ألمنيوم 6067: التركيب، الخواص، دليل الحالة الحرارية والتطبيقات

نظرة شاملة

AA 6067 هو عضو في سلسلة سبائك الألمنيوم 6xxx، وهي سبائك Al-Mg-Si قابلة للمعالجة بالحرارة، تُستخدم عادةً في تطبيقات الهيكلية والبثق. تضاف إلى السبيكة بشكل رئيسي عناصر المغنيسيوم والسيليكون لتشكيل ترسيبات Mg2Si لتقوية السبيكة، مع إضافات محكمة من النحاس والكروم والتيتانيوم وعناصر أثرية لتعديل القوة والثبات الحراري.

آلية التقوية في 6067 تعتمد أساسًا على تصلب الترسيبات بالإضافة إلى إمكانية العمل البارد بعد التشكيل؛ وهي سبيكة قابلة للمعالجة بالحرارة تقدم خيارات T5/T6/T651 لمقاومة مرتفعة، وO/H لمزايا تشكيل محسّنة. من الخصائص الرئيسية نسب القوة إلى الوزن العالية مقارنة بسلاسل 1xxx/3xxx الشائعة، ومقاومة جيدة للتآكل النموذجية لعائلة 6xxx، وقابلية لحام جيدة بالاختيار المناسب للحشو، وتشكيل متوسط يتناقص في الحالات ذات التقدم بالشيخوخة.

القطاعات الصناعية التي تعتمد على 6067 تشمل عادةً الفضاء والدفاع للبُنى والبلاطات المسبوكة، والسكك الحديدية والنقل الثقيل للبروفيلات المسبوكة عالية القوة، والقطاعات المدنية والصناعية المتخصصة التي تحتاج إلى توازن بين القوة العالية وقابلية التشغيل ومقاومة التآكل. يختار المهندسون 6067 عندما يحتاجون إلى قوة أعلى بعد التبريد والتقدّم بالشيخوخة مقارنة بـ6061 أو 6063 مع الاحتفاظ بقابلية بثل معقولة وثبات حراري جيد للأقسام السميكة.

أنواع التصلب (Tempering)

نوع التصلب	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية (20–35%)	ممتازة	ممتازة	مُخمَّد بالكامل؛ الأفضل للتشكيل والثني
H14	متوسطة	متوسطة (10–20%)	جيدة	ممتازة	تصلب نتيجة الشد حتى قوة متوسطة
T5	متوسطة-عالية	متوسطة (8–15%)	متوسطة	جيدة	مبردة من درجة حرارة مرتفعة ومصانة اصطناعيًا
T6	عالية	متوسطة-منخفضة (8–12%)	محدودة	جيدة	معالجة حرارية للحل والتقدم بالشيخوخة لتحقيق أقصى قوة
T651	عالية	متوسطة-منخفضة (8–12%)	محدودة	جيدة	معالجة حرارية للحل، تخفيف إجهادات عن طريق الشد، ثم تقدم بالشيخوخة
T6511	عالية	متوسطة-منخفضة (8–12%)	محدودة	جيدة	مماثلة لـT651 مع إجراءات استقامة مختلفة
H111 / H112	متوسطة	متغيرة (10–20%)	جيدة	ممتازة	أنظمة تجارية للبروفيلات المسبوكة مع مخمد جزئي

يؤثر نوع التصلب بشكل كبير على التوازن بين القوة وقابلية التصنيع للـ6067؛ تعطي حالات O وH1x أفضل دكتيلية ويفضل استخدامها في عمليات التشكيل الشديدة. تحقق حالات الذروة (T6/T651) أقصى مقاومة للشد والخضوع لكنها تقلل من القدرة على الثني وتزيد حساسية ناعومة منطقة تأثير الحرارة أثناء اللحام.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة %	ملاحظات
Si	0.4–0.8	يشكل ترسيبات Mg2Si؛ يتحكم في القوة وسلوك البثق
Fe	0.3–0.7	عنصر شائبة؛ زيادة Fe تقلل الدكتيلية وتعزز تكون مركبات بين فلزية
Mn	0.05–0.20	إضافات منخفضة للتحكم في بنية الحبوب وتحسين الصلابة
Mg	0.6–1.1	العنصر الرئيسي للتقوية بالتعاون مع Si
Cu	0.15–0.4	إضافة صغيرة لرفع القوة وتحسين استجابة التقدم بالشيخوخة
Zn	0.0–0.25	عادة منخفض؛ الزيادات قد تغير السلوك في التقدم بالشيخوخة والتآكل
Cr	0.05–0.25	يتحكم في بنية الحبوب ويقلل من قابلية إعادة التبلور
Ti	0.04–0.15	مكرر حبيبات للسبائك المسبوكة والمسبوكة بالبثق ويثبت الهيكل
عناصر أخرى (لكل منها)	≤0.05	عناصر متبقية (Ni, Pb, Sn) مضبوطة، المجموع ≤0.15–0.20

يتم ضبط نظام Al-Mg-Si في 6067 بحيث تتحد Mg وSi لتشكيل ترسيبات Mg2Si قابلة للتحكم أثناء التقدم بالشيخوخة؛ تضيف القليل من Cu وCr تعديلات على كيمياء وتوزيع الترسيبات لزيادة مقاومة الخضوع وتحسين الثبات عند درجات حرارة مرتفعة. وتبقى العناصر الأثرية والحد الأقصى للشوائب منخفضة للحفاظ على الصلابة وقابلية التشغبل وقابلية اللحام.

الخواص الميكانيكية

سلوك الشد لـ6067 يشبه سبائك 6xxx القابلة للمعالجة بالحرارة: يظهر حد خضوع واضح في حالات التصلب الذروة يتبعه تصلب تدريجي مع الإجهاد. في الحالة المخمدة، تظهر السبيكة استطالة عالية وحد خضوع منخفض، ثم تتحول إلى مقاومة خضوع وقوة شد أعلى بكثير بعد المعالجة الحرارية بالتسخين، التبريد، والتقدم بالشيخوخة الاصطناعية.

الصَلادة مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بحالة التصلب وحالة الترسيبات؛ حيث تحقق الحالات ذات التصلب الذروة (T6/T651) قيمًا عالية من الصلادة ضمن نطاق سبائك 6xxx، في حين تكون حالات O/H أكثر ليونة وأكثر دكتيلية. سلوك التعب في تحمل الأحمال الدورية معقول؛ قوة التعب عادةً ما تكون جزءًا من مقاومة الشد النهائية وتتأثر بسطح التشطيب، والإجهادات المتبقية، واللحامات.

يؤثر سمك المقطع على القوة المحققة في حالات التصلب من نوع T6 بسبب اختلاف توزيع السبائك والترسيبات ومعدلات التبريد باختلاف حجم المقطع؛ حيث قد تظهر المقاطع السميكة قوة ذروة أقل وتشتتًا أوسع للخصائص مقارنة بالبُلد أو الألواح الرقيقة.

الخاصية	O/مخمّد	حالة التصلب الرئيسية (T6/T651)	ملاحظات
قوة الشد	100–160 MPa	320–360 MPa	القيم ضمن نطاقات نموذجية؛ تعتمد على سمك المقطع وبرنامج التقدم بالشيخوخة
قوة الخضوع	35–80 MPa	280–320 MPa	قوى خضوع أعلى بكثير في T6/T651 نتيجة تقوية الترسيبات
الاستطالة	20–35%	8–12%	الاستطالة تقل مع زيادة التصلب والقوة
الصلادة (برينل)	30–60 HB	85–105 HB	الصلادة تزداد مع التقدم بالشيخوخة؛ المقاطع السميكة قد تظهر صلادة أقل بعد التبريد

الخواص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 g/cm³	نموذجية لسبائك الألمنيوم 6xxx
نطاق الانصهار	~582–652 °C	يعتمد النطاق بين الصلبة والسائلة على التركيب ومستويات الشوائب
التوصيل الحراري	140–170 W/m·K	أقل من الألمنيوم النقي؛ يتناقص قليلاً مع الإضافة والتقدم بالشيخوخة
التوصيل الكهربائي	~34–42 % IACS	يعتمد على التصلب والسبيكة؛ ينخفض عند زيادة Cu/Mg
السعة الحرارية النوعية	~0.90 J/g·K	مقارِبة لسبائك Al-Mg-Si الأخرى في درجات الحرارة المحيطة
التوسع الحراري	~23–24 ×10⁻⁶ /K	معامل خطي نموذجي لسبائك الألمنيوم عند درجة حرارة الغرفة

تساعد هذه الثوابت الفيزيائية في توجيه قرارات التصميم في النقل الحراري وتحليل الإجهادات الحرارية؛ تحتفظ السبيكة بموصلية حرارية ممتازة مقارنة بالصلب، لكنها أقل من الألمنيوم النقي. التوصيل الكهربائي معتدل وعادةً مناسب للعديد من المكونات الهيكلية والإلكترونية لكنه يقل بفعل عناصر السبيكة مقارنةً بالألمنيوم الخالص.

أشكال المنتجات

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	أنواع التصلب الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.5–6.0 mm	متجانسة، جودة سطح جيدة	O, H14, T4, T6	تُستخدم للألواح المُشكّلة والأجزاء المصنعة
صفائح سميكة	6–100 mm	انخفاض في أعلى قوة ممكنة في الصفائح السميكة	O, T6 (محدودة)	الأقسام السميكة حساسة للتبريد؛ غالبًا ما تُورد بحالات T351 / T651
بثق	سماكة الجدار 1–50 mm	محسّنة لقوة اتجاهية	T4, T5, T6, T651	منتشرة الاستخدام للبروفيلات الإنشائية عالية القوة
أنابيب	Ø 10–300 mm	خصائص تحديد حسب المقطع	O, T6	خالية من اللحام أو ملحومة؛ تستخدم لأنابيب هيكلية وضغطية
قضبان/أعمدة	Ø 5–100 mm	قابلية جيدة للتشغيل	O, T6	تُستخدم للوصلات الميكانيكية، البراغي، والدبابيس المسبوكة

تحقق الألواح والبثق الرقيق خصائص تقدم شيخوخة ذروة بسهولة بسبب التبريد الفعال، في حين تحتاج الصفائح السميكة والأقسام السميكة غالبًا إلى برامج شيخوخة معدلة أو تسلسلات شبيهة بـT651 للتحكم في التشوهات والإجهادات المتبقية. تستفيد عمليات البثق من خصائص تدفق متوازنة في 6067، وغالبًا ما يتم اختيار هذه السبيكة عندما تكون الأحمال المتوقعة للبروفيلات المسبوكة أعلى مقارنة بـ6061 أو 6063.

الدرجات المعادلة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	6067	الولايات المتحدة الأمريكية	Primary Aluminum Association / تصنيف ASTM
EN AW	6067	أوروبا	تصنيف EN عادةً يعكس أرقام AA للسبائك المطروقة
JIS	A6067	اليابان	المعيار الياباني غالبًا ما يستخدم بادئة A مع تحكم تكوين مشابه
GB/T	6067	الصين	المعيار الوطني الصيني يتوافق عمومًا مع نطاقات تكوين AA

قوائم الدرجات المعادلة عادةً ما تحمل نفس التعيين الرقمي عبر المعايير الرئيسية للسبائك المطروقة من الألومنيوم، ولكن ضوابط المعالجة وحدود الشوائب المسموح بها ومتطلبات الخواص الميكانيكية يمكن أن تختلف حسب المواصفة. يجب على المشترين التحقق من مواصفة الشراء (مثل ASTM, EN, JIS, GB/T) للحصول على قيم مقاومة الشد/الخضوع والمعايير المطلوبة بدقة بدلاً من الاعتماد فقط على رقم السبيكة.

مقاومة التآكل

مقاومة التآكل الجوي لـ6067 جيدة بالنسبة لسبائك 6xxx المعالجة حراريًا؛ حيث يوفر طبقة أكسيد الألومنيوم المتكونة طبيعيًا حماية أساسية، وتقاوم السبيكة التآكل العام في الأجواء الحضرية والصناعية. قد يحدث تآكل موضعي (نقر) في البيئات الغنية بالكلوريدات؛ لذلك غالبًا ما يتم تحديد معالجات سطحية مناسبة، أو أنودة، أو طلاءات للاستخدام البحري أو في المناطق الساحلية.

السلوك البحري لـ6067 متوسط: فهو يؤدي أداءً أفضل من سبائك 2xxx والعديد من السبائك الغنية بالنحاس ذات القوة العالية لكنه عمومًا أقل مقاومة من سبائك 5xxx الغنية بالمغنيسيوم في حالات الغمر النشطة في الكلوريدات. يمكن أن يؤدي اللحام والأضرار الميكانيكية إلى كشف الألومنيوم العاري وزيادة التعرض لهجوم محلي، لذا يوصى بالحماية من التآكل بعد اللحام وتصميم لتجنب التجاويف.

خطر تشقق التآكل الإجهادي لسبائك 6xxx أقل مقارنة بالسبائك عالية التأثير المرتفعة المحتوية على النحاس ولكنه لا يُستهان به تحت ضغوط شد متبقية أو تطبيقية عالية في بيئات الكلوريد الدافئة. التفاعلات الكهروكيميائية تفضل الألومنيوم كعضو أنودي عند اقترانه بالفولاذ أو النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ، لذا تٌستخدم العوازل أو الطلاءات أو الأقطاب المهدرة كإجراءات وقائية نموذجية.

خواص التصنيع

تم تصميم 6067 لتحقيق توازن بين سهولة السحب (الطحن) وقابلية التشغيل وقوة المعالجة الحرارية؛ ويجب إدارة هذه الخصائص باختيار المعالجات الحرارية وتسلسل المعالجات اللاحقة المناسب. تؤثر كمية الحرارة أثناء اللحام، وشدة التبريد بعد المعالجة بالحل، وطرق التشكيل على الخصائص النهائية والثبات الأبعاد.

قابلية اللحام

يلحم 6067 جيدًا باستخدام عمليات القوس الكهربائية الشائعة (TIG/GTAW, MIG/GMAW) باستخدام أسياخ ملء متطابقة مع نظام السبيكة الأساسي. الخيارات النموذجية لأسياخ الملء هي 4043 (Al-Si) لتحسين التدفق وتقليل ميل التصدع الساخن أو 5356 لقوة أعلى في بعض الحالات؛ غالبًا ما يُفضل 4043 لقاعدة T6 لتقليل التشقق تحت الحُبيبات. تتعرض منطقة التأثير الحراري للطرطقة بسبب ذوبان الترسيبات والشيخوخة الزائدة، مما يقلل القوة المحلية ويستلزم معالجات ميكانيكية أو حرارية بعد اللحام إذا كان لابد من استعادة القوة الكاملة.

قابلية التشغيل

قابلية التشغيل لـ6067 متوسطة إلى جيدة مقارنة مع سبائك 6xxx الأخرى؛ فهو يُشغل ميكانيكيًا أفضل من العديد من سبائك 5xxx المقساة بالعمل ولكنه أقل من السبائك سهلة القطع مثل 2xxx بحقول الرصاص. تعطي أدوات الكربيد المطلية بـ TiN أو AlTiN وضبط التركيب الصلب أفضل النتائج؛ حيث تُساعد سرعات الماكينة العالية مع تغذية معتدلة وكاسرات الشرائح على التحكم في تكوين الرقائق المستمرة. جودة السطح ودقة الأبعاد عالية عند تشغيل مواد ذات معالجة مسبقة أو معتّقة بشكل صحيح.

قابلية التشكيل

تكون قابلية التشكيل الأفضل في المعالجات O, H111, و H112 حيث تكون أكثر قابلية للطرق؛ التشكيل البارد في حالتي T6 أو T5 محدود وقد يتطلب تمارين وسطية أو معالجة بالحل يعقبها إعادة تعتيق. تعتمد قيم نصف قطر الانحناء الداخلية الدنيا النموذجية على المعالجة والسماكة، ولكن قاعدة مبدئية تكون 1–3× السماكة للمعالجات O/H و3–6× السماكة لمعالجات شبيهة بـ T6. الرجوع الطوعي (الارتداد) كبير في المعالجات ذات القوة الأعلى ويجب أخذه في الاعتبار عند تصميم الأدوات والقوالب.

سلوك المعالجة الحرارية

عادةً ما تستهدف معالجة الحل لـ6067 إذابة Mg2Si والمراحل المعززة الأخرى عند درجات حرارة تقارب 520–540 °C للمنتجات المطروقة، يليها تبريد سريع للاحتفاظ بمحلول متشبع فرطًا. تؤثر شدة التبريد بشكل مباشر على القوة القصوى الممكن تحقيقها؛ فالتبريد البطيء أو السماكات الكبيرة يقلل من التشبع ويخفض القوة النهائية.

جدوال التعتيق الصناعي للوصول إلى حالات T5/T6 تكون عادةً في نطاق 150–185 °C لأوقات تتراوح بين 4–24 ساعة حسب التوازن المطلوب بين القوة والاستقرار؛ يزيد التعتيق الزائد عند درجات حرارة أعلى أو أوقات أطول من المتانة ومقاومة تشقق التآكل الإجهادي على حساب القوة القمية. تشير تسمية T651 إلى حالة معالجة محلول وترخية إجهادية بواسطة الشد وتعتيق صناعي مما يحسن الثبات الأبعادي للأجزاء المشغولة أو الهياكل.

بالنسبة للمعالجات غير المعالجة حراريًا، يتم تحقيق التقوية بالعمل البارد المنضبط (معالجات H) وعلاجات الاستعادة/التميل؛ عادةً ما يتم إجراء التليين الكامل (O) بالقرب من 415 °C للأجزاء المطروقة لاستعادة اللدونة وتجانس الميكروهيكل.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

يُظهر 6067 فقدانًا تدريجيًا لقوة الخضوع والشد مع ارتفاع درجة الحرارة؛ تحدث انخفاضات كبيرة في قوة التصميم عادةً فوق 100–150 °C، والتعرض المطول فوق ~200 °C يقلل بشكل كبير من فعالية تقوية الترسيبات. يمكن تحمُّل تطبيقات درجات الحرارة المرتفعة القصيرة المدى (حتى ~150 °C متقطعة) مع احتفاظ جزئي بالخصائص الميكانيكية، لكن مقاومة الزحف محدودة مقارنةً بالسبائك المتخصصة لدرجات الحرارة المرتفعة.

تمنح طبقة أكسيد الألومنيوم الواقية مقاومة جيدة للأكسدة عند درجات الحرارة المعتدلة، لكن التحجيم الميكانيكي ليس مصدر قلق رئيسيًا في نطاق الخدمة النموذجي لـ6067. قد تظهر مناطق التأثير الحراري المجاورة للحامات أداءً متدهورًا عند درجات الحرارة العالية بسبب تجانس الترسيبات وفروق الخصائص المحلية.

التطبيقات

الصناعة	المكون النموذجي	سبب استخدام 6067
الطيران والفضاء	بروفيلات هياكل، وصلات، الدعامات الطولية	قوة عالية مقابل الوزن، خصائص سحب جيدة، استقرار محسّن في التعتيق
البحرية والنقل	أعضاء هيكلية لعربات السكك الحديدية، إطارات المركبات الثقيلة	توازن مقاومة التآكل وقوة أعلى للملفوفات الملحومة
المدني / المعماري	ملفات حوائط الستائر عالية القوة، مقاطع	ثبات أبعادي (T651) وتشطيب سطح جذاب للأنودة
الإلكترونيات / الحرارة	حوامل نقل الحرارة، هيكليات	توصيل حراري مناسب مع صلابة عالية وقابلية تشغيل جيدة
الماكينات الصناعية	إطارات مصنعة عالية القوة ووصلات مشغولة	قابلية تشغيل جيدة والقدرة على تحقيق مقاومات خضوع مرتفعة بعد التعتيق

يتم اختيار 6067 في التطبيقات التي تتطلب أشكالًا مصروفة أو وصلات مشغولة بقوة حالة معتقة أعلى من تلك التي توفرها 6061/6063، بالإضافة إلى مقاومة التآكل وخصائص التصنيع الخاصة بعائلة 6xxx.

نصائح الاختيار

اختر 6067 عندما يتطلب التصميم مقاومة خضوع معتقة أعلى من سبيكة قابلة للسحب والمعالجة حراريًا، مع الاحتفاظ بقدرة مناسبة على اللحام ومقاومة للتآكل. مقارنةً بـ1100 (ألومنيوم نقي تجاريًا)، يتفوق 6067 في التوصيل الكهربائي والحراري بالإضافة إلى قابلية التشكيل الممتازة مقابل قوة وصلابة أعلى بكثير؛ اختر 1100 فقط حيث تكون الموصلية وسهولة التشكيل أساسية.

مقارنةً بالسبائك المقساة بالعمل الشائعة مثل 3003 أو 5052، يقدم 6067 قوة قصوى أعلى للاستخدامات الهيكلية مع مقاومة تآكل جوية مماثلة؛ ومع ذلك، فإن سبائك العمل الصلبة الغنية بالمغنيسيوم تؤدي أداءً أفضل من 6067 في حالات الغمر البحري الشديدة وفي التطبيقات التي تتطلب أشكالًا كبيرة مشغولة بالبرودة. مقارنة بـ6061 أو 6063، يُختار 6067 عند الحاجة إلى قوة معتقة محسنة أو استقرار أعلى في الملفات السميكة على الرغم من التكلفة الأعلى للسبيكة وقابلية تشكيل أقل نسبيًا؛ يظل 6061 جذابًا عند توفره الواسع وتكلفته الأقل قليلاً.

الملخص الختامي

يشغل AA 6067 موقعًا عمليًا ضمن عائلة 6xxx كسبيكة معالجة حراريًا ذات قوة أعلى، مُحسنة للملفات والقطع التركيبية المشغولة حيث هناك حاجة إلى توازن دقيق بين القوة، مقاومة التآكل، وأداء التصنيع. توفر قدرته على الوصول إلى قوى معتقة مرتفعة مع قابلية لحام مقبولة وقابلية تشغيل جيدة مكانة ثابتة لتطبيقات الطيران، النقل، والآلات الصناعية التي تطالب بحلول هيكلية خفيفة الوزن.