تحليل شامل للعديد من مواد الألمنيوم الشائعة

مقدمة

لقد تم استخدام سبائك الألومنيوم والألمنيوم على نطاق واسع في الصناعة الحديثة والحياة اليومية نظرًا لكثافتها المنخفضة وقوتها العالية ومقاومتها الجيدة للتآكل وأداء المعالجة الممتاز والعديد من المزايا الأخرى. تعتبر 6061-T6 و6063 و7075 و5083 بعضًا من مواد الألومنيوم التمثيلية، ولكل منها خصائص أداء فريدة ومناسبة لسيناريوهات التطبيقات المختلفة.

6061-T6 ألومنيوم

التركيب الكيميائي

• عناصر السبائك الرئيسية لسبائك الألومنيوم 6061 هي المغنيسيوم (Mg) والسيليكون (Si)، وتحتوي أيضًا على كمية صغيرة من النحاس (Cu)، والمنغنيز (Mn)، والكروم (Cr) والزنك (Zn). من بينها، يشكل المغنيسيوم والسيليكون مرحلة تقوية Mg₂Si، والتي تلعب دورًا رئيسيًا في تحسين قوة السبيكة.

الخصائص الفيزيائية

• كثافته حوالي 2.7 جرام/سم3³، وله موصلية حرارية وكهربائية جيدة، فضلاً عن معامل تمدد حراري منخفض نسبيًا، مما يمنحه استقرارًا جيدًا للأبعاد في البيئات ذات التغيرات الكبيرة في درجات الحرارة.

الخصائص الميكانيكية

• قوة: في حالة 6061-T6، يمكن أن تصل قوة الشد إلى حوالي 310MPa، وقوة الخضوع حوالي 276MPa. لديها قوة عالية ويمكن أن تتحمل حمولة معينة.
• Ardالحداد: تبلغ صلابة برينل عادة حوالي 95HB، والتي يمكن أن تلبي متطلبات الصلابة للعديد من المعالجة الميكانيكية والتطبيقات الهيكلية.
• صلابة: يتمتع بمتانة جيدة، وليس عرضة للكسر الهش عند الاصطدام، ويمكنه امتصاص الطاقة بشكل فعال.

خصائص المعالجة

• قطع: إنها تتمتع بأداء قطع جيد وسهلة المعالجة باستخدام عمليات القطع التقليدية المختلفة، مثل الخراطة، والطحن، والحفر، وما إلى ذلك، ويمكنها الحصول على تشطيب جيد للسطح.
• تشكيل: يمكن معالجتها إلى أشكال مختلفة من التشكيلات والأنابيب والقضبان والألواح من خلال عمليات التشكيل مثل البثق والتزوير والدرفلة. أثناء عملية البثق، فهي تتمتع بقدرة قوية على التشوه ويمكنها إنتاج منتجات ذات أشكال مقطعية معقدة.

عملية المعالجة الحرارية

• تتضمن عملية المعالجة الحرارية T6 معالجة المحاليل ومعالجة الشيخوخة الاصطناعية. يتم إجراء المعالجة بالمحلول الصلب عمومًا في حوالي الساعة 530°C. يتم تسخين السبيكة إلى درجة الحرارة هذه ويتم الحفاظ عليها لفترة زمنية معينة ثم يتم تبريدها بسرعة بحيث تذوب عناصر السبيكة بالكامل في مصفوفة الألومنيوم. وبعد ذلك، يتم إجراء علاج الشيخوخة الاصطناعي. درجة حرارة الشيخوخة على وشك 180°ج ومدة الشيخوخة عدة ساعات. من خلال معالجة الشيخوخة، تعمل السبيكة على ترسيب مرحلة التقوية، وبالتالي تحسين قوة وصلابة السبيكة بشكل ملحوظ.

المقاومة للتآكل

• يتمتع 6061-T6 بمقاومة عامة جيدة للتآكل ويمكنه الحفاظ على استقرار جيد في الغلاف الجوي والمياه العذبة والبيئات الأخرى. يمكن أن يلعب فيلم الأكسيد المتكون على سطحه دورًا وقائيًا معينًا، ولكن في بعض البيئات القاسية ذات الأحماض القوية أو القلويات أو الملوحة العالية، قد تحدث درجة معينة من التآكل. يساعد عنصر الكروم الموجود في السبيكة على تحسين مقاومتها للتآكل وجعلها تقاوم التآكل المحلي، مثل الحفر، إلى حد ما.

مجالات التطبيق

• يستخدم على نطاق واسع في مجال الطيران وتصنيع السيارات والمعالجة الميكانيكية والديكور المعماري وغيرها من المجالات. في الفضاء الجوي، غالبًا ما يستخدم لتصنيع الأجزاء الهيكلية للطائرات، وأجزاء معدات الهبوط، وما إلى ذلك؛ وفي مجال السيارات، يمكن استخدامه لتصنيع إطارات الجسم، والعجلات، وما إلى ذلك؛ في المعالجة الميكانيكية، يتم استخدامه لتصنيع الأجزاء الميكانيكية المختلفة، وتركيبات الأدوات، وما إلى ذلك؛ في الديكور المعماري، غالبًا ما تتم معالجته في مقاطع الأبواب والنوافذ، وإطارات الجدران الساترة، وما إلى ذلك.

الألومنيوم6063

التركيب الكيميائي

• عناصر صناعة السبائك الرئيسية هي المغنيسيوم والسيليكون. تركيبه الكيميائي مشابه لتركيب 6061، لكن محتوى كل عنصر يختلف قليلاً. نسبيا، محتوى السيليكون في 6063 أعلى قليلا ومحتوى المغنيسيوم أقل قليلا.

الخصائص الفيزيائية

• تبلغ الكثافة أيضًا حوالي 2.7 جم / سم³. لديها الموصلية الحرارية الجيدة ومعامل التمدد الحراري المنخفض. إنه ذو لمعان جيد وسهل الأنودة للحصول على سطح جميل ومقاوم للتآكل.

الخصائص الميكانيكية

• قوة: تتراوح قوة الشد عمومًا بين 200 و250 ميجا باسكال، وتكون قوة الخضوع حوالي 180 ميجا باسكال، وهي أقل قليلاً من قوة 6061-T6.
• Ardالحداد: تبلغ صلابة برينل حوالي 70HB، وهي صغيرة نسبيًا.
• صلابة: المتانة جيدة ويمكن أن تلبي بعض سيناريوهات التطبيق التي لا تتطلب قوة عالية بشكل خاص ولكن لديها متطلبات للتشكيل والمظهر.

خصائص المعالجة

• صب البثق: إنها تتميز بأداء قولبة ممتاز، يمكنها بثق المقاطع بأشكال معقدة ودقة أبعاد عالية، ولها جودة سطح ممتازة. إنها واحدة من المواد الرئيسية لمقاطع الألمنيوم المعمارية.
• بالقطع: إنها تتمتع بأداء قطع جيد ويمكنها تنفيذ عمليات الحفر والطحن والتنصت وعمليات المعالجة الأخرى. الانتهاء من السطح بعد المعالجة مرتفع.

عملية المعالجة الحرارية

• عادة ما يتم استخدام عملية المعالجة الحرارية T5 أو T6. العلاج T5 هو تبريد الهواء مباشرة بعد البثق بدرجة حرارة عالية، ومن ثم إجراء معالجة الشيخوخة الاصطناعية؛ العلاج T6 هو إجراء معالجة بالمحلول الصلب أولاً ثم إجراء علاج الشيخوخة الاصطناعي. بعد المعالجة الحرارية، يتم تحسين قوة وصلابة السبيكة، مع الحفاظ على صلابة جيدة ومقاومة للتآكل.

المقاومة للتآكل

• تُظهر مادة الألومنيوم 6063 مقاومة جيدة للتآكل في الغلاف الجوي والماء وبعض البيئات الحمضية والقلوية الضعيفة. بعد الأكسدة، يمكن لسطحه أن يعزز مقاومته للتآكل بشكل أكبر ويشكل طبقة أكسيد صلبة وكثيفة، والتي تمنع بشكل فعال التآكل بواسطة الوسائط الخارجية ويمكن استخدامها لفترة طويلة في مجال الديكور المعماري مع الحفاظ على المظهر الجيد.

مجالات التطبيق

• تستخدم بشكل رئيسي في صناعة البناء والتشييد، مثل أبواب ونوافذ البناء، وإطارات الحائط الساتر، والشرائط الزخرفية، وما إلى ذلك؛ يستخدم أيضًا لتصنيع بعض ملحقات الأثاث وأغلفة المعدات الإلكترونية وغيرها من المنتجات ذات المتطلبات العالية للمظهر وقابلية التشكيل.

الألومنيوم7075

التركيب الكيميائي

• وهي عبارة عن سبيكة ألومنيوم عالية القوة، مع الزنك (Zn) والمغنيسيوم (Mg) والنحاس (Cu) كعناصر صناعة السبائك الرئيسية، وتحتوي أيضًا على كمية صغيرة من الكروم (Cr) وعناصر أخرى. يشكل الزنك والمغنيسيوم مرحلة تقوية، كما يعمل النحاس على تحسين قوة وصلابة السبيكة.

الخصائص الفيزيائية

• الكثافة حوالي 2.81 جرام/سم3³، الموصلية الحرارية جيدة، ومعامل التمدد الحراري منخفض نسبيًا، ولا يزال بإمكانه الحفاظ على استقرار أداء معين في ظل بيئة درجة حرارة عالية.

الخصائص الميكانيكية

• قوة: يمكن أن تصل قوة الشد إلى 570MPa أو أكثر، وتكون قوة الخضوع حوالي 500MPa. إنها أعلى قوة بين العديد من مواد الألومنيوم ولها قدرة تحمل عالية للغاية.
• Ardالحداد: يمكن أن تصل صلابة Brinell إلى حوالي 150HB، مع صلابة عالية ومقاومة جيدة للتآكل.
• صلابة: على الرغم من أن القوة عالية، إلا أن المتانة أسوأ قليلاً من 6061 و6063. ومع ذلك، في ظل ظروف التصميم والاستخدام المعقولة، لا يزال بإمكانه تلبية متطلبات معظم التطبيقات عالية القوة.

خصائص المعالجة

• قطع: القطع صعب. نظرًا لقوتها العالية ، فإن تآكل الأداة خطير. من الضروري استخدام أدوات عالية الصلابة ومقاومة للتآكل، واختيار معلمات القطع بشكل معقول لضمان جودة المعالجة وكفاءتها.
• تشكيل: يمكن تشكيلها عن طريق الطرق والدرفلة وغيرها من العمليات، ولكن نظرًا لمقاومتها الكبيرة للتشوه، فإن لديها متطلبات عالية لمعدات وعمليات المعالجة.

عملية المعالجة الحرارية

• بشكل عام، يتم اعتماد عملية المعالجة الحرارية T6، ودرجة حرارة معالجة المحلول حوالي 470 درجة مئوية، ودرجة حرارة معالجة الشيخوخة حوالي 120 درجة مئوية. من خلال التحكم الدقيق في معلمات عملية المعالجة الحرارية، يمكن الحصول على أفضل مزيج من القوة والمتانة.

المقاومة للتآكل

• مقاومة التآكل للألمنيوم 7075 ضعيفة نسبيًا، خاصة في بيئة تحتوي على أيونات الكلوريد، حيث يكون التآكل الناتج عن الإجهاد عرضة لحدوث التشقق. على الرغم من أن محتواه العالي من النحاس يساعد على تحسين القوة، إلا أنه يقلل من مقاومة التآكل إلى حد ما. أثناء الاستخدام، عادة ما تكون هناك حاجة إلى معالجة سطحية خاصة، مثل الطلاء والأكسدة وما إلى ذلك، لتعزيز مقاومتها للتآكل، ويجب تجنبها قدر الإمكان في الظروف البيئية المعرضة للتآكل الإجهادي أثناء التصميم.

مجالات التطبيق

• ويستخدم على نطاق واسع في مجال الطيران، مثل عوارض الطائرات، والأجنحة، ومعدات الهبوط وغيرها من المكونات الهيكلية الرئيسية؛ وفي الصناعة العسكرية، يتم استخدامه لتصنيع قطع غيار الأسلحة والمعدات؛ في مجال المعدات الرياضية المتطورة، مثل إطارات الدراجات ورؤوس مضارب الجولف، يتم استخدام قوتها العالية وخصائصها خفيفة الوزن لتحسين أداء المنتج.

الألومنيوم5083

التركيب الكيميائي

• العنصر الرئيسي لصناعة السبائك هو المغنيسيوم، ويحتوي أيضًا على كمية صغيرة من المنغنيز (Mn) وعناصر أخرى. المحتوى العالي من المغنيسيوم يمنح السبيكة مقاومة جيدة للتآكل وقوة.

الخصائص الفيزيائية

• الكثافة حوالي 2.66 جرام/سم3³، وهي نسبة منخفضة نسبياً بين مواد الألمنيوم هذه. لديها الموصلية الحرارية الجيدة والتوصيل الكهربائي، ومعامل التمدد الحراري المعتدل.

الخصائص الميكانيكية

• قوة: قوة الشد يمكن أن تصل إلى حوالي 315MPa، وقوة الخضوع حوالي 230MPa. القوة عالية ويمكنها تحمل أحمال الشد والانحناء الكبيرة.
• Ardالحداد: تبلغ صلابة برينل حوالي 90HB، والصلابة يمكن أن تلبي متطلبات التطبيقات الهندسية العامة.
• صلابة: إنه يتمتع بصلابة ممتازة، خاصة في بيئة درجات الحرارة المنخفضة، ولا يزال بإمكانه الحفاظ على صلابة جيدة، وليس من السهل كسره. إنها مناسبة لبعض المناسبات التي تتطلب أداءً في درجات حرارة منخفضة.

خصائص المعالجة

• أداء اللحام: أداء اللحام ممتاز، ويمكن استخدام مجموعة متنوعة من طرق اللحام (مثل اللحام بالقوس واللحام بالمقاومة وما إلى ذلك) في اللحام. تتميز الوصلة الملحومة بقوة عالية وجودة لحام جيدة. يستخدم على نطاق واسع في تصنيع الأجزاء الهيكلية الملحومة.
• قطع: أداء قطع جيد، سهل المعالجة إلى أجزاء بأشكال مختلفة.

عملية المعالجة الحرارية

• عادة لا يتم إجراء أي معالجة حرارية لتقويتها، ويتم تحسين القوة من خلال تصلب العمل. أثناء العمل على البارد، مثل الدرفلة على البارد والسحب على البارد، ستزداد قوة السبيكة تدريجيًا مع الحفاظ على مرونة وصلابة معينة.

المقاومة للتآكل

• يتمتع الألومنيوم 5083 بمقاومة ممتازة للتآكل، خاصة في البيئات البحرية والوسائط التي تحتوي على أيونات الكلوريد. إن تركيبة عناصر السبائك تمكنها من تشكيل طبقة أكسيد مستقرة على سطحها، مما يقاوم بشكل فعال تآكل مياه البحر والمياه المالحة وما إلى ذلك، وهي مادة مثالية لبناء السفن والهندسة البحرية وغيرها من المجالات. حتى عندما تتعرض لبيئات بحرية قاسية لفترة طويلة، يمكنها الحفاظ على السلامة الهيكلية الجيدة واستقرار الأداء.

مجالات التطبيق

• تستخدم بشكل رئيسي في بناء السفن والهندسة البحرية وأوعية الضغط ومعدات التبريد وغيرها من المجالات. في بناء السفن، يتم استخدامه لتصنيع هياكل الهيكل، والطوابق، والحواجز، وما إلى ذلك؛ وفي الهندسة البحرية، يمكن استخدامه لتصنيع المنصات البحرية، وخطوط الأنابيب البحرية، وما إلى ذلك؛ في مجال أوعية الضغط، نظرًا لمقاومتها الجيدة للتآكل وأداء اللحام، يمكن استخدامها لتصنيع حاويات لتخزين السوائل أو الغازات المختلفة؛ في معدات التبريد، يتم استخدام صلابتها في درجات الحرارة المنخفضة ومقاومتها للتآكل لتصنيع أجسام الشاحنات المبردة، وألواح جدران التخزين البارد، وما إلى ذلك.

خاتمة

تتميز مواد الألومنيوم الأربعة 6061-T6 و6063 و7075 و5083 باختلافات واضحة في التركيب الكيميائي والخواص الفيزيائية والخواص الميكانيكية وخصائص المعالجة وعملية المعالجة الحرارية ومقاومة التآكل ومجالات التطبيق. في التطبيقات الهندسية الفعلية، من الضروري النظر بشكل شامل واختيار مواد الألومنيوم المناسبة بناءً على متطلبات الاستخدام المحددة، مثل القوة والصلابة والمتانة ومقاومة التآكل وصعوبة المعالجة والتكلفة وعوامل أخرى. بهذه الطريقة فقط يمكن الاستفادة الكاملة من مزايا مواد الألومنيوم لتلبية احتياجات مختلف المجالات والمشاريع الهندسية وتعزيز تطوير وتقدم الصناعات ذات الصلة. سواء في مجال التكنولوجيا الفائقة للفضاء أو في الصناعات العادية مثل تزيين المباني وتصنيع الضروريات اليومية، تلعب مواد الألومنيوم هذه دورًا مهمًا لا يمكن الاستغناء عنه. ومع التطوير المستمر لعلوم وتكنولوجيا المواد، سيتم تحسين أدائها وتوسيعه بشكل أكبر، وستكون آفاق تطبيقها أوسع.