الألومنيوم 7034: التركيب، الخصائص، دليل التصلب والتطبيقات

نظرة شاملة

7034 هو سبيكة ألومنيوم من سلسة 7xxx، تنتمي إلى عائلة Al-Zn-Mg(-Cu) عالية القوة حيث يُعد الزنك العنصر الأساسي في السبائك. يشير تصنيفها إلى نظام يمكن تقويته بترسيب Zn–Mg–Cu تم تصميمه لتوفير مقاومة خضوع وقوة شد مرتفعة مقارنة بالعائلات من 1xxx إلى 6xxx مع الحفاظ على نسبة قوة إلى وزن ملائمة.

يتم تحقيق التقوية في 7034 بشكل رئيسي عبر المعالجة الحرارية بالإنحلال، التبريد السريع، والشيخوخة الاصطناعية لتشكيل ترسيبات دقيقة من نوع η (MgZn2)؛ هذه الآلية القابلة للمعالجة الحرارية من النوع T تُنتج قوة نوعية عالية لكنها تجعل السبيكة حساسة للدورات الحرارية والتآكل الموضعي. من السمات النموذجية مقاومة عالية في درجات المعالجة الذروية، احتفاظ متوسط إلى ضعيف بالخصائص الميكانيكية بعد اللحام، قابلية تشكيل متغيرة حسب الحالة، ومقاومة تآكل متوسطة يمكن تحسينها بالشيخوخة الزائدة والإضافات الدقيقة.

الصناعات التي تستخدم عادة سبائك مثل 7034 تشمل تجهيزات وهياكل الطائرات في صناعة الطيران، الهياكل الفرعية ومكونات التعليق عالية الأداء في السيارات، معدات الدفاع، والمعدات الرياضية المتخصصة حيث تُعطى الأولوية للقوة والثبات العاليين. يتم اختيار هذه السبيكة بدلاً من السلاسل الأقل قوة (3000/5000/6000) عندما يتطلب التصميم تقليل المقطع، توفير الوزن، أو تحمل إجهادات أعلى، كما تُفضل على سبائك مثل 7075 عندما يُقبل تقليل طفيف في القوة القصوى مقابل متانة أفضل أو مقاومة أفضل لتكسر التوتر الإجهادي (SCC).

يُختار 7034 عندما يحتاج المهندسون إلى ألومنيوم قابل للمعالجة الحرارية يمكن معالجته لتحقيق قوى خضوع عالية مع خيارات شمولية للشيخوخة الزائدة لتقليل قابلية التكسر نتيجة الإجهاد-التآكل؛ حيث يشغل موقعاً عملياً بين سبائك 7xxx ذات القوة القصوى والعائلات الأكثر مقاومة للتآكل أو القابلة للتشكيل.

اختلافات الحالة الحرارية

الحالة الحرارية	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية	ممتازة	ممتازة	حالة مملنة بالكامل للتشكيل والتشغيل
H14	متوسطة	متوسطة	جيدة	جيدة	مشدودة جزئياً ومملنة جزئياً للأجزاء المشكّلة
T4	متوسطة	متوسطة	جيدة	جيدة	مخمرة طبيعياً بعد المعالجة بالإنحلال؛ قوة متوسطة
T6	عالية	منخفضة إلى متوسطة	مقبولة	ضعيفة	معالجة بالإنحلال وشيوخ صناعي لتحقيق القوة القصوى
T651	عالية	منخفضة إلى متوسطة	مقبولة	ضعيفة	نمط T6 مع تخفيف الإجهاد بالتمديد؛ شائعة للأجزاء الهيكلية
T73	متوسطة إلى عالية	متوسطة	مقبولة	ضعيفة	شيخوخة زائدة لتحسين مقاومة التآكل وSCC
T76	متوسطة	متوسطة	مقبولة	ضعيفة	حالة مستقرة لتحسين مقاومة التكسر الناتج عن الإجهاد والتآكل

تؤثر الحالات الحرارية في 7034 بشكل كبير على حالة الترسيبات التي تحدد مباشرة مقاومة الخضوع، المتانة ومقاومة تكسر التوتر الناجم عن التآكل (SCC). الحالات المزمنة كـ T6 وT651 تعزز الخصائص الشدّية إلى أقصى حد مما يقلل من الليونة وقابلية التشكيل ويزيد الحساسية للتآكل الموضعي وSCC.

الحالات ذات الشيخوخة الزائدة مثل T73 وT76 تضحي بجزء من القوة القصوى للحصول على مقاومة أفضل لـ SCC واستقرار طويل الأمد؛ أما الحالات المملنة والمشدودة (O، Hxx) توفر أفضل قابلية تشكيل وتشغيل بتنازل عن القوة النوعية.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة %	ملاحظات
Si	0.00–0.50	شوائب نموذجية؛ تتحكم في التصبُّب والسلوك الترشيحي
Fe	0.00–0.50	شوائب، تؤثر على محتوى الجسيمات بين المعدنيّة والمتانة
Mn	0.00–0.20	تأثير ثانوي في سبائك 7xxx؛ قد يُحسن البنية الحبيبية قليلاً
Mg	1.40–2.20	الشريك الأساسي للتقوية مع Zn (يشكل MgZn2)
Cu	1.00–1.80	يزيد القوة والصلادة؛ يزيد الحساسية لـ SCC إذا كان عالياً
Zn	4.50–5.50	العنصر الرئيسي للتقوية في عائلة 7xxx
Cr	0.05–0.25	يتحكم في إعادة التبلور والبنية الحبيبية؛ يحسن المتانة
Ti	0.00–0.15	مكرر للحبيبات في سبك/السبائك
عناصر أخرى (بما في ذلك Zr)	0.00–0.30	غالباً ما يُستخدم Zr للتحكم في نمو الحبيبات وتحسين المتانة

يؤسس المحتوى العالي من Zn وMg إمكانية التقسية الناتجة عن الترسيب من خلال تكوين طور η؛ يُستخدم Cu لضبط مستويات القوة القصوى وشكل الترسيبات ولكنه يجب أن يكون متوازنًا لأنه بارتفاعه تزيد حساسية التآكل بين الحبيبات وSCC. تُحفظ إضافات الكروم والزركونيوم منخفضة لتثبيت إعادة التبلور، تحسين بنية الحبيبات وتوفير سلوك ميكانيكي أكثر اتساقًا عبر المقاطع وطرق التصنيع. ويتم التحكم في مستويات الشوائب Si وFe لتقليل الجسيمات بين المعدنيّة الكبيرة التي تضعف المتانة وأداء التعب.

الخصائص الميكانيكية

في سلوك الشد، يظهر 7034 فرقًا واضحًا بين الحالات المملنة والشيخوخة القصوى: تُظهر السبيكة زيادات بارزة في قوة الشد وقوة الخضوع بعد المعالجة الحرارية بالإنحلال والشيخوخة الاصطناعية، مع تقليل متزامن في الاستطالة المنتظمة. نسب قوة الخضوع إلى الشد النهائي نموذجية للسبائك التي تقوى بالترسيب، مع ليونة منخفضة نسبياً في الحالات T6/T651 ومتانة متوسطة إلى جيدة في حالات الشيخوخة الزائدة مثل T73.

تتبع الصلادة نفس الاتجاه، حيث يكون المادة المملنة ناعمة وسهلة التشغيل والتشكيل، وتصل T6 إلى قيم HB أعلى بكثير؛ تستفيد مقاومة التعب من الترسيبات الدقيقة والمتوزعة بشكل متجانس لكنها تتأثر سلباً بالجسيمات الكبيرة والعيوب السطحية. تؤثر سماكة المقطع وحجمه على الخصائص الممكن تحقيقها بسبب حساسية التبريد السريع — المقاطع السميكة تبرد أبطأ مما يؤدي إلى تشكيل ترسيبات أكبر وأقل قوة بعد التبريد السريع إلا إذا اُستخدمت استراتيجيات تبريد خاصة أو إضافة سبائكية دقيقة.

تحدد الحالة الحرارية وطريقة التصنيع بشكل كبير حساسية التقطع ونمط بدء شقوق التعب؛ وعادةً ما يتم التحكم بدقة في التشطيب السطحي، والتعتيق بالتفجير (shot-peening)، وتخفيف الإجهاد بعد المعالجة الحرارية لتحسين عمر التعب للعناصر الحرجة.

الخاصية	O/مملنة	درجة مفتاحية (T6/T651)	ملاحظات
قوة الشد (MPa)	120–260	480–540	نطاق T6 يعتمد على المقطع والكيمياء الدقيقة
قوة الخضوع (MPa)	80–220	415–480	قوة الخضوع مرتفعة في الحالات الذروية، زيادة التقسية تزيد YS
الاستطالة (%)	20–30	6–12	تنخفض الليونة مع زيادة القوة
الصلادة (HB)	35–60	140–165	الصلادة مرتبطة بحالة الشيخوخة وحالة الترسيبات

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.78 جرام/سم³	نموذجية للسبائك الألومنيوم عالية القوة؛ قوة نوعية جيدة
مدى الانصهار	477–635 °C	نطاق الصلب/السائل يتأثر بالإضافات السبائكية
التوصيل الحراري	~120–140 واط/م·ك	أقل من الألومنيوم النقي؛ كافٍ للعديد من التطبيقات الحرارية
التوصيل الكهربائي	~28–36 %IACS	منخفض مقارنةً بالألومنيوم النقي نتيجة العناصر السبائكية
السعة الحرارية النوعية	~0.88 جول/جم·ك	قريبة من قيم الألومنيوم الأساسية عند درجة حرارة الغرفة
التمدد الحراري	~23–24 ×10^-6 /ك	تمدد خطي نموذجي قريب من سبائك الألومنيوم الأخرى

تؤكد مجموعة الخصائص الفيزيائية أن 7034 هو معدن هيكلي ذو كثافة منخفضة مع قدرة معقولة على نقل الحرارة وتوصيل كهربائي متوسط؛ تفضل هذه الخصائص التصاميم الحساسة للوزن التي قد تتطلب أيضاً تبديد حرارة. التوصيل الحراري والكهربائي أقل من الألومنيوم النقي بسبب تشتت المذاب وجسيمات الطور الثاني، ويجب أخذ هذه التخفيضات في الاعتبار في تطبيقات إدارة الحرارة والكهرباء.

يشير مدى الانصهار إلى درجات حرارة معالجة ألومنيوم قياسية للذوبان والصب، بينما تتبع نوافذ التشكيل والمعالجة الحرارية إرشادات معالجة Al-Zn-Mg-Cu النموذجية مع معالجة حرارية بالإنحلال قرب حد الصلادوس ولكن دون الوصول إلى الانصهار الظاهر.

أشكال المنتجات

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك المقاومة	الحالات الشائعة	ملاحظات
ألواح (Sheet)	0.5–8 mm	حساسة لعمليات الدرفلة والتبريد السريع؛ توزيع جيد للخواص في السماكات الرقيقة	O, T4, T6, T651	تستخدم على نطاق واسع للوحِ الهيكلي؛ السماكات الرقيقة تحقق حالة T6 بشكل جيد
ألواح سميكة (Plate)	8–200+ mm	انخفاض المقاومة في القطاعات السميكة جداً بسبب التبريد السريع	O, T6, T73	الألواح السميكة تتطلب تبريداً محكماً أو معالجة زمنية متقدمة لتحقيق الثبات
بثق (Extrusion)	مقاطع عرضية تصل إلى عدة مئات من المليمترات	أقل شيوعاً من سلسلة 6xxx؛ حساس للتبريد السريع يحد من المقاطع الكبيرة	T6 (محدود), O	البثق ذات المقاطع الكبيرة يواجه تحديات بسبب التشقق الحراري
أنابيب (Tube)	القطر الخارجي من الصغير إلى الكبير	سلوك مشابه للبثق؛ اللحام غالباً ما يُستخدم للتصنيع	O, T6 (ملحومة)	الأنابيب الخالية من اللحام ممكنة ولكن محدودة بسبب قابلية تشكيل السبائك
قضيب / عود (Bar/Rod)	أقطار تصل حتى 150 mm	جيدة للطرق والتشغيل الميكانيكي	O, T6, T651	تستخدم للطرق عالية القوة والتجهيزات الميكانيكية

تفرض أشكال المنتجات المختلفة قيودًا مميزة على الخواص التي يمكن تحقيقها وطرق المعالجة؛ الألواح الرقيقة والسميكة تبرد بسرعة ويمكن أن تحقق خصائص T6 قريبة من الذروة، بينما الألواح السميكة والبثق تتأثر بمعدل التبريد وتحتاج غالبًا إلى معالجة زمنية متقدمة أو تحكم حراري ميكانيكي لتثبيت الخواص. تُستخدم طرق الطرق والتشكيل البارد لتحسين البنية المجهرية وزيادة عمر التعب، لكن يجب تنسيق هذه العمليات مع المعالجة الحرارية اللاحقة لتجنب الضعف أو التشوه غير المرغوب.

غالبًا ما يتم اختيار طرق اللحام والربط لتقليل تليين منطقة تأثير الحرارة (HAZ)؛ وعندما يكون اللحام ضروريًا، يكون التصميم واختيار مواد الحشو مهمين للحفاظ على السلامة الهيكلية مع قبول بعض الانخفاضات المحلية في الخواص الميكانيكية.

الدرجات المعادلة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	7034	الولايات المتحدة الأمريكية	التسمية الأساسية لهذا السبيكة وفق قوائم جمعية الألمنيوم
EN AW	7034	أوروبا	تسمية كيميائية عامة مكافئة تحت معايير EN
JIS	A7075 (تقريباً)	اليابان	A7075 ليست متطابقة ولكنها مرجع شائع لسلسلة 7xxx عالية القوة
GB/T	7A04 / 7A09 (تقريباً)	الصين	درجات مشابهة من سلسلة 7xxx في الصين؛ يجب التحقق من التكافؤ المباشر

المطابقة الدقيقة بين المعايير معقدة بسبب اختلافات في مستويات الشوائب المسموح بها، وعناصر السبائكية الدقيقة، وطرق المعالجة النموذجية؛ بينما تكون EN AW-7034 متشابهة كيميائياً، فإن درجات JIS وGB/T المدرجة هي نظائر وظيفية تقريبية وليس تكافؤًا كيميائيًا صارمًا. يجب على المهندسين التأكد من شهادة المورد والتحليل الكيميائي للمنتج لضمان التبادل، مع العلم أن تاريخ المعالجة (مثل طرق صهر السبائك، المعالجة الحرارية - الميكانيكية) يمكن أن يسبب فروقات في الأداء حتى مع تطابق التركيب الكيميائي.

مقاومة التآكل

مقاومة التآكل الجوي لـ 7034 معتدلة؛ الأسطح المطلية أو المطلية بطبقة تحفظ أداءً جيداً في الأجواء الحضرية والصناعية، أما السبيكة العارية فتظهر تأكل حفري وتآكل بين حبيباتي أكثر سهولة مقارنة بسلسلة Al-Mg (5xxx). الحدود الحبيبية الغنية بمركبات بينية في السبائك عالية الزنك تتكون مواقع أنودية تحت التعرض للتآكل، لذا يُعتبر الحماية السطحية والتصميم لتجنب الشقوق من الممارسات القياسية.

في البيئات البحرية أو المليئة بالكلوريدات، تكون 7034 أكثر عرضة للتآكل مقارنة بسلسلة 5000؛ يمكن تقليل القابلية عن طريق اختيار حالات معالجة زمنية متقدمة (T73, T76) وبروتوكولات تشطيب سطحي صارمة. تُستخدم الحماية الكاثودية والطبقات البوليمرية لضمان أداء طويل الأمد للأجزاء الحرجة في الخدمة البحرية.

تُعد ظاهرة تشققات التآكل الإجهادي (SCC) مصدر قلق رئيسي لسبائك 7xxx عالية القوة: تظهر الحالات المعالجة حرارياً بنمط الذروة (peak-aged) أعلى قابلية، في حين تقل قابلية SCC بشكل كبير مع المعالجة الزمنية المتقدمة، وخفض محتوى النحاس، وإضافة سبائك دقيقة مثل الكروم والزركونيوم. التفاعل الكهروكيميائي مع المعادن المختلفة (مثل الفولاذ، النحاس) مهم جداً—ويستلزم وجود طبقات عازلة أو فواصل فولطية لمنع التآكل الأنودي المتسارع لسبيكة الألمنيوم.

خواص التصنيع

قابلية اللحام
يُعد لحام 7034 تحديًا بسبب الحرارة الداخلة التي تسبب تليين منطقة تأثير الحرارة (HAZ) وتزيد مخاطر التشقق الحراري في اللحام بالانصهار؛ اختيار مواد الحشو والمعالجات قبل وبعد اللحام أمران حاسمان لتقليل هذه التأثيرات. يمكن استخدام لحام TIG وMIG مع مواد حشو من سلسلة 5xxx أو صيغ خاصة متوافقة مع 7xxx، لكن من المتوقع انخفاض كبير في الخواص الميكانيكية المحلية وزيادة القابلية لتآكل موضعي.

سهولة التشغيل
سهولة تشغيل 7034 في الحالة الأنيلية والحالات H جيدة إلى جيدة جداً؛ في حالة T6 يمكن تشغيل السبيكة بشكل جيد بأدوات كربيد مناسبة وتركيبات صلبة لكن زيادة الصلادة تؤدي إلى زيادة تأكل الأدوات. تشمل الممارسات الموصى بها إدراجات كربيد ذات زاوية ميل إيجابية، تبريد عالي الضغط، سرعات سطحية متوسطة إلى عالية، وكاسرات رقائق للسيطرة على رقائق مسننة النموذجية للسبائك المعالجة بالترسيب.

قابلية التشكيل
يُفضل التشكيل في حالات O أو T4—التشكيل البارد لسبيكة T6 يؤدي إلى التشقق أو ارتداد الزنبرك، ولا يُنصح به إلا إذا تم تصميم المنتج لتحمل ذلك بزيادة سماكة التصميم. نصف قطر الانحناء النموذجي للألواح في حالات T4/O يتراوح من 1 إلى 3 أضعاف سماكة المادة حسب حالة الحافة، بينما في حالة T6 قد يحتاج إلى نصف قطر من 4 إلى 6 أضعاف السماكة أو تنعيم حراري قبل التشكيل.

سلوك المعالجة الحرارية

كسبيكة قابلة للمعالجة الحرارية، تتبع 7034 معالجات قياسية من معالجة محلول، تبريد سريع، ومعالجة زمنية صناعية لتطوير الخصائص القصوى. عادةً ما يتم إجراء معالجة المحلول عند درجات حرارة قريبة من 470–485 °C لإذابة الأطوار القابلة للذوبان، تليها تبريد سريع للحفاظ على التشبع الفائق؛ معدل التبريد حاسم، خاصةً للقطاعات السميكة، لتجنب تكون ترسيبات خشنة والحفاظ على قابلية التقسية.

تختلف جداول المعالجة الزمنية الصناعية: معالجة T6 نموذجية عند 120–125 °C لمدة 18–24 ساعة لتحقيق صلادة ومقاومة قريبة من الذروة، بينما دورات T73/T76 تستخدم درجات حرارة أعلى أو أوقات أطول لإنتاج ترسيبات أكبر وأكثر استقرارًا تقلل من قابلية SCC. تسمية T651 تشير إلى وجود خطوة تنعيم الإجهاد بالتمدد بعد التبريد قبل المعالجة الزمنية لتقليل التشوهات المتبقية.

الأداء في درجات الحرارة العالية

تحافظ 7034 على خواص ميكانيكية مفيدة حتى درجات حرارة مرتفعة متوسطة، لكنها تفقد مقاومة بشكل ملحوظ فوق نحو 150–175 °C بسبب تكبير وحل الترسيبات. للخدمات المستمرة في درجات حرارة مرتفعة، يجب على المصممين النظر في سبائك مصممة خصيصًا للاستقرار الحراري أو تطبيق معالجات سطحية واقية لتقليل الأكسدة والزحف.

مقاومة الأكسدة عند درجات حرارة الخدمة نموذجية لسبائك الألمنيوم بسبب طبقة أكسيد Al2O3 المستقرة، لكن التعرض طويل الأمد للحرارة العالية يسرع التغيرات المجهرية في نظام الترسيب وقد يسبب تليينًا دائمًا؛ مناطق HAZ المجاورة للحام تعاني من تدهور خواص واضح عند التعرض للدورات الحرارية.

التطبيقات

الصناعة	المكون النموذجي	سبب استخدام 7034
الفضاء الجوي	وصلات وعمليات طرق	نسبة فقدان وزن إلى قوة عالية جدًا، أداء تعب جيد في حالات معالجة محسنة
السيارات	مكونات التعليق وأجزاء الهيكل	قوة عالية لتقليل سماكة القطاعات وتحسين الخصائص الاهتزازية والضوضائية عند معالجة التعب
البحرية	حوامل هيكلية وأذرع دعم	قوة جيدة مع معالجة زمنية متقدمة وحماية سطحية مناسبة
الإلكترونيات	الألواح الهيكلية والأغلفة	توازن بين التوصيل الحراري والصلابة لخدمات الهياكل خفيفة الوزن

يتم اختيار 7034 عادةً للتطبيقات التي تتطلب قوة ثابتة عالية، استقرار أبعاد صارم، وأداء تعب جيد بعد المعالجة الحرارية المناسبة والتشطيب السطحي. تسمح القدرة على تعديل الخواص من خلال اختيار الحالة الحرارية (الشيخوخة الذروية مقابل الشيخوخة المتقدمة) للمصممين بتفضيل أقصى قوة أو مقاومة محسنة للتآكل وSCC حسب متطلبات الخدمة.

نصائح الاختيار

اختر 7034 عندما يكون الهدف التصميمي قوة نوعية عالية مع القدرة على تعديل مقاومة التآكل على المدى الطويل من خلال التحكم في الحالة الحرارية؛ وهي مفيدة بشكل خاص عندما يوفر تقليل الوزن فوائد على مستوى النظام. راع الاعتبارات المتعلقة بالتكلفة والتوافر—فقد تكون 7034 أغلى وأقل توفراً في عمليات البثق الكبيرة مقارنة بسلسلة 6xxx، كما أن اللحام أو إصلاح اللحام يتطلب إجراءات خاصة.

مقارنة بالألمنيوم التجاري النقي (1100)، تقدم 7034 قوة وصلابة أكثر بكثير مقابل