الألمنيوم 3007: التركيب، الخصائص، دليل المعالجة والحالات، والتطبيقات

نظرة شاملة

يُعد 3007 عضوًا من سلسلة سبائك الألومنيوم 3xxx، وهي عائلة تتميّز باستخدام المنغنيز كعنصر رئيسي للتسبيل. هذه السلسلة غير قابلة للمعالجة الحرارية وتعتمد في تقويتها بشكل رئيسي على تأثيرات المحلول الصلب والتصلب بالتشغيل البارد بدلاً من التصلب بالترسيب.

تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في 3007 عادةً المنغنيز مع إضافات محكمة صغيرة من السيليكون والحديد وكمية ضئيلة من المغنيسيوم أو الكروم لضبط القوة وسلوك إعادة التبلور وأداء المقاومة للتآكل. الآلية العامة للتقوية هي العمل البارد (التصلب بالتشغيل) جنبًا إلى جنب مع التحكم الميكروهيكلي بواسطة السبائك؛ تلعب المعالجة بالشيخوخة والمعالجة بالمحلول دورًا ضئيلًا في تعزيز القوة القصوى.

الصفات الرئيسية لسبائك 3007 هي قابلية التشكيل المتوسطة إلى العالية في الحالة الميّناة، ومقاومة جيدة للتآكل في البيئات الجوية، وقابلية لحام معقولة بعمليات اللحام الانصهارية الشائعة، ومستوى قوة أعلى من الألومنيوم التجاري النقي ولكن أقل من سبائك سلسلة 6xxx أو 7xxx القابلة للمعالجة الحرارية النموذجية. تٌجعل هذه الصفات 3007 خيارًا جذابًا في الصناعات التي تتطلب مرونة في التصنيع وأداء جيد في مقاومة التآكل، مثل الألواح الداخلية للسيارات، والتكسية المعمارية، وواجهات المباني، ومكونات الأجهزة المنزلية.

يختار المصممون 3007 بدلًا من السبائك الأخرى عندما يكون التوازن بين القابلية للتشكيل وجودة السطح والقوة المتوسطة مطلوبًا، أو عندما تكون عمليات التشكيل اللاحقة (الرسمة العميقة، الثني) ذات أولوية. يتم اختياره بدل المواد ذات السبائك العالية أو القابلة للمعالجة الحرارية عندما تكون التكلفة وسهولة التشكيل والمقاومة للتآكل الجوي أكثر أهمية من أقصى مقاومة إجهاد الخضوع.

أنواع التصلب (Temper)

النوع	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	عالية (20–40%)	ممتازة	ممتازة	حالة ميوّنة كليًا لتحقيق أقصى ليونة
H12	منخفض-متوسط	متوسطة (10–25%)	جيدة جدًا	جيدة جدًا	تصلب جزئي مع قابلية جيدة للرسمة
H14	متوسط	متوسطة-منخفضة (6–15%)	جيدة	جيدة	تصلب بارد تجاري نموذجي لقوة متوسطة
H16	متوسط-عالي	منخفضة (4–10%)	مقبولة	جيدة	وصلب يزداد لإجهاد أعلى لمكونات أكثر صلابة
H18	عالي	منخفضة (≤5%)	محدودة	جيدة	أعلى تصلب بارد يُستخدم لاحتياجات مقاومة خضوع أعلى
T4*	غير متاحة/غير نموذجية	غير متاحة	غير متاحة	غير متاحة	موجودة للتماثل فقط — سبائك 3xxx لا تُصلب عادة بالترسيب

اختيار النوع له تأثير كبير على توازن القوة والليونة في 3007: زيادة رقم H تعزز مقاومة الخضوع والقوة الشدية على حساب الاستطالة وقابلية التشكيل. للعمليات التي تتطلب تشكيلاً مكثفًا، يُفضل استخدام الأنواع O أو منخفضة H؛ أما للأجزاء النهائية التي تحتاج إلى صلابة أعلى أو تحكم في ارتجاع الزنبرك، فقد يُحدد H16 أو H18.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة %	ملاحظات
Si	0.05–0.50	متحكم به للحد من الشوائب الناتجة عن الصب والحفاظ على جودة السطح.
Fe	0.20–0.70	شائبة نموذجية؛ يزيد وجود Fe العالي من صلابة السطح ويقلل الليونة.
Mn	0.6–1.5	العنصر السبائكي الرئيسي للتقوية في عائلة 3xxx.
Mg	0.05–0.50	إضافات بسيطة تعزز التصلب بالتشغيل وتقوي القوة قليلاً.
Cu	≤0.20	يُحفظ على مستوى منخفض لتقليل القابلية للتآكل والحفاظ على قابلية اللحام.
Zn	≤0.25	مستويات منخفضة لتجنب الآثار الضارة على التآكل والهشاشة.
Cr	≤0.10	كميات صغيرة يمكنها التحكم في إعادة التبلور وبنية الحبيبات.
Ti	≤0.10	مكرر للحبيبات في المنتجات المصبوبة أو المعالجة بشكل مكثف بكمية أثرية.
عناصر أخرى (لكل منها)	≤0.05	عناصر أثرية محفوظة بمستويات منخفضة؛ باقي التركيبة ألومنيوم.

التركيب الكيميائي المعروض يمثل التركيبة الصناعية النموذجية لـ 3007 وليس مقياسًا معياريًا رسميًا واحدًا. المنغنيز هو العنصر الميكروسبائكي الأساسي الذي يمنح معظم قوة التشغيل البارد. يتحكم السيليكون والحديد في سهولة الصب والشوائب؛ وجعل إضافات المغنيسيوم الصغيرة تزيد من استجابة التصلب بالتشغيل وترفع القوة قليلاً، في حين تحافظ مستويات النحاس والزنك المنخفضة على مقاومة التآكل وقابلية اللحام.

الخصائص الميكانيكية

في السلوك الشدي، يُظهر 3007 استجابة ليّنة قابلة للتصلب بالتشغيل مع أسّ معين لتصلب الإجهاد مسطح نسبيًا في الحالة الميوّنة وزيادة في مقاومة الخضوع مع العمل البارد. عادةً ما تظهر العينات الميّنة استطالة كلية عالية وقوة خضوع منخفضة، في حين تظهر الأنواع المعالجة بالتصلب البارد مقاومات خضوع وشد أعلى ولكن مع تقليل الليونة والمتانة. يتحكم جودة السطح ومستوى العمل البارد وسُمك العينة في سلوك التعب؛ وتظهر الأسطح المصقولة والمصلّبة بالتشغيل حدود تعب محسنة مقارنةً بالحالات المدلفنة الخام.

مقاومة الخضوع تتزايد مع انخفاض السماكة ويمكن زيادتها بشكل متنبّأ به باستخدام أنواع H، لكن السبيكة تفتقر إلى طريقة تصلب بالترسيب للوصول إلى مقاومات خضوع مرتفعة كما في سبائك 6xxx أو 7xxx. الصلادة تتناسب مع مقاومة الشد ومستوى العمل البارد؛ وتعالج الصفائح الرقيقة بالبناء بسرعة أكبر لذا غالبًا ما تحقق قوة أعلى لنفس النوع مقارنةً بالألواح السميكة.

الخاصية	O/ميّنة	النوع الرئيس (H14)	ملاحظات
قوة الشد (MPa)	100–140	170–220	القيم تعتمد على السماكة ومقدار العمل البارد؛ هذه القيم مجال نموذجي.
مقاومة الخضوع (0.2% Proof, MPa)	30–60	110–160	النوع H14 يزيد مقاومة الخضوع بشكل كبير بواسطة التصلب بالتشغيل.
الاستطالة (%)	20–40	6–15	المادة الميّنة مناسبة للرسمة العميقة؛ الأنواع H تحد من القابلية للتشكيل.
الصلادة (HB)	25–45	55–85	قيم برينل تقريبية؛ الصلادة تزداد بشكل خطي تقريبا مع العمل البارد.

تأثير السماكة على الاستجابة الميكانيكية: الصفائح الرقيقة تتصلب بالتشغيل بصورة أكثر تجانسًا ويمكنها تحقيق مقاومات أعلى في أنواع H، بينما قد تحتفظ المقاطع السميكة بقوة خضوع أقل ومتانة أعلى. يجب الانتباه إلى الأنيسوتروبي الناتج عن الدلفنة واتجاه الاختبار للتطبيقات الهيكلية الحرجة.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 g/cm³	معتادة لسبائك الألومنيوم التجارية؛ مهمة لحسابات الكتلة.
نطاق الانصهار	640–660 °C	نافذة صلبة-سائلة ضيقة نموذجية للسبائك المصنعة.
الموصلية الحرارية	150–180 W/(m·K)	أقل من الألومنيوم النقي بسبب التسبيل؛ ما تزال جيدة لتوزيع الحرارة.
الموصلية الكهربائية	30–45 %IACS	يخفض التسبيل الموصلية مقارنةً بالألومنيوم النقي.
السعة الحرارية النوعية	880–910 J/(kg·K)	تقريبًا 0.88–0.91 J/g·K عند درجة حرارة الغرفة.
المعامل الحراري للتمدد	23–24 µm/(m·K)	مشابه لسبائك الألومنيوم-المنغنيز الأخرى؛ هام لحسابات التفاوت الحراري.

تجعل الخصائص الفيزيائية من 3007 خيارًا مناسبًا للمكونات التي تتطلب موصلية حرارية جيدة ولكن دون تكلفة أو انخفاض قابلية التشكيل للمواد الأعلى في السبائك والقابلة للمعالجة الحرارية. تظل الموصلية الكهربائية والحرارية كافية للعديد من تطبيقات المبددات الحرارية والأغطية، في حين تدعم مزايا الكثافة التصاميم الحساسة للوزن في النقل والهندسة المعمارية.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	المعالجات الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.2–6.0 mm	يزداد تقسية العمل مع التخفيض؛ الألواح الرقيقة تزداد قوتها بسرعة أكبر	O, H12, H14	تستخدم على نطاق واسع في الألواح، السحب العميق والطبع
صفائح	6–50 mm	تقل تقسية الشد لكل تمريرة؛ القطاعات الأسمك تظهر قوة أقل بعد المعالجة الباردة	O, H18	تستخدم حيث الحاجة لأجزاء أسمك مع تشكيل معتدل
بثق	مقاطع حتى 300 mm	تعتمد القوة على نسبة البثق والعمل البارد اللاحق	O, H12	تستخدم البثق في المقاطع المعمارية والإطارات
أنابيب	سُمك الجدار 0.5–10 mm	السحب البارد يحقق زيادات متوقعة في مقاومة الخضوع	O, H14	أنابيب للتكييف، المعمارية والعناصر الهيكلية
قضبان/أعمدة	قطر 3–75 mm	تقسية العمل عبر السحب والتشطيب البارد	O, H16	تستخدم للمكونات الصغيرة المُشغّلة ميكانيكياً أو الأعمدة الهيكلية

تصنيع الألواح والشرائط يهيمن على استخدام 3007، حيث يتم ضبط دورات الدرفلة والتطبيع للحصول على جودة سطح جيدة وقابلية سحب عالية. تتطلب عمليات البثق والأنابيب تحكمًا دقيقًا في تركيبة السبيكة والتماثل لتجنب عيوب السطح والسيطرة على إعادة التبلور. إنتاج الصفائح أقل شيوعًا ويستخدم عندما تكون هناك حاجة لقطاعات عرضية أسمك مع مقاومة تآكل جيدة.

الدرجات المعادلة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	3007	الولايات المتحدة	التسمية الأساسية المستخدمة في بعض كتالوجات الموردين؛ التسمية تتبع سلسلة 3xxx.
EN AW	3007	أوروبا	تسمية السبيكة التجارية المستخدمة في بعض سلاسل التوريد الأوروبية؛ تحقق من مواصفات المورد.
JIS	A3007 (غير رسمي)	اليابان	لا يوجد معادل مباشر عالمي في بعض الحالات؛ تحقق من المواصفات الوطنية.
GB/T	3007	الصين	قد يستخدم الموردون الصينيون نفس التسمية الرقمية، ولكن تحقق من حدود التركيب.

التماثل بين المناطق غالبًا تقريبي لأن المعايير المختلفة تسمح باختلافات طفيفة في حدود التركيب وطرق التحقق من الخواص. عند استبدال الدرجات بين المعايير، تأكد من حدود التركيب، شروط الاختبارات الميكانيكية وتسميات المعالجات حيث يمكن لتغيرات صغيرة في Mn أو Mg أن تؤثر على القابلية للتشكيل وإعادة التبلور.

مقاومة التآكل

تتمتع 3007 بمقاومة جيدة للتآكل الجوي العام بسبب محتواها المنخفض نسبيًا من النحاس والزنك ووجود طبقة أكسيد الألمنيوم الواقية. في البيئات الصناعية والمعتدلة التلوث، تؤدي أداء جيدًا على المدى الطويل، مع تحكم جيد في التآكل الثقبي من خلال جودة السطح ووجود الهاليدات العدوانية.

في البيئات البحرية أو الغنية بالكلوريدات، تظهر سبائك 3xxx بما فيها 3007 مقاومة معقولة لكنها عادةً ما تتفوق عليها سبائك 5xxx الحاملة للمغنيسيوم التي تجمع بين مقاومة أعلى للتآكل وقوة أفضل في مياه البحر. تُستخدم المعالجات السطحية، الأكسدة الكهربية أو الطلاءات العضوية لتمديد العمر في التعرض البحري.

مقاومة التشقق بالتآكل الإجهادي منخفضة مقارنةً بالسبائك المعالجة حراريًا عالية القوة؛ لكن البيئات عالية التركيز بالكلوريد والإجهادات المتبقية الشدّية قد تزيد من المخاطر. يجب مراعاة التفاعلات الجلفانية: عند الاقتران الكهربائي مع معادن أنبل مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو النحاس، يكون الألومنيوم هو الطرف الأنودي ويتآكل بشكل تفضيلي ما لم يُعزل أو يُفصل كهربائيًا.

مقارنةً بسلاسل 1xxx (النقية تجاريًا)، تتنازل 3007 عن بعض الموصلية الكهربائية والحرارية لتحسن القوة ومقاومة الزحف. مقارنة بسلاسل 5xxx، تضحي قليلاً بمقاومة التآكل في مياه البحر العدوانية مقابل قابلية تشكيل أفضل وتكلفة غالبًا أقل.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

تُلحم 3007 بسهولة بعمليات الانصهار الشائعة مثل MIG (GMAW) وTIG (GTAW) مع خطر منخفض من التشقق الساخن عند اتباع ممارسات جيدة. السبائك المضافة الموصى بها هي سبائك ألومنيوم منخفضة السبائك ومتوافقة مع عائلة 3xxx؛ ER4043 (Al-Si) و ER5356 (Al-Mg) تُستخدم غالبًا حسب متطلبات الوصلة واعتبارات مقاومة التآكل بعد اللحام. التليين في المنطقة المتأثرة بالحرارة معتدل بسبب الطبيعة غير المعالجة حراريًا، لكن الخواص الميكانيكية لمنطقة اللحام تعتمد على تصميم الوصلة والتحكم في الإجهاد المتبقي.

قابلية التشغيل

قابلية التشغيل ل3007 متوسطة ومماثلة لسبائك سلسلة 3xxx الأخرى؛ تُشغل بشكل أفضل من بعض السبائك شديدة السبائكية أو التي تتصلب بالعمر بسبب تكون رقائق دكتايل. استخدام أدوات كاربايد بزوايا قطع إيجابية وتدفق تبريد جيد يحسن جودة السطح وعمر الأداة؛ السرعات عادة ما تكون محافظة مقارنة بالصلب وتعتمد على المعالجة وسمك القطعة. الرقائق تميل لأن تكون مستمرة وخيطية في المعالجات الناعمة، لذا تكون استراتيجيات التحكم بالرقائق (القطع المقسم، كاسرات الرقائق) مفيدة للعمليات المؤتمتة.

قابلية التشكيل

قابلية التشكيل هي نقطة قوة رئيسية لـ3007، خاصة في المعالجة المطابقة O حيث يكون السحب العميق، التفقيط والطباعة المعقدة ممكنة مع ارتداد منخفض. أنصاف أقطار الإنحناء ممكنة حتى 1–2× السماكة في المعالجة O للعديد من الأشكال؛ المعالجات H تزيد من الارتداد وتتطلب أنصاف أقطار أكبر أو قوة أكبر. العمل البارد يحسن مقاومة الخضوع ويمكن تمكين مفاضلات صلابة التشكيل، ولكن التشكيل متعدد المراحل مع عمليات تطبيع بينية شائع للأشكال المعقدة.

سلوك المعالجة الحرارية

بما أن 3007 سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية، فهي لا تستجيب لمعالجة التسخين بالذوبان والتقادم الصناعي كما في سبائك 6xxx أو 7xxx. محاولات المعالجة بالذوبان والشيخوخة تنتج تغيرات طفيفة فقط لأن المنغنيز والعناصر الرئيسية الأخرى لا تترسب على شكل مراحل تقوية تحت المعالجات التقليدية.

الطريقة الرئيسية لتعديل القوة هي العمل البارد (حالات H) والتطبيع المتحكم فيه. التطبيع الكامل (O) يتم بتسخين إلى درجة حرارة كافية لإعادة التبلور (عادة ضمن نطاق سبائك 3xxx) يليها تبريد بطيء لإنتاج أقصى نعومة وقابلية تشكيل. التطبيعات الجزئية والتقسية عبر دورات إجهاد حرارية متحكم بها تُستخدم لتفصيل قابلية السحب أو خواص الشد لعمليات تشكيل محددة.

للتطبيقات التي تتطلب استعادة الليونة بعد أعمال باردة كبيرة، دورات التطبيع القياسية فعالة لاستعادة القابلية للتشكيل دون الحاجة لمعدات معالجة حرارية معقدة. تحقق دائمًا من الخواص الميكانيكية بعد أي معالجة حرارية لأن ت coarsening الهيكل الدقيق أو تأكسد السطح يمكن أن يؤثر على الأداء.

الأداء في درجات الحرارة العالية

تحافظ 3007 على خواص ميكانيكية قابلة للاستخدام حتى درجات حرارة معتدلة لكنها تفقد قوة ملحوظة فوق حوالي 150–200 °C. التعرض طويل الأمد لدرجات حرارة مرتفعة يسرّع الاستعادة وإعادة التبلور، مما يقلل من مساهمات التقسية الناتجة عن العمل البارد في مقاومة الخضوع والصلابة.

التأكسد عند درجات حرارة الخدمة نموذجي للألمنيوم – حيث تتشكل طبقة أكسيد واقية بسرعة وتقي من المزيد من الهجوم، لكن القشور وتغيرات السطح قد تؤثر على الالتصاق في عمليات اللحام أو الطلاء. التعرض الحراري بالقرب من درجة الانصهار غير ذي صلة لخدمة المنتجات المصنعة، لكن الدورات الحرارية أثناء التصنيع (مثل اللحام) قد تغير محليًا الصلادة والليونة في المنطقة المتأثرة بالحرارة.

للتطبيقات الهيكلية بدرجات حرارة مرتفعة، يُفضل اختيار سبائك مصنفة خصيصًا لاحتفاظ بالخواص في درجات حرارة عالية؛ 3007 يُستخدم بشكل أمثل دون تجاوز نطاق درجات الحرارة التي تظهر فيه تليين ملحوظ أو حيث تكون الدورات الحرارية محدودة.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام 3007
السيارات	ألواح داخلية للهيكل، شرائط تقوية	قابلية تشكيل ممتازة للسحب العميق والطبع مع قوة كافية
البحار	هياكل معمارية بحرية، ملحقات الحرف الداخلية	مقاومة جيدة للتآكل الجوي وسهولة في التصنيع
الفضاء (غير رئيسي)	تجهيزات داخلية، أغشية	نسبة قوة إلى وزن مناسبة ونعومة سطح لأجزاء غير هيكلية
الإلكترونيات	مشتتات حرارية، أغلفة	موصلية حرارية جيدة ومقاومة للتآكل للأغلفة
البناء والهندسة المعمارية	واجهة مبانٍ، فواصل، أغطية	قابلية التشكيل، جودة السطح ومقاومة التآكل للأسطح الظاهرة

تجد 3007 مكانتها حيث تحتاج الأجزاء إلى تشكيل معقد، مقاومة جيدة للتآكل وفعالية من حيث التكلفة معًا. تُستخدم على نطاق واسع للأجزاء الزخرفية أو الأجزاء الهيكلية غير الحرجة حيث تهم قابلية التصنيع والمتانة البيئية على المدى الطويل.

نصائح الاختيار

عند اختيار 3007، فضّل التطبيقات التي تتطلب قابلية تشكيل عالية ومقاومة جيدة للتآكل الجوي ولا تحتاج إلى القوة القصوى لسبائك المعالجة حراريًا. هي فعالة من حيث التكلفة وأسهل في التشكيل مقارنةً بالعديد من السبائك الأعلى قوة، وتُلحَم وتُشَطَّف بجودة جيدة.

بالمقارنة مع الألمنيوم النقي تجاريًا (1100)، يتنازل 3007 عن بعض الموصلية الكهربائية والحرارية مع زيادة طفيفة في اللدونة مقابل قوة محسنة بشكل كبير واستقرار ميكانيكي أفضل بعد التشكيل. بالمقارنة مع السبائك الشائعة التي تتمتع بتصلب العمل مثل 3003 أو 5052، يقع 3007 عادة بينهما: فهو يوفر قوة أعلى من سبائك 1xxx/3xxx الناعمة جدًا بينما يحتفظ بقابلية تشكيل أفضل وأحيانًا مقاومة تآكل أفضل من درجات 5xxx الغنية بالمغنيسيوم. مقارنة بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061 أو 6063، يقدم 3007 قابلية سحب متفوقة وغالبًا تكلفة أقل؛ اختر 3007 عندما تكون التعقيدات في التشكيل وتشطيب السطح أكثر أهمية من أعلى قوة قصوى ممكنة.

استخدم 3007 عندما تهيمن هندسة الجزء، خطوات التشكيل ومتطلبات السطح على قيود التصميم؛ واعتبر البدائل عند الحاجة لأقصى قدرة هيكلية أو أداء حمل معرض لمياه البحر.

ملخص ختامي

يبقى 3007 ذو صلة كسبيكة عملية من سلسلة 3xxx توازن بين قابلية التشكيل، مقاومة التآكل والقوة المعتدلة لمجموعة واسعة من المكونات المصنعة. يجمع بين سهولة التصنيع، سلوك تصلب العمل المتوقع وخصائص السطح المواتية مما يجعله خيارًا موثوقًا حيث تكون قابلية التصنيع والمتانة البيئية من المحركات الأساسية للتصميم.