ألمنيوم 6063A: التركيب، الخصائص، دليل التلدين والتطبيقات

نظرة شاملة

تنتمي سبائك الألمنيوم 6063A إلى سلسلة 6xxx، وهي عائلة تتميز بتركيب كيميائي ألومنيوم-مغنيسيوم-سيليكون مصمم خصيصًا للسباكة (الإكستروجن) وقوة معتدلة من خلال التقسية بالتعبير. العناصر المضافة الرئيسية هي السيليكون والمغنيسيوم، اللذان يتفاعلان لتشكيل ترسيبات Mg2Si التي توفر قدرة على التقسية بالعمر عند معالجة السبيكة حراريًا.

6063A هو سبيكة قابلة للمعالجة الحرارية؛ حيث يتم تحقيق التقوية بشكل رئيسي من خلال المعالجة الحرارية بالإنصهار، التبريد السريع، ثم التقدم الاصطناعي للعمر لتكوين ترسيبات دقيقة من Mg2Si. تشمل الصفات الهامة للمادة سهولة السباكة، سطح نهائي جذاب بعد الأكسدة (الأنودة)، قوة ميكانيكية معقولة للمقاطع الإنشائية، ومقاومة ممتازة للتآكل بالمقارنة مع العديد من السلاسل المعالجة بالتصلب العمل.

الصناعات النموذجية التي تستخدم 6063A تشمل أنظمة البناء المعمارية (إطارات النوافذ، الجدران الستائرية، الزينة)، السبائك الإنشائية لأغراض عامة، مكونات النقل، ومنتجات البناء حيث تكون تعقيدات المقطع وجودة السطح مهمة. يختار المهندسون 6063A بدلاً من السبائك الأخرى عندما يتطلب الأمر مزيجًا من سهولة السباكة الممتازة، استجابة جيدة للأكسدة، وتوازن بين القوة وقابلية التشكيل وليس القوة القصوى.

غالبًا ما يتم اختيار 6063A بدلاً من المتغيرات الأقسى من سلسلة 6xxx عندما تكون جودة السطح الدقيقة والسيطرة على أبعاد السباكة أولوية. توفر السبيكة قابلية لحام جيدة وقابلية تشغيل جيدة مقارنةً بسبائك الألمنيوم الأخرى الموجهة للسباكة، مما يتيح إنتاجًا اقتصاديًا للمقاطع المعقدة التي تتطلب معالجة لاحقة مثل الأكسدة أو الطلاء.

المطابقات الحرارية

مطابقة حرارية	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية	ممتازة	ممتازة	مخمرة بالكامل؛ أقصى ليونة للتشكيل
H12	منخفضة-متوسطة	معتدلة	جيدة	ممتازة	تصلب خفيف غير قابل للانعكاس; تشكيل محدود
H14	متوسطة	معتدلة	متوسطة	ممتازة	مطابقة تجارية شائعة لقوة معتدلة
T1	متوسطة	معتدلة	جيدة	ممتازة	مبردة من العمل الساخن ومعمرة طبيعيًا
T4	متوسطة	معتدلة	جيدة	ممتازة	معالجة حرارية بالإنصهار ومعمرة طبيعيًا
T5	متوسطة-عالية	معتدلة	متوسطة	ممتازة	مبردة من العمل الساخن ومعمرة صناعيًا
T6	عالية	معتدلة-منخفضة	محدودة	جيدة	معالجة بالإنصهار، تبريد سريع، وعمر اصطناعي؛ أقصى قوة
T651	عالية	معتدلة-منخفضة	محدودة	جيدة	معالجة بالإنصهار، تخفيف إجهاد بالشد، عمر اصطناعي
T66	عالية	معتدلة-منخفضة	محدودة	جيدة	مبالعمر المفرط قليلًا لتحسين الثبات ضد تشقق الإجهاد

تتحكم المطابقة الحرارية بشكل رئيسي في التوازن بين القوة والليونة في 6063A. توفر المطابقات المخمرة والمُعالجة خفيفة العمل أفضل قابلية للتشكيل للثني والتشكيل المعقد، في حين تقدم T5/T6 ومتغيراتها المستقرة أعلى القوى العملية للتطبيقات الإنشائية.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة المئوية	ملاحظات
Si	0.2–0.6	السيليكون يتحد مع المغنيسيوم لتكوين ترسيبات Mg2Si؛ يتحكم في سهولة السباكة والقوة
Fe	≤0.35	الحديد شائبة تقلل مقاومة التآكل ويمكن أن تشكل مركبات هشة بين الفلزات
Mn	≤0.10	كميات صغيرة قد تحسن القوة هامشيًا ولكن عادة ما تُحد للحفاظ على سهولة السباكة
Mg	0.45–0.9	يساهم المغنيسيوم في التقسية بالتعبير؛ المسؤول الرئيسي عن القوة
Cu	≤0.10	تحفظ نسبة النحاس منخفضة لتقليل القابلية لتشقق الإجهاد
Zn	≤0.10	يُحد الزنك لتجنب التشقق الحار وللحفاظ على خصائص الأكسدة
Cr	≤0.10	الكروم يتحكم في بنية الحبيبات ويقلل من إعادة التبلور أثناء المعالجة
Ti	≤0.10	التيتانيوم يُستخدم كمُنقٍ للحبيبات في الصب والسبايك
عناصر أخرى	≤0.15 إجمالي	عناصر أخرى (كل منها ≤0.05) قد تكون موجودة كمخلفات أو إضافات طفيفة

يعتبر نسبة السيليكون إلى المغنيسيوم الكيمياء المحددة لسلسلة 6xxx؛ حيث يحدد التوازن الصحيح حجم واستقرار ترسيبات Mg2Si، التي تتحكم بشكل مباشر في أقصى قوة يمكن تحقيقها واستجابة السبيكة للعمر. تؤثر العناصر الطفيفة والشوائب على سلوك السباكة، جودة السطح، استجابة الأكسدة، وقابلية تكوين المركبات بين الفلزية أثناء الصهر والتصلب.

الخصائص الميكانيكية

يتغير سلوك الشد لـ6063A بشكل كبير تبعًا للمطابقة الحرارية وسماكة المقطع العرضي. في الحالة المخمرة، تظهر السبائك مقاومات خضوع وشد منخفضة ولكن ليونة واستطالة عالية، مما يسهل عملية السحب العميق وانحناءات ضيقة. في المطابقات T5/T6، تتطور السبيكة إلى مقاومات شد وخضوع أعلى بشكل ملحوظ نتيجة التقسية بالتعبير، مع تقليل مصاحب في الاستطالة وقابلية التشكيل البارد.

قوة الخضوع تعتمد على المطابقة الحرارية والتاريخ الحراري؛ تقنيات الخضوع النموذجية للمطابقات الإنشائية الشائعة تتراوح بين 70–170 MPa حسب المطابقة والسماكة، بينما تتراوح مقاومة الشد النهائية عادة من ~115 MPa في حالة O حتى ~215–260 MPa في T6. تقاس الصلادة بمقياس برينل HB، حيث تكون المادة المخمرة ناعمة نسبيًا في حين تصل المطابقات المعمرة اصطناعيًا إلى قيم برينل تدعم التشغيل والاستخدام الإنشائي.

أداء التعب جيد بشكل عام للمقاطع المسبوكة دون عيوب سطحية شديدة؛ تتأثر عمر التعب بجودة السطح، النتوءات، والإجهادات المتبقية الناتجة عن التشكيل أو اللحام. تؤثر السماكة وشكل المقطع على الأداء الميكانيكي: تصل المقاطع الرقيقة والألواح إلى أقصى قوى المطابقة بشكل أسرع أثناء التقدم بالعمر، في حين قد تتطلب المقاطع السميكة معالجة انصهار ممتدة لمعادلة وتطوير الصلادة القصوى بالكامل.

الخاصية	O/مخمرة	مطابقة رئيسية (مثل T6)	ملاحظات
قوة الشد	~110–160 MPa	~215–260 MPa	النطاق يعتمد على سماكة المقطع وتجانس المعالجة الحرارية
قوة الخضوع	~40–90 MPa	~140–170 MPa	قوة الخضوع تزيد بشكل ملحوظ مع العمر الصناعي
الاستطالة	~20–30%	~6–12%	الليونة تقل في حالات العمر الذروي
الصلادة	~30–40 HB	~60–75 HB	ترتبط بحالة الترسيب وكثافة التشوهات

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 g/cm³	قيمة نموذجية لسبائك الألمنيوم المسبوكة؛ تسهم في قوة نوعية عالية
نطاق الانصهار	~582–652 °C	النافذة الاسمية للصلابة-الانصهار لتركيبات Al–Mg–Si؛ يجب تجنب الصهر الجزئي أثناء المعالجة
التوصيل الحراري	~150–200 W/m·K	توصيل عالي مفيد لتبديد الحرارة؛ يختلف حسب المطابقة والعناصر المضافة
التوصيل الكهربائي	~30–45 % IACS	أقل من الألمنيوم النقي بسبب الإضافات؛ مقبول للعديد من المكونات الكهربائية
السعة الحرارية النوعية	~900 J/kg·K	سعة حرارية جيدة لتخفيف الحرارة أثناء التشغيل
التمدد الحراري	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	تمدد نموذجي للألمنيوم؛ مهم للأجزاء المجمعة مع مواد مختلفة

يجمع 6063A بين كثافة منخفضة وتوصيل حراري وكهربائي مرتفع نسبيًا، مما يجعله مناسبًا للمبادلات الحرارية ومكونات البناء المعماري حيث يكون الوزن والأداء الحراري عاملين مهمين. يتطلب نطاق الانصهار وسلوك التصلب سبائك وقوالب مصبوبة ومحكمة التحكم لتجنب التكتلات المعدنية غير المرغوبة وضمان خصائص ميكانيكية متجانسة على طول الأطوال المسبوكة.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	التمپرات الشائعة	ملاحظات
لوح (Sheet)	0.5–6 mm	متجانس، يمكن بتدويره على البارد الوصول إلى تمپرات H	O, H14, H24	يُستخدم للألواح، الواجهات، والمكونات التي تتطلب تشطيب سطح
لوحة (Plate)	6–25 mm	الأجزاء السميكة تستجيب ببطء للمعالجة الحرارية	O, T6 (محدود)	أقل شيوعًا بسبب التركيز على البثق؛ قد يتطلب أوقات معالجة أطول للحل
بثق (Extrusion)	مقاطع عرضية معقدة، ملفات تعريف 1–100+ mm	خصائص اتجاهية ممتازة؛ تعتمد القوة على التبريد والشيخوخة	T5, T6, T651	السوق الرئيسي لـ6063A؛ تحكم ابعادي ممتاز وتلميع سطح عالي
أنبوب (Tube)	Ø صغير إلى كبير، سماكة الجدار متغيرة	مماثل للبثقات؛ يمكن أن يكون سلسًا أو ملحومًا	O, T6	يُستخدم للأنابيب المعمارية، الإطارات، والعناصر الهيكلية
قضيب/عمود (Bar/Rod)	Ø 3–50 mm	مقاطع صلبة تُستخدم لأجزاء مُشكّلة بالتشغيل	O, T6	شائع لأشكال المخزون التي تُشغل إلى تركيبات وأجهزة

البثق هو شكل المنتج السائد لـ6063A نظرًا لتوازنه الدقيق في سيولته داخل السبيكة واستقراره في قالب السحب، مما ينتج ملفات طويلة ذات تحمّلات ضيقة. تُعالَج الألواح والصفائح عن طريق الدرفلة وقد تُزوَّد في حالات معالجة مريحة (مطفأة) أو مقسية جزئيًا؛ الألواح السميكة أقل شيوعًا لأن 6063A مصممة بشكل أمثل للبثق بدلاً من الاستخدامات الثقيلة للقطع السميكة.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	6063A	الولايات المتحدة	تصنيف Aluminum Association؛ مستخدم شائع في المواصفات الأمريكية الشمالية
EN AW	6063	أوروبا	EN AW-6063 (AlMgSi) هو المكافئ الأوروبي؛ تركيب كيميائي وتمپرات مشابهة
JIS	A6063	اليابان	JIS A6063 يتوافق مع تراكيب Al–Mg–Si المستخدمة في المواصفات اليابانية
GB/T	6063	الصين	GB/T 6063 يتطابق إلى حد كبير مع AA 6063 من حيث الكيمياء والمتطلبات الميكانيكية

المعايير بين المناطق متشابهة وظيفيًا لكنها قد تفرض حدودًا مختلفة قليلاً على عناصر الشوائب، هيكل الحبيبات، وطرق قبول البثق. يمكن أن تؤثر هذه الاختلافات التنظيمية الدقيقة على تأهيل الموردين وسلوك الأكسدة الكهربائية، لذا يجب أن تشير مواصفات الشراء إلى كل من تسمية السبائك والمعيار الحاكم عند التوريد الدولي.

مقاومة التآكل

يتمتع 6063A بمقاومة جيدة لتآكل الجو بسبب محتواه المنخفض نسبيًا من النحاس وتكوين طبقة أنودية مستقرة، مما يجعله مناسبًا للاستخدام الخارجي المعماري. السبائك تُخضع للأكسدة الكهربائية بشكل متجانس، منتجة طبقات أكسيد جذابة ومقاومة للتآكل، تُستخدم على نطاق واسع في أسواق الواجهات وإطارات النوافذ.

في البيئات البحرية وذات المحتوى العالي من الكلوريد، يؤدي 6063A أداءً مقبولًا للعديد من التطبيقات الهيكلية، رغم أن التعرض المستمر للرذاذ أو الترطيب يمكن أن يسبب تنقرًا على الأسطح الخشنة أو المتضررة ميكانيكيًا. تدابير مثل الطلاءات الوقائية، الصرف المناسب، والأكسدة الكهربائية تساعد في تقليل التآكل الموضعي في البيئات العدائية.

حساسية التشقق بالشد الناتج عن التآكل (SCC) أقل في 6063A مقارنة ببعض السبائك ذات نسبة النحاس الأعلى، لكنها لا تزال ممكنة تحت الإجهادات المتبقية الشدية وبيئات التآكل الشديدة. يجب أخذ التفاعلات الكهروكيميائية مع المعادن النبيلة بعين الاعتبار؛ عند ربطه بفولاذ أو سبائك نحاسية، يعمل 6063A كمصعد ويجب عزله كهربائيًا أو تصميمه مع أقطاب تضحيات حيثما يكون التحكم في التآكل ضروريًا.

مقارنة مع سبائك 5xxx (Al–Mg)، يقدم 6063A عمومًا أداء أفضل في الأكسدة الكهربائية وتشطيب السطح لكنه يقلل قليلًا من مقاومة بعض أنواع التآكل المائي؛ مقارنةً بسبائك عالية القوة 2xxx/7xxx، يوفر 6063A أداءً أفضل بكثير على المدى الطويل بفضل انخفاض محتوى النحاس والزنك.

خصائص التصنيع

القابلية للحام

يُلحَم 6063A جيدًا بعمليات اللحام الانصهاري الشائعة مثل TIG وMIG، مكونًا وصلات قوية عند اختيار سبائك التعبئة المناسبة (عادةً 4043 أو 5356 حسب متطلبات الوصلة). مخاطر التشقق الساخن معتدلة في 6063A لكن يُنصح بالانتباه لتصميم الوصلات وتقليل تلوث حمام اللحام للحفاظ على مظهر السطح. مناطق التأثير الحراري (HAZ) قد تطرأ عليها تليين جزئي في تمپرات التصلب؛ يجب على المصممين الأخذ بعين الاعتبار انخفاض القوة المحلية والتخطيط للمعالجة الحرارية بعد اللحام أو استخدام سبائك تعبئة ذات قوة أعلى إذا دعت الحاجة.

سهولة التشغيل

سهولة التشغيل ل6063A متوسطة إلى جيدة؛ يُشغل بشكل أسهل من العديد من أنواع 6xxx عالية القوة بسبب توازن الصلادة والليونة في التمپرات الشائعة. أدوات الكربيد توفر عمر أداة طويل عند سرعات قطع نموذجية، والسيطرة على الشظايا قابلة للإدارة إذا تم ضبط إمدادات التغذية حسب سماكة المقطع والتمپر. تساعد سوائل القطع الصناعية أو القابلة للذوبان في الحفاظ على تشطيب السطح وتقليل تراكم الحواف عند تشغيل مكونات مؤكسدة كهربائيًا أو ذات أهمية بصرية.

سهولة التشكيل

سهولة التشكيل ممتازة في التمپر المريح (O) والتمپرات المعالجة خفيفًا، مما يسمح بأقطار ثني ضيقة وعمليات تشكيل معقدة؛ الارتداد النابضي متوقع في المقاطع المبثوقة ويمكن تعويضه في تصميم القالب. تقلل التمپرات المشغولة على البارد والمشيخوخة القصوى من سهولة التشكيل وتزيد خطر التشقق أثناء الثني؛ للقطع المشكّلة والمعالجة حراريًا لاحقًا، اختيار T4 أو المعالجة الحرارية للحل بعد التشكيل استراتيجية إنتاج شائعة.

سلوك المعالجة الحرارية

6063A سبيكة قابلة للمعالجة الحرارية وتعتمد بشكل رئيسي على تقوية بفعل ترسيب Mg2Si. عادةً تشمل معالجة الحل تسخينًا إلى حوالي 520–560 °C لإذابة المكونات القابلة للذوبان، تليها تبريد سريع للحفاظ على محلول صلب مشبع فوق اللازم. تلي المعالجة الشيخوخة الاصطناعية (T5/T6) التبريد أو التبريد المتحكم فيه وتُجرى في درجات حرارة بين 160–200 °C لأوقات مُعدَّلة لتحقيق القوة المستهدفة والثبات البُعدي.

انتقالات تمپر T تشمل T4 (معالجة حل وشيخوخة طبيعية)، T5 (تُبرد بعد التشغيل الساخن وشيخوخة اصطناعية)، وT6 (معالجة حل، تبريد، وشيخوخة اصطناعية). الإصدارات مثل T651 تضيف تمددًا لإزالة الشدود بهدف تقليل التشوهات المتبقية. الشيخوخة المفرطة (T7/T66) تضحي ببعض القوة مقابل تحسين الاستقرار والمقاومة لتشقق التآكل بالشد، وتُستخدم عند التعرض الحراري أثناء الخدمة أو الحاجة إلى ثبات الأبعاد.

التقوية غير المعالجة حراريًا محدودة؛ تستخدم تمپرات سلسلة H الخفيفة العمل الميكانيكي لرفع القوة لكنها لا تحقق المستويات المتوفرة عبر تقوية الترسيب. تُستخدم المعالجة الكاملة (O) حيثما تكون الليونة وسهولة التشكيل القصوى مطلوبة قبل العمليات اللاحقة.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

تقتصر درجات حرارة الخدمة ل6063A بفقدان تقوية الترسيب وتسريع الانتشار؛ تُحافظ القوة العملية عادةً حتى حوالي 100–150 °C، لكن يحدث تليين كبير عند درجات حرارة مستمرة أعلى. مقاومة الزحف متواضعة؛ للتطبيقات ذات درجات الحرارة المرتفعة المستمرة، يختار المصممون عادةً سبائك ذات قدرة حرارية أعلى أو يطبقون هوامش تصميم.

الأكسدة في الهواء ليست شديدة لأن الألمنيوم يشكل طبقة أكسيد حماية، لكن التعرض الحراري العالي يمكن أن يغيّر تشطيب السطح ويُضعف الطبقات المؤكسدة كهربائيًا. مناطق التأثير الحراري المجاورة للحام يمكن أن تتعرض لتكبير جزيئات الترسيب وانخفاض الخصائص الميكانيكية إذا تعرضت لدرجات حرارة مرتفعة بعد اللحام. للأجزاء المعرضة للتسخين المتقطع، يمكن لتحسين تمپرات الشيخوخة المفرطة أن يعزز الاستقرار البُعدي على حساب القوة القصوى.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام 6063A
المعماري	إطارات النوافذ، مقاطع الجدران الستائرية	سهولة البثق الممتازة، الأكسدة الكهربائية، تشطيب السطح
البناء	إطارات الأبواب، الدرابزين، التشطيبات	مقاومة جيدة للتآكل وسهولة التشكيل للأشكال المعقدة
النقل	تشطيبات المركبات الخفيفة، مقاطع هيكلية داخلية	نسبة قوة إلى وزن ملائمة ومظهر سطحي جيد
البحرية	تجهيزات سطح غير هيكلية، التشطيبات	مقاومة التآكل والقدرة على الأكسدة للتحسين الجمالي
الإلكترونيات	مشتتات حرارية، أغطية	موصلية حرارية وسهولة البثق للأزرع التبريد
المنتجات الاستهلاكية	إطارات الأثاث، الأدوات الرياضية	مزيج من سهولة التشكيل، التشطيب، والتكلفة الفعالة

يهيمن 6063A بشكل خاص حيثما تكون المقاطع المبثوقة الطويلة والمعقدة مع تشطيبات سطح عالية الجودة مطلوبة، خاصة عندما يكون الأكسدة الكهربائية أو الطلاء بعد العملية جزءًا من مواصفات المنتج. يجعل توازن السبائك من الخواص الميكانيكية، الحرارية، والسطحية اختيارًا اقتصاديًا عبر العديد من الاستخدامات الهيكلية غير الشديدة.

رؤى الاختيار

اختر 6063A عندما تكون تعقيدات البثق، تشطيب السطح (الأكسدة الكهربائية)، والقوة الهيكلية المعتدلة هي العوامل الرئيسية في التصميم. إذا كانت القوة القصوى مطلوبة، قد تكون سبائك 6xxx أو 7xxx الأقوى خيارًا أفضل، لكنها غالبًا ما تتنازل عن قابلية الأكسدة وجودة السطح.

بالمقارنة مع الألمنيوم النقي تجاريًا (1100)، تقدم 6063A قوة أعلى وقابلية أفضل للبثق على حساب انخفاض طفيف في الموصلية الكهربائية وقابلية تشكل أقل قليلًا؛ قد يُختار 1100 عندما تكون الموصلية الكهربائية أو الحد الأقصى للدكتيلية أمرًا بالغ الأهمية. وبالمقارنة مع السبائك المقسمة ميكانيكيًا مثل 3003 أو 5052، توفر 6063A قوة أعلى يمكن تعزيزها بالتقدّم في السن ومتانة عالية للتأنق والطلاء بالأنودة، لكنها قد تكون أقل مقاومة في بعض بيئات الكلوريد المسببة للتآكل. مقارنة مع 6061، تُفضّل 6063A عند الحاجة إلى جودة سطح أفضل للبثق وتفاصيل أدق رغم انخفاض قوة الذروة؛ يُختار 6061 عندما تكون القوة الإنشائية الأعلى ومقاومة الكسر ذات أولوية.

يُراعى توفر المادة، التكلفة، ومتطلبات التشطيب عند اتخاذ قرار الاختيار: حيث تُخزّن 6063A عادةً للبُرْد والبروفيلات المعمارية، مما يقلل من أوقات التسليم وتكاليف المعالجة مقارنة بالسبائك الأقل شيوعًا.

ملخص ختامي

تظل 6063A سبائك ألومنيوم مستخدمة على نطاق واسع لأنها تجمع بين قابلية بثق ممتازة، استجابة جيدة للطلاء بالأنودة، وتوازن مفيد بين القوة وقابلية التشكل للبروفيلات المعمارية والإنشائية. كما تجعلها تعدد طرق التصنيع وسلوكها المتوقع في المعالجة الحرارية خيارًا عمليًا للمصممين الباحثين عن أداء موثوق وتشطيبات سطح جذابة في تطبيقات الألمنيوم متوسطة القوة.