6.2.1 خواص المادة Material Properties

إن نجاح مهندس التصميم Design Engineer، يعتمد الى حد ما على معرفته بالمواد و كيفية إنسيابها و تشكيلها خلال عملية التصنيع. إن مثل هذه المعرفة بخواص المواد سوف تضمن الإختيار المناسب لعملية التشكيل Forming Process. كما أن بعض المواد مثل الرصاص Lead لايمكن سحبه بنجاح بشكل سلك Wire و لايمكنه الإستجابة الى عمليات عدة القطع Cutting Tool Operations، للحصول على الشكل المطلوب. إن الرصاص يبدي عادة مقاومة منخفضة للقوة المسلطة إلا أنه سوف لايخضع الى القص بالشكل المقبول للحصول على نوعية إنهاء سطحي جيدة.

و كماهو معروف أن خاصية قابلية الطرق Malleability تمكّن من إجراء عمليات البثق Extrusion Processes بنجاح و بالتالي يمكن إنتاج سلك الرصاص. و على الرغم من سهولة و بساطة هذا المثال المتعلق بتفاعل المادة مع حالات التحميل المختلفة مثل:

1. الشد Tensile (مثل سحب الأسلاك Wire Drawing ).

2. القص Shear (مثل أداء عدة القطع Cutting Tool Action ).

3. الضغط Compression (مثل البثق Extrusion ).

إلا أنه يوضح أهمية معرفة خواص المواد. إن المواد المختلفة تتميز بخواص فيزيائية مختلفة. و هذه الخواص سوف تحدّد إختيار المادة، و الآن، نتطرق إليها بشكل موجز.

مقاومة الشد Tensile Strength

إن هذه الخاصية، تمكّن المادة من مقاومة قوة الشد. كما أن التركيب الذري أو الجزيئي يزود هذه المقاومة الداخلية Internal Strength.

الصلادة Hardness

درجة مقاومة الثلم Indentation، البري أو الحك Abrasion، البلى Wear، وهذه المقاومة يمكن الحصول عليها بواسطة تقنيات المعاملة الحرارية Heat Treatments Techniques أو تقنيات التسبيك Alloying Techniques التي تخفض أو تمنع الذرات من الإنزلاق في داخل المادة.

مقاومة البلى Wear Resistance

قابلية المادة على حفظ أبعادها الفيزيائية عندما تخضع الى تماس الإنزلاق Sliding أو الدرفلة Rolling مع العضو الثاني. و هذه الخاصية تكون عادة مرتبطة مع خاصية الصلادة.

المطيلية Ductility

إن هذه الخاصية مرتبطة مع عمليات سحب الأسلاك على البارد Cold Wire Drawing و تتضمن التخصّر التدريجي في مساحة المقطع العرضي من دون حدوث التمزق، على سبيل المثال، النحاس له مطيلية عالية جداً بخلاف الرصاص.

مقاومة الصدمة Impact Strength

مقياس إستجابة المادة لتحميل الصدمة. فالزجاج، حديد الزهر، و الماس مواد لها مقاومة صدمة منخفضة، بينما المطاط و بعض البوليمرات يتميز بمقاومة صدمة عالية.

الموصلية الكهربائية Electrical Conductivity

إن المادة التي تبدي مقاومة صغيرة لمرور التيار الكهربائي تتميز بموصلية كهربائية عالية، حيث يسهل إنسياب الإلكترونات في داخل المادة عندما تخضع الى مصدر إلكترونات خارجي. إن جميع المعادن و كذلك المواد اللامعدنية مثل الكاربون تعتبر موصلات كهربائية جيدة.

الخواص المغناطيسية Magnetic Properties

يطلق على المواد التي تنجذب بشدة نحو مجال القوة المغناطيسية، الناتج من المصدر الكهربائي الخارجي أو المغناطيس الدائم Permanent Magnet مواد المغناطيسية الحديدية ( العالية الإنفاذية) Ferromagnetic Materials. إن العناصر الشائعة التي تسلك هذا السلوك تتضمن: الحديد Fe، النيكل Ni، الكوبلت Co.

الموصلية الحرارية Thermal Conductivity

إن خاصية توصيل المادة للحرارة تسمى الموصلية الحرارية. بعض المواد مثل النحاس و الألمنيوم تعتبر موصلات حرارية عالية التوصيل الحراري. و نظراً لهذه الخاصية يمكن إستخدام هذه المواد في العديد من التطبيقات مثل لقم كاوية اللحام Soldering Iron Bits , أدوات الطبخ المنزلية Cooking Utensils...الخ، مقارنةً مع المواد المنخفضة التوصيل الحراري مثل الأسبستوس Asbestos، الخشب Wood، و بعض البوليمرات التي تستخدم بشكل عوازل حرارية Heat Insulators مثل مقابض أدوات الطبخ المنزلية Handles for Cooking Utensils، صناديق الأفران Furnace Boxes.

الكثافة Density

مقياس المادة لرص Pack كتلة معينة في حجم معين. إن كيلوغرام من الريش Feathers و كيلوغرام من الرصاص Lead لهما نفس الكتلة إلا أن حجمهما مختلف تماماً. و عليه، تتميز هذه المواد بقيم كثافة مختلفة. إن العامل المهم، هو

عندما يكون الوزن و بالتالي الكتلة، عاملاً حرجاً كما هو الحال في تراكيب الطائرات. و من جانب عامل الأمان، خفض إجمالي كتلة الجزء يجب أن لايؤدي الى خفض مقاومة الجزء.

مقاومة التآكل Corrosion Resistance

إن المواد التي لا تتحلل كيمياوياً في الأوساط الغريبة Alien Environment، تتميز عادة بمقاومة تآكل جيدة. إن الوسط الغريب يمكن أن يكون، الماء المالح Salt Water، الجو الملوث Polluted Atmosphere، المحاليل أو الأجواء ذات الحامضية العالية High Acidic Atmosphere or Solution. إن درجة الحرارة يمكن أن تؤثر على هذه الخاصية، كما هو الحال، في الطبقة الأوكسيدية Oxidation Film، التي تتكون في الفولاذ الساخن Hot Steel. إن هذا التفاعل يمكن إعتباره تآكل معجّل Accerlated Corrosion أو أكسدة Oxidation.

إن الخواص الفيزيائية و الميكانيكية للمادة المختارة لتصنيع جزء معين، يجب أن تحقق شروط التصنيع Fabrication Requirement، و شروط التطبيق Service Requirement. إن سهولة التشكيل، التشغيل، أو الحصول على سائل أو مائع السباكة سوف يؤثر على الكلفة النهائية للجزء. و من العوامل المهمة جداً، هي معولية Reliability المواد بينما تكون في التطبيق. إن الفشل السابق لأوانه نتيجة الزحف Creep، الكلال Fatigue، فقدان الصلادة Hardness Loss، يكون عادة مكلف عند إستخدام المواد الرديئة Low Grade Materials. إن التفاعل مابين متطلبات التصنيع، متطلبات التطبيق، المتطلبات الإقتصادية لإختيار المادة المثلى Optimum Material