؼظُ اٌّؼبدْ ػٕذ رغخ‪ٕٙ١‬ب ‪ٚ‬رٕىّؼ ػٕذ رجش‪٠‬ذ٘ب‪ٌٚ ،‬ىٓ رخزٍف دسعخ‬

‫اٌزّذد أ‪ ٚ‬اإلٔىّبػ ثئخزالف اٌّبدح‪.‬‬ ‫‪ ‬ػٕذِب رقٕغ اٌّ‪ٛ‬اد ف‪ ٟ‬دسعخ ؽشاسح اٌغشفخ ‪٠ٚ‬زُ رؾغ‪ٍٙ١‬ب ف‪ ٟ‬دسعبد ؽشاسح‬

‫ِشرفؼخ‪ ،‬أ‪ ٚ‬ػٕذِب رغجه اٌّ‪ٛ‬اد ف‪ ٟ‬دسعبد ؽشاسح ػبٌ‪١‬خ صُ رجشد‪ ،‬فف‪ ٟ‬وٍزب‬ ‫اٌؾبٌز‪ٍ٠ ٓ١‬ضَ أخز ِؼبًِ اٌزّذد ‪ٚ‬اإلٔىّبػ ف‪ ٟ‬اإلػزجبس ‪٠ٚ‬قؾؼ رٌه أصٕبء‬ ‫اٌزقٕ‪١‬غ ٌٍزؼ‪٠ٛ‬ل ػٓ اٌزغ‪١‬ش اٌز‪ ٞ‬ع‪١‬ؾقً ف‪ ٟ‬األثؼبد ثزغ‪١‬ش دسعبد‬ ‫اٌؾشاسح‪.‬‬ ‫‪The linear thermal expansion a (units K-') is the fractional increase in length 1 per degree rise in temperature at a‬‬ ‫‪specific temperature T‬‬

‫‪71‬‬

‫‪ (4‬اإلستجابة المغناطٌسٌة‬ ‫‪Magnetic Response‬‬ ‫‪ّ٠ ‬ىٓ رقٕ‪١‬ف اٌّ‪ٛ‬اد هجمب ً ٌذسعخ إعزغبثز‪ٙ‬ب ٌٍّغٕطخ إرا ِب ػشمذ ٌّغبي‬

‫ِغٕبه‪١‬غ‪.ٟ‬‬ ‫‪ ‬رزّزغ ثؼل اٌّؼبدْ وبٌؾذ‪٠‬ذ ‪ٚ‬اٌف‪ٛ‬الر ‪ٚ‬إٌ‪١‬ىً ‪ٚ‬اٌىش‪ٚ َٚ‬إٌّغٕ‪١‬ض ‪ٚ‬ثؼل‬

‫اٌخالئو األخش‪ ٜ‬ثبٌخبف‪١‬خ اٌّغٕبه‪١‬غ‪١‬خ‪.‬‬ ‫‪ ‬رخزٍف ل‪ٛ‬ح عزة ٘زٖ اٌّؼبدْ‪ ،‬فبٌؾذ‪٠‬ذ أل‪ٛ‬ا٘ب ‪ٚ‬إٌ‪١‬ىً اٌقبف‪ ٟ‬أمؼف‪ٙ‬ب‪ .‬أِب‬

‫ِؼبدْ اٌشفبؿ ‪ٚ‬اٌفنخ ‪ٚ‬إٌؾبط ف‪ ٟٙ‬غ‪١‬ش ِغٕبه‪١‬غ‪١‬خ ‪.Diamagnetic‬‬ ‫‪ ‬رؼزجش اٌّغٕبه‪١‬غ‪١‬خ ف‪ ٟ‬اٌؾذ‪٠‬ذ اٌّطب‪ٚ‬ع ِؤلزخ ث‪ّٕ١‬ب ٘‪ ٟ‬ف‪ ٟ‬ؽذ‪٠‬ذ اٌض٘ش ‪ٚ‬اٌف‪ٛ‬الر‬ ‫دائّخ‪.‬‬ ‫‪72‬‬

Some useful graphs ‫بعض المنحنٌات التوضٌحٌة‬

73

Eng. Khalifa Ezaedi

 Effect of Temperature on Properties

Figure 3.15 General effect of temperature on strength and ductility.

74

Hot Hardness Ability of a material to retain hardness at elevated temperatures

Figure 3.16 Hot hardness - typical hardness as a function of temperature for several materials.

75

‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫قضٌب اسطوانً الشكل قطره ‪ 12 mm‬أثرت علٌه قوة شد قدرها ‪50‬‬ ‫‪ ,kN‬ما هو إجهاد الشد المؤثر على القضٌب؟‬ ‫لوح معدنً طوله ‪ 180 mm‬ومعامل مرونته ‪ 1.2 GN/m2‬تعرض‬ ‫إلى إجهاد شد قدره ‪ , 90 MN/m2‬كم سٌصبح طوله؟‬ ‫إذا كان إجهاد الضغط األقصى لمعدن ما ‪ , 1000 kN/m2‬كم سٌكون‬ ‫هذا اإلجهاد بوحدات ‪ N/mm2‬؟‬ ‫فً اختبار برنل للصالدة كان قطر الكرة ‪ 10 mm‬وقطر الثلم ‪3mm‬‬ ‫والقوة المؤثرة ‪ , 3500 kgf‬ما مقدار الصالدة؟‬ ‫تعرض أنبوب قطره الخارجً ‪ 90 mm‬وسمكه ‪ 2 mm‬إلى إجهاد‬ ‫ضغط قدره ‪ ,120 N/mm2‬ما مقدار قوة الضغط ؟‬

‫‪ ‬رافعة تعمل بثالثة أحبال سلكٌة قطر كل منها ‪20 mm‬‬ ‫ومقاومة الشد القصوى لكل سلك ‪ , 340 N/mm2‬تقوم‬ ‫بتحمٌل حاوٌة كتلتها ‪ 15‬طن إلى سفٌنة وأثناء رفعها انقطع‬ ‫أحد األسالك بسبب التلف‪ ,‬والحاوٌة ال تزال معلقة فً‬ ‫الهواء‪ .‬أجب على اآلتً‪:‬‬ ‫‪ ‬ما مقدار قوة الشد التً تعرض لها كل سلك من األسالك‬ ‫الثالث عند بدء الرفع‪ ,‬علما بأن الحمل موزع بالتساوي‬ ‫على األسالك‪.‬‬ ‫‪ ‬هل ٌمكن االستمرار فً تحمٌل الحاوٌة دون أن تقع‬ ‫الحاوٌة؟‬ ‫‪ ‬برر إجابتك‪.‬‬

 F = m * g = 15000 * 9.81 = 147150 N  Fw = 147150/3 = 49050 N = 49 kN

#1

 Fw = 147150/2 = 73575 N  Σw = Fw/A  Aw = π . r2 = π . 100 = 314.16 mm2  Σw = 73575/314.16 = 234 N/mm2  So. It is possible to continue loading

#2

 Since Σw < Σmax. (340)

#3

‫‪ ‬عمارة سكنٌة بها مصعد كهربائً له حبالن معدنٌان‬ ‫ٌعمالن على رفعه إلى األعلى وتنزٌله إلى األسفل‪,‬‬ ‫إذا كان قطر كل من الحبلٌن ‪8 mm‬وكانت مقاومة‬ ‫الشد لمادة صنعهما هً ‪ 70.6 N/mm2‬ما هو‬ ‫أقصى عدد من األشخاص الذٌن ٌمكنهم استعمال‬ ‫المصعد فً آن واحد دون أن ٌنهار الحبالن إذا كانت‬ ‫كتلة المصعد وهو فارغ ‪ 80 Kg‬وكان متوسط وزن‬ ‫(كتلته) الشخص ‪ 80 Kg‬؟‬

‫‪©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e‬‬

    

Stress = F/A A = πr2 * 2 = π42 * 2 = 100.53 mm2 F = 70.6 * 100.53 = 7097 N Equiv. Mass= 7097/9.81 = 723 kg Deduction of empty weight 723 -80 = 643 kg  Max. No. of persons = 643/80 = 8.04 = 8 persons