الألومنيوم 7056: التركيب الكيميائي، الخصائص، دليل التصلب والتطبيقات

نظرة شاملة

7056 هو سبيكة ألومنيوم عالية القوة من سلسلة 7xxx (Al-Zn-Mg-Cu)، مصممة للتطبيقات التي تتطلب قوة ثابتة وقوة إجهاد متعبة عالية جداً بالإضافة إلى صلابة بمستوى صناعات الطيران. العناصر الرئيسية لتقوية السبيكة هي الزنك والمغنيسيوم، مع إضافات ملحوظة من النحاس وعناصر سبائكية دقيقة مثل الكروم، الزركونيوم والتيتانيوم للتحكم في بنية الحبوب وإعادة التبلور.

7056 هي سبيكة قابلة للمعالجة حرارياً تحقق أدائها الميكانيكي من خلال معالجة التصلب بالذوبان، والتبريد السريع (التشكيل)، وتقسية الترسيب (التصلب بالشيخوخة)؛ كما يمكن أيضاً زيادة عمر المعالجة لتحسين صلابة الكسر ومقاومة التآكل الإجهادي. الخصائص الرئيسية تشمل نسبة قوة إلى وزن عالية جداً، قابلية لحام ضعيفة نسبياً مقارنة بسلاسل 5xxx و6xxx، قابلية تشكيل محدودة في درجات الحرارة العالية المحققة بالشيخوخة، ومقاومة معتدلة للتآكل يمكن تحسينها بشكل كبير باختيار الدرجة الحرارية المناسبة والمعالجات السطحية.

الصناعات النموذجية التي تستخدم 7056 تشمل الطيران (القولبات الهيكلية، التركيبات، ومكونات معدات الهبوط)، رياضة السيارات عالية الأداء، والمعدات الدفاعية حيث تكون قوة الثبات وقوة التعب ضرورية. تُختار هذه السبيكة فوق الدرجات الأخرى عندما تكون أقصى قوة وأداء تعب ضروريين مع التقليل من وزن المكونات، خاصةً عندما يكون التجميع الميكانيكي أو عمليات التصنيع المتحكم بها ممكنة.

يختار المهندسون 7056 بدلًا من سبائك 7xxx الأخرى عندما يُطلب توازن محدد بين الصلابة والقوة القصوى، أو عندما تُستخدم إضافات سبائكية دقيقة مثل (Zr/Ti) وممارسات شيخوخة متخصصة للحد من تشقق التآكل الإجهادي مع الاحتفاظ بقوة خضوع وقوة شد عالية.

أنواع الدرجات الحرارية

درجة الحرارة	مستوى القوة	التمدد	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية	ممتازة	ممتازة	مخفض بالكامل، أقصى ليونة للتشكيل
H12 / H14	منخفضة–متوسطة	متوسطة–عالية	جيدة	جيدة	معالجة بزيادة إجهاد خفيفة للتشكيل مع بعض القوة
T5	متوسطة	متوسطة	محدودة	ضعيفة–متوسطة	مبردة من درجة حرارة مرتفعة ومعالجة شيخوخة صناعية
T6	عالية	منخفضة–متوسطة	محدودة	ضعيفة	محققة قوة قصوى؛ درجة شائعة للهيكلية
T651	عالية	منخفضة–متوسطة	محدودة	ضعيفة	T6 مع عملية تقويم (تخفيف الإجهاد)؛ شائعة في الطيران
T76 / T7451	متوسطة–عالية	متوسطة	محسنة	ضعيفة–متوسطة	درجات معالجة عمرية زائدة لتحسين مقاومة تشقق التآكل والصلابة
Hxxx (معالجة بالعمل البارد)	متغيرة	متغيرة	متوسطة	جيدة	درجات مركبة تُستخدم لقوة وقابلية تشكيل مخصصة

الدرجات الحرارية تؤثر بشكل كبير على أداء 7056: الصفائح واللوح المعالجة على الحالة الأنيلية (O) هي الأكثر قابلية للتشكيل والأسهل في التشغيل، في حين أن T6/T651 توفر أقصى قوة ثابتة على حساب الليونة وسلوك الانحناء. درجات المعالجة بعمر زائد مثل T76/T7451 تضحي ببعض القوة القصوى مقابل مقاومة محسنة جدًا لتشقق التآكل والصلابة، وهو أمر حاسم لمكونات الطيران الحساسة للسلامة.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة المئوية	ملاحظات
Si	≤ 0.40	شائبة نموذجية؛ زيادتها تؤثر على سلوك الانصهار
Fe	≤ 0.50	شائبة تشكل مركبات بينية معدنية؛ تُتحكم للحد من الهشاشة
Cu	1.4–2.4	يزيد من القوة وقابيلة التصلب؛ يؤثر على مقاومة التآكل
Mn	≤ 0.10	قليل، يتحكم بإعادة التبلور عند وجوده
Mg	2.0–2.8	عنصر تقوية رئيسي عبر ترسيبات MgZn2
Zn	7.0–8.8	الفاعل الأساسي في القوة؛ يرفع نسبة الزنك قابيلة التصلب
Cr	0.04–0.20	يتحكم في بنية الحبوب ويقلل من إعادة التبلور
Ti	0.05–0.20	مكرر للحبوب للقولبة والصب
Zr / عناصر سبائكية دقيقة أخرى	0.05–0.25	يشكل الزركونيوم وعناصر مشابهة مشتتات للحد من نمو الحبوب
عناصر أخرى / بقايا	≤ 0.15 لكل منها	تتضمن عناصر أثرية وبقايا غير محددة؛ توازن الألومنيوم

تركيبة الزنك والمغنيسيوم العالية تؤدي إلى تكوين ترسيبات من نوع MgZn2 المسؤولة عن القوة القصوى بعد التصلب الصناعي. النحاس يعزز من القوة وصلابة الكسر لكنه يقلل مقاومة التآكل، لذا يتم موازنة نسب Cu وZn وتُضاف عناصر سبائكية دقيقة (Zr/Cr/Ti) لإنتاج بنية حبوب ناعمة ومستقرة والسيطرة على إعادة التبلور أثناء المعالجة الحرارية-الميكانيكية.

الخصائص الميكانيكية

يعرض 7056 مدى واسع من قوة الشد وقوة الخضوع حسب نوع الدرجة الحرارية وشكل المنتج؛ درجات الشيخوخة القصوى (T6/T651) من بين الأعلى ضمن سبائك الألومنيوم وتوفر قوة ثابتة ممتازة ولكن تقلل من الليونة وقابلية الانحناء. يمكن لقوة الخضوع في درجات T6 أن تقترب أو تتجاوز سبائك 7xxx عالية القوة الأخرى، مع تناقص قوة الشد وقوة الخضوع مع زيادة سمك المقطع بسبب حساسية سرعة التبريد.

الاستطالة حتى الفشل تكون أعلى بكثير في الحالة الأنيلية وتنخفض مع زيادة القوة؛ الاستطالات النموذجية في T6 كافية للتشغيل والتشكيل الخفيف لكن غير مناسبة للتشكيل البارد الشديد. الصلادة ترتبط بحالة الشيخوخة وتستخدم للتحكم في الجودة؛ قوة التعب جيدة في القطع المقولبة والسماكات العالية لكنها حساسة لحالة السطح وتجانس المعالجة الحرارية.

تأثيرات السمك مهمة جداً بالنسبة لـ7056 لأن القدرة على الوصول إلى العمر الأقصى أثناء التبريد والشيخوخة تقل مع ازدياد ثخانة المقطع؛ لذلك يجب على المصممين مراعاة انخفاض الخواص في المقاطع الثقيلة أو استخدام معالجات حرارية معدلة وأنواع سبائك مختلفة للتعويض.

الخاصية	الحالة O/أنيلية	الدرجة الحرارية الرئيسية (مثلاً T6/T651)	ملاحظات
قوة الشد	220–300 MPa (اعتيادية)	540–640 MPa (اعتيادية)	نطاق واسع حسب الدرجة الحرارية، سمك المقطع والشيخوخة
قوة الخضوع	110–200 MPa (اعتيادية)	470–560 MPa (اعتيادية)	قوة الخضوع تعتمد بشدة على سرعة التبريد ونوع الدرجة الحرارية
التمدد	18–28%	6–12%	درجات الشيخوخة القصوى تقلل الليونة
الصلادة (HV)	60–90	150–200	صلادة فيكرز مرتبطة بالخواص الشدية

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	حوالي 2.78 جرام/سم³	نموذجية لسبائك Al-Zn-Mg-Cu عالية القوة
نطاق الانصهار	حوالي 500–635 °C (من الصلب إلى السائل تقريبا)	يعتمد على التركيب الدقيق والشوائب
التوصيلية الحرارية	حوالي 120–140 واط/م·ك	أدنى من الألمنيوم النقي ولكن مناسبة للعديد من التطبيقات الحرارية
التوصيلية الكهربائية	حوالي 30–45% IACS	منخفضة مقارنة بالسبائك الأنقى بسبب العناصر المضافة
السعة الحرارية النوعية	حوالي 880–910 جول/كغ·ك	قريبة من سبائك الألومنيوم الشائعة عند درجة حرارة الغرفة
موسع حراري خطي	حوالي 23–24 ميكرومتر/م·ك	معامل التمدد الطولي النموذجي لسبائك الألومنيوم عند درجة حرارة الغرفة

الثوابت الفيزيائية تعكس توازناً بين التوصيل المعدني ومحتوى السبائك؛ التوصيلين الحراري والكهربائي منخفضان بسبب الإضافات الكبيرة من Zn، Mg، و Cu مقارنة بسبائك 1xxx. يجب على المصممين توقع أن السبيكة تتصرف حرارياً مشابهة لسبائك 7xxx الأخرى مع قدرة تبديد حراري عالية ولكن توصيل كهربائي منخفض نسبياً لتطبيقات الترددات العالية.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	المعالج الحراري الشائع	ملاحظات
ألواح	0.5–6 mm	تنخفض القوة مع زيادة السماكة	O, T6, T76	تُستخدم في جلود الطائرات ولوحات الدقة؛ التشكيل محدود في حالة الذروة
صفائح	6–200+ mm	تدرج الخواص مع السماكة	T6, T651, T76	الصفائح السميكة تتطلب تبريدًا محكماً؛ الأجزاء الثقيلة تشهد انخفاضًا في الخواص
بثق	مقاطع عرضية متغيرة	القوة مشابهة للصفائح لنفس المعالجة	T6, T651	البثقات المعقدة ممكنة لكنها تتطلب تحكم دقيق بالتقادم المباشر
أنابيب	القطر الخارجي 10–300 mm	القوة تعتمد على سماكة الجدار	T6, T76	تُستخدم في الأنابيب الهيكلية حيث يُطلب أداء تعبّ مُجهد
قضبان/أسلاك	القطر 5–200 mm	قابلية جيدة للتشغيل في الحالة O؛ قوة عالية في T6	O, T6	القضبان المشغولة عادة تُعالج حراريًا للمكونات الحرجة

طرق التشكيل والمعالجة تحدد الخواص الممكنة: الأجزاء الرقيقة يمكن معالجتها حرارياً ثم تبريدها بسرعة لتحقيق تصلب قريب من الذروة، بينما الصفائح السميكة والمطروقات أكثر حساسية للتبريد وغالبًا ما تتطلب دورات تقادم معدلة. البثقات والمطروقات تستفيد من السبائكية الدقيقة للتحكم في نمو الحبيبات وتحسين التجانس الهيكلي في المقاطع الكبيرة.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	7056	الولايات المتحدة الأمريكية	التصنيف الرئيسي تحت رابطة الألومنيوم
EN AW	AlZn7.5MgCu?*	أوروبا	تركيبات مكافئة واسعة النطاق موجودة ولكن تحتاج للتحقق من الحالات المعالجة
JIS	A7056 (تقريبًا)*	اليابان	الكتالوجات المحلية قد تعرض مكافئات قريبة مع حدود مختلفة
GB/T	سلسلة Al-Zn-Mg-Cu (شبيهة 7056)*	الصين	المعايير الصينية تحتوي على سبائك Zn-Mg-Cu عالية القوة مكافئة تقريبًا

المكافئات المباشرة لدرجة 7056 محدودة بسبب اختلاف التراكيب ونافذ المعالجة بين المعايير؛ الإدخالات المشار إليها بالنجمة تعني أن التعيينات المحلية غالبًا ما تقارب 7056 ولكن قد تختلف في حدود العناصر النزرة، إضافات السبائكية الدقيقة وتوفر الحلات المعالجة. يجب على المهندسين التحقق من المواصفات الكيميائية والميكانيكية بدلاً من الاعتماد فقط على أسماء الدرجات الاسمية عند الاستيراد الدولي.

مقاومة التآكل

7056 تتمتع بمقاومة تآكل عامة معتدلة في البيئات الجوية، ولكن مثل سبائك الفئة 7xxx ذات محتوى الزنك العالي، يمكن أن تكون عرضة للتآكل النقيلي والتقشير في بيئات كلوريد عدوانية إذا تُركت دون معالجة. الحلات المعالجة بعد فترة نزول القوة (T76/T7451) والتغطية أو التأكسد الأنودي تحسن بشكل كبير مقاومة التشقق بسبب التآكل تحت الإجهاد والهجوم بين الحبيبات.

في البيئات البحرية، 7056 بدون معالجة سطحية مناسبة أو حماية تضحيات أقل متانة من سبائك 5xxx أو سبائك 6xxx المطلية؛ الهجوم الموضعي والتشقق تحت الإجهاد (SCC) هما القلق الأساسي. من إجراءات التخفيف على مستوى التطبيق استخدام الطلاءات الواقية، السدادات عند المفاصل، الحماية الكاثودية، والتحكم الدقيق في التصميم لتجنب الفجوات التي تحبس ماء البحر.

التشقق بالتآكل تحت الإجهاد هو نمط فشل مهم في سبائك 7xxx عالية القوة؛ السبائكية الدقيقة (Zr/Cr) والاختيار الحذر للحالة المعالجة يمكن أن يقللا من قابلية SCC، لكن يجب على المصممين تطبيق عوامل تصميم محافظة والنظر في الحلات المعالجة بعد فترة نزول القوة للمكونات الحرجة. التفاعل الجلفاني مع المواد النبيلة أكثر (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو التيتانيوم) عادة ما يكون غير ملائم للألومنيوم؛ العزل واختيار المثبتات مهمان لتجنب الذوبان الأنودي المتسارع.

خواص التصنيع

قابلية اللحام

لحام 7056 يُعتبر تحديًا بشكل عام؛ طرق اللحام بالاندماج (TIG/MIG) قد تؤدي إلى تشقق حراري، وجود مساميات، وضعف واضح في منطقة التأثير الحراري (HAZ) يمكن أن تقلل القوة المحلية بشكل كبير. عندما يكون اللحام لا مفر منه، تُستخدم أحيانًا سبائك الحشو ذات محتوى الماغنيسيوم الأعلى (مثل 5356) أو سبائك الحشو المخصصة للفئة 7xxx، لكن اللحامات غالبًا ما تبقى أضعف من المعدن الأساسي وتتطلب معالجة حرارية بعد اللحام حيثما أمكن.

لحام شعاع الإلكترون ولف الاحتكاك هما المفضلان للتطبيقات الحرجة لأنهما يقللان من حجم منطقة التأثير الحراري ويتجنبان التشقق في الطور السائل؛ مع ذلك، يلزم تحكم دقيق في العملية ومعالجة حرارية لاحقة لاستعادة الخواص الميكانيكية المقبولة. في العديد من الاستخدامات الجوية، يفضل التثبيت الميكانيكي أو الربط اللاصق على اللحام.

قابلية التشغيل

7056 يُظهر قابلية تشغيل جيدة معقولة في الحالتين الملدنة والمعالجة في الذروة مقارنةً بالسبائك عالية القوة الأخرى، ولكن اختيار الأدوات وصلابة التثبيت مهمان لتجنب الاهتزاز وتصلب السطح أثناء القطع. يُوصى باستخدام أدوات كربيد ذات زاوية تقطيع إيجابية، تبريد مناسب، وسرعات قطع معتدلة؛ يجب اختيار معدلات التغذية لإنتاج رقائق مستمرة وتقليل تسخين قطعة العمل.

بما أن 7056 يمكن إنتاجه بمقاييس دقيقة، فإن التشغيل يُعد عملية نهائية شائعة للتركيبات والتمديدات؛ يمكن للعملية المسبقة للمعالجة أو تخفيف الإجهاد تحسين الاستقرار الأبعادي أثناء التشغيل الثقيل. جودة السطح والتحكم في الرقائق مهمان للمكونات الحساسة للتعب.

قابلية التشكيل

التشكيل يكون الأفضل في الحالات الملدنة (O) أو الحلات الملساء جزئيًا؛ T6/T651 تظهر قابلية تشكيل باردة محدودة وتتطلب أنصاف أقطار انحناء أكبر وتقنيات التشكيل التدرجي. أنصاف أقطار الانحناء الداخلية النموذجية للألواح الرقيقة في الحلات ذات الذروة تكون في نطاق 3–6 أضعاف سماكة المادة، لكن يجب على المصممين التحقق من نصف القطر باستخدام النماذج الأولية والنظر في الاسترجاع المرن الموضعي.

للطبعات والأشكال المعقدة، يمكن استخدام معالجة حرارية للحل والتشكيل أو التشكيل الدافئ يليها تقادم صناعي للحصول على أشكال قريبة من الشكل النهائي مع خواص مقبولة. العمل البارد (الحالات H) يوفر توازنًا متوسطًا بين القوة وقابلية التشكيل للأجزاء التي تحتاج إلى بعض التشكيل بدون التلدين الكامل.

سلوك المعالجة الحرارية

7056 قابل للمعالجة الحرارية عبر تسلسل المعالجة بالحل، التبريد والتقادم الصناعي التقليدي. عادة ما تتم المعالجة بالحل بالقرب من درجة حرارة السولفوس لأنظمة Zn/Mg/Cu (حوالي 470–480 °C) لإذابة المراحل الغنية بالمذاب، يليها تبريد سريع للاحتفاظ بالمذاب في محلول صلب مشبع.

التقادم الصناعي لأنواع T6 عادة ما يستخدم درجات حرارة متوسطة (120–160 °C تقريبًا) لأوقات مضبوطة لموازنة القوة القصوى والمتانة؛ يزيد التقادم الأسرع من القوة القصوى لكنه قد يزيد من قابلية تشقق التآكل تحت الإجهاد. تستخدم المعالجات بعد الذروة (T76/T7451) درجات حرارة أعلى و/أو أوقات أطول لتكبير ترسيباتها، مما يقلل مقاومة الخضوع والشد بشكل معتدل مع تحسين كبير في متانة الكسر ومقاومة تشقق التآكل.

التحولات بين حالات T متوقعة: من T4 (مُقدّر طبيعيًا) إلى T6 (تقادم صناعي) يزيد القوة؛ T73/T76 تقلل الذروة ولكن تحسين مقاومة التآكل والمتانة. التحكم في معدل التبريد ودورة التقادم ضروري للأجزاء السميكة لتجنب تدرجات الخواص والمناطق الداخلية الضعيفة.

الأداء في درجات الحرارة العالية

7056 يفقد قوته بسرعة نسبياً مع ارتفاع درجة الحرارة؛ تنخفض القوة الاستاتيكية القابلة للاستخدام فوق حوالي 100–125 °C وتحدث تدهورات كبيرة في الخواص فوق 150 °C. مقاومة الزحف محدودة مقارنة بالسبائك المقاومة للحرارة، لذا لا يُنصح بالخدمة طويلة الأمد بدرجات حرارة عالية للمكونات الحاملة للأحمال.

التأكسد السطحي ضئيل حتى درجات حرارة الخدمة المرتفعة النموذجية لبيئات الطيران، لكن التعرض الطويل عند درجات حرارة مرتفعة يمكن أن يغير توزيع الترسيبات ويقلل من عمر التعب. يجب على المصممين تحديد درجات حرارة الخدمة المستمرة والنظر في سبائك بديلة للأحمال الحرارية المستدامة أو توفير الحماية وإدارة حرارية للحفاظ على درجات حرارة المكونات ضمن الحدود الآمنة.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام 7056
الفضاء الجوي	تركيبات هيكلية، أضلاع الجناح، مطروقات نقاط التثبيت	أعلى نسبة قوة إلى وزن وأداء تعب ممتاز للمركبات الحرجة
البحرية / الدفاع	أغلفة الصواريخ والأسلحة، الموصلات عالية القوة	قوة نوعية عالية ومتانة مصممة؛ السبائكية الدقيقة تساعد في مقاومة تشقق التآكل تحت الإجهاد
رياضات المحركات / السيارات	مكونات أقفاص التدحرج، العوارض الهيكلية (محدودة)	أجزاء هيكلية حساسة للوزن حيث تسمح طرق اللحام/التصنيع
الإلكترونيات / إدارة الحرارة	موزعات حرارة صغيرة، قواعد تثبيت	موصلية حرارية جيدة مع صلابة عالية لأجزاء مدمجة وحاملة للأحمال

عادة ما يُخصص 7056 للمكونات التي تتطلب أقصى نسبة قوة نوعية ومقاومة تعب حيث يمكن لطرق التصنيع تجنب الآثار الضارة للحام بالاندماج. يجمع بين قوة عالية، متانة قابلة للتحكم وحالات معالجة متاحة، مما يجعله عنصرًا أساسيًا في المكونات الفرعية الحساسة للسلامة في الطيران.

رؤى للاختيار

يُختار 7056 عندما تكون نسبة القوة إلى الوزن وأداء التعب أولويات أعلى من سهولة التصنيع أو تكلفة المواد الخام. مقارنة بالألومنيوم التجاري النقي (1100)، يتبادل 7056 قوة شد ومقاومة خضوع أعلى بكثير مقابل موصلية كهربائية أقل وقابلية تشكيل منخفضة؛ استخدم 7056 عندما تفوق متطلبات الأداء الهيكلي أهمية الموصلية وسهولة التشكيل.

بالمقارنة مع السبائك المعالجة بالتصلب الميكانيكي الشائعة مثل 3003 أو 5052، يقدم 7056 قوة أعلى بشكل ملحوظ مع توفير مقاومة تآكل مماثلة أو أقل قليلاً اعتمادًا على الحالة الحرارية؛ اختر 7056 للهياكل الحاملة للأحمال حيث لا تستطيع سبائك 3xxx/5xxx تحقيق القوة المطلوبة. وبالمقارنة مع السبائك القابلة للمعالجة الحرارية المستخدمة على نطاق واسع مثل 6061/6063، يوفر 7056 قوة ذروة متفوقة وعمر إجهاد أفضل، رغم أنه قد يكون أكثر تكلفة وأصعب في اللحام؛ يُفضل اختيار 7056 عندما تبرر قوته النوعية الأعلى الحاجة إلى تحكم تصنيع متقدم وعمليات ربط خاصة محتملة.

عند اختيار 7056، يجب موازنة الاعتبارات: فهو يقدم خصائص قوة وإجهاد بدرجة جودة الفضاء الجوي ولكنه يتطلب معالجة حرارية دقيقة، حماية سطحية، وغالبًا تقنيات ربط بديلة. ننصح بمراعاة توفر المادة والزيادة السعرية مقارنة بسبائك 6xxx و5xxx، والتحقق من تأثير الحالة الحرارية والسماكة على الخصائص النهائية قبل اتخاذ القرار النهائي.

الملخص الختامي

يظل 7056 ذا صلة لأنه يقدم أحد أعلى تجمعات القوة إلى الوزن المتاحة في الألمنيوم المطروق مع السماح بتعديل معدني لتحسين المتانة ومقاومة تآكل الشقوق المتسللة SCC؛ مما يجعله مثالياً للمكونات الحرجة من حيث السلامة والحساسة للوزن في الصناعات الجوية والدفاعية. يمنح الاهتمام الصحيح باختيار الحالة الحرارية، والمعالجة الحرارية، وطرق التصنيع الاستفادة الكاملة من مزاياه في الأداء مع التقليل من قيود سلسلة 7xxx الشائعة.