ألمنيوم 5356: التركيب، الخصائص، دليل المعالجات والتطبيقات

نظرة شاملة

5356 هو من سبائك الألومنيوم من سلسلة 5xxx (عائلة Al–Mg)، يحتوي اسميًا على حوالي 4.5–5.5% من المغنيسيوم وكميات ضئيلة من المنغنيز والكروم. كسبائك من سلسلة 5xxx، فهو لا يخضع للمعالجة الحرارية لتعزيز الخواص، وتعتمد قوته بشكل رئيسي على تقوية الحل الثابت والتصلب بالتشوه بدلاً من المعالجة الحرارية بالترسيب.

السمات الرئيسية لـ 5356 تشمل قوة نسبية عالية لسبائك Al–Mg المشغولة يدويًا، قابلية ممتازة للحام (يُورد ويُستخدم عادة كسبائك حشو للحام تحت رمز ER5356)، مقاومة جيدة للتآكل العام ومياه البحر، وقابلية تشكيل معقولة في حالات التليين والتصلب الجزئي. الصناعات النموذجية التي تستخدم 5356 تشمل البحرية وبناء السفن، الأوعية الضغط، هياكل النقل والسيارات، الألواح المعمارية، وكمادة حشو للحام سبائك الألومنيوم.

يختار المهندسون 5356 عندما يحتاجون إلى توازن بين قابلية اللحام، مقاومة التآكل، وأداء أقوى من الألومنيوم النقي تجاريًا، خاصةً للتجميعات الملحومة في البيئات البحرية أو المعرضة للكلوريدات. يُفضل غالبًا على السبائك الأقل قوة عندما تكون مقاومة اللحام وقوة المفاصل ومقاومة التآكل في مياه البحر أولوية، وعلى بعض السبائك القابلة للمعالجة الحرارية عندما تكون المعالجة الحرارية بعد اللحام غير عملية أو عندما تكون استقرارية الحل الثابت تحت ظروف الخدمة الدورية مهمة.

أنواع التلدين (Temper Variants)

نوع التلدين	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	مرتفع	ممتازة	ممتازة	مُلدّن بالكامل؛ الأفضل للسحب العميق والتشكيل
H111	متوسط	متوسط-مرتفع	جيدة	ممتازة	متصلب جزئيًا بالتشوه؛ شائع للبساطات (الاقتحام)
H112	متوسط-عالي	متوسط	جيدة	ممتازة	تصلب دائم من خلال معالجة محكمة
H14	متوسط-عالي	متوسط	جيدة-متوسطة	ممتازة	ربع صلب - زيادة في القوة بالتشغيل البارد
H24	مرتفع	منخفض-متوسط	محدودة	ممتازة	متصلب بالتشوه ومُلدّن جزئيًا لتحقيق المتانة
H32 / H34	مرتفع	منخفض	محدودة	ممتازة	متصلب بالتشوه ومستقر؛ يستخدم حيث يلزم التحكم في ارتداد الربيع

تحقق حالات التلدين في 5356 عن طريق مزيج من التشغيل البارد والتثبيت، وليس من خلال دورات الحل/الشيخوخة. مع الانتقال من O إلى أرقام H الأعلى تزيد القوة وتنخفض الاستطالة وقابلية التشكيل؛ أما قابلية اللحام فتظل جيدة عبر مدى التلدين لأن السبائك لا تعتمد على المعالجة الحرارية لتطوير القوة.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة %	ملاحظات
Si	≤ 0.25	السيليكون المنخفض يحافظ على نطاق التصلب ضيق ويقلل من المركبات البين فلزية الهشة.
Fe	≤ 0.40	شائبة نموذجية؛ الحديد الزائد يمكن أن يقلل من اللدونة ويزيد من الشوائب.
Mn	0.20–0.60	يتحكم في هيكل الحبيبات ويُساهم بشكل معتدل في القوة ومقاومة التآكل.
Mg	4.5–5.5	العنصر الأساسي للسبائك؛ يوفر تقوية الحل الثابت وأداء مقاومة التآكل.
Cu	≤ 0.10	يُحفظ المنخفض لأن النحاس يقلل من مقاومة التآكل في البيئات البحرية.
Zn	≤ 0.20	الزنك المنخفض يحافظ على السلوك الجلفاني مقابل الفولاذ والسبائك الأخرى.
Cr	0.05–0.25	يُضاف للسيطرة على نمو الحبيبات وتحسين مقاومة التحسس أثناء التعرض الحراري.
Ti	≤ 0.15	مكرر للحبيبات عند وجوده بكميات صغيرة.
الآخرون (لكل منهم)	≤ 0.05	شوائب متبقية وعناصر غير مرغوب فيها بشكل طفيف؛ تُراقب للحفاظ على خصائص متسقة.

تركيبة 5356 تركز على المغنيسيوم لتحقيق تقوية الحل الثابت وتحسين مقاومة مياه البحر مع التقليل من النحاس والزنك للحفاظ على مقاومة التآكل. يُستخدم المنغنيز والكروم بكميات محكومة لتحسين دقيقة الهيكل وتقليل القابلية للتآكل بين الحبيبات خلال الدورات الحرارية.

الخواص الميكانيكية

سلوك الشد للسبائك 5356 يسيطر عليه تقوية الحل الثابت من المغنيسيوم ومستوى التشغيل البارد ضمن خطوة التلدين. في الحالة الملدنة (O) تظهر السبائك كسرًا لطيفًا مع استطالة نسبية عالية، أما في حالات التصلب بالتشوه فتزداد مقاومة الشد بشكل ملحوظ مقابل نقصان الاستطالة. تؤثر السماكة وطريقة التشطيب (اللف مقابل الاقتحام) بشكل ملموس: الأقسام الرقيقة والاقتحامات المعالجة بشكل كثيف تظهر عادة مقاومة خضوع ومقاومة شد أعلى بسبب تزايد التشغيل البارد وصغر حجم الحبيبات.

مقاومة الخضوع والاستطالة تعتمد على حالة التلدين والسماكة؛ الحالات ذات التلدين العالي (H) تزيد من مقاومة الخضوع والشد ولكن تقلل من الاستطالة الموحدة والإجمالية. الصلادة ترتبط بمستوى التشغيل البارد وتُقاس عادة بقيم فيكرز أو برينل التي ترتفع بزيادة رقم H. أداء الإجهاد (fatigue) جيد بشكل عام في مياه البحر والبيئات الجوية، لكن المفاصل الملحومة ومناطق التأثير الحراري يجب تصميمها لتجنب التركيزات الإجهادية والإجهادات المتبقية الشدية التي تقلل عمر الإجهاد.

الخاصية	O/ملدن	تلدين رئيسي (مثلاً H111/H14)	ملاحظات
مقاومة الشد (MPa)	180–240	240–320	القيم تختلف حسب السماكة وحالة التلدين؛ النطاقات المدرجة نموذجية للمنتجات المشغولة.
مقاومة الخضوع (MPa)	70–140	150–260	حالات التشغيل البارد تظهر زيادة في مقاومة الخضوع مرتبطة بالتخفيض البارد.
الاستطالة (%)	18–30	6–18	الحالة الملدنة تظهر أعلى اللدونة؛ التلدين بالتشوه يقلل الاستطالة.
الصلادة (HB)	35–60	60–95	تزداد الصلادة تقريبًا بشكل خطي مع مستوى التشغيل البارد؛ القيم مؤشرية للحالات الشائعة.

الخواص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	~2.66 g/cm³	نموذجية لسبائك Al–Mg؛ مفيدة لحساب نسبة القوة إلى الوزن.
نطاق الانصهار	~570–645 °C	نطاق الانصهار الصلب-السائل يعتمد على التركيب ووجود الشوائب؛ الإيوتكتك محدود.
الموصلية الحرارية	~120–150 W/m·K	أقل من الألومنيوم النقي لكنها جيدة لتطبيقات تشتيت الحرارة.
الموصلية الكهربائية	~28–38 % IACS	مخفضة مقارنة بالألومنيوم النقي بسبب محتوى المغنيسيوم في المحلول.
السعة الحرارية النوعية	~0.90 J/g·K (900 J/kg·K)	سعة حرارية نموذجية للألومنيوم لحسابات الكتلة الحرارية.
معامل التمدد الحراري	~23–24 µm/m·K	معامل نموذجي لسبائك الألومنيوم عند درجات الحرارة المحيطة.

يحتفظ 5356 بالعديد من الخصائص الفيزيائية الجاذبة للألومنيوم: موصلية حرارية جيدة، كثافة منخفضة، وسهولة إعادة التدوير. الخصائص الحرارية والكهربائية تكون منخفضة نسبيًا مقارنة بالألومنيوم النقي بسبب محتوى المغنيسيوم؛ يجب على المصممين مراعاة هذه التخفيضات عند تحديد المواصفات لتطبيقات إدارة الحرارة أو الحرجة للموصلية الكهربائية.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	أنواع التلدين الشائعة	ملاحظات
ألواح (Sheet)	0.5–6.0 mm	الأداء يختلف حسب التخفيض البارد للفة	O, H111, H14	مستخدمة على نطاق واسع للألواح والهياكل الملحومة؛ غالبًا ما تُغطى في الاستخدامات المعمارية.
لوح صلب (Plate)	6–50 mm	تأثير أقل للتصلب بالتشوه للقطع السميكة	H111, H112	الأقسام السميكة أصعب في التشغيل البارد؛ الخصائص الميكانيكية تعتمد على تاريخ المعالجة.
الاقتحام (Extrusion)	مقاطع معقدة، سماكة الجدار من 1–20 mm	قوة جيدة في المقاطع المشكلة بسبب التصلب بالتشغيل البارد	H111, H14, H32	شائع للأعضاء الهيكلية والهياكل الملحومة؛ يمكن تحقيق سطح نهائي جيد.
أنابيب (Tube)	قطر Ø10–300 mm، سماكة الجدار متغيرة	القوة تتأثر بعمليات الاقتحام والسحب	H111, H14	مستخدمة لأنابيب السوائل، درابزينات بحرية، وأنابيب هيكلية؛ مقاومة التآكل ميزة.
قضبان/عصي (Bar/Rod)	أقطار 3–50 mm	السلوك يعتمد على السحب البارد	H111, H14	تورَّد أيضًا كقضبان وأسلاك لحام (ER5356) لتطبيقات الحشو.

الاختلافات في المعالجة بين الألواح، الألواح السميكة، والاقتحامات كبيرة: اللف والسحب الباردان يضيفان تصلبًا بالتشوه يزيد القوة في المنتجات الرقيقة، بينما تصنيع الألواح السميكة يميل إلى إنتاج حبيبات أكبر وقوة أقل في الحالة المصنعة. توفر قضبان وأسلاك حشو اللحام (ER5356) سببًا رئيسيًا لإنتاج 5356 في العديد من أشكال المنتج؛ مما يسهل التوافق الميكانيكي والكيميائي للتجميعات الملحومة.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	5356	الولايات المتحدة	تعيين السبيكة الرئيسية المصنعة؛ ER5356 هو لحام تعبئة شائع.
UNS	A95356	دولي	تعيين سجل UNS المقابل لـ AA 5356 للمواصفات الهندسية.
ISO / EN	AlMg5	أوروبا / دولي	تعيين عام لعائلة Al–Mg5؛ تحقق من المعيار المحلي للتفاصيل الكاملة للمواصفات.
JIS	A5356 (نموذجي)	اليابان	الأرقام تختلف إقليمياً؛ تحقق من بنود الخواص الميكانيكية والكيميائية.
GB/T	AlMg5 / 5356	الصين	غالباً ما تسرد المعايير الصينية كـ AlMg5 مع حدود كيميائية وطنية.

تعتمد المعايير الإقليمية غالباً تسمية Al–Mg5 لنفس التركيب الكيميائي الاسمي، لكن حدود العناصر النادرة والشوائب المسموح بها وتصنيفات المعالجة الحرارية قد تختلف قليلاً. ER5356 (سلك لحام التعبئة) هو تعيين شائع في جميع المناطق، لكن على المشترين دائماً التأكد من خصائص السماكة وأي معالجات إضافية من شهادة المطحنة.

مقاومة التآكل

يظهر 5356 مقاومة تآكل عامة جيدة جداً في البيئات الجوية والبحرية لأن المغنيسيوم في المحلول الصلب يشكل طبقة خامدة مستقرة، والسبيكة تحتوي على كمية قليلة جداً من النحاس. في مياه البحر ومناطق الرش، يؤدّي بشكل جيد للهياكل، الأسطح، والتجهيزات عند التصميم الجيد والصيانة المناسبة؛ تساعد المعالجات السطحية والطلاءات في إطالة العمر الافتراضي. تآكل الحفر أقل عدوانية مقارنة ببعض السبائك عالية النحاس، لكن يمكن أن يحدث تآكل الفجوات في بيئات راكدة غنية بالكلوريد إذا تراكمت رواسب أو تشكلت خلايا تهوية مختلفة.

السبائك التي تحتوي على حوالي 5% Mg، بما فيها 5356، أكثر عرضة للحساسية والتآكل بين الحبيبات إذا تعرضت لدرجات حرارة تتراوح بين 65–160 °C لفترات طويلة؛ وهذا مهم في التجميعات الملحومة حيث يمكن للزيادات الحرارية ومنطقة تأثير الحرارة (HAZ) أن تؤدي إلى تحفيز حبيبات أنودية موضعية. تشقق الإجهاد الناتج عن التآكل (SCC) يمثل قلقاً محتملاً في حالة إجهاد الشد المستمر في بيئات معينة، خاصة عند ارتفاع تركيز الكلوريد ودرجة الحرارة، لذا يجب تصميم القطع لتقليل الإجهاد المتبقي وتجنب أزواج الجلفانك التي تحفز التفاعلات الأنودية. بالمقارنة مع سلسلة 3xxx والألمنيوم التجاري النقي، يقدم 5356 قيداً بسيطاً في القابلية للتشكيل مقابل مقاومة تآكل وقوة محسّنة بشكل ملحوظ؛ وبالمقارنة مع بعض سبائك 6xxx المعالجة حرارياً، عادةً ما يكون 5356 أكثر متانةً في بيئات الكلوريد البحرية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

يعتبر 5356 مادة تعبئة وأساسية ممتازة لمعظم عمليات اللحام الانصهاري بما في ذلك GTAW (TIG)، GMAW (MIG)، وSAW. يُستخدم سلك اللحام والعصي ER5356 بشكل شائع لربط سبائك Al–Mg، وتظهر اللحامات عادة قوة شد ومرونة جيدة. خطر التشقق الساخن منخفض مقارنة ببعض سبيكة Al–Si التعبئة، لكن يجب التحكم في تركيب معدن اللحام وتصميم الوصلة؛ يمكن أن يؤدي اللحام التبايني مع سبائك عالية النحاس أو بعض سبائك سلسلة 6xxx لمخاوف جلفانك وSCC. يمكن أن تصبح منطقة تأثير الحرارة (HAZ) أقل صلابة مقارنة بالمادة الأم المعالجة بالتبرد بسبب استعادة الشغل البارد؛ يجب على المصممين توقع انخفاصات موضعية في مقاومة الخضوع قرب اللحامات.

قابلية التشغيل

تصنيف تشغيل 5356 من متوسط إلى جيد مقارنة مع سبائك الألومنيوم القابلة للتشغيل بسهولة؛ يمكن تشغيله بشكل أفضل في الحالات اللينة واستخدام أدوات كربيد. الأدوات الموصى بها هي فواصل وقواطع كربيد بزوايا رافع معتدلة لتجنب تكوّن الحواف المكدسة؛ سرعات القطع نسبياً عالية مقارنة بالصلب، ويجب تحسين معدلات التغذية لإنتاج رقائق قصيرة وقابلة للتحكم. يساعد التبريد أو نفث الهواء في إخلاء الرقائق والسيطرة على الحرارة؛ تمريرات التشطيب والقصات الخفيفة تحسّن التشطيب السطحي بفضل دكتيلية السبيكة.

القابلية للتشكيل

تتميز القابلية للتشكيل بأنها ممتازة في حالة المعالجة O مع إمكانية تحقيق أنصاف أقطار انحناء صغيرة؛ تقل القابلية للتشكيل وتزداد المقاومة للعودة في درجات المعالجة الجزئية للتمدد. أنصاف أقطار الانحناء العملية النموذجية للحالة المخدّرة يمكن أن تكون صغيرة الحجم بين 1–2× السماكة لعمليات الصفائح، بينما تتطلب درجات H14–H32 عادةً أنصاف أقطار أكبر بين 2–4× السماكة حسب الأدوات المستخدمة. للرسم العميق أو الختم المعقد، يُفضل البدء بحالة O ثم تطبيق تصلب عملي مضبوط أو تثبيت إلى درجة H المرغوبة بعد التشكيل.

سلوك المعالجة الحرارية

5356 هو سبيكة ألومنيوم غير معالجة حرارياً؛ لا يستخدم العلاج بالمعالجة بالذوبان والتقسية الاصطناعية لزيادة القوة. تغيرات القوة تتحقق من خلال التشوه الميكانيكي (الشغل البارد) وعند الحاجة، اجراء عمليات تثبيت لتخفيف الإجهاد. التعرض الحراري النموذجي فوق ~65 °C يمكن أن يؤدي إلى بعض انتشار المغنيسيوم وتشكيل ترسيبات غنية بالمغنيسيوم عند حواف الحبيبات (الحساسية) مما يؤثر على مقاومة التآكل؛ لذلك يجب تقليل أو التحكم في دورات الحرارة بعد التصنيع.

التخمير (درجة O) يلين السبيكة من خلال الاستعادة وإعادة التبلور، مستعيداً الدكتيلية والقابلية للتشكيل. تُجرى أحياناً عمليات التثبيت (تخمير بعيدا عن الحرارة) لتقليل الإجهادات المتبقية بعد التشكيل أو اللحام، لكنها لا تنتج تقوية كما في سبائك الألومنيوم المعالجة بالتقسية. لذلك تعتمد عمليات التصميم والضبط على جداول الشغل البارد والسيطرة على التعرض الحراري بدلاً من دورات درجة T.

الأداء في درجات الحرارة العالية

مثل معظم سبائك Al–Mg، يتعرض 5356 لفقدان معنوي في القوة عند درجات حرارة مرتفعة؛ عادة ما تكون درجات الحرارة للخدمة المستمرة محدودة بحوالي 100–120 °C للمكونات الحاملة للأحمال. فوق ~150 °C، تخضع السبيكة لاستعادة التركيب الدقيق وترسيب حواف الحبيبات مما يقلل الخصائص الميكانيكية وقد يزيد من القابلية للتآكل بين الحبيبات. التأكسد في الهواء ضئيل مقارنة بالصلب، لكن التعرض الحراري الطويل الأمد يسرّع التغيرات الدقيقة التي تضعف مقاومة التعب وSCC.

مناطق تأثير حرارة اللحام مهمة بشكل خاص في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، حيث يمكن لدورات الحرارة أن تليّن المادة الأم المعالجة بالتبرد وتسريع عمليات الحساسية عند حواف الحبيبات. للتعرضات الحرارية القصيرة النموذجية للحام أو التشكيل، يكون التأثير قابل للإدارة؛ للخدمة المستمرة عند درجات حرارة مرتفعة، يجب النظر في فئة سبيكة مختلفة.

التطبيقات

الصناعة	المكون النموذجي	سبب استخدام 5356
البحرية	صفائح الهيكل، الدرابزين، تجهيزات السطح، التجهيزات	مقاومة ممتازة لتآكل مياه البحر وقابلية لحام عالية؛ مادة تعبئة شائعة لإصلاحات اللحام
النقل	هياكل الدعم، خزانات الوقود، المقطورات	نسبة قوة إلى وزن جيدة ووصلات ملحومة متينة
الفضاء والدفاع	هياكل ثانوية، قواعد، تجهيزات	مزيج ملائم من القابلية للحام، مقاومة التعب، وأداء التآكل
أوعية الضغط / التبريد	خزانات التخزين، الأوعية الملحومة	مادة تعبئة موثوقة وخصائص مستقرة عند درجات حرارة منخفضة
اللحام / التصنيع	عصي وأسلاك اللحام (ER5356)، الترقق	ER5356 يستخدم على نطاق واسع كمادة تعبئة لسبائك Al–Mg وAl–Si الأساسية
العمارة	واجهات الستائر، لوحات المظلات	مقاومة التآكل والتوافق مع الأكسدة لظهور متين

دور 5356 في الهندسة الحديثة يتركز غالباً حول التركيبات الملحومة التي تتطلب سبيكة أساسية أو تعبئة مقاومة للتآكل وقابلة للحام. تركيبة السبيكة بين القابلية للتشكيل (في حالة O)، القوة (في درجات H)، وتوفرها كمستهلك لحام يجعله خياراً عملياً لقطاعات متعددة.

نصائح للاختيار

للتصاميم التي تتطلب قوة أعلى من الألمنيوم التجاري النقي (مثل 1100) مع الحفاظ على القابلية للحام ومقاومة التآكل الجيدة، يعتبر 5356 خطوة منطقية للأعلى؛ حيث يتنازل قليلاً عن التوصيل الكهربائي والحراري مقابل أداء ميكانيكي أعلى. بالمقارنة مع السبائك المعالجة بالتصلب مثل 3003 أو 5052، يقدم 5356 قوة أعلى ومقاومة تآكل مياه البحر أفضل، بالرغم من أن 5052 يحتفظ بقابلية تشكيل جيدة جداً وقد يكون مفضلاً حيث يكون الرسم العميق هو الأساس. مقابل السبائك المعالجة حرارياً مثل 6061/6063، يُختار 5356 عندما يكون من غير العملي إجراء معالجة حرارية بعد اللحام أو أثناء الخدمة، أو عندما تكون مقاومة الكلوريد المتفوقة مطلوبة على الرغم من انخفاض حد القوة الأقصى.

اختر 5356 عندما تكون خصائص الوصلات الملحومة ومقاومة التآكل البحري المحركان الأساسيان، وعندما يحسن استخدام سبيكة تعبئة تحتوي على مغنيسيوم ميتالورجيا الوصلة، أو عندما يفضل مسار تصنيع غير معالج حرارياً. إذا كانت القوة القصوى بالنسبة للوزن هي المتطلب الرئيسي وكان العلاج الحراري بعد التصنيع مقبولاً، قد توفر سبيكة بدرجة T6 قوة قصوى أعلى؛ إذا كان الرسم العميق هو المتطلب الأساسي، فقد تكون سبائك أكثر ليونة مثل سلسلة 3xxx بحالة O مفضلة.

الملخص الختامي

يظل 5356 سبائك Al–Mg مستخدمة وذات صلة واسعة لأنها تقدم توازناً فعالاً بين القابلية للحام، مقاومة التآكل، والقوة الميكانيكية المفيدة دون الاعتماد على عمليات المعالجة الحرارية. توافره الشائع كمنتج منتج وأسلاك لحام (ER5356) يجعله خياراً عملياً للمهندسين الذين يتعاملون مع الهياكل الملحومة في التطبيقات البحرية، النقل، والهندسة المعمارية حيث الأداء الموثوق وعمر الخدمة في بيئات الكلوريد أمر ضروري.