الألومنيوم 1275: التركيب، الخواص، دليل التمبـر، والتطبيقات

نظرة شاملة

تصنّف سبيكة 1275 ضمن سلسلة سبائك الألومنيوم 1xxx، مما يشير إلى أنها عائلة الألومنيوم المطروق عالي النقاء تجارياً مع إضافات سبائكية طفيفة للغاية. يشير التعيين إلى أن الألومنيوم هو المكون الأساسي (الباقي) مع مستويات مضبوطة من السيليكون، الحديد، النحاس، المنغنيز، المغنيسيوم، الزنك وبقايا أخرى تؤثر على الخواص دون التأثير على الأداء الكهربائي أو الحراري.

تعتمد تقوية 1275 أساساً على تأثيرات المحلول الصلب عند مستويات الشوائب المتعقبة وعلى التقسية بالانفعال (العمل البارد) بدلاً من المعالجة الحرارية بالترسيب. من صفاته الرئيسية التوصيل الكهربائي والحراري العالي، والمقاومة الممتازة للتآكل في العديد من البيئات الجوية، وقابلية تشكيل ممتازة في حالات التنعيم، وسهولة اللحام؛ في حين أن أقصى القيم الميكانيكية معتدلة مقارنة بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية.

تشمل الصناعات النموذجية التي تستخدم سبائك الألومنيوم عالية النقاء من سلسلة 1xxx الموصلات الكهربائية، قضبان التوصيل، المبادلات الحرارية، المعدات الكيميائية، التغليف المعماري والمكونات التزيينية، وبعض الأجزاء الخفيفة في السيارات والقوارب. يختار المهندسون 1275 عندما تكون الأولوية للتوصيل، مظهر السطح، ومقاومة التآكل مع قبول قوة أقل مقارنة بالسبائك المعالجة حرارياً.

غالباً ما يُختار 1275 بدلاً من السبائك الأقل تكلفة أو الأعلى قوة عندما تتطلب التطبيقات مزيجاً من التوصيل الحراري والكهربائي العالي إلى جانب قابلية تشكيل ممتازة للأشكال المعقدة، أو حيث تكون التوافقية الجلفانية ومظهر السطح اللامع مهمة. محتوى السبائك المنخفض يبسط عمليات الربط والمعالجة اللاحقة مع توفير سلوك متوقع ومستقر خلال عمر الخدمة الطويل.

أنواع التنعيم (Temper)

التنعيم	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	عالية (30–50%)	ممتازة	ممتازة	معاملة كاملة بالتليين، أقصى ليونة وتوصيل
H12	منخفض-متوسط	متوسطة (20–35%)	جيدة جداً	ممتازة	تصلب خفيف بالعمل البارد؛ جيد للتشكيل المتوسط
H14	متوسط	متوسطة-منخفضة (10–20%)	جيدة	ممتازة	حالة نصف صلبة؛ شائعة لتطبيقات الصفائح
H16	متوسط-مرتفع	منخفضة (5–12%)	مقبولة	ممتازة	نصف صلبة؛ تستخدم عند الحاجة لزيادة الصلابة
H18	عالية (للسلسلة 1xxx)	منخفضة (<10%)	محدودة	ممتازة	صلبة بالكامل؛ أقل قابلية للتشكيل وأعلى مقاومة للتصلب البارد
T5 / T6 / T651	غير مطبق	غير متوفر	غير متوفر	غير متوفر	السبائك من سلسلة 1xxx غير قابلة للمعالجة الحرارية؛ حالات التنعيم T غير ذات صلة

يحدد نوع التنعيم المختار لسبائك 1275 التوازن بين القوة الميكانيكية وقابلية التشكيل: تنعيم O الطري يعظم الليونة والتوصيل، في حين أن حالات H تضيف تصلباً بالعمل البارد لرفع القوة على حساب الاستطالة. ونظراً لأن عائلة 1xxx غير قابلة للمعالجة الحرارية، فإن تعديل القوة يتم من خلال التشوه بالبرودة، وتنتقل حالات التنعيم بالعكس فقط عبر التليين أو المزيد من العمل البارد.

التركيب الكيميائي

العنصر	النسبة %	ملاحظات
Si	≤ 0.25	شوائب؛ انخفاض السيليكون يحافظ على التوصيل وقابلية التشكيل
Fe	≤ 0.40	الشوائب الرئيسية التي قد تسبب تآلفات معدنية وتؤثر على الليونة
Mn	≤ 0.05	عناصر فرعية؛ دور محدود في التقوية عند مستويات متعقبة
Mg	≤ 0.03	منخفض جداً عادة؛ لتجنب تشكيل مراحل غنية بالمغنيسيوم
Cu	≤ 0.05	يُحافظ عليه منخفضاً للحفاظ على مقاومة التآكل والتوصيل
Zn	≤ 0.05	منخفض لتجنب مشاكل التوافق الجلفاني والحفاظ على الليونة
Cr	≤ 0.03	عنصر تتبع؛ يحد من نمو الحبوب أثناء المعالجة
Ti	≤ 0.03	مكرر الحبوب في الإنتاج المصبوب أو القضبان؛ قليل في المنتجات المطرقة
أخرى	≤ 0.15 إجمالاً	تشمل البقايا مثل Ni، Pb، Sn؛ محكومة بإحكام للحفاظ على الأداء

تركيبها الكيميائي يعكس عمداً نقاءً عالي الألومنيوم للحفاظ على ارتفاع التوصيل الكهربائي والحراري ومقاومة التآكل. يتم التحكم في العناصر المتبقية والشوائب للحد من تكون الجسيمات المعدنية وتحقيق خصائص جيدة للعمل البارد ومظهر سطح ممتاز؛ تستخدم كميات صغيرة من عناصر مثل Ti أو Cr أثناء الصب واللف للتحكم في حجم الحبوب والملمس.

الخصائص الميكانيكية

تظهر 1275 سلوكاً شدياً نموذجياً للألومنيوم عالي النقاء: مقاومة خضوع وقوة شد منخفضة نسبياً في الحالة المليّنة، مع ليونة عالية واستجابة بلاستيكية متدرجة ومتناسقة. مقاومة الخضوع منخفضة مقارنة بالسبائك المعالجة حرارياً، لذا يجب على التصميم أن يأخذ في الاعتبار إجهادات مسموحة أقل أو استخدام مقاطع أكثر سماكة. العمل البارد (حالات H) يرفع القوة بشكل واضح لكنه يقلل من الاستطالة ويزيد من الارتداد (springback).

يرتبط الصلادة بحالة التنعيم: المادة المليّنة تظهر أرقام برينل أو فيكرز منخفضة، وترتفع الصلادة بشكل متوقع مع زيادة العمل البارد. مقاومة التعب معتدلة وتعتمد بشكل كبير على مظهر السطح، الإجهادات المتبقية الناتجة عن التشكيل، وحالة التنعيم؛ للتطبيقات الدورية يجب الانتباه لحساسية الشقوق وحالة السطح. سمك الصفائح يؤثر على القوة الممكن تحقيقها بعد العمل البارد لأن السماكات الرقيقة تتصلب بشكل أكثر انتظاماً ويمكن أن تتحمل تشوهات أعلى قبل حدوث ترقيق موضعي.

الخاصية	O/مليّن	تنعيم رئيسي (H14 نموذجي)	ملاحظات
قوة الشد	~55–80 MPa	~100–140 MPa	قيم نموذجية للسبائك النقية تجارياً من سلسلة 1xxx؛ تعتمد على المعالجة والسماكة
مقاومة الخضوع	~20–40 MPa	~60–110 MPa	تزداد المقاومة بشكل كبير مع العمل البارد؛ الحد الأدنى في المنتجات الثقيلة والسميكة
الاستطالة	~30–50%	~10–20%	تنخفض الاستطالة مع زيادة التصلب؛ مقاسة على عينات شد معيارية
الصلادة	~15–25 HB	~35–55 HB	نطاقات تقريبية لبرينل؛ ترتفع الصلادة مع درجة العمل البارد

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 g/cm³	قيم نموذجية لسبائك الألومنيوم ضمن سلسلة 1xxx
نطاق الانصهار	660–660.5 °C	درجة انصهار الألومنيوم النقي تقريباً؛ فترة انصهار ضيقة
التوصيل الحراري	~220–240 W/m·K	التوصيل العالي يجعل 1275 مرغوبة للمبادلات الحرارية ومراوح التبريد
التوصيل الكهربائي	~60–64 % IACS	موصل ممتاز مقارنة بمعظم السبائك المطرقة؛ يعتمد على مستوى الشوائب
السعة الحرارية النوعية	~900 J/kg·K (0.90 J/g·K)	قيم نموذجية للألومنيوم قرب درجة حرارة الغرفة
التوسع الحراري	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	تمدد حراري مهم يجب أخذه بالاعتبار في التصميمات الحرارية

تعتبر التوصيلات الحرارية والكهربائية العالية من أهم المزايا الفيزيائية لـ 1275، مما يدعم استخدامها في تطبيقات تفريغ الحرارة ومسارات التيار المنخفضة المقاومة. الكثافة المنخفضة والسعة الحرارية النوعية العالية تفيدان في أنظمة خفيفة الوزن وإدارة حرارة انتقالية. التوسع الحراري متوسط ويجب مراعاته في التجميعات التي تحتوي على مواد مختلفة.

أشكال المنتجات

الشكل	السماكة / الحجم النموذجي	سلوك القوة	أنواع التنعيم الشائعة	ملاحظات
ألواح (Sheet)	0.2–6 mm	طرية في حالة O، ومقواة في حالات H	O, H12, H14, H16	منتجة على نطاق واسع للواجهات المعمارية، اللوحات الكهربائية، ومبادلات الحرارة
لوح (Plate)	6–25 mm	قابلية عمل بارده أقل لكل وحدة سماكة	O, H12	تستخدم حيث الحاجة إلى السماكة والتوصيل؛ تشكيل ثقيل محدود
بروفيلات بثق (Extrusion)	أحجام مقاطع تصل حتى البروفيلات الكبيرة	تعتمد القوة على العمل البارد بعد البثق	O, H12, H14	سطح جيد؛ تستخدم لقضبان التوصيل والبروفيلات الهيكلية
أنابيب (Tube)	القطر والجدار حسب الطلب	سلوك مماثل للألواح؛ يعتمد على سماكة الجدار	O, H12, H14	شائعة للمواسير، لفائف المبادلات الحرارية وخطوط الموائع
قضبان / أعمدة (Bar/Rod)	أقطار من 3 إلى 80 mm	يزداد القوة بالعمل البارد	O, H16, H18	تستخدم للمثبتات، المسامير، والمكونات الميكانيكية التي تتطلب توصيل عالي

تختلف الأشكال بشكل رئيسي في سهولة التصنيع: توفر الألواح والمنتجات الرقيقة أفضل قابلية للتشكيل والتوصيل في حين أن الألواح السميكة والبروفيلات ترتبط بسلوك ميكانيكي مختلف تحت العمل البارد وقد تقتصر على عمليات تشكيل أبسط. تحظى البثق والأنابيب بشعبية للمكونات الكهربائية والحرارية نظراً لدمجها بين مقاطع معقدة ومسارات حرارية ممتازة وسلوك ميكانيكي متوقع بعد التنعيم.

درجات مكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	1275	الولايات المتحدة	تسمية تحت Aluminum Association؛ عائلة الألومنيوم شبه النقي
EN AW	1050A / 1060	أوروبا	أقرب درجات أوروبا الشائعة في سلسلة 1xxx مع نقاوة وخصائص مماثلة
JIS	A1050 / A1070	اليابان	الدرجات اليابانية عادة في نطاق 1050–1070 للألومنيوم عالي النقاوة
GB/T	سلسلة 1A00	الصين	سلسلة 1xxx الصينية (مثل 1060) تستخدم بالتبادل حيث لا تُدرج 1275 بشكل محدد

المعايير الإقليمية لا تشمل دائماً درجة رقمية 1275؛ يقوم المهندسون عادة باختيار مكافئ من سلسلة 1xxx بنقاوة دنيا وحدود بقايا مشابهة. الفروقات الطفيفة في حدود الشوائب المسموح بها، فئات التشطيب السطحي وجداول الخواص الميكانيكية قد تؤثر على القابلية للتبادل، لذا يجب الرجوع إلى شهادات التركيب والخصائص المعتمدة من البائعين لتطبيقات حرجة.

مقاومة التآكل

تُظهر 1275 مقاومة ممتازة للتآكل الجوي العام بسبب تكوين طبقة مستقرة وملتزمة من أكسيد الألومنيوم تمنع الهجوم السريع. في الأجواء الحضرية والريفية والعديد من البيئات الصناعية، تُؤدي بشكل جيد جداً، ويمكن تعزيز سطح الأكسيد عن طريق المؤكسدة المهبطية لتحسين مقاومة التآكل والتشطيبات الزخرفية.

في البيئات البحرية تقاوم 1275 التآكل الموحد بشكل معقول، لكنها قد تكون عرضة للتآكل النخري الموضع عند وجود كلوريدات إذا أدى الخشونة أو الاحتكاك إلى تلف طبقة الأكسيد. في حالة الغمر طويل الأمد أو مناطق الرش، غالباً ما يحدد المصممون طبقات حماية أو تغليف أو أنظمة كهربية مضادة للتآكل بهدف تقليل الهجوم الموضعي والاقتران الكهروكيميائي.

تشققات الإجهاد بسبب التآكل نادرة في الألومنيوم عالي النقاوة والمنخفض القوة؛ مع ذلك، تزيد مخاطر الهشاشة مع بعض مستويات الشوائب، امتصاص الهيدروجين أو البيئات العدائية وتحت إجهادات شد متبقية. يجب إدارة التفاعلات الكهروكيميائية بحذر لأن الألومنيوم أنودي مقارنة بمعادن شائعة أخرى — تعد الطبقات العازلة، وصلات التثبيت المتوافقة أو الأقطاب الكاثودية القصديرية استراتيجيات شائعة للتخفيف.

مقارنة بعائلات سبائكية أعلى مثل 2xxx (Al‑Cu) أو 7xxx (Al‑Zn‑Mg)، توفر 1275 مقاومة تآكل عامة متفوقة لكنها أقل في قوة الذروة الميكانيكية. مقارنة بالألومنيوم النقي 1100 والدرجات شبه النقية، يمكن اعتبار 1275 متساوية في سلوك التآكل مع تقديم مزايا معالجة خاصة بالمصنع.

خصائص التشغيل

القابلية للحام

تُوصد 1275 بسهولة بعمليات الاندماج القياسية مثل TIG (GTAW) وMIG (GMAW) لاحتوائها على كمية قليلة من السبائك التي قد تسبب تصدعات حرارية. سبيكات الحشو النموذجية تشمل 1100 أو Al‑Si (4043) لاستيعاب انكماش التصلب ولتحسين سيولة اللحام؛ الاختيار يعتمد على تصميم الوصلة ومتطلبات الخدمة. التليين في منطقة التأثير الحراري قليل لأن القوة الأساسية منخفضة، لكن السيطرة على التشوه والأكسيد تتطلب تنظيفًا جيدًا وتحكمًا دقيقًا.

قابلية التشغيل

تُقيّم قابلية التشغيل لـ 1275 بين متوسطة وضعيفة مقارنة بسبائك الألومنيوم المصنعة التي تحتوي على إضافات مثل الرصاص أو البيزموت لتحسين التشغيل الآلي. يميل السبيكة إلى إنتاج رقائق طويلة ومتواصلة ويتصلب موضعياً عند العمل، لذا يجب أن تكون الأدوات حادة مع تحسين إزالة الرقائق. الأدوات الموصى بها تتضمن أدوات كربيد ذات هندسة إيجابية، تغذية معتدلة وسرعة قطع أعلى من الصلب؛ يمكن أن يحسن التبريد أو الرذاذ التشطيب السطحي وعمر الأداة.

قابلية التشكيل

تتميز بقابلية تشكل ممتازة في حالة التلدين O، مما يسمح بالسحب العميق، الختم المعقد، والثني بأقطار صغيرة. أفضل النتائج تكون في حالات O والحالات ذات التلدين الخفيف H؛ تقلل الحالات ذات التلدين الثقيل H من نصف قطر الانحناء المسموح به وتزيد خطر التشقق عند المناطق المشدودة. يجب حساب استرجاع الزنبرك في تصميم القوالب، ويمكن التحكم في حدود التشكيل عن طريق الإجهاد المسبق أو التلدين الجزئي.

سلوك المعالجة الحرارية

كونها من سلسلة 1xxx، فإن 1275 غير قابلة للمعالجة الحرارية: لا تستجيب لمعالجات التصلب بالذوبان والترسيب لزيادة القوة. يتم تعديل القوة عبر العمل البارد (التشوه البلاستيكي) أو التلدين لتخفيف الإجهاد واستعادة اللدونة. تتراوح درجات حرارة التلدين النموذجية للانتعاش وإعادة التبلور بين 300–415 °C للألومنيوم، وتجرى عمليات التلدين الصناعية عادة عند 350–400 °C لفترات متحكم بها تليها تبريد بطيء.

تولد عمليات الشغل البارد مثل الدرفلة، السحب والثني هياكل انزياح ترفع قوة الخضوع والشد؛ ومقدار التقوية يتناسب مع مقدار التشوه الكلي. إذا كانت الحالة الناعمة مطلوبة بعد شغل بارد ثقيل، يعيد التلدين الكامل السبيكة إلى خصائص تقارب حالة التلدين O الأصلية لكنه يقلل من الموصلية قليلاً إذا تسببت الحرارة في أكسدة أو تلوث.

الأداء في درجات الحرارة العالية

تحافظ 1275 على الاستقرار البُعدي ومقاومة التآكل حتى درجات حرارة مرتفعة معتدلة، لكن القوة الميكانيكية تنخفض بشكل ملحوظ مع ارتفاع درجة الخدمة فوق 100–150 °C. الاستخدام المستمر طويل الأمد فوق ~150 °C يعزز عمليات الاسترداد والتليين مع زوال هياكل الانزياح، مما يخفض قدرة التحميل. يقتصر الأكسيد على طبقة ألومينا رقيقة حماية في الهواء، لذا عادة لا يكون الهجوم الكيميائي شديدًا ما لم يحتوي الوسط على الهالوجينات أو الكبريتيات العدائية.

يمكن للوصلات الملحومة عند درجات حرارة مرتفعة إظهار قوة زحف أقل والهشاشة بدرجات حرارة منخفضة ليست مصدر قلق عام؛ مع ذلك، يجب على المصممين تقليل الإجهادات المسموح بها ومراعاة تأثيرات التناوب الحراري. للتطبيقات التي تتطلب قوة ميكانيكية مستدامة عند درجات حرارة عالية، يفضل استخدام عائلات سبائكية مقاومة للحرارة بدلاً من درجات 1xxx.

التطبيقات

الصناعة	مكون نموذجي	سبب استخدام 1275
السيارات	التشطيبات الداخلية وقضبان توصيل البطارية	قابلية تشكيل عالية وموصلية كهربائية لمسارات التيار
البحرية	لوحات غير هيكلية ومبادلات حرارية	مقاومة جيدة للتآكل وتشطيب سطحي جيد
الفضاء	ملحقات ثانوية وقنوات توجيه الهواء	كثافة منخفضة وموصلية حرارية ممتازة
الإلكترونيات	مشتتات حرارة وموّزعات حرارية	موصلية حرارية عالية وقابلية تشغيل جيدة لميزات دقيقة

غالباً ما تُحدد 1275 حيث يتطلب الجمع بين موصلية كهربائية وحرارية ممتازة، سلوك جيد ضد التآكل، وقابلية تشكيل عالية بينما ليست قوة السبائك القصوى هي العامل الحاكم. ثباتها، خيارات التشطيب السطحي وسهولة الربط تجعلها خيارًا عمليًا في عدة قطاعات.

نصائح الاختيار

استخدم 1275 عندما تكون الموصلية وقابلية التشكيل من العوامل الرئيسية للتصميم وعندما تحتاج إلى ألومنيوم قابل للحام بسهولة مع خصائص تشطيب سطح ممتازة. إنه خيار عملي للمشتتات الحرارية، قضبان التوصيل والمكونات المشكلة حيث لا تكون الأحمال الهيكلية الثقيلة أولوية.

مقارنةً بالألومنيوم النقي تجارياً مثل 1100، غالباً ما تقدم 1275 موصلية وقابلية تشكيل مشابهة مع تحكم مصنع محدد في الشوائب قد يحسّن التناسق الميكانيكي. مقارنةً بالسبائك المشغولة التي تقوى أثناء العمل مثل 3003 أو 5052، تتنازل 1275 قليلاً عن القوة مقابل موصلية أفضل غالباً وسطوع أعلى؛ اختر 1275 للأداء الكهربائي أو الحراري و3xxx/5xxx عند الحاجة إلى قوة أعلى أو استجابة صلبة.

مقارنتها مع السبائك المعالجة حرارياً مثل 6061 أو 6063، تمتلك 1275 قوة ذروة أقل بكثير ولكن موصلية كهربائية/حرارية وقابلية تشكيل أفضل بكثير؛ اختر 1275 حين تكون الموصلية، مقاومة التآكل وسهولة التشكيل/اللحام أهم من القوة الهيكلية القصوى.

الملخص النهائي

تظل سبائك 1275 ذات صلة لأنها تجمع بين موصلية ومقاومة تآكل الألومنيوم شبه النقي وقابلية التشكيل الممتازة وخصائص تصنيع موثوقة، مما يجعلها مادة مفضلة للتطبيقات الكهربائية والحرارية وتلك التي تتطلب تشكيلاً مكثفاً. للمهندسين الذين يقدرون التشطيب السطحي، سهولة الربط والأداء طويل الأمد المتوقع في بيئات معتدلة إلى معتدلة العدائية، يعد 1275 خيارًا عمليًا وفعالاً من حيث التكلفة.