الألومنيوم 5052: التركيب، الخواص، دليل المعالجات، والتطبيقات

نظرة شاملة

5052 هو سبيكة ألومنيوم تنتمي إلى سلسلة 5xxx (فئة Al-Mg) وتتميز بالمغنيسيوم كعنصر سبائكي رئيسي. تنتمي إلى عائلة سبائك الألومنيوم المشغولة التي لا تخضع للمعالجة الحرارية، والتي يتم فيها تحقيق القوة بالأساس من خلال الشغل البارد (تعزيز التقسية بالانفعال) بدلاً من تقسية الترسيب.

العناصر السبائكية الرئيسية هي المغنيسيوم (عادةً ~2.2–2.8%) مع إضافات صغيرة من الكروم (≈0.15–0.35%) وكمية ضئيلة من السيليكون والحديد والنحاس وعناصر أخرى. يوفر محلول Al-Mg الصلب قوة معتدلة إلى عالية، ومقاومة ممتازة للتآكل – خاصة في البيئات البحرية والكلورايدية – وقابلية جيدة للحام، وقابلية تشكيل معقولة حسب حالة التصلب.

تتميز هذه السبيكة بقوة أعلى من الألومنيوم التجاري النقي والعديد من سبائك السلسلة 3xxx، ومقاومة جيدة جداً للتآكل الناتج عن التآكل الحبيبي والتآكل الجوي العام، إضافة إلى توازن جيد بين الليونة والأداء ضد التعب في الحالات المعالجة حرارياً أو المتصلبة بشكل خفيف. تجعل هذه الخصائص 5052 مستخدمة على نطاق واسع في الأدوات البحرية، خطوط الوقود، أوعية الضغط، أعمال الصفائح المعدنية، والمكونات التي تتطلب مقاومة تآكل وقوة معتدلة.

يختار المهندسون 5052 حيث يُطلب توازن بين قابلية التشكيل، مقاومة التآكل، وقابلية الحام دون الحاجة إلى القوى القصوى للسبائك القابلة للمعالجة الحرارية (مثل سلسلة 6xxx أو 7xxx). غالباً ما يُفضَل على 1100 و3003 عند الحاجة إلى قوة وأداء بحري محسّن، وعلى 6061 عندما تكون مقاومة التآكل الأفضل وقابلية التشكيل أهم من تحقيق أقصى مقاومة خضوع.

أنواع التصلب

التصلب	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	عالي	ممتاز	ممتاز	مخمور بالكامل، أقصى ليونة للتشكيل
H111	منخفض-متوسط	عالي	ممتاز	ممتاز	تقسية خفيفة ناجمة عن التحكم في العملية
H32	متوسط	متوسط	جيد	ممتاز	متعزز بالتقسية بالانفعال ومثبت جزئياً؛ شائع للصفائح
H34	متوسط-عالي	متوسط-منخفض	مقبول	ممتاز	تقسية بالانفعال أثقل من H32 لقوة أعلى
H36	عالي	منخفض	مقبول-ضعيف	ممتاز	أقصى تقسية باردة تجارية للصفائح
H112	متوسط	متوسط	جيد	ممتاز	تصلب كما هو مصنع مع تحكم الطاحونة

يؤثر التصلب على مقاومة الشد، مقاومة الخضوع، والليونة من خلال التحكم بدرجة الشغل البارد وكثافة الانزلاقات في السبيكة. الحالة المخمورة (O) توفر أفضل قابلية تشكيل واستطالة للعمليات الشديدة مثل السحب والتشكيل القاسي، بينما تضحي الحالات H3x بالليونة للحصول على مقاومات خضوع وشد أعلى عبر التقسية بالانفعال.

تُستخدم حالات التقسية المشغولة (H32/H34/H36) عادةً للمكونات الهيكلية والمُلحَّمة حيث يُرغب في زيادة القوة الناتجة عن الشغل البارد بدون فقدان أداء التآكل. يجب اختيار النوع المناسب من التصلب ليتوافق مع العمليات التكوينية والأحمال التشغيلية، لأن التشكيل أو اللحام اللاحق قد يغير التصلب المحلي والخواص.

التركيب الكيميائي

العنصر	النطاق %	ملاحظات
Si	≤ 0.25	شائبة؛ تقلل السيولة في الصب، تأثير طفيف على خواص المشغولات
Fe	≤ 0.40	شائبة؛ تشكل جسيمات بين فلزية، تأثير طفيف على الليونة
Mn	≤ 0.10	تأثير صغير؛ يحسن القوة بشكل طفيف
Mg	2.2 – 2.8	عنصر تقوية رئيسي؛ يحسن مقاومة التآكل وتقسية الانفعال
Cu	≤ 0.10	إضافة محدودة؛ تزيد القوة لكن قد تقلل مقاومة التآكل
Zn	≤ 0.10	شائبة طفيفة؛ تأثير تقوية ضئيل
Cr	0.15 – 0.35	يضبط بنية الحبيبات، يقلل الهشاشة ويحسن مقاومة التآكل
Ti	≤ 0.15	مكرر حبيبات بكميات أثرية عند وجوده
عناصر أخرى (لكل منها)	≤ 0.05	بقايا وعناصر أثرية؛ الباقي ألومنيوم

المغنيسيوم هو العنصر السبائكي المسيطر ويحدد الأداء الميكانيكي ومقاومة التآكل من خلال تكوين محلول صلب قوي Al-Mg وتمكين تعزيز التقسية بالانفعال. يضاف الكروم كمصدر تحكم دقيق ببنية الحبيبات ويمنع ترسيب المنتجات الحدودية التي تسرع التآكل بين الحبيبات وتقليل المتانة.

تؤثر العناصر الثانوية والبقايا على القدرة على الصب، تشطيب السطح، وتكوين المكونات البين فلزية التي تؤثر في بدء شقوق التعب، قابلية التشغيل، وسلوك المعالجة السطحية. تخضع حدود التركيب لرقابة صارمة لضمان موثوقية الحام، استجابة الأكسدة الكهربائية، ومقاومة التآكل.

الخصائص الميكانيكية

تظهر سبيكة 5052 سلوك شد مميز حسب التصلب: المواد المخمورة (O) تظهر مقاومة خضوع منخفضة وقوة شد قصوى معتدلة مع استطالة عالية، بينما تظهر درجات H3x قيم مقاومة خضوع وشد أعلى بكثير مع تقليل في الليونة. تزداد مقاومة الخضوع بشكل كبير نتيجة للعمل البارد بسبب زيادة كثافة الانزلاقات؛ ونسب مقاومة الخضوع إلى الشد القصوى تختلف حسب التصلب وسمك الشريحة.

الاستطالة والصلادة تعتمد بشكل قوي على السمك والتصلب. قد تظهر الصفائح رقيقة السمك في حالة H32 استطالة أقل وصلادة ظاهرة أعلى مقارنة مع الصفائح السميكة في نفس التصلب الاسمي. مقاومة التعب في 5052 جيدة بشكل عام للألومنيوم، مستفيدة من مقاومة التآكل وسلوك الفشل الليّن نسبيًا؛ يؤثر تشطيب السطح، الإجهادات المتبقية، ودرجة الشغل البارد بقوة على عمر التعب.

تؤثر درجة الحرارة والسمك على الخصائص الميكانيكية: السماكات الرقيقة عادةً تظهر قوة أعلى نتيجة للمعالجة (الدرفلة) وقد تظهر أقل ليونة، في حين تقل القوة عند ارتفاع درجة الحرارة بسبب الاستعادة الحرارية. للتصميم، يجب على المهندسين تحديد التصلب والسمك للحصول على قيم موثوقة للقوة والاستطالة أثناء الخدمة.

الخاصية	O/مخمور	تصلب رئيسي (مثلاً H32)	ملاحظات
قوة الشد	110 – 145 MPa	215 – 250 MPa	قوة الشد القصوى تتغير حسب السمك والتقسية؛ H32 شائع بـ ~215–235 MPa
مقاومة الخضوع	35 – 70 MPa	120 – 160 MPa	زيادة كبيرة من الشغل البارد؛ التصميم الحذر يجب أن يستخدم القيم المختبرة
الاستطالة	15 – 30%	6 – 12%	المخمور له ليونة عالية؛ H32 قابل للتشكيل لكن أقل ليونة
الصلادة (برينل/HB)	~25 – 40 HB	~60 – 85 HB	الصلادة تزداد مع التصلب وترتبط بمقاومة الخضوع

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.68 g/cm³	قيمة نموذجية لسبائك Al-Mg; تعطي نسبة قوة إلى وزن مناسبة
نطاق الانصهار	~605 – 650 °C	تعتمد على المكونات الثانوية؛ السبيكة تنصهر عند درجات أقل من الألمنيوم النقي
التوصيل الحراري	~130 – 150 W/m·K	أقل من الألومنيوم النقي ولكن لا تزال عالية؛ مناسبة لتطبيقات توزيع الحرارة
التوصيل الكهربائي	~36 – 40 % IACS	مخفض مقارنة بالألومنيوم النقي بسبب المغنيسيوم؛ كافٍ لتطبيقات كهربائية معينة
السعة الحرارية النوعية	~0.90 kJ/kg·K	قيمة نموذجية عند درجة حرارة الغرفة؛ تختلف قليلاً حسب التركيب
المعامل الحراري للتوسع	~23.5 – 24.0 µm/m·K	مماثل لسبائك الألومنيوم الأخرى؛ مهم للتصميم في دورات الحرارة وانضمام المواد

تجعل كثافة 5052 والتوصيل الحراري منه خياراً جيداً للمكونات التي تتطلب وزنًا خفيفًا وانتشارًا للحرارة، مثل المشتتات الحرارية والأغطية. التوصيل الكهربائي أقل من الألومنيوم النقي بسبب السبائكية لكنه يبقى مناسبًا للعديد من الأجزاء الموصلة حيث تُهم القوة الميكانيكية.

معامل التمدد الحراري مشابه لسبائك الألومنيوم الأخرى ويجب مراعاته في التجميعات متعددة المواد لتجنب الإجهادات أثناء دورات الحرارة. نطاق الانصهار المنخفض نسبياً مقارنة بالصلب يتطلب الحذر في عمليات اللحام والمعالجة الحرارية بدرجات حرارة مرتفعة.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة / الحجم النموذجي	سلوك القوة	التمبّر الشائع	ملاحظات
ألواح	0.2 – 6.0 mm	تميل الألواح الرقيقة إلى إظهار قوة ظاهرية أعلى بسبب عملية الدرفلة	O, H32, H34	متوفر على نطاق واسع؛ يُستخدم للألواح، الخزانات والأغطية
صفائح	6 – 100 mm	الصفائح السميكة تظهر صلابة أقل نتيجة للعمل البارد من الدرفلة؛ القوة تعتمد على معالجة المصنع	O, H112	تُستخدم للأجزاء الإنشائية، الحوامل وأوعية الضغط
بثق	مقاطع عرضية متغيرة	تعتمد القوة على عملية البثق والعمل البارد اللاحق	H32, H111	مقاطع إطارات، قضبان، وتركيبات بحرية
أنابيب	قطر خارجي وجدار متغيران	ملحومة أو بدون لحام؛ الخواص الميكانيكية تعتمد على طريقة التصنيع	O, H32	خطوط الوقود والهيدروليك، أنابيب بحرية
قضبان/عصي	أقطار حتى ~100 mm	القضبان أقل قوة من الألواح المدرفلة بارداً ما لم تكن مقواة بالتشوه	H112, O	مكونات ماكينات ومثبتات حيث يلزم مقاومة التآكل

مسار المعالجة يؤثر بشدة على السلوك الميكانيكي النهائي: الألواح المدرفلة تمر بجهد تشوه مرتفع ويمكن تقديمها في تمبّرات H3x مع زيادات متوقعة في القوة، في حين يمكن تقديم الصفائح والبثق في حالتي O أو H112 ثم يُجرى عليها عمل بارد لزيادة الخواص. اختيار الشكل المنتج والتمبّر المناسبين يضمنان سهولة التصنيع وأداءً موثوقاً في الخدمة.

تهيمن الألواح والبثقات على التطبيقات التي تستفيد من قابلية تشكيل ومقاومة التآكل لسبائك 5052، بينما يتم اختيار الصفائح حيث تُطلب سماكة وصلابة أكبر. التركيبات الملحومة غالباً ما تستخدم أشكال الألواح أو البثقات لتبسيط الربط وتقليل التشوه بعد اللحام.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	5052	الولايات المتحدة الأمريكية	التعيين الأساسي في معيار جمعية الألمنيوم
EN AW	5052	أوروبا	EN AW-5052 تطابق إلى حد كبير AA5052 مع حدود متجانسة
JIS	A5052	اليابان	JIS A5052 يطابق التركيب والخصائص للتوريد المحلي
GB/T	5052	الصين	الدرجة القياسية الصينية تتوافق مع المواصفات الدولية لـ 5052

المعايير المكافئة تحمل حدود كيميائية وقيم خواص ميكانيكية مماثلة جداً لكنها قد تختلف قليلاً في تحمّلات التصنيع، تشطيب السطح، وحدود الشوائب المسموح بها. يجب على المستخدمين التحقق من نسخة المعيار وشهادة المورد لضمان الامتثال لمتطلبات التصميم وأي قيود تنظيمية.

الفروقات الطفيفة قد تؤثر على قابلية التشكيل ومعايير قبول اللحام، لذا يجب على المهندسين طلب شهادات المصنع والتأهيل للدفعات للمواد في التطبيقات الحرجة، خاصة في الهياكل الحاملة للضغط أو البحرية.

مقاومة التآكل

يوفر سبيكة 5052 مقاومة ممتازة للتآكل الجوي وسلوكاً متميزاً في البيئات المحتوية على الكلوريدات، ولهذا السبب هو سبيكة شائعة في التطبيقات البحرية والساحلية. يحتوي على نسبة عالية من المغنيسيوم تعزز مقاومة الحفريات، كما يشكل طبقة أكسيد مستقرة ومتينة تحمي الركيزة تحت ظروف التعرض العادية.

في بيئات المياه المالحة ورش الملح، 5052 يقاوم التآكل العام والهجوم الموضعي أفضل من العديد من سبائك الألمنيوم المشغلة، مع ذلك تتطلب الغمر الطويل والتآكل الكهربائي (التحليل الكهروكيميائي بالاقتران مع معادن كاثودية مثل النحاس والفولاذ المقاوم للصدأ) اهتمامًا في التصميم. تقليل تلامس المعدن المختار والمثبتات المناسبة يساعد في تقليل الفروقات الجلفانية والتآكل الموضعي حول الوصلات.

مقاومة التشقق الناتج عن التآكل بالمجهود (SCC) في 5052 منخفضة مقارنة بسبائك الألمنيوم عالية القوة القابلة للمعالجة الحرارية؛ مع ذلك، قد يرتفع الخطر في التمبّرات المعالجة بالعمل البارد الشديد والتعرض لإجهادات شد في بيئات شديدة الهجوم. مقارنة مع عائلات 6061 و7075، يقبل 5052 بيئات كلوريد أكثر عدوانية مع قدر أقل بكثير من التشقق والتآكل الحفري، مما يجعله مفضلاً لأحواض القوارب، خزانات الوقود والأغطية الخارجية.

خواص التصنيع

قابلية اللحام

يمكن لحام 5052 بسهولة باستخدام طرق الانصهار الشائعة مثل TIG (GTAW)، MIG (GMAW)، واللحام النقطي. عادة ما يوصى باستخدام سبائك حشو مثل 5356 (Al-Mg) للحفاظ على مقاومة التآكل والقوة في منطقة اللحام، ولتجنب المسامية الناجمة عن الهيدروجين والتخفيف المفرط في محتوى المغنيسيوم.

مخاطر التشقق الساخن منخفضة مقارنة بسبائك Al-Si أو Al-Cu، ولكن حرارة اللحام تسبب تليين موضعي في التمبّرات المقواة بالتشوه لأن منطقة التأثير الحراري (HAZ) تمر بعمليات استعادة وإعادة تبلور جزئية. عادة لا يتطلب الأمر تحكمات قبل أو بعد اللحام للأجزاء غير الحرجة، لكن الأجزاء المعالجة بعمل بارد كثيف قد تحتاج إلى عمليات تخفيف إجهاد أو إعادة تقسية لاستعادة الخواص الموحدة.

قابلية التشغيل

يصنف 5052 كأكثر صعوبة في التشغيل مقارنة بالسبائك الألمنيوم القابلة للقطع الحر، وهو أقل قابلية للتشغيل من العديد من أنواع الفولاذ من حيث سهولة القطع والسيطرة على الرقائق. تساعد الأدوات المزودة بإدخالات كربيد ذات زاوية إيجابية، الهندسة الحادة وتدفق التبريد العالي في تقليل تكدس الحافة وتحسين جودة السطح؛ عادة ما تكون السرعات القطع معتدلة ومعدلات التغذية عالية مفضلة لتقليل تركيز الحرارة واحتكاك الأداة.

الخرم والقطع بالتاپ تعمل بشكل مقبول باستخدام مثاقب كربيد عادية لكن تتطلب تحكم دقيق في سرعة المغزل ودورات النقر لإخراج الرقائق. تشير مؤشرات قابلية التشغيل إلى أن 5052 أقل من سبائك السلسلة 6xxx؛ يجب على المصممين تقليل التشغيليات الثقيلة واختيار أشكال شبه نهائية أو بثقات للأشكال المعقدة.

قابلية التشكيل

قابلية التشكيل ممتازة في حالة الأنيل O وجيدة في التمبّرات المقواة بالتشوه المعتدل مثل H32؛ يمكن تنفيذ طرق السحب العميق، التحويل الدوار والثني باستخدام أدوات وتزييت مناسبة. تعتمد أقل نصف قطر انحناء على التمبّر والسماكة—يمكن للمواد المعالجة بالأنيل التكاد تصل إلى 1–1.5× السماكة للنصف قطر الداخلي، في حين يحتاج H32 عادة إلى 2–3× السماكة لتجنب التشقق.

العمل البارد يزيد من القوة عبر تقسية التشوه ولكنه يقلل من اللدونة؛ تتيح استراتيجيات التشكيل التدريجي، الانحناءات متعددة الخطوات، أو الأنيل الوسيط تشكيل أشكال أكثر تعقيدًا في بيئات الإنتاج. لتشكيل معقد، يُنصح بتحديد تمبّر O أو السماح للتصلب بالتشوه بعد التشكيل لاستهداف الخصائص الميكانيكية النهائية.

سلوك المعالجة الحرارية

5052 هي سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية؛ لا تكتسب قوة ملحوظة من معالجة المعالجة بالحل والترسيب. محاولات تطبيق معالجات حرارية تقليدية مثل T6 غير فعالة وقد تضر بمقاومة التآكل والاستقرار الأبعاد دون تقوية ذات مغزى.

يتم التحكم في القوة من خلال العمل البارد ودورات الأنيل المضبوطة. يتم تحقيق الأنيل الكامل (O) بتسخين السبيكة لدرجات حرارة كافية لإعادة تبلور البنية الدقيقة—الطريقة الصناعية الشائعة تستخدم دورات استعادة/أنيل في نطاق 300–415 °C يليها تبريد متحكم به لاستعادة اللدونة وتقليل الإجهادات المتبقية.

تحدث تحولات التمبّر أساسًا عن طريق العمليات الميكانيكية: تمبّرات H1x تدل على تقسية تشوه بدون تثبيت لاحق، في حين أن H3x تشير إلى تقسية تشوه تليها تثبيت جزئي لإيقاف التغيرات أثناء التشكيل. أي تعرض حراري فوق درجات الحرارة العادية للخدمة يمكن أن يقلل من قوة العمل البارد بسبب عمليات الاستعادة.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

يفقد 5052 القوة تدريجياً مع زيادة درجة الحرارة؛ فوق حوالي 100–150 °C تنخفض مقاومة الخضوع والشد بشكل ملحوظ، مما يحدد الحد الأقصى للخدمة المستمرة عند درجات حرارة مرتفعة. لفترات قصيرة أو متقطعة حتى ~200 °C تحتفظ السبيكة ببعض القدرة على تحمل الأحمال لكن مقاومة الزحف محدودة مقارنة بالسبائك المقاومة للحرارة.

الأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة تكون عادة خفيفة للألمنيوم، لكن التعرض المطول يمكن أن يسبب تكوين قشور سطحية وانتشار عناصر ذائبة تغير سلوك التآكل المحلي. تأثيرات منطقة التأثير الحراري للحام تقتصر على التليين الناتج عن الاستعادة؛ لا يحدث عكس التقسية بالشيخوخة لأن السبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية.

يجب على المصممين تحديد حدود درجة الحرارة بناءً على فقدان الهامش الميكانيكي والنظر في سبائك بديلة للتطبيقات الهيكلية التي تتطلب قوة مستمرة فوق ~100 °C لفترات طويلة.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	لماذا يُستخدم 5052
السيارات	خزانات الوقود وألواح الجسم الداخلية	مقاومة التآكل وقابلية التشكيل للمكونات المطبوعة
البحرية	مكونات الهيكل وتركيبات السطح	مقاومة تآكل ممتازة في مياه البحر وقابلية لحام عالية
الفضاء	التركيبات الداخلية والأجزاء غير الحرجة	نسبة قوة إلى وزن جيدة وأداء مقاومة التآكل
الإلكترونيات	الشاسيهات وموزعات الحرارة	التوصيل الحراري مع مقاومة التآكل
النفط والغاز	خزانات الضغط والتخزين	قابلية لحام جيدة ومقاومة إجهاد في بيئات تآكلية

توازن 5052 من مقاومة التآكل، قابيلة اللحام والقوة المعقولة يجعله سبيكة معتمدة في العديد من الصناعات حيث التعرض البيئي طويل الأمد هو عامل رئيسي. توفره في أشكال ومنبّرات متعددة يبسط إجراءات الشراء ويقلل الحاجة لاستراتيجيات ربط أو طلاء معقدة.

رؤى الاختيار

تُفضل درجة 5052 عندما يكون من الضروري تحقيق مقاومة عالية للتآكل، خاصة في البيئات التي تحتوي على الكلوريدات، إلى جانب قابلية جيدة للحام مع وجود مقاومة معتدلة وقابلية للتشكيل. يُختار 5052 بدلاً من الألومنيوم التجاري النقي مثل 1100 عندما تكون هناك حاجة إلى قوة إضافية وعمر تعب أفضل، مع ملاحظة أن التوصيل الكهربائي والحراري سيكون أقل مقارنة بالألومنيوم النقي.

مقارنةً بدرجة 3003 (وهي سبائك ألومنيوم-منغنيز قابلة للعمل بالتشكيل البارد)، تقدم 5052 قوة أعلى ومقاومة أفضل للتآكل النقطي بسبب محتواها الأعلى من المغنيسيوم؛ ومع ذلك، قد يُختار 3003 لقابلية تشكيل باردة أفضل قليلاً وتكلفة أقل. مقارنةً بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061، يُفضل اختيار 5052 عندما تكون مقاومة التآكل المتفوقة وقابلية التشكيل أكثر أهمية من القوة القصوى والصلابة.

المنطق العملي في الاختيار: يُحدد التصلب من نوع O للتشكيل المعقد، وH32 للألواح الإنشائية التي تتطلب مقاومة خضوع أعلى، ويفضل استخدام أسلاك الحشو مثل 5356 للحام. يجب مراعاة العزل الكهروكيميائي عند التزاوج مع معادن مختلفة والتحقق من خصائص السماكة المعتمدة للأجزاء التي تخضع لإجهاد التعب.

ملخص ختامي

تظل 5052 سبائك ألومنيوم متعددة الاستخدامات توفر مزيجًا قويًا من مقاومة التآكل، وقابلية اللحام، وقوة معتدلة تتحقق عن طريق التقسية بالتشكيل، مما يجعلها ذات قيمة عالية في قطاعات البحرية، والسيارات، والتصنيع العام. إن سلوكها المتوقع في درجات التصلب الشائعة وتوفرها الواسع في الألواح، والصفائح، والمقاطع، والأنابيب يضمن استمرارها كخيار عملي حيث تكون المتانة في البيئات التآكلية والقابلية للتصنيع أمورًا بالغة الأهمية.