الألمنيوم 6060: التركيب، الخواص، دليل التصلب والاستخدامات

نظرة شاملة

سبائك 6060 هو عضو في سلسلة 6xxx من سبائك الألومنيوم-المغنيسيوم-السيليكون، يقع قريبًا من 6063 و6061 من حيث التركيب الكيميائي ومجال الاستخدام. هو بشكل رئيسي سبيكة Al-Mg-Si حيث يتحد السيليكون والمغنيسيوم لتشكيل نواتج ترسيب Mg2Si التي توفر استجابة تصلب بالشيخوخة أثناء المعالجة الحرارية.

آلية التقوية في 6060 تعتمد على التقسية بالترسيب (قابل للمعالجة الحرارية) بدلاً من التقسية الميكانيكية البحتة، رغم أن بعض الخواص الميكانيكية يمكن تعديلها عبر التقسية بالتشوه في حالات H-temper. الصفات الرئيسية تشمل القوة المتوسطة إلى الجيدة، مقاومة ممتازة للتآكل في البيئات الجوية، قابلية جيدة للبثق واللحام، وشكلية ملائمة في الحالة المعالجة بالتمديد (الأنيل).

تستخدم سبيكة 6060 عادة في الصناعات المعمارية وأنظمة البناء، البثق لأغراض عامة، تزيين السيارات والمكونات الهيكلية ذات الأحمال المنخفضة، وبعض أغطية الأجهزة الإلكترونية وعناصر المشتت الحراري. تُفضّل هذه السبيكة على مثيلاتها عندما يكون توازن قابلية البثق، جودة السطح، مقاومة التآكل، والقوة الاقتصادية مطلوبًا بدلاً من أقصى قوة ذروة.

يميل المصممون إلى اختيار 6060 عندما تكون جودة المقطع البثق، مظهر الأنودة، أو التحكم الدقيق في الأبعاد أولوية، أو عندما تستفيد التطبيقات من محتوى سبائكي منخفض لتبسيط اللحام والتشطيب السطحي. يجمع هذا المزيج بين سهولة التشكيل والتقسية بالشيخوخة مما يجعله اختيارًا عمليًا للملامح الهيكلية متوسطة الحمل والمكونات المعمارية.

أنواع المعالجة الحرارية (Temper)

نوع المعالجة	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية	ممتازة	ممتازة	حالة مُعالجة بالكامل (مأنّاة)، الأفضل للتشكيل والانحناء
H14	متوسطة-منخفضة	متوسطة	جيدة	ممتازة	تم التقسية بالتشوه إلى حالة نصف صلبة، تشكل محدود ممكن
T5	متوسطة	متوسطة	متوسطة	جيدة	تم التبريد من عملية البثق وتم شيخوخته بشكل صناعي، شائع للبثوق
T6	متوسطة-عالية	متوسطة-منخفضة	محدودة	جيدة	معالجة حرارية بالتحليل ثم شيخوخة صناعية لتحقيق أقصى قوة
T651	متوسطة-عالية	متوسطة-منخفضة	محدودة	جيدة	T6 مع تخفيف توتر بواسطة الشد؛ تحسين الاستقرار البعدي

نوع المعالجة الحرارية له تأثير قوي على السلوك الميكانيكي وقابلية التشكيل حيث أن 6060 قابل للتقسية بالشيخوخة ويستجيب لكل من المعالجة بالتحليل والشيخوخة الصناعية وأيضًا لتقسية بالتشوه البارد. المادة المعالجة بتمديد (O) توفر أفضل اللدونة وأدنى مقاومة الخضوع، مما يجعلها الحالة المفضلة للبدء في عمليات التشكيل المكثفة.

حالات المعالجة مثل T5 وT6 تزيد من مقاومات الخضوع والشد عبر ترسيب Mg2Si بشكل منظم، بينما توفر حالات H-temper خصائص وسيطة بالتقسية بالتشوه؛ يتم اختيار النوع حسب إذا كان التشكيل أو اللحام أو الاستقرار البعدي هو الاحتياج الأساسي.

التركيب الكيميائي

العنصر	النطاق %	ملاحظات
Si	0.30–0.60	السيليكون يشكل نواتج ترسيب Mg2Si مع المغنيسيوم لتمكين التصلب بالشيخوخة.
Fe	≤0.35	الحديد هو شوائب يشكل مركبات بينية معدنية؛ ارتفاع الحديد يقلل جودة السطح بعد البثق.
Mn	≤0.10	دور ثانوي؛ يؤثر قليلاً على تركيب الحبوب والقوة.
Mg	0.35–0.60	المغنيسيوم يتحد مع السيليكون لتشكيل نواتج الترسيب المقوية.
Cu	≤0.10	كميات صغيرة قد تزيد القوة لكن تقلل مقاومة التآكل.
Zn	≤0.20	محدود؛ محتوى الزنك الأعلى غير شائع وقد يؤثر على سلوك الترسيب.
Cr	≤0.05	كميات ضئيلة تساعد في التحكم في حجم الحبوب وإعادة التبلور.
Ti	≤0.10	يستخدم عادة كمكرر لحجم الحبوب بكميات صغيرة أثناء صب الأعمدة/القضبان.
عناصر أخرى	≤0.15 لكل منها؛ المجموع ≤0.35	تشمل Ni، Pb، Sn، Bi وبقايا أخرى مع تأثير محدود عند مستويات منخفضة.

السيليكون والمغنيسيوم هما الزوج الفعّال في التصلب بالترسيب؛ حيث يتحكم نسبتهما في حجم وتوزيع نواتج ترسيب Mg2Si. الحديد والشوائب الأخرى تؤثر على جودة سطح البثق وقد تشكل مركبات بينية معدنية خشنة تقلل بعض الشيء من المتانة والجمالية.

العناصر الشاردة مثل الكروم والتيتانيوم تُستخدم بشكل رئيسي لتعديل حجم الحبوب وإعادة التبلور أثناء إنتاج الأعمدة والمعالجات الحرارية الميكانيكية، مما يؤثر على التشطيب السطحي النهائي وتجانس الخواص الميكانيكية.

الخصائص الميكانيكية

تظهر سبيكة 6060 طيفًا واسعًا من السلوك الميكانيكي حسب نوع المعالجة الحرارية وسمك المقطع، وهو أمر نمطي لسبائك Al-Mg-Si القابلة للمعالجة الحرارية. في الحالة المعالجة بالتمديد (O) تقدم السبيكة لدونة ممتازة مع مقاومة خضوع منخفضة، مما يمكن من عمليات السحب العميق والانحناء المعقدة. مع المعالجة بالتحليل والشيخوخة الصناعية المناسبة (T6)، تزيد مقاومات الشد والخضوع بشكل كبير، في حين تقل الاستطالة وقابلية التشكيل تبعًا لذلك.

تزداد الصلادة مع تقسية الترسيب بشكل عام عند الانتقال من O إلى T6، مقترنة بتحسن في مقاومة الخضوع والشد. أداء إجهاد التعب متوسط ويعتمد بشدة على جودة السطح، حالة الإجهاد المتبقي، ووجود مراكز شد أو جزيئات بينية معدنية خشنة. للسمك تأثير ملحوظ: يمكن تحقيق شيخوخة موحدة وخواص متسقة في المقاطع والباثات الرقيقة، بينما قد تظهر الصفائح السميكة تراكيب دقيقة متدرجة تتطلب تعديل المعالجة الحرارية.

يجب على المصممين مراعاة تليين منطقة التأثير الحراري (HAZ) عند لحام السبائك المقواة بالترسيب، واحتمالية الإفراط في التشيخ عند تعريض المكونات لدرجات حرارة مرتفعة أثناء الخدمة أو المعالجات الثانوية.

الخاصة	O/معالجة تمديد	أهم معالجة (T6)	ملاحظات
مقاومة الشد	~100–130 MPa	~170–230 MPa	نطاق الشد يعتمد على المقطع ونوعية معالجة المعالجة.
مقاومة الخضوع	~30–70 MPa	~120–170 MPa	يتم زيادة الخضوع بشكل ملحوظ مع T5/T6؛ قيم H-temper تتوسط بينهما.
الاستطالة	~20–30%	~6–12%	اللدونة تقل مع زيادة القوة وصغر حجم الترسيبات.
الصلادة (HB)	~25–40 HB	~55–75 HB	صلادة برينيل تتناسب مع التشيخ؛ القيم تعتمد على النوعية وطريقة التصنيع.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 جم/سم³	قيمة نموذجية لسبائك الألومنيوم، تستخدم لحساب الكتلة والوزن.
نطاق الانصهار	~610–650 °C	سبائك الألومنيوم تظهر نطاق انصهار أقل من الألومنيوم النقي.
التوصيل الحراري	~160–180 W/m·K	أقل من الألمنيوم النقي لكن ما زال مرتفعًا؛ جيد لتطبيقات التبريد والتشتت الحراري.
التوصيل الكهربائي	~30–35 %IACS	منخفضة مقارنة بالألومنيوم النقي بسبب عناصر السبائك.
السعة الحرارية النوعية	~900 J/kg·K	تعتمد على درجة الحرارة لكنها مفيدة لحسابات إدارة الحرارة.
معامل التمدد الحراري	~23–24 µm/m·K	معامل متوسط يجب أخذه بعين الاعتبار في التركيبات متعددة المعادن.

توفر سبيكة 6060 توصيلًا حراريًا وكهربائيًا جيدًا بين سبائك الألومنيوم الهيكلية، مما يدعم استخدامها في المشتتات الحرارية وأغطية الأجهزة الكهربائية حيث القوة المعتدلة ونقل الحرارة مطلوبان. التوصيل الحراري العالي نسبيًا مع صلابة مقبولة يمنح أداء جيدًا في دورات الحرارة للعديد من التطبيقات غير الحرجة ذات درجات الحرارة المرتفعة.

يجب على المصممين أخذ التمدد الحراري في الاعتبار في التجميعات متعددة المواد، وضرورة مراعاة أن التوصيل الحراري والسعة الحرارية تتغير حسب نوع المعالجة وكمية الشوائب.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك المقاومة	المقاسات الشائعة	ملاحظات
لوح	0.3–6 mm	متجانس في السماكات الرقيقة؛ سهل التشكيل البارد	O, H14, T4	يُستخدم للألواح، الواجهات، الأجزاء الهيكلية الرقيقة
لوحة (Plate)	>6 mm حتى 50 mm	قد تظهر تدرجات في المقاسات بعد المعالجة الحرارية	O, T6	أقل شيوعاً؛ يُستخدم حيث تتطلب القطع المُشكلة سماكات أكبر
بثق	مقاطع عرضية متغيرة	تجانس ممتاز في المقاطع المُشكلة بالبثق	T5, T6, T651	شائع الاستخدام للمقاطع المعمارية والهيكلية
أنبوب	قطر صغير إلى أكثر من 200 mm	اتساق جيد؛ ملحوم أو بدون درزات (seamless)	O, T6	يستخدم للإطارات، السيور الناقلة، وهياكل معالجة السوائل
قضيب/عصا	قطر من عدة ملليمترات حتى 100 mm	سلوك نمطي لمخزون القضبان؛ قابل للتشغيل	O, T6	يُستخدم للقطع المشغولة والتجهيزات الهيكلية الصغيرة

تختلف عمليات التشكيل والمعالجة اللاحقة حسب شكل المنتج بسبب معدلات التبريد، سماكة المقطع، والضغوط المتبقية الناتجة عن عمليات البثق والدرفلة. يميل البثق إلى تحقيق جودة سطح أفضل وتحكم دقيق في الأبعاد، مما يجعله شائعاً في التطبيقات المعمارية التي تتطلب الأكسدة والتسامحات الضيقة.

يفضل استخدام الألواح للتشكيل البارد وأعمال الألواح بسبب قابلية الانحناء الأفضل، في حين أن الألواح والسكاكين السميكة تتطلب معالجة حرارية أكثر عدوانية وقد يصعب توحيد المقاسات بسبب قيود عمليات التبريد.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	6060	الولايات المتحدة الأمريكية	تعيين جمعية الألمنيوم الأمريكية للسبائك المصبوبة.
EN AW	AlMgSi0.5	أوروبا	تعيين أوروبي شائع؛ التركيب الكيميائي يكاد يكون مطابق لعائلة 6060/6063.
JIS	A6060	اليابان	تعيين ياباني للسبائك المصبوبة بتركيب واستخدامات مشابهة.
GB/T	6060	الصين	المعيار الصيني غالباً ما يتوافق مع الحدود الكيميائية والميكانيكية الدولية للدرجة 6060.

تعكس الدرجات المكافئة تراكيب مقاربة وممارسات معالجة متشابهة، لكن الفروق الصغيرة في حدود الشوائب، الخصائص الميكانيكية المطلوبة، ونطاقات العناصر المسموح بها يمكن أن تؤثر على جودة البثق واستجابة التقدم بالعمر. تشير تسميات EN AW الأوروبية غالباً إلى محتوى المغنيسيوم والسيليكون بالكتلة وقد تجمع بين 6060 وسبائك مثل 6063 للاستخدام التجاري.

عند استبدال المواد بين المناطق أو المعايير، يجب مراجعة شهادات المصنع الخاصة للتحقق من التسامحات الحرجة مثل محتوى Fe، الشوائب المتبقية، والخواص الميكانيكية في المقاس المطلوب.

مقاومة التآكل

يُقدم 6060 مقاومة جيدة لتآكل الجو بسبب تكوين طبقة أكسيد الألمنيوم المستقرة والمحتوى المعتدل من السبائك الذي يقلل النشاط الجلفاني مقارنة بالأنظمة ذات السبائك الأعلى. في البيئات الريفية والحضرية، يعمل السبائك بأداء جيد، خصوصاً عند الأكسدة أو الطلاء، كما يقاوم التآكل العام دون الحاجة إلى صيانة مكثفة.

في الأجواء البحرية أو الغنية بالكلورايد، يُعد 6060 مناسباً للعديد من التطبيقات الهيكلية لكنه أقل مقاومة للتآكل النتوءي مقارنة بسبائك 5xxx الغنية بالمغنيسيوم؛ تحسن المعالجات السطحية مثل الأكسدة، الطلاءات، والمواد السكانية الأداء بشكل ملحوظ. يعد تشقق الإجهاد بالتآكل نادراً في 6060 عند القوى النموذجية، لكن التآكل الموضعي قد يتفاقم عند الوصلات المطلية أو المختومة التي تحتجز الكلوريدات في الشقوق.

يجب النظر في التفاعلات الجلفانية عند ربط 6060 مع مواد أكثر نبلاً مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو سبائك النحاس؛ غالباً ما تُستخدم طبقات عازلة أو أنودات تضحية للحد من الهجوم الجلفاني. مقارنةً بسبائك 7xxx ذات القوة العالية، عادة ما يكون 6060 أفضل من حيث مقاومة التآكل لكنه أقل من حيث القوة القصوى ومقاومة التعب.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام
يلحم 6060 بسهولة باستخدام عمليات الانصهار الشائعة مثل TIG وMIG، ويظهر مقاومة منخفضة للتشقق الحراري مقارنة بأنظمة السبائك العالية. تشمل سبائك الحشو الموصى بها ER4043 (Al‑Si) وER5356 (Al‑Mg) حسب الحاجة لمقاومة التآكل أو قوة أعلى في اللحام. ستلين مناطق التأثير الحراري في المقاسات المعالجة مسبقاً أثناء التعتيق مع تآكل الترسيبات، لذا يجب النظر في تصميم اللحام والمعالجة بعد اللحام أو الاستعادة الميكانيكية للوصلات الحاملة للأحمال.

قابلية التشغيل
تُعتبر قابلية التشغيل ل6060 معتدلة؛ ليس من السبائك سهلة التشغيل لكنها تستجيب جيداً لأدوات الكربيد، الهندسيات الحادة، والتركيبات الصلبة. سرعات القطع والتغذية في التشغيل والتفريز متوسطة مقارنة بالألمنيوم الخالص والسبائك الأشد صلابة، ويُحسن التبريد بالزيوت الأداء ويقلل تراكم الطبقات على القطعة ويحسن جودة السطح. تكون الرقائق عادة مستمرة ولينة؛ تساعد إجراءات التحكم في الرقائق مثل الأدوات المتقطعة أو مكسرات الرقائق في زيادة الإنتاجية.

قابلية التشكيل
تُعتبر القابلية ممتازة في المقاس المعاد تنعيمه (O)، مما يسمح بانحناءات حادة، عمليات سحب عميقة، وأشكال بثق معقدة مع خطر انفصال منخفض. في مقاسات T5/T6، تنخفض القابلية بشكل ملحوظ، ويجب حساب ارتداد الزنبرك في تصميم الأدوات؛ يمكن تحقيق أنصاف قطر انحناء صغيرة في O لكن تتطلب أنصاف أقطار أكبر أو تنعيمًا متوسطًا للمقاسات T. عند التشكيل البارد إلى المقاسات H يُوصى بالتشكيل التدريجي لتجنب العيوب السطحية والسيطرة على التسامحات البعدية النهائية.

سلوك المعالجة الحرارية

6060 هو سبيكة Al-Mg-Si قابلة للمعالجة الحرارية وتتبع مسار التمحل والتعتيق المشابه لسلسلة السبائك. تُجرى معالجة التمليس عادة عند 520–560 °C لإذابة Mg2Si في محلول صلب مشبع فوق اللازم، تتبعها عملية تبريد سريع (عادة تبريد بالماء) للحفاظ على ذرات المذاب في المحلول. تتفاوت دورات التعتيق الصناعي لكنها عادة تحدث بين 160–220 °C لساعات عدة لترسيب جزيئات زيتيِّة دقيقة من Mg2Si تزيد من القوة؛ يشير T5 إلى التبريد بعد التصنيع متبوعاً بالتعتيق الصناعي، بينما يشير T6 إلى المعالجة الكاملة للحلجيز متبوعة بالتعتيق الصناعي.

يشير T651 إلى T6 مع تمديد أو تخفيف إجهادات مُتحكم به لتقليل الضغوط والمتضررات المتبقية. يحدث التعتيق الطبيعي (درجة حرارة الغرفة) بدرجة معينة بعد التبريد ويمكن أن يغير الخصائص الميكانيكية خلال أيام إلى أسابيع؛ في الإنتاج يتم التحكم فيه بتحديد المقاسات وجداول التعتيق المناسبة. يؤدي التعتيق المُفرط عند درجات الحرارة المرتفعة إلى تآكل الترسيبات، انخفاض مقاومة الخضوع وزيادة اللدونة.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

تنخفض قوة 6060 مع زيادة الحرارة مع تآكل الترسيبات وزيادة انتشار المذاب؛ تتمثل درجة الحرارة المستدامة المفيدة للتحميل الميكانيكي عموماً بحوالي 100–150 °C. فوق هذه الدرجات، يحدث انخفاض كبير في مقاومات الخضوع والشد وقد تتأثر استقرارية الأبعاد بعمليات الاستعادة والتعتيق المُفرط. تأكسد الألمنيوم محدود نسبياً مقارنة بالسبائك الحديدية بسبب تشكيل طبقة حماية من Al2O3، لكن التعرض طويل الأمد لدرجات حرارة مرتفعة قد يؤثر على مظهر السطح وخصائص الأكسدة.

المناطق الملحومة ومناطق التأثير الحراري حساسة بشكل خاص لفقدان القوة نتيجة ذوبان أو تآكل الترسيبات، لذا يجب التفكير في تصميم القطع ذات السماكات الأكبر، استخدام سبائك بديلة، أو تنفيذ معالجات بعد اللحام للتحكم في الخصائص الميكانيكية للخدمة عند درجات حرارة مرتفعة.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	لماذا يُستخدم 6060
المعماري / البناء	إطارات النوافذ والأبواب، مقاطع الحوائط الستارية	سهولة البثق، مظهر الأكسدة والتحكم الدقيق في الأبعاد
السيارات	التشطيبات، القضبان، مقاطع هيكلية منخفضة الحمل	توازن بين سهولة التصنيع والقوة المعتدلة
البحري	العناصر الهيكلية غير الحرجة، الحواجز	مقاومة تآكل معقولة وخيارات جودة سطح متنوعة
الإلكترونيات	الأغطية والحاويات المبردة للحرارة	معدل انتقال حراري جيد وسهولة تشكيل مقاطع معقدة
التصنيع العام	الأنابيب، الدرابزين، إطارات الأثاث	قابلية التشكيل وجودة التشطيب لتطبيقات المستهلك

يُستخدم 6060 على نطاق واسع حيث يكون مظهر المقاطع، سلوك الأكسدة، والإنتاج الاقتصادي للمقاطع المعقدة مهمة. قوة معتدلة، مع جودة سطح ممتازة وأداء مقاومة التآكل يجعله متعدد الاستخدامات للمكونات الهيكلية غير عالية القوة والعناصر الزخرفية في البناء.

نصائح للاختيار

عند اختيار 6060، يُفضّل التطبيقات التي تتطلب سهولة البثق، جودة أكسدة متسقة، وقوة معتدلة بدلاً من الأداء الميكانيكي الأقصى. اختر المقاس المعاد تنعيمه (O) للمكونات التي تتطلب تشكيل مكثف، وT5/T6 عند الحاجة إلى ثبات أبعاد عالي وقوة أكبر بعد المعالجة.

مقارنة بالألمنيوم التجاري النقي (1100)، يفقد 6060 بعض الفعالية في التوصيل الكهربائي والحراري وقابلية التشكيل بشكل طفيف مقابل زيادة كبيرة في القوة وتحسن في الاستقرار الميكانيكي. مقارنة بالسبائك المقواة بالعمل مثل 3003 أو 5052، يوفر 6060 قوة أعلى محتملة من خلال التقسية بالتسبيب مع الحفاظ على مقاومة جيدة للتآكل، على الرغم من أن سبائك 5xxx تحتفظ بمقاومة أفضل للتآكل البحري في البيئات ذات الملوحة العالية من الكلوريدات. مقارنة بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية ذات الصلة مثل 6061 أو 6063، غالبًا ما يُفضل 6060 لتحسين سطح البثق والتحكم في الأبعاد رغم أن القوة القصوى الممكن تحقيقها أقل من 6061؛ يُختار 6060 عندما تكون سهولة البثق وجمالية التأكسد الأنودي أهم من متطلبات القوة القصوى.

الملخص الختامي

تظل سبيكة 6060 خيارًا عمليًا وملائمًا للألمنيوم المستخدم في المقاطع المبثوقة والتطبيقات ذات الأحمال المتوسطة بفضل مزيجها من سهولة البثق، جودة تشطيب السطح، مقاومة التآكل، واستجابة متوقعة للتقسية بالعمر. تجعلها مجموعة خصائصها المتوازنة حلاً اقتصاديًا للمهام المعمارية، قطع السيارات، والتصنيع العام حيث تكون القابلية للتشكيل والتشطيب ذات أهمية توازي الأداء الميكانيكي.