ألمنيوم A5052: التركيب، الخواص، دليل المعالجات، والتطبيقات

نظرة شاملة

يعد A5052 من سبائك الألومنيوم المطروقة في سلسلة 5xxx، وهو يصنف ضمن عائلة Al–Mg حيث يعتبر المغنيسيوم العنصر الرئيسي للسباكة. تستند فلسفة السبك إلى إضافات المغنيسيوم في نطاق ~2.2–2.8% بالوزن مع إضافات صغيرة ومسيطر عليها من الكروم والمنغنيز للتحكم في بنية الحبيبات والحد من إعادة التبلور أثناء التصنيع.

يعتبر A5052 سبيكة غير قابل للمعالجة الحرارية، حيث يعتمد آلية تقويته الأساسية على تقوية محلول صلب بالتزامن مع الشغل البارد (تقسية الإجهاد) وتثبيت السبائك الدقيقة. ينتج عن ذلك مزيج من قوة متوسطة، مقاومة ممتازة للتآكل—وخاصة في البيئات البحرية—قابلية جيدة للّحام، وقابلية تشكيل ملائمة في درجات الطراوة اللينة.

السمات الرئيسية التي تميز A5052 هي مقاومة الخضوع والشد المرتفعة نسبيًا مقارنة بالألمنيوم النقي تجاريًا (سلسلة 1xxx)، مقاومته المتفوقة لمياه البحر والبيئات المحتوية على الكلوريدات مقارنة بالعديد من سبائك الألومنيوم الأخرى، وأداؤه المعقول في التعب. تشمل الصناعات النموذجية التي تستخدم A5052 البناء البحري، النقل (خزانات وقود الشاحنات ولوحات الهيكل)، الأجهزة المنزلية، مجاري التكييف والتدفئة، وبعض الهياكل الثانوية في الطيران. غالبًا ما يتم اختيار السبيكة حيث يكون هناك حاجة لتوازن بين القابلية للتشكيل، القوة المتوسطة، ومقاومة التآكل دون الحاجة إلى تقسية بالترسيب.

يُختار A5052 بدلاً من سبائك 1xxx و3xxx عندما تكون هناك حاجة لقوة أعلى ومقاومة تآكل أفضل دون التضحية كثيرًا بالقابلية للتشكيل. يُفضل على العديد من سبائك 6xxx/7xxx القابلة للمعالجة الحرارية عندما يكون اللحام ومقاومة التآكل أثناء الخدمة (وخاصة في مياه البحر المالحة) من العوامل الحاسمة، وعندما يكون من غير المرغوب فيه تكلفة أو إجراءات المعالجة الحرارية.

متغيرات الحالة

الحالة	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	مرتفعة	ممتازة	ممتازة	أنيلية كاملة؛ أقصى دكتيلية للتشكيل.
H111	منخفض–متوسط	مرتفعة	جيدة جدًا	جيدة جدًا	حالة شيخوخة بالإجهاد عامة مع تقسية غير إتجاهية معتدلة.
H14	متوسطة	متوسطة–عالية	جيدة	جيدة جدًا	مشمدة إلى حالة ربع صلبة؛ شائعة للمكونات المشكلة.
H16	متوسطة–عالية	متوسطة	مقبولة–جيدة	جيدة جدًا	حالة نصف صلبة مع زيادة في القوة على حساب القابلية للتشكيل.
H32	عالية	متوسطة	جيدة (مع الحذر)	جيدة	مشمدة ومستقرة؛ تستخدم على نطاق واسع للألواح والصفائح في التطبيقات البحرية.
H34	عالية	منخفضة–متوسطة	محدودة	جيدة	مشمدة إلى مستوى أعلى من H32؛ تستخدم حيث يلزم قوة أعلى.
H38	أعلى	منخفضة	محدودة	جيدة	حالة مشمدة تجاريًا عالية القوة للمنتجات السميكة.

تتحكم تسمية الحالة لـ A5052 مباشرة في مقاومات الشد والخضوع من خلال درجة الشغل البارد وأي معالجات تثبيت. الحالات اللينة (O, H111) تعظم القابلية للتشكيل والاستطالة وتُختار للعمليات العملاقة والتشكيل المعقد، في حين توفر حالات H3x قوة خضوع أعلى بكثير على حساب تقليل الاستطالة وزيادة الارتداد عند التشكيل.

تتسم قابلية اللحام عمومًا بالتفوق عبر الحالات نظرًا لأن A5052 لا يعتمد على تقوية بالترسيب؛ ومع ذلك، قد يقلل التليين الموضعي أو الاسترداد في منطقة تأثر الحرارة (HAZ) من قوة الحالات المشدمة بالقرب من اللحامات. يجب على المصممين أخذ ارتداد الحالة ونصف قطر الانحناء الخاص لكل حالة في الاعتبار أثناء التشكيل وقد يلجأون إلى التلدين بعد التشكيل إذا كانت الدكتيلية القصوى مطلوبة.

التركيب الكيميائي

العنصر	النطاق %	ملاحظات
Si	≤ 0.25	شائبة؛ يتم التحكم فيها للحد من المابينات المعدنية.
Fe	≤ 0.40	شائبة؛ زيادة الحديد قد تقلل الدكتيلية وتزيد من الشوائب المعدنية.
Mn	0.10–0.50	متحكم في بنية الحبيبات؛ يساعد في القوة ويقلل من احتمالية إعادة التبلور.
Mg	2.2–2.8	العنصر الأساسي للسبك؛ يوفر تقوية محلول صلب وتحسين مقاومة التآكل.
Cu	≤ 0.10	محتفظ به منخفضًا للحفاظ على مقاومة التآكل؛ زيادة النحاس تقلل من مقاومة الحفريات.
Zn	≤ 0.10	عنصر ثانوي؛ يُعتَبر عادةً شائبة.
Cr	0.15–0.35	يسيطر على بنية الحبيبات ويساعد على تثبيت الحالات المشدمة ضد إعادة التبلور.
Ti	≤ 0.15	مزيل للأكسجين ومكرر للحبيبات في الصب؛ ثانوي في السبائك المطروقة.
عناصر أخرى	≤ 0.05 (لكل عنصر) / ≤ 0.15 (الإجمالي)	عناصر أثرية بحدود محددة؛ يجب التحقق من شهادات المصنع للقيود المحددة.

يعتبر المغنيسيوم المحرك الأساسي لأداء A5052: فهو يزيد من مقاومة الخضوع والشد عبر تقوية المحلول الصلب مع الحفاظ على الدكتيلية الجيدة في الحالات اللينة. يضاف الكروم بكميات محسوبة لبطء إعادة التبلور والحفاظ على البنية المجهرية المشدمة خلال التعرض للحرارة العالية وعمليات التصنيع. تساهم المحتويات المنخفضة من النحاس والزنك في الحفاظ على مقاومة السبيكة القوية للحفريات والتآكل الخاجي في البيئات المحتوية على الكلوريدات.

الخواص الميكانيكية

يعرض A5052 سلوكًا ميكانيكيًا نموذجيًا لسبائك الألومنيوم والمغنيسيوم المشدمة: تظهر الحالات اللينة قوة خضوع منخفضة لكن استطالة عالية، بينما تقدم حالات H3x قوة خضوع وشد نهائية أعلى بكثير مع تقليل الدكتيلية. تتأثر مقاومة الخضوع بشكل كبير بالشغل البارد والسماكة؛ حيث يمكن للصفائح الرقيقة المدلفنة باردًا للحالة H32 أن تصل إلى مقاومات تقارب سبائك إنشائية، في حين ستنخفض كثيرًا قيم الألواح السميكة أو القطاعات الملدنة. تتبع الصلادة نفس الاتجاه مع القوة وغالبًا ما تستخدم كبديل سريع للتحقق من الحالة في ورش العمل.

يعتبر أداء التعب لـ A5052 جيدًا عمومًا بالنسبة لسبائك Al–Mg؛ تستفيد السبيكة من غياب المربعات المفيدة للتعب التي قد تعمل كنقاط انطلاق للشروخ. تؤثر حالة السطح، والإجهادات المتبقية الناتجة عن التشكيل، واللحامات بشكل رئيسي على عمر التعب، لذا تُعدّ عمليات التشطيب الصحيحة وتقييم إجراءات اللحام ضرورية للتطبيقات الدورية. تؤثر السماكة على مدى الشغل البارد الممكن وبين التقييد للتشوه البلاستيكي؛ حيث يمكن للألواح الرقيقة أن تقسى أكثر عن طريق الدلفنة الباردة، بينما تتطلب القطاعات السميكة شغلًا باردًا أكثر حدة للوصول إلى خصائص مماثلة.

تلخيص القيم العملية للخواص (قيم نموذجية؛ يرجى التحقق من شهادات المصنع للاستخدامات الخاصة بالمشاريع) موضح أدناه.

الخاصية	O/أنيلية	الحالة الأساسية (مثلاً H32)	ملاحظات
قوة الشد (UTS)	110–150 MPa	215–260 MPa	تعتمد UTS بشكل كبير على الحالة والسماكة؛ تضاعف H3x القوة تقريبًا مقارنة بالحالة O.
مقاومة الخضوع (0.2% انزياح)	35–70 MPa	140–200 MPa	غالبًا ما تتراوح مقاومة الخضوع للحالة H32 بين 140–200 MPa حسب شكل المنتج والحالة.
الاستطالة (على 50 مم)	15–25%	6–12%	تنخفض الاستطالة مع زيادة الشغل البارد؛ القابلية للتشكيل لا تزال مقبولة في العديد من حالات H.
الصلادة (HB)	25–40	55–70	مدى الصلادة المعطى بالقيمة برينل نموذجية؛ تختلف قيم فيكرز/روكويل.

الخواص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.68 جم/سم³ (168 رطل/قدم³)	قيمة نموذجية لسبائك الألومنيوم-مغنيسيوم المطروقة؛ مفيدة لحساب الكتلة.
نطاق الانصهار	~605–650 °C	يعتمد على التكوين الدقيق والشوائب؛ يشمل درجة الصلادة والانصهار.
الموصلية الحرارية	~138 واط/م·ك (عند 20 °C)	أقل من الألومنيوم النقي بسبب السبك؛ جيدة لتطبيقات توزيع الحرارة.
الموصلية الكهربائية	~29–36 %IACS	انخفضت الموصلية بسبب المغنيسيوم والذائبين الآخرين؛ تختلف حسب السماكة والحالة.
السعة الحرارية النوعية	~900 جول/كجم·ك	قيمة نموذجية لسبائك الألومنيوم؛ تستخدم لحساب الكتلة الحرارية والانتقالات الحرارية.
التمدد الحراري	23.5–24.8 ×10⁻⁶ /ك	تمدد حراري خطي مشابه للسبائك الألومنيوم الأخرى؛ مهم عند التزاوج مع مواد مختلفة.

تجعل الخواص الفيزيائية A5052 مناسبة للتطبيقات التي تتطلب مزيجًا من الوزن الخفيف، والتوصيل الحراري المعقول، وسلوك أبعاد مستقر مع درجة الحرارة. تقل الموصلية الكهربائية مقارنةً بالألومنيوم النقي بسبب السبك لكنها تظل كافية للعديد من حاويات الحماية الكهربائية والاستخدامات الإلكترونية؛ إذا كانت الموصلية القصوى مطلوبة يُفضل استخدام سلسلة 1xxx الأقل سبكًا.

ينبغي أن يأخذ التصميم الحراري في الاعتبار الموصلية المتوسطة والسعة النسبية العالية للتمدد الحراري عند التزاوج مع الفولاذ أو المواد المركبة لتجنب الإجهاد الحراري المفرط أثناء الخدمة، خاصة في البيئات الحرارية الدورية.

أشكال المنتجات

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك الشد	التمبّرات الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.3 mm – 6 mm	تزداد القوة مع التدحرج البارد	O, H111, H14, H32	تُستخدم على نطاق واسع في التكسية، الألواح، وهياكل السفن البحرية.
لوح	6 mm – 50 mm	قليل من العمل البارد الممكن؛ صلابة أقل نتيجة انخفاض تصلّب الإجهاد	O, H32, H34, H38	يُستخدم اللوح للأجزاء الإنشائية والملحومة؛ الألواح السميكة غالباً ما تُورد بتمبّرات H3x.
بروفيلات بثق	بروفيلات تصل إلى عدة أمتار	الخصائص تتأثر بنسبة البثق والعمل اللاحق	O, H111, H32	تُستخدم المقاطع المبثوقة في الإطارات، القضبان، والبروفيلات الإنشائية.
أنابيب	قطر خارجي 6 mm – 200 mm	سماكة الجدار تؤثر على القوة المتاحة	O, H14, H32	أنابيب ملحومة ولا ملحومة لخزانات الوقود، التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، والأنابيب البحرية.
قضبان/أعمدة	أقطار تصل إلى ~100 mm	تعتمد على قابلية التشغيل والعمل البارد	O, H14, H16	قضبان صلبة لتصنيع التركيبات المشغّلة والمكونات المخروطة.

تؤدي طرق تصنيع الألواح واللوح (التدحرج البارد، التسوية بالشد) إلى تغيير كثافة الانزلاقات والملمس البلوري، مما يؤثر مباشرة على مقاومة الخضوع والاستطالة. غالباً ما تُنتج المقاطع المبثوقة والأنابيب بتمبّرات أكثر ليونة لتسهيل التشكل، ويمكن أن تخضع بعد ذلك للعمل البارد لزيادة القوة.

اختيار شكل المنتج يعتمد على حاجة التصنيع: الألواح الرقيقة للتشكيل والسحب، الألواح للأجزاء الهيكلية الملحومة، البثق لمقاطع معقدة، والأنابيب/القضبان للتجميعات المشغلة والمكونات الإلكتروميكانيكية. يمكن تطبيق خطوات العمل البارد أو التلدين بعد الإنتاج لتعديل الأداء الميكانيكي بما يتناسب مع مسار التصنيع المطلوب.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	A5052	الولايات المتحدة	تعيين جمعية الألمنيوم؛ يُشار إليه كثيراً في بيانات المصنع.
UNS	A95052	دولي	رقم موحد لتعيين A5052.
EN AW	EN AW-5251 / EN AW-5052 (تأكيد)	أوروبا	تعيينات أوروبية تختلف حسب المصنع؛ يُنصح بتأكيد التطابق الكيميائي.
JIS	A5052	اليابان	المعيار الياباني غالباً ما يستخدم نفس رمز السبيكة للألمنيوم 5xxx.
GB/T	AlMg2.5	الصين	تعيين صيني لسبيكة Al–Mg بمحتوى مماثل من الماغنيسيوم؛ تحقق من المواصفات الكيميائية.

التكافؤ بين المعايير تقريبي بسبب اختلاف ممارسات التصنيع، حدود الشوائب، والعناصر النزرة المسموح بها بين المناطق والمصانع. ينصح المهندسون دائماً بمراجعة التركيب الكيميائي المحدد وحدود الخواص الميكانيكية في شهادات المصنع قبل اعتماد المادة في التطبيقات الحرجة.

مقاومة التآكل

تقدم A5052 مقاومة جيدة جداً لتآكل الغلاف الجوي، وهي متينة بشكل ملحوظ في البيئات البحرية وحيث وجود الكلوريد بفضل محتواها من الماغنيسيوم وانخفاض النحاس. تشكل السبيكة طبقة أكسيد وقائية توفر في كثير من ظروف الخدمة حماية طويلة الأمد ضد التآكل النخري والعام؛ هذا السلوك متفوق على العديد من السبائك المعالجة حرارياً التي تحتوي على نسب أعلى من النحاس أو الزنك. يمكن للطلاءات الواقية والأنودة أن تعزز الأداء أكثر إذا تطلب الأمر مظهرًا جماليًا أو حماية حاجزية إضافية.

في مياه البحر ومنطقة الرش، تتفوق A5052 عادة على سبائك السلسلتين 6xxx و 2xxx من حيث مقاومة النخر، ولهذا السبب تُستخدم على نطاق واسع في هياكل السفن، خزانات الوقود، وتركيبات السطح. تتعرض A5052 للتآكل المحلي إذا تم اقترانها كهربائياً بمعادن أكثر نبلاً (مثل سبائك النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ) بدون عزل مناسب؛ لذا فإن اختيار البراغي والعزل الكهربائي مهم في التجميعات متعددة المعادن.

حساسية تشقق التآكل الاجهادي (SCC) لـ A5052 منخفضة مقارنة بالسبائك العالية القوة المعالجة حرارياً، لكن التعرض للإجهادات الشدية مع بيئات الكلوريد التآكلية يمكن أن يسبب بدء التشقق في المكونات ذات الأحمال العالية. يجب على المصممين تجنب إدخال إجهادات بقايا شد في المناطق الحرجة، وضمان تصريف جيد، والنظر في الحماية الكاثودية أو استخدام مواد براغي مناسبة عند توقع غمر طويل الأمد.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

يمكن لحام A5052 بسهولة بطرق الاندماج الشائعة مثل TIG (GTAW) وMIG (GMAW)، وتؤدي جيداً أيضاً في اللحام بالمقاومة واللحام النقطي في الأشكال الصفائحية. توصى سبائك الحشو مثل ER5356 أو ER5183 عادة للوصلات اللحامية واللحامات الحرفية لضمان توافق مقاومة التآكل وتقليل خطر التشقق الساخن؛ حيث يوفر ER5356 توازنًا جيدًا بين القوة والمطيلية. خطر التشقق الساخن منخفض مقارنة بالعديد من سلاسل السبائك 2xxx و7xxx، لكن التليين المحلي لمنطقة التأثير الحراري يمكن أن يقلل من القوة في تمبّرات العمل البارد، ويجب التحقق من الخواص الميكانيكية بعد اللحام خاصة في المناطق ذات الإجهاد العالي.

قابلية التشغيل

تتميز A5052 بقابلية تشغيل معتدلة تفوق أغلب سبائك Al–Si المصبوبة لكنها أقل من سبائك 2xxx سهلة القطع. تعمل السبيكة بشكل جيد باستخدام أدوات الصلب عالي السرعة أو الكربيد، ويُستفاد من التجهيزات الصلبة، أدوات ذات زاوية قطع إيجابية، وهندسة قطع الرقائق المناسبة لتجنب الشرائط الطويلة المستمرة. تُستخدم سرعات دوران عالية، تغذية معتدلة، وسائل تبريد مخصصة للألمنيوم للسيطرة على الطبقة المتكونة وتحسين جودة السطح؛ وينبغي توقع تشطيب سطحي جيد ومعدل تآكل أدات متوسط بسبب تصلب العمل في القطاعات الرقيقة.

قابلية التشكيل

قابلية التشكيل في تمبّرات اللينة لـ A5052 ممتازة ومناسبة للسحب العميق، الحافة، والطباعات المعقدة؛ تتوقف أقل نصف قطر ثني على التمبّر والسماكة وعادةً ما يكون في نطاق 1–3T (T = السماكة) للتمبّرات اللينة. يزيد العمل البارد من القوة والارتداد، لذا فإن مكونات H32/H34 تتطلب أدوات تعويض وغالبًا تخفيف إجهاد أو تلدين جزئي بعد التشكيل لتلبية التحكمات الهندسية. يمكن أن تمدد التشكيل الدافئ حدود القابلية لكنه نادرًا ما يكون مطلوبًا للتطبيقات النموذجية لـ 5052؛ وينصح بإجراء تجارب تشكيل للم geometries المعقدة.

سلوك المعالجة الحرارية

تعتبر A5052 سبيكة غير معالجة حرارياً؛ فهي لا تستجيب للمعالجة بالحل والشيخوخة لإحداث تصلب بالترسيب كما يحدث في سبائك 6xxx أو 7xxx. يحقق زيادة القوة أساساً عن طريق العمل البارد (تصلب الإجهاد) والإضافات المثبتة مثل الكروم التي تقلل من التعافي أثناء التعرض لدرجات حرارة مرتفعة.

يتم التلدين (التخفيف) بالتسخين إلى درجة الحرارة المناسبة (عادة ~300–415 °C للتلدين الجزئي أو الكامل، حسب حجم القطاع وتوصيات المصدر) لتقليل كثافة الانزلاقات واستعادة المطيلية. يمكن إنتاج تمبّرات مثبتة (H3x) بالتسخين المتحكم به لتخفيف الإجهادات المتبقية مع الحفاظ على جزء من العمل البارد؛ وتستخدم المعالجات الحرارية بعد التشكيل عادةً لتعديل الخصائص الميكانيكية والارتداد.

الأداء عند درجات الحرارة المرتفعة

تُظهر A5052 انخفاضًا تدريجيًا في القوة مع زيادة درجة الحرارة؛ فوق حوالي 100–150 °C تبدأ مقاومة الخضوع في الانخفاض بشكل ملحوظ، وعند درجات حرارة الخدمة المرتفعة (مثلاً >250 °C) تفقد السبيكة معظم قوتها عند درجة حرارة الغرفة. للخدمة المستمرة، يُنصح بالحفاظ على درجات حرارة تشغيل أقل من ~100 °C للمكونات التي تعتمد على قوتها في التمبّرات الباردة القياسية.

الأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة منخفضة مقارنة بالسبائك الحديدية بسبب تكوين طبقة أكسيد ألومنيوم واقية بسرعة، لكن التعرض الطويل للحرارة يمكن أن يعزز التعافي والتلدين للبنية المجهرية المتصلبة بالعمل، مما يؤدي إلى التليين. منطقة التأثير الحراري الناتجة عن اللحام والدورات الحرارية قد تشهد تعافي محلي وفقدان قوة؛ لذلك يجب على المهندسين تحديد هوامش تمبّر مناسبة أو تصميم دعائم لتقليل تأثير تدهور الأداء المرتبط بمنطقة التأثير الحراري.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام A5052
السيارات	مكونات نظام الوقود، ألواح الهيكل للمركبات التجارية	قابلية تشكيل جيدة، مقاومة للتآكل، وقابلية لحام مناسبة لأجزاء الوقود والهيكل الخارجي.
البحرية	ألواح الهيكل، أدوات السطح، التركيبات	مقاومة ممتازة لتآكل مياه البحر وقوة جيدة بالنسبة للوزن.
الفضاء	الهياكل الثانوية، الحوامل، الغلاف	خفيفة الوزن، مقاومة للتآكل، وسهلة التشكيل واللحام.
الإلكترونيات	العبوات وناشرات الحرارة	موصلية حرارية مناسبة وقابلية تشكيل لأجزاء EMI والتبريد الحراري.
التدفئة والتهوية وتكييف الهواء / البناء	قنوات الهواء، الأسقف، التكسية	مقاومة الطقس، سهولة التصنيع، وتوفر في الألواح واللفائف.

يجمع A5052 بين سهولة التصنيع، مقاومة التآكل، وخصائص ميكانيكية معتدلة، مما يجعله سبيكة مفضلة للمكونات التي تكون ظروف الخدمة وقابلية التصنيع أهم من تحقيق أقصى قوة ممكنة. توفر المنتج الواسع في الألواح، الألواح السميكة، والأشكال المبثوقة يسهل من عمليات الإنتاج والتوريد.

رؤى الاختيار

يُعتبر A5052 خيارًا ممتازًا عندما يحتاج المهندسون إلى قوة أعلى من الألمنيوم النقي تجاريًا (1100) مع الحفاظ على قابلية جيدة للتشكيل ومقاومة للتآكل. بالمقارنة مع 1100، يقدم A5052 بعض التنازلات في التوصيل الكهربائي وقدرة السحب العميق مقارنة بضعف طفيف، مقابل تحسين كبير في القوة الميكانيكية والمتانة أثناء الخدمة.

عند المقارنة مع سبائك 3003 وغيرها من السبائك التي تحتوي على المنغنيز والمُتقسّبة بالتشكيل، يقدم A5052 عادةً قوة أعلى ومقاومة أفضل للتآكل النقطي في بيئات تحتوي على الكلوريد وذلك بسبب محتواه الأعلى من المغنيسيوم. مقابل السبائك القابلة للمعالجة الحرارية