معادنالهندسة

٢١

االول الموضوع البنية البلورية

قسم الهندسة الميكانيكيةاول ميكانيك

قراءة المتجهات من الخلية ١-١-٦-١ -:نتبع الخطوات التالية لقراءة متجه من خلية يــــتم اختيــــار نقطــــة االصــــل مــــن اركــــان المكعــــب بحيــــث يمــــر بهــــا المتجــــه مــــع االحتفــــاظ .١

) .1-14(باتجاهات المحاور كما في الشكل ) .a(نوجد اسقاط المتجه على ثالثة محاور بداللة طول ضلع الخلية .٢او تقسم بعامل مشترك الختزالها الصـغر ثالثـة ) ثالثة االسقاطات ( تضرب هذه االرقام .٣

.ارقام صحيحة ـــين اقـــواس مربعـــة .٤ ـــام الصـــحيحة ب هـــو العـــدد الصـــحيح hحيـــث [hkl]توضـــع هـــذه االرق

هــو العــدد lو Yهــو العـدد الصــحيح لالسـقاط علــى المحـور kو Xلالسـقاط علــى محـور .بعض االمثلة ) 1-15(يوضح الشكل . Zالصحيح لالسقاط على محور

رسم متجه ٢-١-٦-١ -:الخطوات التالية في رسم المتجه عادة تشترط مع االخذ في االعتبار ان ) 1-14(نرسم الخلية ونقطة االصل والمحاور كما في الشكل .١

.االتجاهات الموجبة للمحاور هي اتجاهات االسهم مع تثبيت نقطة االصل مسـافة قـدرها Xنبدأ المسار من نقطة االصـل علـى محـور ، [hkl]اذا كان المتجه هو .٢

h الوحدة هي (من الوحداتa ( اذا كانتh موجبة وفي عكس اتجاه محـورX اذا كانـتh من النقطة الجديدة نبدأ التحرك مسافة . سالبةk موازيـًا لمحـورY اذا كانـتk موجبـة

Zمن اخـر نقطـة نبـدأ التحـرك موازيـًا لمحـور . سالبة kاذا كانت Yوعكس اتجاه محور lاذا كانــت Zموجبــة وفــي عكــس اتجــاه محــور lاذا كانــت Zفــي اتجــاه محــور lمســافة .سالبة

امثلة للمتجهات ) 1-15(الشكل

معادنالهندسة

٢٢

االول الموضوع البنية البلورية

قسم الهندسة الميكانيكيةاول ميكانيك

. [hkl]نصل نقطة االصل بآخر نقطة ويكون ذلك هو المتجه .٣قد يكـون هـذا المتجـه خـارج الخليـة أي فـي الخليـة المجـاورة وهـو يعطـي نفـس المعنـى ألن .٤

.الخاليا هنا متماثلة ) .1-16(مثال لذلك في الشكل .٥

المستويات البلورية في النظام المكعبي ٢-٦-١

يمثــل المســتوى فــي النظــام المكعبــي بثالثــة ارقــام صــحيحة بــين قوســين دائــريين ويعبــر عــن ، فـــي المســـتويات ) . -101(، ) 111(االرقـــام الســـالبة الصـــحيحة بخـــط اعلـــى الـــرقم مثـــال ذلـــك

لقــراءة او رســم مســتوى ال بــد مــن تعيــين نقطــة .تســمى هــذه االعــداد الصــحيحة باحــداثيات ميلــر وتكــون دائمــًا ) 1-14(كمــا هــو موضــح فــي الشــكل Z,Y,Xاصــل ورســم ثالثــة محــاور فــي اتجــاه

.االتجاهات الموجبة للمحاور كما هو موضح بنفس الشكل .اما نقطة االصل فتكون اختيارية من بين ثمانية االركان للمكعب

قراءة المستويات من الخلية ١-٢-٦-١ -:نتبع الخطوات التالية لقراءة مستوى من خلية .اذا المستوى يمر بنقطة االصل نختار نقطة اصل اخرى مع االحتفاظ باتجاه المحاور .١ -:نوجد نقاط التقاطع مع المحاور مع االخذ في االعتبار .٢ .االتجاهات السالبة والموجبة - أــ - ب ــًا للمســالتــوازي بمعن ال توى فــإن نقطــة التقــاطع تكــون فــي مــاى انــه اذا كــان المحــور موازي

.نهاية .نوجد مقلوب نقاط التقاطع مع معرفة ان مقلوب ما ال نهاية هو صفر .٣

مثال لرسم متجه) 1-16(الشكل

معادنالهندسة

٢٣

االول الموضوع البنية البلورية

قسم الهندسة الميكانيكيةاول ميكانيك

اذا كان ضروريًا نضرب االرقام المقلوبة فـي عامـل مشـترك للحصـول علـى اصـغر اعـداد .٤ .صحيحة

Xهـو العـدد المقابـل لمحـور hحيـث ) hkl(نضع االعداد الصحيحة فـي قوسـين دائـريين .٥امثلـة لـذلك فـي الشـكل . Zهو العدد المقابـل لمحـور lو Yهو العدد المقبال لمحور kو )17-1. (

رسم مستوى ٢-٢-٦-١

-:عادة ما نتبع الخطوات التالية في رسم مستوى مع االخذ في االعتبار ان ) 1-14(نرسم الخلية ونقطة االصل والمحاور كما في الشكل .١

.االتجاهات الموجبة للمحاور هي اتجاهات االسهم مع تثبيت نقطة االصل نقطــة . لمحــاور نوجــد مقلــوب هــذه االرقــام ثــم نحــدد نقــاط علــى ا) hkl(اذا كــان المســتوى .٢

وتكــون فــي اتجــاه ) a(مــن الوحــدات h/1تبعــد عــن نقطــة االصــل بمقــدار Xعلــى محــور . اذا كانـت القيمـة سـالبة Xاذا كانت القيمـة موجبـة وتكـون عكـس اتجـاه محـور Xمحور

عـن نقطـة ) a(مـن الوحـدات k/1والتـي تبعـد Yبنفس الطريقـة نحـدد النقـاط علـى محـور نصـــل . عـــن نقطـــة االصـــل ) a(مـــن الوحـــدات l/1والتـــي تبعـــد Zاالصـــل وعلـــى محـــور

) .hkl(ثالث النقاط لنحصل على المستوى نحــدد النقطتــين االخــريين ونصــل بينهمــا ، اذا كــان احــدى احــداثيات ميلــر يســاوي صــفرًا .٣

.ونرسم منهما موازيات للمحور المقابل للصفر

امثلة للمستويات ) 1-17(الشكل

معادنالهندسة

٢٤

االول الموضوع البنية البلورية

قسم الهندسة الميكانيكيةاول ميكانيك

الباقيـة ونرسـم منهـا خطـان يوازيـان اذا كان هناك احاثيتـان كـل منهمـا صـفرًا نحـدد النقطـة .٤ ) .1-18(مثال لرسم مستوى في الشكل . المحاور المقابلة لالصفار

) r(ونصــــف قطــــر ذري ) .F.C.C(احســــب الــــوزن النــــوعي للنحــــاس علمــــا بــــأن لــــه تركيــــب

. 63.5وان الوزن الذري للنحاس هو .انكستروم 1.278

) ..F.C.C(للتركيب ) a(طول ضلع مكعب الخلية الوحدية

اربعة ذرات ) .F.C.C(وتحوي الخلية الوحدية ذات التركيب حجم الخلية الوحدية / وزن الخلية الوحدية = لذا يكون الوزن النوعي

حجم الخلية الوحدية) / وزن الذرة الواحدة Xعدد الذرات في الخلية الوحدية = (

المتر المكعب/ كغم 8980= =

متر مكعب/ كغم 8960علما ان الوزن النوعي الحقيقي للنحاس هو . [110]لذرات النحاس في االتجاه ) Linear Density(ما هو الوزن النوعي الخطي ) أعلمـا ان للنحـاس تركيـب . للنحـاس [112]ما هي المسافات الذريـة التعاقبيـة فـي االتجـاه ) ب

)F.C.C. ( ونصف قطر ذري)r (1.278 انكستروم.

مثال لرسم مستوى ) 1-18(الشكل

مثال

الحل

مثال

معادنالهندسة

٢٥

االول الموضوع البنية البلورية

قسم الهندسة الميكانيكيةاول ميكانيك

) .1-19(كما في الشكل ) أ

طول الخط / عدد الذرات = الخطي الوزن النوعي

=

انكستروم = ) = .F.C.C(في التركيب ) a(ولكن

=3.61x10-10 متر

.متر/ ذرة x 109 3.9= = لذا يكون الوزن النوعي الخطي

.) 1-19(كما في الشكل ) ب

= التعاقبية المسافة الذرية

انكستروم 4.43= = =

الحل

Z

X

y

[112]

a a

a

a [110]

التركيب الذري للنحاس ) 1-19(الشكل

معادنالهندسة

٢٦

االول الموضوع البنية البلورية

قسم الهندسة الميكانيكيةاول ميكانيك

الكثافة الذرية للمتجهات والمستويات ٧-١

الكثافة الذرية للمتجهات ١-٧-١ -:هي ببساطة عدد الذرات في وحدة الطول من المتجه ويمكن تعريفها كاآلتي

الطول المختار /عدد اقطار الذرات التي تتقاطع مع طول مختار من المتجه = كثافة المتجه للمتجه

هــذا مــع ) a=0.408nm(للــذهب اذا علمــت ان ثابــت الشــبيكة [110]احســب كثافــة المتجــه . .F.C.Cالعلم بأن خلية الذهب من نوع

.F.C.C لفي ا [110]يوضح المتجه ) 1-20(الشكل

= الطول المختار للمتجه هو وتر الوجه 1/2 + 1+ 1/2 =عدد اقطار الذرات التي تتقاطع مع هذا الطول =2

a = كثافة المتجه = x 0.408 nm /ذرة =x 0.408 x 106 ذرة/ مم

مثال

الحل

.F.C.C لفي ا [110]المتجه ) 1-20(الشكل

معادنالهندسة

٢٧

االول الموضوع البنية البلورية

قسم الهندسة الميكانيكيةاول ميكانيك

=3.466 x 106 ذرة لكل مليمتر

الكثافة الذرية للمستويات ٢-٧-١ -:هي ببساطة عدد الذرات في وحدة المساحات من المستوى ويمكن تعريفها كاالتي

المساحة المختارة من المستوى / عدد الذرات التي تتواجد في مراكزها = كثافة المستوى للتنكســــــــــتن اذا علمــــــــــت ان ثابــــــــــت الشــــــــــبيكة ) 110(احســــــــــب الكثافــــــــــة الذريــــــــــة للمســــــــــتوى

)a=0.304nm (لوان خلية التنكستن هي من نوع ا B.C.C. .

. .B.C.C لفي خلية ا) 110(يوضح المستوى ) 1-21(الشكل

.كما هو موضح بالشكل aوعرضه المساحة المختارة للمستوى هي مستطيل طوله x a=المساحة المختارة

=a2 x 1/4 + 1 4= عدد الذرات في هذه المساحة =2

/ a2 2= المستوى كثافة

مثال

الحل

.B.C.C لفي ا) 110(المستوى ) 1-21(الشكل

معادنالهندسة

٢٨

االول الموضوع البنية البلورية

قسم الهندسة الميكانيكيةاول ميكانيك

=(0.304)2 2 / nm /ذرة =(0.304)2 x 1012 2 / ذرة/ ٢مم =1.53 x 1013 ذرة لكل مليمتر مربع

المسافة بين المستويات البلورية ٣-٧-١تحســب . المســافة بــين المســتويات البلوريــة هــي المســافة العموديــة بــين المســتويات المتوازيــة

-:للشبيكة ذات التركيب المكعبي حسب المعادلة dhklالمسافة بين المستويات

.يمثلون داالت المستوي h , k , lاذ ان -:للشبيكة للتركيب السداسي فتحسب dhklاما المسافة بين المستويات

٢٩

الثاني الموضوع العيوب في المواد الصلبة

قسم الهندسة الميكانيكية اول ميكانيك معادنالهندسة

املوضوع الثاين

العيوب يف املواد الصلبة

االهداف .التعرف على العيوب النقطية .١ .فهم ظاهرة االنتشار وعالقتها بالعيوب النقطية .٢ .التعرف على العيوب السطحية .٣ .فهم آلية عملية التجمد وتكون الحبيبات .٤ ) .االنخالعات ( التعرف على العيوب الخطية .٥ .تشكيل وحركة االنخالعات فهم العالقة بين عمليات ال .٦ .التعرف على بعض العوامل التي تؤثر في حركة االنخالعات وبالتالي عمليات التشكيل .٧

مقدمة ١-٢تتكون ) خصوصًا المعادن ( ان البنية البلورية في كثير من المواد الصلبة ) ١-١(ذكرنا في البند

في ، او عدم انتظام ، في الواقع فإن هناك عيوبًا من ذرات موزعة في الفراغ في ترتيبات منتظمة ولكنه .هذا التوزيع

:-تنقسم هذه العيوب الى . وجود هذه العيوب يكون هامًاجدًا في بعض االحيان .عيوب نقطية .١ .عيوب سطحية .٢ .عيوب خطية .٣

العيوب النقطية ١-١-٢ :-هذه العيوب تنقسم عادة الى .الفراغات .١ .ة الذرات المقحم .٢ .الذرات الغريبة .٣

٣٠

الثاني الموضوع العيوب في المواد الصلبة

قسم الهندسة الميكانيكية اول ميكانيك معادنالهندسة

الفراغات ١-١-١-٢هي ببساطة عبارة عن اماكن كان يجب ان يكون فيها ذرات ولكنها فارغة ال يوجد بها ذرات

.الفراغ ) 2-1(يوضح الشكل و

الذرات المقحمة الذاتية ٢-١-١-٢يوضح . وجد في اماكن بينية هي ذرات من نفس العنصر ال توجد في اماكنها الطبيعية بل ت

.ايضًا هذه الذرات ) 2-1(الشكل

الذرات الغريبة ٣-١-١-٢وهي ذرات من عناصر اخرى قد تأخذ اماكن ذرات العنصر االساسي وتسمى في هذه الحالة ذرات

لكي تأخذ ذرات ابدالية اماكن ذرات من العنصر االساسي ال بد من توافر بعض الشروط. بدالية ستا :-التالية %.15والذرات الغريبة قليل وال تتعدى ان يكون الفرق بين اقطار الذرات في العنصر االساسي .١ .متساويًا ) الكترونات التكافؤ ( ان يكون التكافؤ .٢ .ان يكون للذرات نفس نوع الخلية الوحدية .٣اماكن بينية بين الذرات هناك ايضًا الذرات المقحمة الغريبة وهي ذرات من عناصر اخرى توجد في

ستبداليةيوضح الشوائب والذرات اال) 2-2(الشكل . وتسمى هذه الذرات في كثير من االحيان الشوائب

الفراغات والذرات المقحمة ) 2-1(الشكل

٣١

الثاني الموضوع العيوب في المواد الصلبة

قسم الهندسة الميكانيكية اول ميكانيك معادنالهندسة

ظاهرة االنتشار ٢-٢اسهل انواع االنتشار يكون . يمكن تعريف ظاهرة االنتشار بأنها آلية انتقال مواد خالل مواد اخرى

ة مثل انتقال الروائح في الغرفة ويزداد االنتشار صعوبة ولكنه ما يزال سهًال نسبيًا في في الحالة الغازيفي الحالة الصلبة تكون حركة . السوائل مثال لذلك اذا وضعت سائًال ذا لون في ماء والحظت حركية

الحركة الذرات مقيدة نتيجة للروابط الذرية ولكن تذبذب الذرات حول مواقعها يسمح لبعض الذرات من :-هناك آليتان لالنتشار في المواد البلورية

.آلية الفراغات والذرات االبدالية حيث تتبادل الفراغات والذرات االبدالية اماكنها .١ .آلية االنتشار االقحامي وفيها تنتقل الذرة من مكان بيني الى مكان بيني مجاور .٢مكان في المادة الصلبة والطاقة هنا ببساطة تحتاج الذرات الى طاقة لكي تتحرك من مكان الى

عمومًا فإن آلية االنتشار في . هي الحرارة وبالتالي فإن حركة الذرات تزيد بإزدياد درجة حرارة المادة :-المواد الصلبة تعتمد على العيوب النقطية وهناك ثالثة عوامل تؤثر فيها وهي

نتشار حساس جدًا لدرجة الحرارة وكلما زادت وهو تأثير هام جدًا حيث ان اال: درجة الحرارة .١ .درجة الحرارة زاد االنتشار بدرجة كبيرة

عادة ما تنتقل المادة من التركيز االعلى الى التركيز االقل وكلما زاد فرق التركيز : التركيز .٢ .زادت سرعة االنتشار

ع زيادة الزمن ولكن تحت نفس الظروف من التركيز ودرجة الحرارة يزداد االنتشار م: الزمن .٣ .تأثيره اقل من الحرارة بكثير

بدالية وذرات الشوائبستذرات ا) 2-2(الشكل

٣٢

الثاني الموضوع العيوب في المواد الصلبة

قسم الهندسة الميكانيكية اول ميكانيك معادنالهندسة

تطبيق عملي على ظاهرة االنتشار ١-٢-٢احد التطبيقات العملية على ظاهرة االنتشار هي التروس المصنوعة من الصلب فمتطلبات في حين يكون الترس صالدة عالية حتى يقاوم االحتكاك صناعة تحتم ان يكون سطح الترس ذوال

يصنع الترس من صلب ذي ، للتغلب على هذه المشكلة و متانة عالية حتى يقاوم الكسر و ذمجمالً . متانة عالية ثم تجرى له عملية تصليد مغلف

في هذه العملية توضع في افران تحتوي على . تتم هذه العملية بعدة طرق اشهرها الكربنة الغازية لفترة زمنية فينتشر الكربون من على سطح )C°920فوق (ة غازات هيدروكربونية في درجة حرارة مرتفع

انه من المعروف ان زيادة نسبة الكربون ون طبقة خارجية عالية الصالدة اذكالترس ويتوغل داخله ويُ كون نتيجة ذلك طبقة سطحية عالية يُ . في الصلب تزيد من درجة صالدته ولكنها قد تجعله قصفًا

. ة عالية المتانة دعمة بطبقة داخليالصالدة مُ هناك مالحظة هامة هنا وهي ان استعمال الترس عند درجات حرارة اقل بكثير من درجة الكربنة

.يجعل االنتشار بعد ذلك بطيئًا جدًا وغير محسوس في زمن العمر االفتراضي للترس

العيوب السطحية ٣-٢ وكل حبيبة تتكون ) بلورات ( من حبيبات ) خصوصًا المعادن( تتكون الكثير من المواد الصلبة

عند وجود معدن منصهر . يتم ذلك اثناء ما يعرف بعملية التبلور . من ذرات مرتبة في اتجاه معين تبريده فإن ذرات المعدن تبدأ في التبلور بمعنى انها تبدأ في التجمع على شكل نويات كل وعند بدء

ظمة تتفق مع نوع المادة بمعنى ان الترتيب ينتج عنه وحدات منها تحتوي على ذرات مرتبة بطريقة منتاذا كان التبريد سريعًا ويقل عندما مثًال يزداد عدد النويات .F.C.Cاذا كانت المادة .F.C.Cخلية

.يوضح عملية التبلور ) 2-3(الشكل . تنمو النويات لتكون حبيبات . يكون التبريد بطيئًا عملية التبلور) 2-3(الشكل

٣٣

الثاني الموضوع العيوب في المواد الصلبة

قسم الهندسة الميكانيكية اول ميكانيك معادنالهندسة

من . ج ان التبريد السريع ينتج حبيبات صغيرة والتبريد البطيء ينتج حبيبات كبيرة من هنا نستنت عندما تتالقى . الصحيح ان نفس الترتيب واحد ولكن اتجاه الترتيب مختلف من حبيبة الى اخرى

الحبيبات فإن الذرات التي على الحدود بينها تأخذ مكانًا متوسطًا وتصبح غير مستقرة وضعيفة ومشوهة .ي تنظيمها وهي اضعف االماكن مقاومة لعوامل التعرية وفعل الحامض وتسمى العيوب السطحية ف

ليس مع الحبيبة ) c(يوضح وضع الذرات على الحدود فهي في مكان متوسط ) 2-4(الشكل ) .b(وال الثانية ) a(االولى

) المظهرات(عند وضع االحماض . الفلزات يستفاد من هذه الظاهرة في تحديد حدود الحبيبات في تكون اكثر االماكن تآكًال هي حدود الحبيبات وبالتالي فإنه يمكن تمييزها ، على سطح المعدن المثقل

.عند وضع العينات تحت المجهر

الخواص في االتجاهات المختلفة ١-٣-٢تباين خواص البلورة في تان اختالف الكثافة الذرية في االتجاهات المختلفة للبلورة الواحدة وبالتالي

) البلورات ( االتجاهات المختلفة ولكنه في كثير من المواد تتكون المادة من الكثير من الحبيبات .يكون تقريبًا متساويًا عشوائية االتجاهات مما ينتج عنه ان متوسط الخواص في جميع االتجاهات

العيوب الخطية ٤-٢لو . تسمى عادة االنخالعات وهي هامة جدًا وتعتبر من اهم العيوب تأثيرًا على المعادن وتشكيلها

لكان من الصعب جدًا تشكيل المعادن ومن ثم ما كانت هناك كثيرًا من ، لم تكن هذه العيوب خط حول تانه عيب بلوري حيث يحدث تشوه لمواقع الذرا يعرف االنخالع عمومًا على. الصناعات تنقسم االنخالعات الى االنخالع الحافي واالنخالع اللولبي وقد يكون هناك خليط من . في البلورة

ضع الذرات على حدود الحبيبات و) 2-4(الشكل

٣٤

الثاني الموضوع العيوب في المواد الصلبة

قسم الهندسة الميكانيكية اول ميكانيك معادنالهندسة

وهو ) 2-5(سوف نقتصر هنا على تمثيل االنخالع الحافي كما هو موضح بالشكل . االنخالعين . كان بيني وبالتالي فهو يعمل على ازاحة الذرات المجاورة عبارة عن مستوى من الذرات مقحم في م

اذا كان المستوى المقحم الى اعلى وبالرمز اذا المستوى المقحم الى يرمز لالنخالع الحافي بالرمز .اسفل

اللدونة وحركة االنخالعات ١-٤-٢ًال جديدًا حتى بعد ازالة ان المادة تأخذ شك(ة والمواد للتشكيل نتيجة لتأثير القاللدونة هي قابلية بدأ العلماء دراسة ظاهرة اللدونة بعمل قطع معدنية من بلورة واحدة كبيرة وهذا ممكن تحت ظروف )القوة

القات على مستويات معينة جد ان العينة بعد التشكيل حدث بها انزعند اجراء اختبار الشد وُ . معينة .يوضح انزالق المستويات ) 2-6(الشكل و) والمستويات فيها ثابتة بلورة واحدةألنها (

االنخالع الحافي ) 2-5(الشكل

انزالق المستويات ) 2-6(الشكل

٣٥

الثاني الموضوع العيوب في المواد الصلبة

قسم الهندسة الميكانيكية اول ميكانيك معادنالهندسة

وجد ان . العلماء حساب قوة الشد التي تسبب انزالق المستويات ومقارنتها بالنتائج العملية رغب رية اتى العلماء بعد ذلك بنظ عشرة اضعاف عن النتائج العملية وبذا مايقرب منالحسابات النظرية تزيد

:-جديدة وهي نظرية تحرك االنخالعات ونبسطها ونلخصها فيما يلي هو حركة ) المعادن خصوصاً ( السبب الساسي لعمليات التشكيل في معظم المواد .١

.يوضح كيفية حركة االنخالع ) 2-7(الشكل االنخالعات و

االطراف وبالتالي كما هو موضح بالرسم تحت تأثير القوى يتحرك االنخالع لكي يستقر على .٢ .فإنه كلما كانت حركة االنخالعات اسهل كلما زادت قابلية المادة للتشكيل

تزداد حركة االنخالعات سهولة بزيادة درجة حرارة المادة وبالتالي تكون المادة اكثر لدونة عند .٣ .درجات الحرارة العالية

.تأثير القوى على المادة يولد انخالعات .٤ .االنخالعات فهي تكون عائقًا لحركة بعضها البعض عندما تزيد كثافة .٥عندما يتقابل االنخالعان ) 2-8(قد يفني انخالع انخالعًا اخر كما هو موضح بالشكل .٦

.فانهما يكونان مستوى كامًال ويلغى كل منهما ، الموضحان بالشكل

حركة االنخالعات ) 2-7(الشكل

االفناء) 2-8(الشكل

٣٦

الثاني الموضوع العيوب في المواد الصلبة

قسم الهندسة الميكانيكية اول ميكانيك معادنالهندسة

بعض العوامل التي تؤثر في حركة االنخالعات ٢-٤-٢تشكيل او بمعنى اخر اكثر اق حركة االنخالعات فهذا معناه ان المادة تكون اقل قابلية للعندما تع

:-من العوامل المهمة التي تؤثر في حركة االنخالعات صالدة و .حجم الحبيبات .١ .التشكيل على البارد .٢ .اضافة ذرات غريبة .٣ .عمليات التخمير .٤

حجم الحبيبات ١-٢-٤-٢زادت ، لحبيبات عائقًا في مسار االنخالعات ولذلك فكلما قل حجم الحبيبات تعتبر الحدود بين ا

حدود الحبيبات واصبحت حركة االنخالعات اصعب وتكون المادة اكثر مقاومة للتشكيل او اكثر .صالدة

التشكيل على البارد ٢-٢-٤-٢بت عوائق لحركة بعضها كلما زادت عملية التشكيل على البارد تولدت انخالعات اكثر وكلما سب

.البعض وبالتالي فإنه مع زيادة التشكيل على البارد تزيد مقاومة المادة للتشكيل وتزداد الصالدة

اضافة ذرات غريبة ٣-٢-٤-٢عند اضافة ذرات الى المادة فإنها تعيق حركة االنخالعات وبالتالي مقاومة المادة للتشكيل وهذا

.قية سهلة التشكيل الى حد كبير هو السبب ان المعادن الن

عمليات التخمير ٤-٢-٤-٢عمليات التخمير هي عبارة عن وضع المادة تحت درجة حرارة مرتفعة نسبيًا لفترة من الوقت وفي

كما ذكرنا من ، اذا كانت المادة مثًال مشكلة على البارد فمعنى ذلك . احيان كثيرة يكون التبريد بطيئًا عند التخمير عند درجات حرارة معينة . كثافة االنخالعات االمر الذي يقلل من لدونة المادة زيادة ، قبل

. تقل كثافة االنخالعات وبالتالي تزيد لدونة المادة ) تختلف من مادة الى اخرى (

لية احد االسباب الرئيسية في تقليل كثافة االنخالعات بعد التخمير هو انه عند درجات الحرارة العا عند زيادة درجة . يزداد نشاط االنخالعات وتتحرك اكثر االمر الذي يؤدي الى زيادة احتماالت االفناء

تكبر الحبيبات وبالتالي تقل حدود الحبيبات ) يخلف من مادة الى اخرى ( حرارة التخمير الى حد معين

٣٧

الثاني الموضوع العيوب في المواد الصلبة

قسم الهندسة الميكانيكية اول ميكانيك معادنالهندسة

خالعات عن طريقة تقليل كثافتها وبالتالي فإن التخمير يزيد لدونة االن. وتسهل حركة االنخالعات اكثر تتحرك االنخالعات عادة في اكثر المستويات الذرية كثافة وفي اكثر االتجاهات . وزيادة حجم الحبيبات

. الذرية كثافة .هي اكثر المستويات والمتجهات كثافة > F.C.C. {111} > ،110 لفي ا

.والمتجهات كثافة هي اكثر المستويات> B.C.C. {110} > ،111 لفي ا

التوأمة ٥-٢

باإلضافة الى التشكيل عن طريق حركة االنخالعات فإن التشكيل في بعض المعادن يتم عن يغير اتجاهه عن بقية ) البلورة ( يمكن تعريف التوأمة بأنها جزء من الحبيبة . طريق ما يسمى بالتوأمة

آة من االتجاه االصلي كما هو موضح بالشكل الحبيبة بحيث تكون اتجاهات هذا الجزء كصورة مر)9-2. (

التوأمة ) 2-9(الشكل

٣٨

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

ملوضوع الثالثا

زان احلراري السبائك املعدنية وخمططات

االهداف .فهم عملية الذوبان .١ .فهم معنى الطور .٢ .معرفة كيفية رسم مخططات االتزان الحراري .٣ .تحليل مخططات االتزان الحراري البسيط .٤ .مخططات االتزان الحراري للحديد والكربون تحليل .٥ .التعرف على االطوار والبنية الدقيقة للسبائك الثنائية .٦

مقدمة ١-٣فـــإن ، ألن الخـــواص الطبيعيـــة للمعـــادن النقيـــة غيـــر مناســـبة فـــي اغلـــب االحيـــان للتطبيـــق العلمـــي

، تسمى سبيكة معدنيـة ، التركيبة من خليط من معادن مختلفة أو خليطًا من معادن وعناصر ال معدنية انـــة تصـــمم الســـبيكة عـــادة لتفـــي بـــأغراض هندســـية معينـــة مثـــل المت. تســـتخدم لتفـــي بـــاألغراض العمليـــة

قـد تكـون السـبيكة خليطـًا مـن عنصـرين . الـخ ...والصالدة ومقاومة التآكل وزيادة درجة حرارة االنصهار فــي الســبائك . الــخ .... فتســمى ســبيكة ثنائيــة وقــد تكــون خلــيط مــن ثالثــة عناصــر فتســمى ســبيكة ثالثيــة

.معادن أو التكون معادن المعدنية عمومًا يكون العنصر االساسي معدنًا والعناصر االخرى

الذوبان ٢-٣يحدث الذوبان في العناصر المكونة للسـبيكة بمعنـى تـداخل ذراتهـا واخـتالط بعضـها بـبعض بصـورة

. حالــة المتجمــدة لمتجانســة فــي الحالــة المنصــهرة وقــد يمتــد هــذا االخــتالط بصــورة تامــة أو محــدودة فــي افي بعضها بصورة تامة اذا حققنـا واحـدًا أو اكثـر مـن عادة فإن الفلزات في الحالة المتجمدة تقبل الذوبان

-:هذه الشروط .تقارب حجم الذرات .١ .االقطار الذرية النسبية للمذاب والمذيب .٢

٣٩

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

.للبنية البلورية للمذاب والمذيب Space Latticeتشابه نوع الشبكة الحيزية .٣ .التشابه الكيمياوي بين المذاب والمذيب .٤ .لذرات المذيب والمذاب ) الثانية عدد االهتزازات في (تردد .٥ .التكافؤ الكيمياوي للمذيب والمذاب .٦ .شحنة ذرات المذيب والمذاب .٧ .عمومًا فإن الذوبان يعتمد على درجة الحرارة . اذا اختلت هذه الشروط فإن الذوبان يحدث جزئيًا

منحنيات التسخين والتبريد ٣-٣ في بداية تس

، خين المعادن النقيـة يحصـل فـي ابعادهـا قليـل مـن التمـدد وتبقـى المـادة علـى حالهـا مـن حيـث الصـالبة بينما ترتفـع درجـة الحـرارة بشـكل مسـتمر حتـى تصـل الـى درجـة معينـة تحصـل عنـدها ظاهرتـان جديـدتان

ى ان يتحــول لــاذ يبــدأ المعــدن باالنصــهار ويتوقــف االرتفــاع فــي درجــة الحــرارة ا، مرتبطتـان مــع بعضــهما ان المواد المتبلورة كافة ومنها المعادن تتميز بوجود درجات انصهار معينـة لكـل . كل المعدن الى سائل

والحديـــــد فـــــي درجـــــة C°1084والنحـــــاس فـــــي درجـــــة C°660فـــــاأللمنيوم ينصـــــهر فـــــي درجـــــة ، منهـــــا 1539°C .

منتظمـًا وتتذبـذب بذبـذبات صـغيرة فـإن ذرات المعـادن فـي كـل بلـورة منهـا تؤلـف نسـقًا ، وكما معلـوم وكلما زادت درجة تسخين الجسم زادت سـرعة ذبذبـة الـذرات مـع زيـادة ، جدًا بالقرب من اماكنها الوسطى

وهـذه الزيـادة فـي سـرعة حركـة الـذرات بزيـادة درجـة الحـرارة تؤلـف احـد القـوانين االساسـية ، سعة الذبذبات .تها الثالث للطبيعة الذي ينطبق على المادة في حاال

الظـواهر التـي تـم شـرحها انفـًا تحـدث بصـورة معكوسـة تمامـًا كمـا تبريـد المنصـهر نجـد ان كـل عنـد . )3-1(في الشكل

منحني تبريد معدن نقي ) 3-1(الشكل

٤٠

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

وعندما تنخفض درجة الحرارة الى مسـتوى كبيـر تصـبح سـرعة حركـة الـذرات بطيئـة جـدًا بحيـث تبـدأ وتنمـو ، الى بعض مكونة بذلك نويـات بلوريـة بعض هذه الذرات وبتأثير قوة الجاذبية باالنضمام بعضها

دة زمنيـة طويلـة الن لكن هذا النمو الطليق ال يستمر مـ، هذه النويات على هيئة بلورات متعددة السطوح ويتوقف النمو فـي امـاكن تصـادمها ، البلورات الصغيرة تتصادم بعضها مع بعض في اثناء عملية نموها

ان الــــذرات ال تســــتطيع ان تكــــون نويــــات التبلــــور فــــي الوقــــت المناســــب، ويكتســــب الجســــم بنيــــة حبيبيــــة كة صـغيرة التبلور فجأة بسبب حر عندها يحدث، فتنخفض درجة الحرارة الى اقل من درجة حرارة التجمد

وتفقـد الـذرات التـي ترتـب نفسـها فـي بلـورات ، وتستمر عملية التبلـور بسـرعة لكـي تعـوض الـزمن الضـائع كمية كبيرة من الحرارة لدرجة بحيث ان درجة الحرارة التـي انخفضـت عنـد درجـة التجمـد ترتفـع مـرة اخـرى

) .3-2(ة التجمد بشكله الطبيعي شكل حتى درجة حرارة التجمد ويستمر ما تبقى من عملي

السـبائك ففـي النقيـة، المعـادن منحنيـات عـن تختلـف فإنهـا الثنائيـة السبائك في التبريد منحنيات اما درجـة نطـاق فـان ، جامـدة محاليـل تكـون والتـي والصـلبة السـائلة الحالـة في الذوبان تامة عناصرها التي

) 3-3( الشكل في كما )2,1( النقطتين بين يكون االنجماد فيها يحدث التي الحرارة

بقليل التجميد حرارة درجة من أقل الى منخفض تبريد فيه تبريد يمنحن) 3-2(الشكل التجميد حرارة درجة حتى أخرى مرة الحرارة درجة ترتفع

جامد محلول تكون الثنائية السبائك في تبريد يمنحن) 3-3(الشكل