٦١

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

100% = 62.5 %

[α + Fe3C] = 100% = 37.5 %

يت انتوالسـم [α + Fe3C]كربـون مـن % 1.2تتركب بنية الفوالذ فـوق اليوتيكتويـدي المحتـوى علـى

. الثانوي السمنتايتوكمية [α + Fe3C]المطلوب تحديد كمية ، الثانوي

:وبتطبيق قاعدة الذراع نجد ان ) 3-26(باالستعانة بالرسم

كربون % 0.3الكربون لسبيكة تحتوي –مخطط الحديد ) 3-25(الشكل

مثال

الحل

٦٢

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

[α + Fe3C] = x 100% = 93.18%

Fe3C = x 100% = 6.82%

تآصل االطوار في الحديد ١١-٣ث هـذه الظـاهرة لـبعض المعـادن مثـل دوتحـ، تتغير الشبكة البلورية للمعدن مع تغير درجات الحرارة

فـي درجـة حـرارة مرتفعـة ) لجسـم متمركـز ا( .B.C.Cويتخذ الحديد شكل شبكة بلورية من نوع . الحديد متمركز ( .F.C.Cحيث يعيد بناء نظامه الداخلي ويعدله الى شبكة بلورية نوع C°1400درجة وحتىغير هذا النظام مـرة اخـرى ويعـود الـى الشـبكة حيث نجده ي C°910ويستمر كذلك حتى درجة ، ) الوجه

) .3-27(الشكل ، درجة حرارة المختبر ويبقى هذا النسق حتى، .B.C.Cالبلورية

كربون% 1.2الكربون لسبيكة تحتوي –مخطط الحديد ) 3-26(الشكل

٦٣

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

كربــون ســتحدث % 0.15اذا ســخنا قطعــة مــن الفــوالذ تحــت اليوتيكتويــدي التــي تحتــوي علــى نســبة حيـث C°910وتسـتمر هـذه الزيـادة مـع ارتفـاع درجـة الحـرارة حتـى تصـل الـى درجـة ، زيـادة فـي حجمهـا

الفــوالذ فإنهــا ســتتعرض الــى قطعــة ى الــرغم مــن االســتمرار فــي تســخين فعلــ، نفاجــأ بظــاهرة غيــر متوقعــة ) .3-28(تقلص لحظي الشكل

منحني التبريد للحديد النقي ) 3-27(الشكل

كربون % 0.15تغير الحجم مع درجة الحرارة للفوالذ ) 3-28(الشكل

٦٤

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

وبمعنــى اخــر ســيحدث ، كمــا ان درجــة حــرارة القطعــة ســتثبت هــي االخــرى وال ترتفــع لفتــرة ملحوظــة ، مع ثبوت درجة الحرارة على الرغم من انتقال الطاقة الحرارية Contractionتقلص مفاجئ في الحجم

وبعد حصول قدر معين من التقلص تعود قطعة الفوالذ وال تعود تواصل الزيادة في الحجم بالمعدل نفسـه حيــث نالحــظ C°1400وتســتمر هــذه الحالــة حتــى يصــل الفــوالذ الــى درجــة ، مــع ارتفــاع درجــة الحــرارة )3-29(درجة حرارة القطعة ستثبت وال ترتفع في تلك اللحظة الشكل حصول تمدد لحظي وان

تعود قطعة الفوالذ وتستمر بزيادة حجمهـا بالمعـدل نفسـه حتـى ، وبعد حصول قدر معين من التمدد ومـع التبريـد البطـيء لقطعـة الفـوالذ مـن حالـة االنصـهار الـى درجـة . يصل الفوالذ الـى مرحلـة االنصـهار

.حرارة الغرفة نجد ان الخطوات نفسها ستتكرر ولكن بنظام عكسي الوحيد هنا هو ان التغيـر الفجـائي فـي الحجـم سـيحدث فـي هـذه الحالـة عنـد درجـة حـرارة واالختالف

.منخفضة بعض الشيء عن تلك التي حدث عندها اثناء التسخين ان الــتقلص المفــاجئ للفــوالذ علــى الــرغم مــن مواصــلة تســخينه يعنــي ان هــذا الفــوالذ يســتوعب قــدرًا

اي فـي اعـادة الترتيـب ، استغلت هذه الطاقة في تغيير البنية الداخلية وقد ، ملحوظًا من الطاقة الحرارية . .F.C.Cالى .B.C.Cالذري من

فإنه يتعرض الى )فوق اليوتيكتويدي ( كربون % 0.8اما الفوالذ الذي يحتوي على نسبة اكثر من اال ، .F.C.Cالـى نظـام .B.C.Cالتقلص المفاجئ نفسه الذي يمثل التحول الداخلي للـذرات مـن نظـام

يقل قليًال عـن الزيـادة انه وبعد االنتهاء من مرحلة التقلص تبدأ الزيادة في الحجم مرة اخرى ولكن بمعدل

تآصل االطوار في الفوالذ) 3-29(الشكل

٦٥

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

ويســتمر هــذا الحــال حتــى الوصــول الــى درجــة حــرارة معينــة نالحــظ بعــدها رجــوع ، فــي الحجــم االصــلي .حتى يدخل مراحل التلدين واالنصهار يبقى كذلك ادة في الحجم الى وضعه االصلي اذمعدل الزي

ان المشاهدات واالستنتاجات التي نحصل عليها من هذه التجارب تفيدنا في التعرف على التراكيـب .المجهرية ومتابعة التغيرات التي تحدث في البنيان الداخلي لقطعة الفوالذ مع ارتفاع درجة حرارتها

الميكانيكية بنية الفوالذ الكربوني والخواص ١٢-٣تعتمد الخواص الميكانيكية للفوالذ الكربوني بـبطء علـى النسـب المئويـة لمكونـات التراكيـب المجهريـة

ويعـد الفيرايـت ، فيحتـوي الفـوالذ الكربـوني علـى الفيرايـت والسـمينتايت اللـذان يكونـان البيراليـت ، المختلفة يبــين ) 3-30(ايت فهــو الحالــة الصــلدة الهشــة والشــكل امــا الســمينت، الحالــة اللينــة الصــعبة الكســر نســبيًا

.الخواص الميكانيكية والنسب المئوي للكربون

ـــًا مـــع زيـــادة النســـبة المئويـــة للكربـــون لغايـــة % 0.8يالحـــظ مـــن الشـــكل ان المقاومـــة تتناســـب خطيوال تســـتمر هـــذه العالقـــة الخطيـــة بعـــد ذلـــك نتيجـــة لظهـــور الســـمينتايت فـــي التركيـــب %) 100بيراليـــت (

-:وقد وجد ان صالدة الفوالذ قبل اليوتيكيويدي الملدن يمكن تحديدها من المعادلة . المجهري

HB = 1.3 [ 80 MF + 180 Mp]

-:اما صالدة الفوالذ فوق اليوتيكيويدي فيمكن تحديدها من المعادلة

العالقة بين الخواص الميكانيكية والنسب المئوي للكربون ) 3-30(الشكل

٦٦

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

HB = 1.3 [ 180 Mp + 800 MC ]

180و 80امــا ارقــام الصــالدة ، وضــعت لتصــحيح النــاتج مــن تــأثير الشــوائب 1.3والقيمــة الثابتــة .على التوالي [MC , Mp , MF]يت فرمزهافهي لكل من الفيرايت والبيراليت والسمينتا 800و

امـا الفـوالذ . الذ قبل اليوتيكيويدي بمقادير متوسطة لخواص كل من البيراليت والفيرايت و تحدد خواص الففوق اليوتيكيويدي فيظهر بدًال من الفيرايت السمينتايت الثانوي الذي يعمل على زيادة الصالدة والمقاومة

زيـــادة كبيـــرة وتـــنقص مقاومتـــه ) هشاشـــته ( وبزيـــادة الســـمينتايت الثـــانوي تـــزداد قصـــافته ، وتقليـــل اللدونـــة .ليصبح عندئٍذ تقدير الخواص الميكانيكية غير دقيق

للفـوالذ ) σ( وبصورة عامة هناك عالقة تجريبية تقديرية بين النسبة المئوية للكربون ومقاومة الشـد ) .3-30(بطيئًا كما في الشكل قبل اليوتيكيويدي المبرد تبريداً

σ = 70% C + 350

الفوالذ السبائكي ١٣-٣وعلـى نسـب اخـرى ) S , P , Si , Mn( لهو الفوالذ الذي يحتوي على نسب قليلة من عناصـر ا

او علـى نسـب عاليـة مـن عناصـر مثـل ) Cu , Co , W , Mo , Cr , Ni(مـن عناصـر خاصـة مثـل )Mn , Si. (

كرومــــي او فــــوالذ الويســــمى الفــــوالذ الســــبائكي حســــب العناصــــر المضــــافة اليــــه فيقــــال مــــثًال الفــــوالذ وخواصــه ال بــد وقبــل الحــديث عــن الفــوالذ الســبائكي واســتخداماته . ســليكوني وهكــذا المنغنيــزي او فــوالذ ال

-:من القول ان للفوالذ الكربوني استخدامات محدودة لالسباب االتية اذا اريـــد االحتفـــاظ بمتانـــة N/m2 700عـــدم امكانيـــة الحصـــول علـــى مقاومـــة شـــد اعلـــى مـــن .١

.مستمطيلية معقولتين في آن واحد

.تؤدي عملية التصليد للفوالذ الكربوني باستخدام الماء الى حدوث عدد من التصدعات والعيوب .٢

.لعالية للفوالذ الكربوني مقاومة ضعيفة للتآكل والتأكسد في درجات الحرارة ا .٣

تأثير العناصر المضافة في خواص الفوالذ السبائكي ١٤-٣تؤدي العناصر السبائكية المضافة الى زيادة الصالدة للفوالذ بسبب تكوين المحلول الجامد الذي .١

) .3-31(يؤدي الى حدوث تشويه في بنية الشبكة البلورية كما في الشكل

٦٧

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

تفـوق حـد الـذوبان فـي ) W , Cr , Mn , Mo , Ti , V(ان وجـود نسـب مـن العناصـر مثـل .٢) Cr7C3 , Mo2C , WC(الحالـة الجامـدة يـؤدي احيانـًا الـى تكـوين الكاربيـدات الصـلدة مثـل

.السمينتايت وعادة ما تكون هذه الكاربيدات مقترنة مع

) .FeCr , Fe3W2(تؤدي بعض الهناصر المضافة الى تكون مركبات وسطية مثل .٣

الى تحلل الكاربيدات وتكوين ) Cu , Co , Al , Ni , Si(تؤدي بعض العناصر المضافة مثل .٤وللتغلـب ، يـؤدي الـى نقـص فـي قيمـة المقاومـة والمطيليـة ومقاومـة الصـدمة الكرافيت وهـذا بـدوره

مثـــل هـــذه العناصـــر تضـــاف عناصــــر ســـبائكية اخـــرى تحمـــل تـــأثيرًا معاكســـًا وهــــي علـــى تـــأثير .العناصر التي تسبب تكوين الكاربيدات

) Ni(علـى نمـو الحبيبـات بينمـا يحـد الـبعض االخـر مثـل ) Cr , Si(تعمل بعض العناصر مثل .٥ .من نمو هذه الحبيبات

) جـة حـرارة التفاعـل اليوتيكتويـدي در ( تعمل بعض العناصر على تغيير درجات الحرارة الحرجـة .٦كمــا فــي الشــكل C°30بمقــدار A1نيكــل علــى ســبيل المثــال تــؤدي الــى خفــض % 3فإضــافة ، . C°880الى A1ترتفع Cr% 1وعند اضافة ) 32-3(

تأثير العناصر المضافة على صالدة الفوالذ السبائكي ) 3-31(الشكل

٦٨

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

) البيراليــت ( ايضـًا الــى خفـض نسـبة الكربــون فـي تركيــب اليوتيكتويـد تـؤدي العناصـر الســبائكية .٧كربـون وعنـد %0.7ستصـبح نسـبة الكربـون فـي اليوتيكتويـد Ni% 4فإضافة ) 3-33(الشكل .كربون % 0.55ستصبح هذه النسبة Cr% 4اضافة

فيوضح تأثير النسب المختلفة للمنغنيز في نسبة الكربـون فـي اليوتيكتويـد وفـي ) 3-34(اما الشكل .درجة حرارة اليوتيكتويد معًا

تأثير العناصر المضافة على درجة حرارة اليوتيكتويد) 3-32(الشكل

تأثير العناصر المضافة على تركيب اليوتيكتويد) 3-33(الشكل

٦٩

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

αاذ يرمز لتحول ) A4 , A3(الحرجة اة تخفضها السبائكية درجة الحرارةترفع بعض العناصر .٨تزيد من [Mo , Cr , Si , W , V , Al]فالعناصر ، )A4(ـــب δالى γولتحول ) A3(ــب γالى وعندما ، ) 3-35(مكونة ما يسمى بحلقة كاما المغلقة الشكل A4حتى تندمج بنقطة A3قيمة

رايت مستقرًا عند درجات الحرارة كافة سيصبح الفي الفوالذ حدًا معينًا تصل نسبة هذه العناصر ف .رايتي ويطلق عليه اسم الفوالذ الف

يمتــاز الفــوالذ الفرايتــي بصــفات مغناطيســية ومقاومتــه لفعــل درجــات الحــرارة ومقاومتــه للصــدأ عــالوة مـن الفــوالذ ويمكــن تصـغير حجـم حبيبـات هـذا النـوع .الحراريـة بالمعـامالت علـى انـه غيـر قابـل للتصـليد

تأثير نسب المنغنيز على تركيب اليوتيكتويد ودرجة حرارة اليوتيكتويد ) 3-34(الشكل

الفوالذ الفيرايتي ) 3-35(الشكل

٧٠

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

فإنهـا تخفـض [Cu , Co , Mn , Ni]امـا العناصـر . التلـدين بعـد عمليـة التشـكيل علـى البـارد بطريقـة وعنـــدما تصـــل نســـبها حـــدًا معينـــًا فإنهـــا ســـتؤدي الـــى اســـتقرارية ، ) A4(وترفـــع مـــن قيمـــة ) A3(مـــن قيمـــة

.حرارة الغرفة االوستنايت حتى في درجة ويكون هذا النـوع مـن الفـوالذ ذا بنيـة اوسـتنايتية عنـدما يبـرد بـالهواء الـى درجـة حـرارة الغرفـة ويسـمى

وعــدم امكانيــة ومــن خــواص هــذا النــوع مــن الفــوالذ خلــوه مــن الصــفات المغناطيســية . الفــوالذ االوســتنايتي تصليده بطرئق االخماد االعتيادية عالوة على انه لـدن عنـد حـد المرونـة ولـه قـوة تماسـك عاليـة ومقاومـة

) .3-36(كما في الشكل لفعل درجات الحرارة العالية

تصنيف الفوالذ ١٥-٣

تصنيف الفوالذ حسب العنصر المضاف ١-١٥-٣وبنية % 5يكون النيكل مع الحديد محلول صلب ذا بنية بيراليتية اذا كانت نسبته : فوالذ نيكلي .١

.اما اذا زادت نسبته كثيرًا فإنه يكون بنية مارتنسايتية ، % 25اوستنايتية اذا نسبته نيكل في اجـزاء المكـائن التـي تتعـرض للصـدمات % 5الى %2ويستخدم الفوالذ الحاوي على

نيكـــل فيســـتخدم فـــي االعمـــال االنشـــائية % 3.5بينمـــا الفـــوالذ الحـــاوي علـــى ، والجهـــد الحـــراري .فيستخدم كفوالذ مقاوم للصدأ اما الفوالذ الحاوي على نسبة عالية من النيكل ، لمرونته العالية

الفوالذ االوستنايتي) 3-36(الشكل

٧١

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

مـن الكـروم ال تختلـف كثيـرًا عـن % 6ان بنية الفوالذ الحاوي على نسبة اقل من : فوالذ كرومي .٢فـإن بنيتـه تتكـون مـن الفيرايـت % 6وعندما تكون نسبته اكثر من ، بنية الفوالذ الكربوني الخالي

ــــدرافيل .مــــع بلــــورات الكاربيــــدات ومــــن االســــتعماالت المهمــــة لهــــذا الفــــوالذ صــــناعة الكــــرات والبينمــــا تســــتخدم انــــواع الفــــوالذ العاليــــة الكــــروم لمقاومــــة التآكــــل ، ســــي المحــــاور االســــطوانية وكرا

.االحتكاكي وزيادة مقاومة الزحف عند درجات الحرارة العالية اذ يتحــد مــع اوكســجين يضــاف المنغنيــز الــى الفــوالذ باعتبــاره عــامًال مســاعدًا : فــوالذ منغنيــزي .٣

وال يضـاف هـذا العنصـر بنسـب عاليـة النـه يكـون مـع السـليكون مركبـات مكونًا اوكسيد المنغنيزومن االستعماالت المهمـة لهـذا النـوع ، معدنية هشة تجعل الفوالذ صعب التشغيل ومقاوم للتآكل

مــن الفــوالذ صــناعة اجــزاء المكــائن المســـتخدمة فــي البثــق والســحق والمعــدات الخاصــة بالســـكك الحديدية

ومـن هـذه العناصـر ، اخـرى فـي الفـوالذ السـبائكي د التنكسـتن مـع عناصـريوج: فوالذ التنكستن .٤ويـؤدي بصـورة عامـة الـى احتفـاظ الفـوالذ بصـالدته عنـد تسـخينه لـذا يسـتخدم ، الكروم والمنغنيـز

مـن هـذا العنصـر خاصـية % 5الى % 4ويبدي الفوالذ الحاوي على ، في صناعة ادوات القطع .يجعله ذا قيمة في صناعة المغانط الدائمة مما ، االحتفاظ العالي للمغنطة

ان تـأثير المولبـدنيوم مشـابه لتـأثير عنصـر التنكسـتن مـن حيـث قـوة التصـليد : فوالذ المولبدنيوم .٥وعند اضـافة عنصـر الكـروم الـى المولبـدنيوم يتكـون فـوالذ ذو مقاومـة عاليـة . ورفع مقاومة الشد

.للكالل وللتآكل في درجات الحرارة العالية ان وجود هذا العنصر مع الفـوالذ يكـون علـى صـورة كاربيـدات عـالوة علـى انـه : فوالذ الفناديوم .٦

هـــــذا الفـــــوالذ فـــــي انتـــــاج العـــــدد والمصـــــبوبات ويســـــتخدم، يكـــــون محلـــــوًال جامـــــدًا مـــــع الفيرايـــــت .والمطروقات

يكــون ســبيكة تســتخدم فــي صــناعة % 3ان وجــود الســليكون بنســب اكثــر مــن : فــوالذ ســليكوني .٧

% 6امــا اذا احتــوى هــذا الفــوالذ علــى عنصــر اضــافي مثــل الكــروم بنســبة ، معــدات الكهربائيــة ال

لــــذا تســــتخدم فــــي صــــناعة ، فــــإن هــــذه الســــبيكة تحــــتفظ بصــــالدتها فــــي درجــــات الحــــرارة العاليــــة

.الصمامات في آالت االحتراق الداخلي

٧٢

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

تصنيف الفوالذ حسب االستخدام ٢-١٥-٣ فوالذ انشائي سبائكي ١-٢-١٥-٣

هــذا النــوع مــن الفــوالذ فــي صــناعة انــواع مختلفــة مــن اجــزاء الماكينــات والمنشــآت عاليــة ويســتخدم والنيكل %) 1.1 -% 0.8(ويحتوي على عناصر خلط سبائكي اساسية مثل الكروم ، المقاومة والمتانة

وتخلـــط مـــع هـــذه ، %) 1.8 -% 0.8(والمنغنيـــز %) 1.2 -% 0.5(والســـليكون %) 4.5 -% 0.5(اخــرى مثــل التنكســتن والمولبــدنيوم والفنــاديوم والتيتــانيوم والبــورون ولكــن بنســب ضــئيلة العناصــر عناصــر

.لغرض اضافة تحسينات اخرى في الخواص ـــة انـــواع هـــذا الفـــوالذ االنشـــائي الـــى الفـــوالذ البيراليتـــي وضـــمن مجموعـــة الفـــوالذ قبـــل وتنتمـــي غالبي

اليوتيكتويــدي وعنــدما تجــرى علــى الفــوالذ معــامالت حراريــة مثــل التصــليد والمراجعــة ترتفــع فيــه الخــواص رعة الحرجة للتبريـد ويرجع الفضل في ذلك الى الس، حد الخضوع والصالدة والمتانة الميكانيكية اذ يزداد

.في حالة الفوالذ السبائكي مما عليـه فـي الفـوالذ الكربـوني عالوة على ذلك تكون بنية حبيبات الفوالذ السبائكي وحجمها اصغر

مقـاطع ك االجـزاء الصـغيرة ذات الوعليه فإن الفوالذ السبائكي يستخدم في صناعة االجزاء الضـخمة وكـذلوقــد ، اصــر الخلــط الســبائكي تصــبح قابليــة الفــوالذ علــى التصــليد اكبــر واعمــق المعقــدة وبزيــادة تركيــز عن

اليؤدي التصـليد احيانـًا الـى تحسـين الخـواص الميكانيكيـة للفـوالذ بـل العكـس مـن ذلـك فإنـه قـد يـؤدي الـى ) .تقليل المتانة ( تدهورها والى زيادة درجة حرارة التحول من اللدونة الى القصافة

م للصدأ المقاو الفوالذ ٢-٢-١٥-٣وتغطى سطحها بنواتج التأكسد او الصدأ االمـر تفقد المعادن في كثير من الحاالت بريقها المعدني

الــذي يـــؤدي الـــى تـــدهور خواصـــها الميكانيكيـــة بشـــكل حـــاد ويحصـــل الصـــدأ عـــادة مـــن تـــأثير الغـــازات اوكاألحماض والقلويـات او من تأثير السوائل االلكتروليتية ، غير االلكتروليتية مثل النفط ونواتجه السوائل

. واالمالح كروم تكون مقاومته للتآكل الجوي جيدة بسبب تكون طبقة % 13وقد لوحظ ان الفوالذ الحاوي على

كما ، ل ذات الطبيعة المؤكسدة على سطحه تمنع تآكله عند مهاجمته بالسوائ 2O3(CrFe)رقيقة مستقرة يمكـــن زيـــادة مقاومـــة الصـــدأ بإضـــافة عنصـــر االلمنيـــوم او الســـليكون وهمـــا عنصـــران يـــذوبان فـــي الحديـــد

.ويكونان في اثناء التسخين قشرة واقية من االكاسيد

٧٣

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

-:ويمكن تقسيم هذا الفوالذ الى االنواع االتية % 0.4الــى % 0.2وهــو فــوالذ يحتــوي علــى : الفــوالذ الكرومــي الــذي تكــون بنيتــه مارتنســيت .١

وفـي هـذه الحالـة يتميـز C°950ويصـلد باإلخمـاد بالزيـت مـن درجـة ، كروم % 13كربون زائدًا وتكـون هـذه السـبائك . بمقاومة تآكل قصوى نتيجة ذوبان جميع الكاربيـدات فـي المحلـول الجامـد

ويسـتعمل هـذا النـوع مـن . وتنخفض مقاومتها للتآكل بسبب التشكيل علـى البـارد ، صعبة اللحام الفـوالذ فــي صـناعة الصــمامات والمكـابس وفــي صــناعة ادوات القطـع والجراحــة التـي تحتــاج الــى

.حافات حادة . كربون % 0.12وهو فوالذ يحتوي على : تكون بنيته من االوستنايت تالفوالذ الكرومي الذي .٢

وال يمكن تصليد ، % 8الى % 18ة الكروم الى النيكل في هذا النوع من الفوالذ هي وتكون نسبمن يؤدي الى امتصاص الكاربيدات C°1050هذا النوع باإلخماد الن اإلخماد من درجة حرارة

وتكــــوين نســــبة مــــن االوســــتنايت فقــــط التــــي تمتــــاز بالليونــــة وخلوهــــا مــــن قبــــل المحلــــول الجامــــد .امتالكها مقاومة تآكل قصوى المغناطيسية مع

ويســـتعمل هـــذا النـــوع مـــن الفـــوالذ فـــي مصـــانع الكيمياويـــات وااللبـــان وصـــناعات المـــواد الغذائيـــة اثنـــاء ( C°(500-700)وعنـــد تســخين الفــوالذ االوســـنتنايتي حتــى درجــة . ولألغــراض المنزليــة

ذا سـيقل تركيـز الكــروم لهـ، ستنفصـل كاربيـدات الكـروم علـى الحـدود بـين الحبيبـات ) اللحـام مـثالً االمــــر الـــذي يــــؤدي الــــى % 12فـــي المحلــــول الجامـــد بــــالقرب مــــن الحـــدود بــــين الحبيبـــات عــــن

) الحبيبــات ( انخفــاض شــديد فــي مقاومــة الصــدأ ممــا يجعــل الفــوالذ عرضــة للصــدأ بــين البلــورات .الذي يتطور الى تشققات على امتداد تلك الحدود مما يؤدي الى انهيار الفوالذ

الـــى % 0.05ويحتـــوي هـــذا النـــوع علـــى : ذ الكرومـــي الـــذي تتكـــون بنيتـــه مـــن الفيرايـــت فـــوال .٣وتتألف ، كروم وهو غير قابل للتصليد بالمعاملة الحرارية % 30الى % 16كربون و % 0.15

بنيتــه مــن حبيبــات الفيرايــت وجســيمات مــن الكاربيــدات ويســتعمل فــي صــناعة االجــزاء التــي تعــد خواصـًا ثانويــة اذا مــا قورنـت مــع مقاومــة التآكـل والقابليــة الجيــدة علــى فيهـا الخــواص الميكانيكيــة

.التشغيل الفوالذ المقاوم للحرارة العالية ٣-٢-١٥-٣

الحتوائـه علـى عناصـر ) Scaling(هذا النوع مـن الفـوالذ بمقاومتـه للزحـف والتأكسـد والتقشـر يمتاز ويجــب ان ، العناصــر علــى شــكل غشــاء واقــي مثــل الكــروم وااللمنيــوم والســليكون اذ تكــون اكاســيد هــذه

٧٤

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

فـي درجـات الحـرارة العاليـة كـي تمنـع ترسـب الكاربيـدات فـي ) غير متغيـرة ( تكون بنية هذا النوع مستقرة .مناطق الحدود الحبيبية او تكورها

ـــه علـــى التشـــغيل بالمكـــائن وقابليتـــه علـــى اللحـــام ومـــن صـــفات هـــذا النـــوع مـــن الفـــوالذ ايضـــًا قابليتـــه للكـــالل وم ـــًا علـــى ، قاومت ـــة حيـــث يكـــون حاوي ـــد القـــدرة البخاري ويســـتخدم هـــذا النـــوع فـــي محطـــات تولي

ويســـتخدم كـــذلك فـــي صـــناعة ، الـــذي يســـاعد علـــى تكـــوين كاربيـــدات مســـتقرة % 0.5المولبـــدنيوم بنســـبة ويســـتخدم فـــي % 3.5والســـليكون بنســـبة % 8الصـــمامات عنـــدما يحتـــوي علـــى عنصـــري الكـــروم بنســـبة

والكـروم بنسـبة % 8ش واقراص التوربينات الغازية عندما يحتوي علـى عنصـري النيكـل بنسـبة صناعة ري18. %

فوالذ العدة السبائكي ٤-٢-١٥-٣جميــــع انــــواع فــــوالذ العــــدد بصــــفات مشــــتركة مثــــل الصــــالدة والمتانــــة ومقاومــــة االحتكــــاك تتصــــف

وبالمقاومـة ويمتاز البعض من هذا النوع بقلة التشـويه خـالل التصـليد وبالمتانـة العاليـة جـدًا ، الميكانيكي . ع وبالتشقق في الفوالذ المستخدم في التشكيل على الساخن والقطع السريضد التليين بالحرارة

ويفضـــل ان يكـــون فـــوالذ العـــدد قـــابًال للخراطـــة والجلـــخ قـــدر االمكـــان وخاليـــًا مـــن النـــزوع الـــى فقـــدان وبشــكل عــام يجــب ان تتــوفر فــي هــذا النــوع مــن الفــوالذ عناصــر . الكربــون فــي اثنــاء المعاملــة الحراريــة

عناصـر عـالوة علـى فهـذه ال) Ti , V , Mo , W , Cr(تسـاعد علـى تكـوين الكاربيـدات الصـلدة مثـل -:نزوعها الستنفاد نسبة الكربون في االوستنايت والمارتنسايت فإنها تسبب تغيرات اخرى فهي

جســيمات كربيــد غيــر تعمــل علــى تصــغير الحجــم الحبيبــي فــي االوســتنايت لوجودهــا علــى هيئــة .١انـه كلمـا وبصـورة عامـة يمكـن القـول . قابلة للـذوبان فـي درجـات الحـرارة المسـتعملة فـي التصـليد .ازدادت مكونات الكربيد صالدة ازداد التحسن في المتانة

جســيمات الكاربيــدات فــي طــور المارتنســايت المســتمر علــى تحســين مقاومــة العــدد تســاعد بوجــود .٢ .لالحتكاك الميكانيكي

تســاعد جســيمات الكاربيــدات علــى تحســين الصــالدة الســاخنة التــي لهــا اهميــة كبيــرة فــي عمليــات .٣ .السريع القطع

.تقاوم مكونات الكربيد التليين خالل عمليات المراجعة .٤

.تساعد جميع العناصر المكونة للكاربيد والمذابة في االوستنايت على تحسين قابلية التصليد .٥

٧٥

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

وتعد عناصر التنكسـتن والمولبـدنيوم والفنـاديوم ، يعد الفوالذ سريع القطع من اهم سبائك فوالذ العدد .العناصر االساسية في هذا النوع من الفوالذ التي توفر الصمود ضد الحرارة والكوبالت

تقريبــــًا لكــــي تــــذوب C°1220يســــخن الــــى درجــــة حــــرارة ، فــــوالذ ســــريع القطــــع الولغــــرض تصــــليد االمـر الـذي ) V , Mo , W , Cr(الكاربيدات الثانويـة ممـا يعطـي اوسـتنايت حـاٍو علـى كميـة كبيـرة مـن

ولغــرض تحاشــي نشــوء الشــقوق عنــد التســخين ، ايت النــاتج بعــد التصــليد صــامدًا للحــرارة يجعــل المارتنســولمــدة عشــر C°850الــى C°800تســخن العــدد اوًال تســخينًا تمهيــديًا عنــد التصــليد حتــى درجــة حــرارة

واليجــوز االبقــاء ، C°1100الــى C°1050وفــي درجــة وفــي امــالح منصــهرة مــدة اربــع دقــائق، دقــائق ثـوان لكـل مليمتـر مـن 8-9على درجة حرارة التصليد لفترة زمنية طويلة ويفضل ان تكون المدة هنا مـن

.القطر وعند تبريد االوستنايت الحاوي على العناصـر السـبائكية المرتفعـة فـي اي وسـط سـواء فـي الزيـت او

ومــع ، ) Ms )180°C - 200°Cة المارتنســايتية االمــالح او الهــواء فإنــه سيســتمر بالبقــاء حتــى النقطــوبعــد عمليــة التصــليد يراجــع الفــوالذ عنــد درجــة . االســتمرار بالتبريــد يتحــول االوســتنايت الــى مارتنســايت

560°C تقريبًا االمر الذي الـى تحـول االوسـتنايت المتبقـي الـى مارتنسـايت ويكـون ذلـك مصـحوبًا بزيـادةوفــي اثنــاء فتــرة االبقــاء عنــد درجــة حــرارة المراجعــة ستنفصــل كاربيــدات مــن االوســتنايت ، فــي الصــالدة

د درجـات حـرارة اقـل عنـ( لـذا وفـي اثنـاء التبريـد التـالي ، المتبقي مما يؤدي الى تقليل نسبة العناصر فيـه . سيتحول االوستنايت المتبقي الى مارتنسايت ) C°150من

الــــى وخــــالل عمليــــة المراجعــــة التــــي تجــــري لمــــدة واحــــدة ســــيتحول جــــزء مــــن االوســــتنايت المتبقــــي لضمان تحول االوسـتنايت المتبقـي كلـه C°560لذا يعمد الى تكرار عملية المراجعة عند، المارتنسايت

.دقيقة 60الى 45رتنسايت وتستغرق كل عملية من عمليات المراجعة من الى الما

الفوالذ المغناطيسي ٥-٢-١٥-٣ -:وهو على نوعين مسـتعمل فـي معــدات وهـو الفـوالذ ال) : Soft Magnet – Steel(فـوالذ مغناطيسـي مؤقـت .١

ـــاوب اذ تـــزول الخاصـــية المغناطيســـية حـــال زوال المجـــال ـــار المتن المغناطيســـي وال ومكـــائن التي .يحتفظ الفوالذ اال بقدر قليل جدًا من المغناطيسية

ثــم ظهــرت بعــد ذلــك ســبائك ، ان اقــدم الســبائك التــي اســتعملت فــي هــذا المجــال الحديــد الطــري ســليكون والتــي تصـنع علــى شــكل الـواح تســتخدم فــي % 4.5الســليكون المحتويــة علـى -الحديـد

٧٦

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

خدام السليكون لكونـه فـاعًال فـي زيـادة المقاومـة الكهربائيـة ويفضل است، قلب المحلول الكهربائي وقــد تحقــق نجــاح كبيــر فــي الــتحكم فــي اتجاهيــة الحبيبــات فــي الحديــد الســليكوني بحيــث يمكــن

.الحصول على احسن اداء مغناطيسي وتستخدم مثل هذه السبائك في ) :Permanent Magnet – Steel(فوالذ مغناطيسي دائم .٢

كربون من اقدم السبائك التي % 1ويعد الفوالذ الكربوني الحاوي على ، صناعة المغانط الدائمة % 6ثــم اعقبهـا اسـتخدام فــوالذ التنكسـتن الحـاوي علــى ، اسـتخدمت فـي صــناعة المغـانط الدائمـة

ئك مجموعــة مــن الســباومــن ثــم اخترعــت ، كــروم % 6.3وفــوالذ الكــروم الحــاوي علــى ، تنكســتن ئك ثــم دخــل تطــور ســبا، لــت ولهــا خــواص مغناطيســية جيــدة تحتــوي علــى نســب عاليــة مــن الكوب

ســبائك تحتــوي علــى النيكــل وااللمنيــوم والحديــد عنــدما اخترعــت المغنــاطيس الــدائم عصــرًا جديــداً لـــت بإضـــافة عناصـــر اخـــرى مثـــل الكوبثـــم طـــورت هـــذه الســـبائك ، ) Alni(التـــي تســـمى تجاريـــًا

.التي تتميز بخواصها االتجاهية ) Alnico(والنحاس وسميت باسم النيكو ، من اكثر انواع السبائك المغناطيسية الدائمة تـوفرًا ) Columax(وتعد سبائك الكولماكس

اذ تعمــــل فــــي اثنــــاء عمليــــة الصــــب علــــى ان يكــــون اتجــــاه حبيباتهــــا الطوليــــة هــــو اتجــــاه محــــور .مما يعطي قيمة كبيرة للنفاذية المغناطيسية المغناطيسية المفضل نفسه

تصنيف الفوالذ السبائكي حسب البنية المجهرية ٣-١٥-٣ -:وهو على ستة انواع

.النوع البيراليتي .١

.النوع المارتنسايتي .٢

.النوع االوستنايتي .٣

.النوع الكاربيدي .٤

.يتي االنوع الليدبيور .٥

.رايتي النوع الف .٦

تسمية الفوالذ ١٦-٣سلســـلة مـــن AISIوالمعهـــد االمريكـــي للحديـــد والفـــوالذ SAEجمعيـــة مهندســـي المحركـــات وضـــعت

فيشــير ، ويشــار الــى هــذه االنــواع مــن الفــوالذ باألعــداد المواصــفات تغطــي بعــض انــواع الفــوالذ الســبائكي الــرقم االول مــن اليســار الــى نــوع الســبيكة ويشــير الــرقم الثــاني الــى نســبة العنصــر الرئيســي المضــاف امــا

٧٧

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

الرقمـــان االخيـــران فإنهمـــا يشـــيران الـــى نســـبة الكربـــون الموجـــود فـــي الفـــوالذ حيـــث تمثـــل القيمـــة الواحـــدة -:اما االعداد التي تشير الى نوع الفوالذ فهي كما يلي ، كربون % 0.01

Number Element Number Element

6 Cr-V 1 C

7 W 2 Ni

8 Ni-Cr-Mo 3 Ni-Cr

9 Si-Mo 4 Mo

5 Cr

حديد الزهر ١٧-٣ومـن الناحيـة ، حديـد زهـر % 6.67الـى % 2تسمى سبائك الحديـد الحاويـة علـى نسـب كربـون مـن

كربـون لـذلك يلعـب التفاعـل اليـوتيكتيكي الـذي يحـدث عنـد % 4.5 -% 2.5العملية يحتوي حديد الزهـر .دورًا مهمًا في تكوين البنية المجهرية C°1131درجة حرارة

يتبين لنا ان ) 3-21(كربون الشكل % 2.5فعند متابعة تبريد سبيكة من الحديد تحتوي على نسبة وعنــد اســتمرار التبريــد ســتزداد كميــة االوســتنايت الــى ان تصــل ، C°1317نــواة االوســتنايت عنــد درجــة

وهـــو محلـــول ، الجامـــد اليـــوتيكتيكي مـــن الســـائل المتبقـــي حيـــث يتكـــون المحلـــول C°1131الـــى الدرجـــة C°723وعنــد درجــة ) .3-37(علــى كتــل مــن االوســتنايت فــي اســاس مــن الســيمنتايت الشــكل يحتــوي

ســيتحول االوســتنايت كمــا معلــوم الــى البيراليــت عليــه فـــإن البنيــة النهائيــة ســتتكون مــن جــزر كبيــرة مـــن وتتصـف هـذه ، يت امنتايت تـدعى الليـدبيور بيراليتيـة فـي اسـاس مـن السـمن جـزر البيراليت زائدًا يوتيكتي

البنيـة بخــواص عديــدة اهمهــا الصــالدة العاليــة والمطيليـة المنخفضــة عــالوة علــى مقاومــة الشــد المنخفضــة .وعليه فإن مثل هذه البنية ال تشكل بالحدادة وال تسحب وتكبس تشكل بالسبك ، نسبيًا

انواع الفوالذ السبائكي وارقامها ) 3-1(جدول

٧٨

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

-:وبصورة عامة يمكن تصنيف حديد الزهر الى ثالثة انواع

حديد الزهر قبل اليوتيكتيك ١-١٧-٣من بلورات C°1131وتتكون بنيته عند ، % 4.3الى % 2تتراوح نسبة الكربون في هذا النوع من

.ويمكن تحديد نسبة كل من هذين المكونين بتطبيق قاعدة الذراع ، يت االليدبيور + االوستنايت

يت رامـن الليـدبيو C°1131كربون تتكون بنيته عنـد التجمـد فـي درجـة % 3حديد زهر يحتوي على Wled واالوستينايتWγ ،جد النسبة المئوية لهذين المكونين ؟

مثال

كربون %2.5تبريد حديد الزهر قبل اليوتيكتيك ) 3-37(الشكل تكون خاليا اليوتيكتك . أ نمو الليدبورايت . ب تفاعل يوتيكتيكي شبه متكامل مع نجوم الكرافيت . ج تجمد متكامل مع نجوم الكرافيت في اساس من االوستنايت . د

٧٩

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

-:نحصل على ) 3-21( الشكل من مخطط الحديد والكربون

Wled = x 100% = 43.5%

Wγ = x 100% = 56.6%

إن قســمًا مــن االوســتنايت فــ C°723الــى اعلــى مــن C°1131وعنــد انخفــاض درجــة الحــرارة مــن يت اوعندها ستتكون البنيـة مـن الليـدبيور ، سيتكون البيراليت C°723وعند درجة منتايت ثانوي سيفرز س

فمــثًال تتكــون بنيــة ، ويمكــن تحديــد نســبة كــل منهــا بتطبيــق قاعــدة الــذراع ، منتايت ثــانوي والبيراليــت والســ .بيراليت % 45.2منتايت ثانوي طليق و س% 11.3كربون من %3الزهر الحاوي على

حديد زهر يوتيكتيك ٢-١٧-٣فعنــد . يت ال يوجــد فيــه طــور زائــد اوتتكــون بنيــة الليــدبيور ، كربــون % 4.3هــو حديــد يحتــوي علــى

تكــون البنيــة مــن ت C°723وعنــد ، منتايتتتكــون البنيــة مــن االوســتنايت مــع الســ C°1131درجــة حــرارة .منتايت البيراليت مع الس

حديد زهر فوق اليوتيكتيك ٣-١٧-٣وتتكـون بنيتـه فـي درجـة حـرارة ، كربـون % 6.67وادنـى مـن % 4.3ويحتوي على نسـبة اعلـى مـن

1131°C من بلورات من السيمنتايت االولي والليبدبيورايت.

مـــن الليبـــدبيورايت C°1131كربـــون تتكـــون بنيتـــه فـــي درجـــة حـــرارة % 5حديـــد زهـــر يحتـــوي علـــى .جد النسبة المئوية لهذين المكونين ، منتايت االولي والس

-:نحصل على ) 3-21(الشكل ، كربون –من مخطط الحديد

الحل

مثال

الحل

٨٠

قسم الهندسة الميكانيكية الثالث الموضوعاول ميكانيك

معادنالهندسة السبائك المعدنية ومخططات االتزان الحراري

Wled = x 100% = 70.46% ليدبيورايت

Wγ = x 100% = 29.54% منتايت اوليس

والليـدبيورايت الـذي يتكـون مـن منتايت االولـي تتكـون بنيـة الزهـر مـن السـ C°723وعند درجة حرارة منتايت الذي يتكون في بنية حديد الزهر الس منتايت اليوتيكتيك والبيراليت وسيكونالثانوي والسالسمنتايت

واذا تـرك ليبـرد ببطـيء الـى عناصـره غير ثابت ويتحلل عند درجات الحرارة العالية اذا سمح الوقت بـذلك -:االساسية وهي الكربون والحديد وحسب المعادلة االتية

Fe3C → 3 Fe + C

لـذا فـإن التبريـد البطـيء يعـد مـن العوامـل ، فالكربون الحر المنفصل سيكون بصـورة كرافيـت متبلـور .االساسية في انفصال الكرافيت الذي يكون على اشكال مختلفة منها الرقائقي ومنها الكروي

زهــر يتصــف وهــو ويســمى حديــد الزهــر الرمــادي ) رمــادي اللــون ( وعــادة يكــون لــون المكســر داكنــًا نتايت فـإن الكربون متحدًا على شـكل سـم اما اذا كان. بالليونة النسبية وله قابلية جيدة للتشغيل بالمكائن

ويكــــون لــــون المقطــــع .حديــــد الزهــــر ســــيكون كمــــا اســــلفنا صــــلدًا وهشــــًا وغيــــر قابــــل للتشــــغيل بالمكــــائن نتايت الـــى كرافيـــت تحلـــل جـــزء مـــن الســـمامـــا اذا . بـــيض ابـــيض لـــذا يســـمى حديـــد الزهـــر اال) المكســـر(

Mottled Castيسـمى بحديـد الزهـر المـرقش فسيظهر على سطح حديد الزهـر المكسـور بشـكل مـرقش

Iron ومما تقدم نستنتج ان صورة الكربـون تحـدد نـوع الحديـد الزهـر االمـر الـذي يسـتدعي دراسـة العوامـل -:ومن اهم هذه العوامل هي . المؤثرة في صور الكربون

معدل التبريد ١-٣-١٧-٣اما ، ي فإنه يؤدي الى تكون الكرافيت وبالتالي تكون حديد الزهر الرماداذا كان معدل التبريد بطيئًا

ويعتمـد معـدل التبريـد علـى . نتايت سيسـتقر ويتكـون بـذلك حديـد الزهـر االبـيض اذا كان سـريعًا فـإن السـم، المســبوكة علــى الزهــر االبــيض اذا كــان المقطــع رقيقــًا فتحتــوي، نــوع مــادة القالــب وعلــى ســمك المقطــع

يبينـــان ان ) 3-39(و ) 3-38(بينمــا تحتــوي علــى الزهــر الرمــادي اذا كــان المقطــع ســميكًا والشــكالن .الكرافيت يزداد اكتماًال كلما زاد سمك المسبوك اي مع انخفاض معدل التبريد