الألومنيوم 5082: التركيب، الخصائص، دليل المعالجة والTemper، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
نظرة شاملة
5082 هو من سلسلـة سبائك الألومنيوم المشغولة 5xxx، والتي يتميز العنصر الأساسي فيها بالمغنيسيوم. إنه سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية، ويمكن زيادة قوتها من خلال التقسية بالتشويه البارد بدلاً من تصلب الترسيب.
العناصر السبائكية الرئيسية في 5082 هي المغنيسيوم (بمحتوى نموذجي ~4.0–5.0 نسبة وزن%)، بالإضافة إلى كميات أقل من المنغنيز وكمية ضئيلة من الكروم للتحكم في هيكل الحبيبات وتحسين مقاومة التآكل. هذه الإضافات تمنح 5082 توازنًا بين القوة المتوسطة إلى العالية، ومرونة جيدة في الحالة الممطوطة، ومقاومة ممتازة لتآكل مياه البحر، وقابلية لحام جيدة بشكل عام.
الصفات الأساسية التي تميز 5082 هي قوته المرتفعة مقارنة بسبائك الألومنيوم-Mg غير القابلة للمعالجة الحرارية، ومقاومته القوية للتآكل البحري والجوي، وخصائص التعب المواتية في العديد من الحالات، وقابلية التشكيل المقبولة في درجات المعالجة الممطوطة. الصناعات النموذجية التي تستخدم 5082 تشمل البناء البحري، والنقل (خزانات الوقود، المقطورات)، أوعية الضغط والخزانات المبردة، وغطاءات الأجهزة الإلكترونية حيث تُقدر مقاومة التآكل والقوة المتوسطة.
يختار المهندسون 5082 عندما يتطلب التصميم قوة أعلى من الألومنيوم التجاري النقي دون التضحية بأداء مقاومة التآكل أو قابلية اللحام. يُفضل على السبائك القابلة للمعالجة الحرارية عندما تكون انحرافات اللحام واستعادة الملمس بعد اللحام مصدر قلق، وعندما تكون سلامة الهيكل أو عمر التعب أولوية مقارنة بسلسلة 1xxx/3xxx الأقل قوة.
أنواع الملمس (Temper)
| الملمس | مستوى القوة | الاستطالة | قابلية التشكيل | قابلية اللحام | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|---|
| O | منخفض | عالي (20–30%+) | ممتاز | ممتاز | ممطوط بالكامل؛ أفضل قابلية تشكيل ومرونة |
| H111 | منخفض-متوسط | متوسط | جيد | ممتاز | مشدد قليلاً بالتشويه؛ يُشحن غالباً للثني |
| H112 | متوسط | متوسط | جيد | ممتاز | التحكم في الخواص الميكانيكية عبر المعالجة |
| H32 | متوسط-عالي | منخفض (8–15%) | مقبول | جيد جداً | مشدد بالتشويه ومستقر؛ ملمس شائع في البيئة البحرية |
| H34 | متوسط-عالي | منخفض | مقبول | جيد جداً | تشديد تشويه أشد من H32؛ قوة أعلى |
| H116 / H321 | متوسط-عالي | متوسط | جيد | جيد جداً | مصمم لتحسين مقاومة التشقق الإجهادي والتآكل وقابلية اللحام |
يؤثر الملمس بشكل كبير على التوازن بين القوة وقابلية التشكيل لـ5082. ملامس O الممطوط تعظم من المرونة وعمليات السحب، بينما H32/H34 توفر مقاومة خضوع وقوة شد أعلى على حساب قابلية الثني والاستطالة.
تبقى قابلية اللحام جيدة عبر معظم الملامس لأن 5082 غير قابل للمعالجة الحرارية، إلا أن تغير الملمس والتقسية بالتقادم بعد اللحام يمكن أن يغير الخواص الميكانيكية موضعياً؛ فيختار المصممون الملمس الذي يوازن بين متطلبات التشكيل وقوة المنتج النهائية.
التركيب الكيميائي
| العنصر | نطاق النسبة المئوية | ملاحظات |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.40 | شائبة قد تقلل من المرونة إذا ارتفعت نسبتها |
| Fe | ≤ 0.50 | شائبة نموذجية؛ تؤثر على فسيفساء حواف الحبيبات |
| Mn | 0.15–0.40 | يحسن القوة ومقاومة التآكل عن طريق التشتت |
| Mg | 4.0–5.0 | العنصر الأساسي للتقسية؛ يعزز مقاومة التآكل |
| Cu | ≤ 0.10 | محدود لتجنب التآكل والهشاشة |
| Zn | ≤ 0.25 | منخفض؛ زيادة الزنك تقلل مقاومة التآكل |
| Cr | ≤ 0.25 | يسيطر على هيكل الحبيبات ويساعد في مقاومة الحساسية |
| Ti | ≤ 0.15 | مكرر للحبيبات في عمليات الصب والطرق |
| عناصر أخرى (لكل منها) | ≤ 0.05 | عناصر أثرية أخرى؛ الباقي ألومنيوم |
المغنيسيوم هو العنصر الأساسي في زيادة القوة، كما يعزز مقاومة تآكل مياه البحر من خلال تشكيل طبقة سطحية واقية. يضاف المنغنيز والكروم بكميات صغيرة لتثبيت الميكروهيكل والحد من نمو الحبيبات، مما يحسن المتانة ويقلل من التعرض لتآكل موضعي.
تُسيطر الشوائب مثل الحديد والسيليكون لأنها تكون جزيئات بين فلزية قد تكون مواقع لتكوين حفر أو بداية تشققات عند التعب والظروف التآكلية. يتم ضبط التركيب الكيميائي لتحقيق أقصى توازن بين القوة، قابلية اللحام، وأداء مقاومة التآكل البحري.
الخواص الميكانيكية
يُظهر 5082 تحت حمل الشد استجابة نموذجية للتقسية بالتشويه: حيث يمتلك الملمس الممطوط O مقاومات خضوع وشد منخفضة مع استطالة عالية، في حين ترفع الملامس H مستويات مقاومات الخضوع والإجهاد النهائي على حساب المرونة. سلوك الخضوع عادة ما يكون تدريجياً مع العمل البارد؛ وتختلف أسُس التقسية حسب الملمس والسماكة، مما يؤثر على التشكيل وظاهرة ارتداد الربيع.
الصلادة ترتبط بالملمس: فالمادة الممطوطة لها قيمة صلادة منخفضة بأساليب برينل أو فيكرز، وتظهر الملامس المشددة بالتشويه صلادة أعلى بشكل ملحوظ تتماشى مع مقاومة الخضوع المقاسة. قوة التعب لـ5082 في البيئات البحرية غالباً ما تكون مواتية بالمقارنة مع العديد من سبائك 6xxx، بشرط تجنب مراكز شد والتصميم مع مراعاة حساسية السبيكة للشقوق في ظروف التآكل.
تؤثر سماكة المادة وتاريخ التصنيع بشكل كبير على الخواص الميكانيكية؛ تميل الصفائح الرقيقة لتحقيق مقاومة خضوع أعلى قليلاً بسبب تشويه المعالجة، وقد تُورد الألواح السميكة بملامس أقل معالجة تستلزم تقسية إضافية بعد التشكيل لتحقيق القوة المطلوبة.
| الخاصية | O/مطوطة | الملمس الرئيسي (H32 / H116) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| قوة الشد | 110–145 MPa | 210–260 MPa | القيم تعتمد على السماكة والملمس المحدد؛ نطاقات نموذجية |
| قوة الخضوع | 40–70 MPa | 120–165 MPa | تزداد بشكل ملحوظ مع التشويه |
| الاستطالة | 20–35% | 8–15% | المرونة تقل في الملامس المشددة بالتشويه |
| الصلادة (HB) | 25–40 | 55–85 | تتوافق مع قوة الخضوع؛ القيم المقاسة تعتمد على الملمس والسماكة |
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | القيمة | ملاحظات |
|---|---|---|
| الكثافة | 2.66 g/cm³ | نموذجية لسبائك الألومنيوم-Mg؛ نسبة قوة إلى وزن ممتازة |
| نطاق الانصهار | ~590–645 °C | النطاق الصلب-السائل للسبيكة؛ يتطلب الحذر أثناء اللحام واللحام بالنحاس |
| التوصيل الحراري | ~120 W/m·K (عند 25 °C) | منخفض قليلاً مقارنة بالألومنيوم النقي بسبب السبائكة |
| التوصيل الكهربائي | ~28–36 %IACS | أقل من سلسلة 1xxx بسبب محتوى المغنيسيوم |
| السعة الحرارية النوعية | ~0.90 J/g·K | ~900 J/kg·K؛ مفيد في تقديرات إدارة الحرارة |
| الاتساع الحراري | ~23–24 µm/m·K | امتداد حراري نمطي للألومنيوم؛ مهم لتصميم وصلات التركيب |
يحافظ 5082 على توصيل حراري ممتاز مقارنة بالعديد من الفولاذيات وبعض عائلات سبائك الألومنيوم، مما يجعله مفيدًا للهياكل التي تتطلب تبديد حرارة مع مقاومة التآكل. معامل التمدد الحراري المرتفع نسبياً يتطلب عناية عند وصلات المواد المختلفة والتجميعات الدقيقة، خاصة في بيئات تغير درجات الحرارة المتكررة.
تتحد الكثافة والخصائص الحرارية لجعل 5082 خيارًا جذابًا حيث يتم طلب خفض الوزن مع أداء حراري جيد، على الرغم من أن التوصيل الكهربائي أقل مقارنة بألواح الألومنيوم النقية، لذا فهو أقل ملائمة حيث يكون التوصيل الكهربائي العالي هو المتطلب الأساسي.
أشكال المنتج
| الشكل | السماكة/الحجم النموذجي | سلوك القوة | الملامس الشائعة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| ألواح | 0.3–6.0 mm | نطاق واسع حسب الملمس | O, H111, H32 | مستخدمة على نطاق واسع في الألواح البحرية وخزانات الوقود |
| صفائح | 6–100+ mm | عمل بارد أقل في الصفائح السميكة؛ مقاطع أثقل | O, H112 | الأقسام السميكة غالباً ما تتطلب تشكيل وبعده تقسية |
| بثق | مقاطع عرضية مختلفة | القوة تختلف حسب القسم والملمس | H32, H111 | مستخدمة على نطاق واسع في الملفات الهيكلية والدعامات |
| أنابيب | 0.5–10+ mm سماكة الجدار | القوة تعتمد على العمل البارد والسحب | O, H32 | شائعة في تطبيقات الضغط والتوصيل |
| قضبان/أعمدة | Ø6–50+ mm | قابلية التشغيل والتشكيل تختلف حسب الملمس | O, H111 | تستخدم للوصلات، السحابات، الأجزاء المعالجة المتخصصة |
طرق إنتاج الألواح والصفائح والعمل البارد اللاحق تخلق أبرز الفروق العملية في القوة وقابلية التشكيل لـ5082. غالبًا ما تُورد الصفائح الرقيقة في ملامس أكثر ليونة للسحب العميق والثني، في حين يُختار الصفائح والبثقات عندما يكون الصلابة وخصائص القسم ذات أولوية.
تسمح المقاطع المبثوقة للمصممين بدمج أقسام رفيعة مع أضلاع تقوية؛ وهي مستقرّة في العمر ضمن عائلة H32 وغالبًا ما تُختار للهياكل البحرية والعناصر الإطارية للنقل حيث تعتبر قابلية اللحام ومقاومة التآكل مفتاحين.
الدرجات المكافئة
| المعيار | الدرجة | المنطقة | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| AA | 5082 | الولايات المتحدة الأمريكية | تعيين صناعي قياسي تحت جمعية الألومنيوم |
| EN AW | 5082 | أوروبا | غالبًا ما يُحدد كـ EN AW-5082؛ تحكم في التركيبة المماثلة |
| JIS | A5082 | اليابان | معيار صناعي ياباني مكافئ؛ تركيبته متشابهة |
| GB/T | 5082 | الصين | المعيار الصيني يعكس الكيمياء النموذجية لـ Al-Mg-Mn |
التسميات المكافئة عبر المناطق قابلة للتبادل بشكل عام لتطبيقات الهندسة العامة، ولكن يجب مراجعة شهادات المصانع وجداول الخصائص المحددة للحدود التركيبية الدقيقة وتسميات المعالجات الحرارية. قد توجد فروقات إقليمية طفيفة في حدود الشوائب القصوى مثل Fe و Si أو في تسمية درجات التثبيت (مثل H116 مقابل H321)، مما قد يؤثر على أداء المقاومة للتآكل المحدد في خدمات بحرية حرجة أو استخدامات كريوجينية.
عند استبدال مصادر المواد، يجب على المهندسين التحقق من شهادات الخصائص الميكانيكية وأي متطلبات إضافية مثل تخفيف التوتر، تشطيب السطح وحدود عناصر الشوائب لضمان تطابق الأداء.
مقاومة التآكل
تتميز 5082 بمقاومة ممتازة للتآكل الجوي العام وتآكل مياه البحر نظرًا لفيلم الأكاسيد الوقائي المثبت بالمغنيسيوم والمنغنيز. تؤدي أداءً جيدًا بشكل خاص في البيئات البحرية مقارنة بالعديد من السبائك المعالجة حراريًا، حيث تظهر حدًا محدودًا للتآكل الناتئ ومقاومة جيدة للتآكل الموحد عند استخدام معالجات سطحية صحيحة وممارسات تصميم مناسبة.
السبائك مقاومة نسبيًا لتكسير التآكل الناتج عن الإجهاد مقارنة بأنظمة الألومنيوم عالية القوة، ولكن قد تحدث ظاهرة التحسس والتآكل الحُبيبي إذا تعرضت لدرجات حرارة مرتفعة لفترات طويلة، خصوصًا في النطاق الذي يمكن أن تتكون فيه ترسيبات غنية بالمغنيسيوم. يجب على المصممين تجنب التعرض الطويل فوق ~65–100 °C دون اختبار، ويجب النظر في الحماية الكاثودية أو الطلاءات للخدمات العدائية.
يجب إدارة التفاعلات الجلفانية مع المعادن غير المتجانسة؛ حيث تكون 5082 أنودية مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ والبرونز المطلي بالقصدير، وكاثودية مقارنة بالزنك النقي. من الضروري العزل المناسب والحماية التضحية واختيار مواد البراغي لمنع التآكل المتسارع عند الوصلات. مقارنةً بسبائك سلسلة 6xxx، عادةً ما توفر 5082 مقاومة تآكل بحرية متفوقة ولكن بقوة تقسية أقل عند الذروة.
خواص التصنيع
قابلية اللحام
5082 قابلة للحام بشكل جيد باستخدام عمليات اللحام الشائعة بالاندماج مثل TIG (GTAW) وMIG (GMAW) مع شكل خرزة متوقع وميول منخفض للتشقق الساخن. تشمل المعادن الحشو النموذجية 5356 (Al-Mg) و5183 لمقاومة تآكل أفضل؛ تتطابق هذه المعادن الحشو مع تركيبة السبيكة لتجنب التوصيل الجلفاني المفرط والحفاظ على السلامة الميكانيكية.
مناطق التأثير الحراري للّحام (HAZ) قد تظهر تليينًا موضعيًا في درجات التقسية الشديدة بالتشكيل، ويجب التحكم في تشوه القطع الرقيقة؛ خصائص ما بعد اللحام عادة ما تظل مقبولة لأن السبيكة غير معالَجة حراريًا. ليس من الضروري عادة التسخين المسبق للسماكات المعتدلة، ولكن التحكم في درجة حرارة المرور والتنظيف من أفلام الأكسيد مهمان لجودة اللحام.
قابلية التشغيل
5082 ليست من أسهل سبائك الألومنيوم في التشغيل بسبب محتواها المرتفع نسبيًا من المغنيسيوم، مما قد يسبب تراكم الرؤوس وقطع لزجة تحت ظروف غير مناسبة. مؤشرات التشغيل المعتادة متوسطة؛ يوصى باستخدام أدوات قطع كربيدية بزوايا موجبة، وكاسرات رقائق، واستراتيجيات تبريد وتغذية مناسبة للحفاظ على تشطيب السطح وعمر الأداة.
تعتمد سرعات القطع والتغذية الموصى بها على القسم والصلابة، ولكن السرعات المعتدلة مع تغذية أثقل وإخراج رقائق موثوق تنتج أفضل النتائج؛ قد تقصر الشوائب الكاشطة الناتجة عن الشوائب عمر الأداة، لذا يجب التحقق من إعدادات الماكينة على المخزون الإنتاجي.
قابلية التشكيل
تكون أفضلية التشكيل في حالة المعالجة O حيث تعطي السحب العميق، والتشكيل بالشد، والانحناء نتائج ثابتة مع ارتداد منخفض. في درجات التقسية بالتشكيل مثل H32 تزداد نصائح الانحناء الدنيا وتنخفض القابلية للتشكيل؛ يجب على المصممين السماح بزيادة نصائح الانحناء وأخذ الارتداد المتزايد في الاعتبار.
التمرين البارد هو طريقة التقسية الأساسية، وتستخدم عمليات التلدين المتوسطة المضبوطة إذا تطلب التشكيل الشديد؛ يمكن النظر في التشكيل الدافئ لتحسين اللدونة ولكن يجب التحقق منه لتفادي مشاكل التحسس والتآكل.
سلوك المعالجة الحرارية
5082 سبيكة غير معالَجة حراريًا وبالتالي لا تستجيب لمعالجة التسخين والتقسية بالرسب لتحقيق زيادات كبيرة في القوة. المحاولات لتطبيق معالجات ترسيب نمط T لن تحقق التقسية الملاحظة في سبائك 6xxx أو 7xxx لأن المغنيسيوم في سلسلة 5xxx يشكل ذوبانًا صلبًا وترسيبات مشتتة بدلًا من ترسيبات تقوية.
التقسية بالتمرين والشيخوخة بالتشكيل هما الآليتان الرئيسيتان لتعديل الخصائص الميكانيكية؛ حيث يزيد التمرين البارد القوة بينما يعيد التلدين (درجة O) اللدونة. للأجزاء التي تتطلب استقرارًا بعد اللحام أو التشكيل، تعد استقرارية التصلب (مثال H116) وتسلسلات التصلب التضغيطية المضبوطة ممارسة قياسية لإدارة تغيرات الخصائص الميكانيكية.
الأداء في درجات الحرارة العالية
تبدأ قوة 5082 بالانخفاض تدريجيًا مع زيادة درجة الحرارة؛ فوق حوالى 100–150 °C تنخفض مقاومة الخضوع بشكل ملحوظ، والتعرض المطول يسرع التغيرات الميكروهيكلية التي قد تقلل مقاومة التآكل. عادة ما تقتصر درجات الحرارة للخدمة المستمرة على أقل من ~100 °C للتطبيقات الهيكلية؛ التعرض المتقطع لدرجات حرارة أعلى (مثل اللحام قصير الأمد) مقبول إذا تلاه معالجة مناسبة.
تأكسد الألومنيوم عند درجات الحرارة الهندسية محدود بفيلم الأكسيد الحامي، لكن خصائص الشد والإجهاد تتدهور أسرع من التأكسد؛ منطقة التأثير الحراري للحام (HAZ) بالقرب من اللحامات حساسة بشكل خاص للدرجات الحرارة العالية المحلية مما قد يقلل الأداء الميكانيكي. إدارة حرارية دقيقة وتصميم للتوسع الحراري مهمان عند استخدام 5082 في بيئات درجات حرارة مرتفعة.
التطبيقات
| الصناعة | مثال على المكون | سبب استخدام 5082 |
|---|---|---|
| السيارات | خزانات الوقود، ألواح المقطورات | مقاومة جيدة للتآكل، قابلية تشكيل، قوة متوسطة |
| البحرية | الهياكل، الأسطح، الأبنية الفوقية | مقاومة ممتازة لتآكل مياه البحر وقابلية لحام عالية |
| الفضاء | قواعد، حوامل | نسبة قوة إلى وزن جيدة للهياكل الأساسية غير الحرجة |
| الإلكترونيات | أغطية، موزعات حرارة | موصلية حرارية مناسبة مع حماية من التآكل |
| أوعية الضغط / الكريوجينيك | خزانات، أنابيب | الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة وقابلية للحام |
يجمع 5082 بين القوة المكتسبة من التمرين البارد، والصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة، ومقاومة التآكل في مياه البحر، مما يجعله ركيزة أساسية لهياكل البحرية وأنظمة وقود النقل وأوعية التخزين. غالبًا ما يحدد حيثما يكون اللحام والتشكيل مطلوبين دون معالجة حرارية بعد اللحام، وحيث تكون مقاومة التآكل نقطة رئيسية في اختيار المادة.
نصائح للاختيار
للمهندسين الذين يقررون بين 5082 وألومنيوم نقاوة تجارية أكثر ليونة (مثل 1100)، يتبادل 5082 قوة أعلى وأداء هيكلي أفضل بكثير مقابل موصلية كهربائية أقل قليلاً وقابلية تشكيل أدنى قليلًا. اختر 5082 عندما تكون القوة ومقاومة التآكل أكثر أهمية من تعظيم الموصلية أو سهولة التشكيل المطلقة.
مقارنةً بالسبائك المقسوطة مثل 3003 أو 5052، تقع 5082 في شريحة قوة أعلى مع حفاظها على مقاومة تآكل بحرية مماثلة أو محسنة؛ وهي الخيار عندما تتجاوز أحمال التصميم قدرة هذه السبائك ذات القوة الأقل لكن لا تكون تقسية معالجة حرارية كاملة عملية.
مقابل السبائك المعالجة حراريًا مثل 6061 أو 6063، لن تصل 5082 إلى نفس قوة الشد القصوى لكنها مفضلة عندما تكون القابلية للحام المقاومة لتآكل مياه البحر وتقليل القابلية لمشاكل الشيخوخة بعد اللحام مرغوبة. اختر 5082 عندما تفوق مقاومة التآكل وسلامة الهيكل الملحوم الحاجة لأقصى قوة بعد التقسية.
الملخص الختامي
تظل 5082 سبيكة ألومنيوم عملية وشائعة تستخدم توازنًا بين القوة المرتفعة غير القابلة للمعالجة الحرارية، ومقاومة التآكل القوية في مياه البحر، وقابلية اللحام المتينة؛ تحافظ هذه السمات على أهميتها لتطبيقات البحرية والنقل والتخزين. سلوك التمرين البارد المتوقع وتوافرها بأشكال منتجات متعددة يجعلها خيارًا رئيسيًا عندما يحتاج المصممون أداءً هيكليًا موثوقًا دون تعقيدات عمليات المعالجة الحرارية.