ألمنيوم 6160: التركيب، الخواص، دليل المعالجة، والتطبيقات

نظرة شاملة

سبائك 6160 هي عضو في سلسلة سبائك الألومنيوم 6xxx (عائلة Al-Mg-Si) والتي تتميز بتصلب نموذجي عبر ترسيب Mg2Si. العناصر الرئيسية المسبكة فيها هي السيليكون والمغنيسيوم، ويتم توازنها عادة لتعزيز تصلب عمر قابل للتحكم وقابلية جيدة للبس.

آلية التقوية لسبائك 6160 تعتمد على التصلب بالمعالجة الحرارية من خلال التصلب بالترسيب؛ حيث تحصل على قوة مفيدة عبر المعالجة بالتحليل (solution treatment)، التبريد السريع (quenching) والتعتيق الصناعي بدلًا من التقسية بالعمل (work-hardening). السمات النموذجية تشمل قوة معتدلة إلى عالية ضمن عائلة 6xxx، مقاومة جيدة للتآكل في العديد من الأجواء، قابلية لحام مناسبة مع حشوات ملائمة، وقابلية تشكيل على البارد معقولة تبعًا للمعالجة الحرارية.

تستخدم 6160 في البروفيلات البنيوية المعالجة بالبثق، تزيينات السيارات والمكونات الفرعية، بروفيلات السكك الحديدية والهندسة المعمارية، والتجهيزات المتخصصة في الطيران حيث يلزم موازنة بين القابلية للبثق، سهولة التشغيل، وقوة التصلب بالعمر. يختار المهندسون 6160 عندما الحاجة تكون لتوازن بين قابلية البثق واستجابة ترسيب قابلة للتنبؤ بدلاً من السبائك التي تركز على أقصى قوة (سلسلة 7xxx) أو أقصى قابلية للتشكيل/التوصيل (سلسلة 1xxx).

أنواع المعالجة الحرارية (Temper)

المعالجة الحرارية	مستوى القوة	الاستطالة	القابلية للتشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	عالية (>20%)	ممتازة	ممتازة	مخمَدة بالكامل، أعلى مرونة للتشكيل
H111	منخفض إلى متوسط	عالية	جيدة جدًا	جيدة جدًا	مُبرَدة على البارد قليلًا، تحكم محدود في الخواص
H14	متوسطة	متوسطة	جيدة	جيدة جدًا	مشغولة على البارد بخطوة واحدة، بدون معالجة حرارية
T4	متوسطة	متوسطة إلى عالية	جيدة	جيدة جدًا	معالجة حرارية بالتحليل وتصلب طبيعي بالعمر
T5	متوسطة إلى عالية	متوسطة	جيدة	جيدة جدًا	مبردة بعد التشكيل ومتعمدة بشكل صناعي
T6	عالية	متوسطة (8–15%)	من معقول إلى جيدة	جيدة	معالجة حرارية بالتحليل وتعتيق صناعي
T61 / T651	عالية	متوسطة	من معقول إلى جيدة	جيدة	مخففة من الإجهاد بعد التبريد السريع (T651) لأجزاء هيكلية

تؤثر المعالجة الحرارية تأثيرًا كبيرًا على التوازن بين القوة واللدونة في 6160؛ حيث توفر معالجة O (المخمَدة) أفضل قابلية للتشكيل للرسم العميق والانحناءات المعقدة، بينما توفر T6 أقصى قوة ثابتة للتطبيقات الهيكلية. جداول التعتيق (T5 مقابل T6) تغير حجم وتوزيع الترسيبات، مما يؤثر بدوره على مقاومة التعب، استجابة منطقة التأثر الحراري خلال اللحام، ومقاومة التشقق بالإجهاد والتآكل.

التركيب الكيميائي

العنصر	النطاق %	ملاحظات
Si	0.6–1.0	يسيطر على ترسيب Mg2Si؛ يحسن السيولة وقابلية البثق
Fe	0.15 كحد أقصى	عنصر شوائب؛ نسب مرتفعة تشكل مركبات معدنية تقلل اللدونة
Mn	0.05 كحد أقصى	ثانوي، يساعد في التحكم بحجم الحبوب إذا تواجد
Mg	0.45–0.9	يتحد مع Si لتكوين ترسيبات تقوية Mg2Si
Cu	0.05–0.25	إضافات صغيرة ترفع القوة وقد تقلل مقاومة التآكل
Zn	0.2 كحد أقصى	عادة منخفض؛ محتوى أعلى غير مخصص لـ 6160
Cr	0.1 كحد أقصى	مستويات أثرية تساعد في التحكم بحجم الحبوب وإعادة التبلور
Ti	0.1 كحد أقصى	مكرر للحبوب عند إضافته عمدًا
عناصر أخرى (لكل منها)	0.05 كحد أقصى	بقايا وعناصر أثرية منخفضة؛ إجمالي العناصر الأخرى محدود

نسبة Si/Mg والكميات المطلقة تحدد ديناميكية الترسيب وأقصى قوة يمكن الوصول إليها بعد التعتيق الصناعي. الإضافات الأثرية وبقايا العناصر تتحكم بحجم الحبوب، سلوك إعادة التبلور، والميول لتكوين مركبات معدنية خشنة يمكن أن تكون مراكز لبداية تشقق التعب.

الخواص الميكانيكية

يعرض سلوك الشد في 6160 استجابة نموذجية لتقسية الترسيب: قوة منخفضة واستطالة عالية في الحالة المخمَدة، وقوة شد وقوة خضوع مرتفعة بعد التعتيق الصناعي. عادةً ما تقترب قوة الخضوع في حالات التعتيق العليا من جزء كبير من مقاومة الشد القصوى، مع قدرة معقولة على التقسية بالعمل؛ تقل الاستطالة مع زيادة حجم الترسيبات. أداء التعب يتأثر بشدة بجودة السطح، حالة المعالجة الحرارية، ووجود عيوب صب أو بثق؛ حيث تظهر البروفيلات المعالجة بشكل صحيح مقاومة جيدة للتعب عالي الدورة في التطبيقات الهيكلية المصنوعة من الألومنيوم.

تؤثر سماكة القطعة على فعالية التبريد السريع وانتظام الترسيب؛ القطع السميكة قد تعاني من تعتيق ناقص في المناطق المركزية بعد جداول تبريد معتادة، مما يؤدي إلى خفض القوى وعمر التعب مقارنة بالبروفيلات رقيقة الجدران. الصلادة تتوافق جيدًا مع قوة الشد في 6160 وتستخدم كأداة عملية في الورش لتقييم حالة التعتيق؛ نطاقات صلادة فيكرز أو برينل مفيدة لتأكيد حالة التعتيق بدلاً من الاعتماد فقط على دورات الزمن والحرارة.

الخاصية	O/مخمَدة	المعالجة الحرارية الرئيسية (مثلاً T6)	ملاحظات
قوة الشد	~100–140 MPa	~240–290 MPa	تعطي T6 قوة شد نهائية أعلى بكثير بسبب ترسيب Mg2Si
قوة الخضوع	~50–90 MPa	~210–260 MPa	زيادة ملحوظة بعد المعالجة الحرارية بالتحليل والتعتيق الصناعي
الاستطالة	>20%	~8–15%	تقل اللدونة في حالة التعتيق الذروة، لكنها كافية للعديد من الأجزاء الهيكلية
الصلادة (HB)	~30–45 HB	~65–95 HB	تزداد الصلادة تناسبًا مع استجابة التعتيق

الخواص الفيزيائية

الصفة	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 g/cm³	نموذجية لسبائك الألومنيوم المصنعة
نطاق الانصهار	555–650 °C	تتأثر بفترة الصلادة والانصهار حسب التركيب؛ يجب تجنب السخونة الزائدة أثناء المعالجة
الموصلية الحرارية	~160–180 W/m·K	نقل حراري جيد مقارنة بالصلب؛ مفيد للمكونات المهدئة للحرارة
الموصلية الكهربائية	~30–40 % IACS	أقل من الألومنيوم النقي بسبب السبكة؛ مقبول للأجزاء الهيكلية غير المهيأة للمقاومة العالية
الحرارة النوعية	~0.90 kJ/kg·K	نموذجية لسبائك الألومنيوم؛ مهمة لحسابات الكتلة الحرارية
المعامل الحراري للتمدد	~23–24 µm/m·K (20–100°C)	معامل تمدد مرتفع نسبيًا؛ يجب الأخذ بحساب التمدد التفاضلي في التجميعات

يجمع 6160 بين كثافة منخفضة وموصلية حرارية جيدة مما يجعله جذابًا حيث تكون إدارة الحرارة ذات حساسية في الوزن مطلوبة. سلوك الانصهار والتمدد الحراري يحدد نوافذ المعالجة لضبط اللحام، اللحام بالبرادة، ودورات الحرارة في التصميم.

أشكال المنتجات

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	المعالجات الحرارية الشائعة	ملاحظات
ألواح (Sheet)	0.5–6.0 mm	الأجزاء الرقيقة تعتيقها متجانس؛ جودة سطح جيدة	O, T4, T5, T6	تستخدم للألواح الخفيفة والتزيينات
ألواح سميكة (Plate)	6–25 mm	الأجزاء السميكة قد تعاني من تأخر التبريد والتعتيق الناقص	O, T6 (بعد تبريد مناسب)	ألواح هيكلية لأحمال متوسطة
بثق (Extrusion)	سماكة الجدار 1–20 mm؛ بروفيلات معقدة	استجابة جيدة للتعتيق؛ بنية الميكروية للبثق تؤثر على الخواص	O, T4, T5, T6, T651	الشكل الأساسي لـ 6160؛ مستخدم على نطاق واسع في القطاعات المعمارية والنقل
أنابيب (Tube)	قطر خارجي من صغير إلى عدة مئات من mm	اللحام والمعالجة الحرارية تؤثر على خواص الجدار	O, T6	أنابيب بدون درز أو ملحومة للاستخدامات الهيكلية والمعمارية
قضبان/أعمدة (Bar/Rod)	أقطار تصل حتى 200 mm	استجابة مشابهة للتعتيق مثل البثق؛ قابلية التشغيل جيدة	O, T6	تستخدم للمكونات المشغولة وعناصر التثبيت

يعد البثق الشكل السائد لمنتجات 6160، مستفيدًا من تركيبته الكيميائية المصممة لتوفير تدفق جيد في القوالب وتحكم في الترسيب خلال التعتيق بعد عملية البثق. الألواح والأجزاء السميكة تتطلب ممارسات تبريد مخصصة وأحيانًا استراتيجيات تعتيق لسماكة القطعة لتفادي التعتيق الناقص في النوى وتفاوت الخواص عبر المقطع العرضي.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	6160	الولايات المتحدة الأمريكية	التعيين الأساسي في قوائم Aluminum Association
EN AW	6160	أوروبا	غالبًا ما يُدرج على شكل EN AW‑6160؛ تختلف الحدود الكيميائية والميكانيكية قليلاً حسب المعيار
JIS	A6160 (تقريبًا)	اليابان	قد تُدرج المعايير المحلية 6160 أو تقدم بدائل قريبة مثل مكافئات عائلة A6xxx
GB/T	6160 (تقريبًا)	الصين	قد تتماشى التعيينات الصينية مع عائلة 6xxx؛ تحقق من المواصفات الدقيقة للحدود الميكانيكية

تتطلب المراجع المباشرة بين المناطق مراجعة نصوص المعايير المحددة لأن تعريفات المعالجات الحرارية، ومستويات الشوائب المسموح بها، ومعايير قبول الخواص الميكانيكية قد تختلف. حيث لا يتوفر مكافئ رسمي، غالبًا ما يستبدل المهندسون بسبائك 6xxx القريبة مثل 6063 أو 6061 بعد اختبار التحقق.

مقاومة التآكل

تظهر سبيكة 6160 مقاومة جيدة للتآكل الجوي العام المميزة لسبائك Al‑Mg‑Si، حيث تتشكل طبقة أكسيد مستقرة تحمي من الهجوم الموحد. في الأجواء الصناعية أو ذات التلوث الخفيف تظل طبقة الأكسيد حماية، لكن في البيئات البحرية الغنية بالكلوريدات تزداد قابلية التآكل النُخري، لا سيما عند مناطق اللحام والأسطح المشغولة وفي وجود إجهادات شد متبقية.

مخاطر تشقق التآكل الإجهادي منخفضة نسبيًا مقارنة بسبائك السلسلة 7xxx عالية القوة، لكنها قد تظهر في المعالجات الحرارية المختارة ذروة المعالجة تحت إجهاد شد مشترك وتعريض لتآكل الكلوريد؛ يجب تصميم الأجزاء لتجنب تقييد الشد الثلاثي المحاور في البيئات العدوانية. التفاعل الكهروكيميائي يفضل حماية الألمنيوم عند اقترانه بفلزات أكثر نبلاً؛ في التجميعات مع الفولاذ أو النحاس يوصى بالعزل الكهربائي أو الطلاءات المتوافقة لمنع التآكل الكهروكيميائي المعجل.

مقارنة بسبائك 5xxx (Al-Mg)، عادةً ما يكون لدى 6160 مقاومة تآكل أدنى قليلاً في بيئات الكلوريد النقية بسبب وجود السيليكون وتركيب الترسيب الدقيق، لكنه يتفوق بشكل عام على العديد من السبائك القابلة للمعالجة الحرارية في الأداء المتوازن عند دمج الحماية من التآكل مع احتياجات القوة المعتدلة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

يسهل لحام 6160 باستخدام عمليتي TIG وMIG عند استخدام سبائك حشو وتصميم وصلات مناسبة؛ من الحشوات الشائعة Al‑Si (مثلاً 4043) وAl‑Mg‑Si (مثل متغيرات 5356) حسب متطلبات الخدمة. يسبب اللحام ترطيب منطقة التأثير الحراري عبر ذوبان وتخشين جسيمات التقوية، لذا غالبًا ما يتطلب معالجة حرارية بعد اللحام أو تصميم لتحمل القوة المحلية المخفضة. خطر التشقق الحراري منخفض لكنه قد يرتفع مع محتوى نحاس عالي أو سوء تحضير الوصلات، لذا من المهم التحكم في معايير اللحام ونظافة المنطقة.

قابلية التشغيل

كونه سبيكة تصلب بالشيخوخة الطبيعية، يمكن تشغيل 6160 ميكانيكيًا بشكل معقول في حالات المعالجة بمحلول وفي درجات الحرارة المعتدلة؛ تصنيفات قابلية التشغيل متوسطة مقارنة بسبائك مطروقة سهلة القطع. يُنصح باستخدام أدوات كربيد ذات زاوية قطع إيجابية وكاسر رقائق فعال؛ سرعات وتغذية قطع معتدلة إلى عالية تعطي تشطيب سطح جيد، لكن الدرجة ودرجة تصلب الشيخوخة تؤثر بقوة على عمر الأداة. تبريد وإزالة الرقائق مهمان لتجنب حافة متراكمة وتمزق السطح.

قابلية التشكيل

يُحقق أفضل تشكيل في حالات O، T4 أو H111 حيث تكون الليونة الأعلى؛ تتراوح نصف أقطار الانحناء الدنيا عادة بين 2–4 أضعاف سماكة المادة حسب هندسة القطعة والأدوات. يمكن العمل البارد في درجات H لكنه يقلل من القوة القصوى الناتجة عن تصلب الشيخوخة؛ للتشكيلات المعقدة التي تليها حاجة للقوة، يمكن اعتماد مسار التشكيل في O أو T4 يليه معالجة بالمحلول أو شيخوخة اصطناعية.

سلوك المعالجة الحرارية

6160 هي سبيكة قابلة للمعالجة الحرارية تستجيب للمعالجة بالمحلول، والتبريد السريع، والشيخوخة الاصطناعية لتطوير القوة عبر ترسيب Mg2Si. درجات حرارة المعالجة النموذجية بالمحلول تتراوح بين 520–550 °C لإذابة Mg وSi في محلول صلب؛ ويجب أن يكون التبريد سريعًا بما فيه الكفاية للحفاظ على الذائبة للشيخوخة اللاحقة.

عادة ما تُجرى عملية الشيخوخة الاصطناعية لحالات T5/T6 عند 150–190 °C لفترات عدة ساعات لتحقيق أقصى صلادة وقوة؛ تعطي الشيخوخة عند درجة حرارة أقل متانة أعلى ومقاومة أفضل لتآكل الإجهاد على حساب القوة القصوى. تتضمن المتغيرات T651 تمطيطًا تخفيفيًا للإجهاد أو تسوية حرارية بعد التبريد لتثبيت الأبعاد وتقليل الإجهادات المتبقية قبل الشيخوخة.

الأداء في درجات الحرارة العالية

مع ارتفاع درجة الحرارة، يظهر 6160 انخفاضًا في مقاومة الخضوع والشد بسبب تعكير جسيمات الترسيب ونقص قوة المصفوفة؛ حيث غالبًا ما توضع حدود خدمة مستمرة عملية تحت 120 °C لتطبيقات تحمل الأحمال. التعرض القصير الأمد لدرجات حرارة أعلى (150–200 °C) يسرّع من فرط الشيخوخة ويقلل الخواص الميكانيكية، لذا يجب التحقق من التصميمات المخصصة لخدمة درجات حرارة مرتفعة بدورات شيخوخة مستهدفة واختبارات زحف.

الأكسدة ضئيلة للألمنيوم في درجات الحرارة المعتدلة، لكن تدهور الخواص الميكانيكية في منطقة التأثير الحراري بعد اللحام وفي المكونات المعرضة للدورات الحرارية يجب أخذه في الاعتبار، خصوصًا حيث تكون ثبات الأبعاد وعمر التعب مهمين.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام 6160
السيارات	قضبان تركيبية معادة السحب، تجليد وهياكل فرعية	سهولة السحب وتقسية الشيخوخة لقوة معتدلة وتخفيف الوزن
البحرية	درابزينات معمارية وبروفايلات هيكلية	توازن مقاومة التآكل وقابلية التشكيل للهياكل المصنعة
الفضاء	تركيبات ثانوية وحوامل غير حرجة	نسبة قوة إلى وزن مناسبة وقابلية تشغيل جيدة للأجزاء المعقدة
الإلكترونيات	هياكل وبروفايلات تبديد الحرارة	موصلية حرارية معقدة مع مقاطع مقذوفة معقدة

يُفضل 6160 في التطبيقات التي تتطلب مقاطع مقذوفة معقدة مع سلوك تقسية شيخوخة متوقع وقابلية تشغيل جيدة للعمليات الثانوية. توازنه في الخواص يجعله خيارًا شائعًا لقطاعات النقل والمعمار حيث يحتاج التطبيق إلى قوة معتدلة وأداء جيد في مقاومة التآكل.

نصائح الاختيار

يستخدم 6160 حين تكون سهولة السحب وتقسية الترسيب المنضبطة أولوية وعندما يتطلب التصميم قوة متوسطة إلى عالية بعد الشيخوخة بدون القوة العالية جدًا أو قابلية تشقق التآكل للإجهاد (SCC) الموجودة في سبائك 7xxx. مقارنة مع الألمنيوم النقي تجاريًا (1100)، يتنازل 6160 عن بعض الموصلية الكهربائية والحرارية وقابلية التشكيل ليكسب قوة أعلى بكثير وفائدة هيكلية أفضل. مقارنة بسبائك العمل المجهد مثل 3003 أو 5052، يقدم 6160 قوة ذروة أعلى عبر المعالجة الحرارية مع احتفاظه بمقاومة تآكل مماثلة في العديد من الأجواء، رغم أن التشكيل في 3003/5052 قد يكون أسهل للسحب العميق المعقد.

عند مقارنته بسبائك 6xxx الشائعة مثل 6061 أو 6063، يُختار 6160 حيث يُراد تدفق سحب معين أو استجابة شيخوخة مختلفة قليلاً؛ قد يوفر سهولة سحب أفضل أو توازن ميكانيكي مختلف لأشكال مقاطع معينة حتى وإن كانت قوته القصوى مماثلة أو أقل قليلاً. يجب أخذ توفر المادة ومتطلبات التشطيب وقيود التأهيل في الاعتبار كعوامل حاسمة بجانب التوازن الميكانيكي أثناء اختيار السبيكة.

الخلاصة

تظل سبيكة 6160 ذات صلة وعملية ضمن سبائك Al‑Mg‑Si للقصائد الهندسية والأجزاء الهيكلية المشغولة حيث يتطلب الأمر توازنًا بين سهولة السحب، وتقسية الترسيب المتوقعة، ومقاومة تآكل كافية. تعدد استخداماتها عبر درجات المعالجة واستجابتها الإنتاجية للمعالجة الحرارية يجعلها خيارًا فعّالًا للمصممين المستهدفين تقليل الوزن وتصنيع مقاطع معقدة قابلة للإنتاج.