1. Lecture No. (1) Faculty of Engineering Prod. & Mech. Design Engineering Department The Principals of Engineering Manufacturing Dr. Rania Mostafa Engineering Materials المواد الهندسية

2. 2

3. 3 تاريخ اكتشاف و استخدام المادة اهمية دراسة المواد الهندسية تعريف المواد الهندسية انواع المواد الهندسية اختيار المواد الهندسية خصائص المواد الهندسية انواع الاجهادات انواع الاحمال الخواص الميكانيكية

4. 4 Stone Age Copper and Bronze Age Iron Age Advanced Materials Age

5. 5 اعتاد الناس التعامل مع المواد منذ فجر التاريخ, مثالا على ذلك : استعمال الحجارة للبناء او النحت

6. 6 6 اوعية فخارية – 8000 سنة قبل الميلاد طوب من الطين والقش - 5000 ق. م العصر البرنزي - 3500 ق. م الفلسفة اليونانية والمبنى الجسيمي للمادة - 1000 ق. م الورق 300 ق. م البلاستيك – القرن – اواخر القرن التاسع عشر

7. 7 7

8. 8  هى تكون الكيان الرئيسي للأعمال الهندسية المختلفة من ادوات ومبانى وكباري وماكينات.... الخ  المهندس مع اختلاف تخصصه واختلاف العمل الذي يقوم به لابد من تعامله مع المواد في جميع خطوات عمله لإنشاء العمل الهندسي مثل مهندس التعدين ومهندس التصميم ( المدني أو المعماري أو الميكانيكي أو الكهربائي أو الكيميائي ) اومهندس التنفيذ أو مهندس التصنيع أومهندس الصيانة او مهندس التفتيش والاختبارات اومهندس مبيعات.

9. 9  يقوم المهندس بمسئولية تحويل المواد الخام إلى خزانات وسدود ومبان قد ترتفع لتكون ناطحات السحاب وكذلك الكباري والمصانع والسيارات والطائرات والصواريخ... الخ.  قيام المهندس بأداء عمله بنجاح وكفاية قد يتطلب منه : معرفة تامة ودراية صحيحة بالمواد وخواصها المختلفة ومدى مقاومتها لأنواع التحميل التي ستتعرض لها في المنشأ الهندسي مدى مقاومه المادة للعوامل المعرضة لها مع الزمن والتي تتسبب في تلفها أو نقص مقدرتها من حرارة أو عوامل جوية أو ظروف تشغيل مختلفة.

10. 10  هى المواد التي يستخدمها المهندس في أعماله سواء للمنشات مثل الأحجار والطوب والمواد الأسمنتية والخرسانة والأخشاب والبلاط والبلاستيك والمطاط والمعادن والزجاج ومواد تغطية الأرضيات والأسقف ومواد التثبيت واللحام والمواد العازلة وغيرها كذلك تلك المواد التي يستخدمها في صناعة الأجهزه والماكينات مثل الحديد والألمونيوم والنحاس...... الخ أو في صيانة المنشأه والماكينات مثل الطلاء والبويات والزيوت. اذا.....هي اي مادة تدخل في عمل من اعمال الانشاء سواء كان عمرانيا او صناعيا اذا.....هي اي مادة تدخل في عمل من اعمال الانشاء سواء كان عمرانيا او صناعيا

11. 11 1- مواد معدنية :- ( اكثر المواد استخداما هندسيا )  معادن حديدية مثل الصلب والحديد الزهر والحديد المطاوع  معادن غير حديدية وهى معادن ثقيلة مثل النحاس والنيكل ومعادن خفيفة مثل الألومنيوم والمغنيسيوم ومعادن طرية مثل الرصاص والصفيح. 2- المواد غير المعدنية :-  مواد البناء مثل الأحجار والطوب والخرسانة والأسمنت والجير والأخشاب... الخ  مواد أخري متنوعة مثل البلاستيك والمطاط والفلين والبويات والسيراميك والزجاج... الخ 3- المواد المولدة للطاقة :-  مثل الماء والمواد البترولية واليورانيوم...

12. 12 الحديد الحديد عنصر قـلما يوجد في الطبيعة بحالة خالصة ولونه رمادي فاتح ومتانته اقل بكثير مما يقصد بكلمة حديد ) فالحديد المستخدم سبيكة يتكون أغلبها من حديد وبقيتها فلزات من مواد أخري كالمنجنيز والكروم كما يحتوي أيضا علي مواد لا فلزية مثل الكربون والسليكون ومن العوامل الهامة وجود نسبة من الكربون في الحديد لأنه العامل المتحكم في خواص الحديد والمؤثر فيها من حيث قابليته للطرق أو جعله هشا أو سهولة طرقة

13. 13 الحديد المطاوع هو انقي أنواع الخامات الحديدية وتصل نسبة الكربون به من 0.04% إلي 0.25% وهو أكثر المعادن الحديدية قابليه للطرق والسحب. الصلب تصل نسبة الكربون في الصلب من 0.15% إلي 1.5% وقد تصل إلي 2%. الحديد الزهر تصل نسبةالكربون به من 2% إلي 4.5% ولا يمكن تشكيله تشكيلا لدنا ويصعب لحامه ويقتصر تشكيلها السباكة وذلك بصهره وسبكه في قوالب. الحديد الزهر الخام هو الحديد الناتج من الحديد الخام بعد صهره في الفرن العالي ومن النادر إستخدامة. ولا يمكن تشكيلة لدنا ويصعب لحامه ويقتصر تشكيله بالسباكة.

14. 14 يمكن تقسيم الحديد الصلب حسب نسبة الكربون إلي ثلاث أنواع : - الصلب منخفض الكربون ويحتوي علي 0.15% إلي 0.3.% كربون طري ويسهل تشكيلة ويستعمل في أشغال الكباري. - الصلب المتوسط الكربون يحتوي علي 0.3% إلي 0.7% من الكربون. أنشف من الصلب الطري وقابل للتمغنط قابل للمعاملات الحرارية. يستعمل في صناعة المواسير والأسلاك والمطارق. - الصلب العالي الكربون : يحتوي علي نسبة كربون من 0.7% إلي 1.5%. أصلد أنواع الصلب الكربوني ومقاوم للتآكل وقابل للتمغنط وقابل للمعاملات الحرارية. يصنع منه اليايات و أسلحة القص والأزميل و الأجن وقوالب الكبس والسبائك وعدد النجارة كما تصنع من الأنواع التي تزيد فيها نسبة الكربون علي 1.1 عدد القطع وتشكيل المعادن.

15. 15

16. 16

17. 17

18. 18

19. 19 تعتبر الارض وغلافها الجوي والمائي هي المصدر الرئيسي للمواد الخام والتى يستخرج منها كل المواد الهندسية كافة

20. 20 تستخرج خامات المواد الهندسية من : مصادر معدنية مثل الحديد بانواعه ، الهيماتيت ( اكسيد الحديد الثلاثى (Fe 2 O 3..... الخ مصادر نباتيه مثل الأشجار مصادر حيوانية مثل البترول الخام. تعتبر المصادر المعدنية هي المعين الرئيسي للمواد الهندسية.

21. 21

22. 22

23. 23 اختيار المواد معناه قياس مدي صلاحية المادة للاستعمال في الأغراض المعنية. وهناك مصدران يحصل منهما المصمم علي البيانات اللازمة في اختيار المواد وهما :  تقارير تبين مدي كفاءة المواد عند الاستعمال الواقعي  نتائج الاختبارات التي أجريت على المواد لبيان خواصها حتى يمكن أعداد مواصفاتها.

24. 24 أنواع المواد التي يمكن الحصول عليها. خواص المواد المختلفة. الاستعمالات المطلوبة من المواد. التوفر النسبي في المواد والأشكال المختلفة لتلك المواد المعينة. طرق تحضير أو صناعة المواد المختلفة أو المنتجات وتأثير هذه العملية على خواصها. طرق تحضير المواصفات ومدى ضمانها لتماثل المنتج. طرق الاختبار والفحص ومدى دلالتها على تقدير وقياس الخاصية المطلوبة.

25. 25 خواص المواد الهندسية هى المقاييس المحددة التى تصف جودة المواد وتعتبر الاداة الفعالة التى يستخدمها المصمم لتوضيح متطلباته من المادة لمنتج معين استعمال مادة معينة يعتمد على خواصها خواص المادة قد تكون : خواص فيزيائية خواص كيميائية خواص حرارية خواص ميكانيكية ( تتعلق بالحركة )

26. 26  وهي الخواص التي لا تعتمد على كمية المادة. مثل : اللون – الطعم – الرائحة – درجة الغليان – درجة التجمد – البريق – الكثافة – الحجم – الكتلة – الحالة ( صلبة – سائلة – غازية ) ، وغيرها. نموذج لخاصة فيزيائية خواص كهربائية – مقدرة المادة على توصيل الكهرباء

27. 27  رد فعل نحو الصوت - هل المادة تمرر الصوت ام تصده  رد فعل نحو الضوء - شفافية مثلا

28. 28 هى قابلية هذه المادة أو المواد المختلفة للتفاعل الكيميائي وإنتاج مواد أخرى بصفات مختلفة وذلك عند توفر الظروف المناسبة.

29. 29 قابلية احتراق الفحم وإنتاج الرماد ، وصدأ الحديد – وتعفن الطعام ، واحتراق الوقود. ويعبر عن هذا التفاعل بالمعادلة الكيميائية والتي هي وصف موجز ودقيق للتغير الكيميائي.

30. 30 تصف رد فعل المادة نحو درجة الحرارة. مثل : توصيل الحرارة, درجة حرارة التجمد, درجة حرارة الغليان التمدد والتقلص. توصيل الحرارة عبارة عن قدرة المادة على نقل الحرارة. مادة موصلة جيدة للحرارة تنقل الحرارة بشكل جيد فتتمدد اسرع.

31. 31 الخواص الميكانيكية تصف رد فعل الجسم نتيجة تعرضه لتاثير قوة خارجية, كالمرونة وقابلية الانضغاط. تعرف الخواص الميكانيكية بأنها الخواص التي تتعلق بسلوك المادة عند تعرضها للأحمال المؤثرة سواء كانت هذه الأحمال إستاتيكية أو ديناميكية أو متكررة. كما أنها تستخدم كأساس للمقارنة بين المواد الهندسية المختلفة

32. 32 قوة شد قوة ضغط الثنىالقصالالتواء

33. 33

34. 34 التحميل الإستاتيكي Static loading التحميل الديناميكي Dynamic Loading التحميل المتكرر Cyclic Loading

35. 35 Time Stress F and P are applied and remain constant Stress Ratio, R = 1.0  وهى الطريقة التي يكون فيها تأثير الحمل بطيئا ويزداد حتى يصل قيمته بدون أحداث أي صدم أو اهتزاز مثل اختبار الشد للمعادن وفيه تحمل قطعة الاختبار بحمل شد محوري ويزداد ببطء تدريجيا حتى تنكسر قطعة الاختبار.  التحميل المستمر Continuous Loading أو بقاء الحمل مؤثرا مدة طويلة من الزمن يعد تحميلا إستاتيكيا.

36. 36 وهى الطريقة التي يؤثر فيها الحمل على المادة بحيث يحدث فيها صدم أو اهتزاز وتؤثر هذه الأحمال الديناميكية في مدة قصيرة نسبيا من أمثلة الأحمال الديناميكية حمل الجسم المتحرك عند اصطدامه بجسم أخر مثل هبوط الطائرة على ارض المطار.

37. 37 STATIC LOAD (standing still)DYNAMIC LOAD (moving)

38. 38 إذا تعرض عضو أو منشأة لتأثير حمل مرات عديدة فانه يكون معرضا للتحميل المتكرر. قد تتحمل المادة إجهادا معينا إذا كان الحمل مؤثرا لمرة واحدة بينما قد تنهار هذه المادة تحت تأثير نفس الحمل أو اقل منه لو كان مكررا أي مؤثرا لمرات عديدة.) مثال اجهاد الثنى المتكرر على سلك معدنى ) ويسبب التحميل المتكرر إجهادات متغيرة غالبا في حدود معينة كالأتي : 1. إجهادات تتغير من قيمة قصوى في الشد إلى قسمة قصوى في الضغط 2. إجهادات تتغير من قيمة قصوى الي قيمة تساوى صفرا 3. إجهادات تتغير من قيمة قصوى الي قيمة ولكن أعلى من الصفر Mean stress = 0

39. 39

40. 40 1.الأجهاد Stress : هو مقدار القوة التى تؤثر على وحدة المساحات. 2.الأنفعال Strain : هو التغير النسبى فى الابعاد نتيجة وجود القوة المؤثر.

41. 41 منحنى الأجهاد - الأنفعال Stress-strain curve Ductile Tension Test Specimens

42. 42 منحنى الأجهاد - الأنفعال Stress-strain curve

43. 43

44. 44 الاجهاد الانفعال المواد القصفة المواد القوية و ليست لدنة المواد الطرية المواد البلاستيكية

45. 45 3.المرونة Elasticity : هى قابلية المادة لأسترجاع شكلها الأصلى عند زوال القوة المؤثرة. 4.اللدونة Plasticity : المادة غير قابلة لأسترجاع شكلها الأصلى عند زوال القوة المؤثرة. 5.الممطولية Ductility : هى قابلية المادة للأستطالة عند شدها وتقاس هذة الخاصية بمقدار الزيادة فى طول العينة أو النقص فى مساحة مقطعها ( الذهب من اطرى المعادن ثم الفضة والبلاتين ) 6.الصلادة Hardness : صلادة المادة هي الخاصية التي تمكنها من الاحتفاظ بشكل سطحها سليما متماسكا تحت تأثير الأحمال وقد تعرف قدرة المادة لمقاومة البرى أو للخدش أو حدوث علامة بها.

46. 46 7. المتانة Toughness : هى قدرة المادة على مقاومة تأثير الصدمات المؤثر عليها. 8. معامل المرونة : (Modulus of Elasticity ) يعبر معامل المرونة (E) عن العلاقة بين الإجهاد والانفعال في حالة المرونة ووجد أن الانفعال يتناسب طرديا مع الإجهاد في حدود مرونة الجسم. (Modulus of Elasticity) E = Stress (σ) /Strain (Є) 9. المقاومة (إجهاد)Strength : هي مقاومة المادة لأي حمل مؤثر وتعرف بالمقاومة للضغط إذا كان الحمل المؤثر حمل ضغط ولمقاومة للشد إذا كان الحمل المؤثر حمل شد وتقاس المقاومة بوحدات الإجهاد كما أن المقاومة قد تكون للانحناء وتعرف أقصى مقاومة بأنها أكبر إجهاد تتحمله المادة تحت تأثير المؤثر ببطء حتى الكسر. 10. المطروقية Malleability هي قدرة المادة على أن يحدث لها تغيرات لدنه كبيرة تحت حرارة الضغط ، أي قدرة المادة على التفلطح بالطرق بدون حدوث كسر

47. 47 11. التقصف Brittleness هي الخاصية التي تجعل المادة تنكسر قبل حدوث تغير ملحوظ في الشكل مثل الحديد الزهر والخرسانة والزجاج. 12. الجساءة "الكزازة " : (Stiffness) هي خاصية مقاومة المادة لأي نوع من التغير في الشكل 13. الرجوعية Resilience: هي قدرة المادة على امتصاص الطاقة المرنة التي تختفي تمام بعد زوال الحمل المؤثر ويعرف معيار الرجوعية بأنه أكبر كمية من الطاقة الميكانيكية التي تختزن في وحدة الحجوم من المادة وتسترجع مرة اخرى بمجرد إزالة الحمل المؤثر ويعين مقدار معيار الرجوعية للمادة بحساب المساحة التي تحت منحنى الإجهاد والانفعال المحصورين بين الصفر وإجهاد حد المرونة.

48. 48

49. 49

50. 50

51. 51