الألومنيوم A5086: التركيب الكيميائي، الخواص، دليل الحالات الحرارية، والتطبيقات

نظرة عامة شاملة

تعتبر A5086 من سبائك الألومنيوم والماغنيسيوم ضمن سلسلة 5xxx، وتتميز بوجود الماغنيسيوم كعنصر سبائكي رئيسي والألومنيوم كعنصر متوازن. تنتمي هذه السبيكة إلى مجموعة غير قابلة للمعالجة الحرارية حيث يتم تطوير القوة بشكل رئيسي من خلال التقسية بالشد والتشكيل البارد المُتحكم فيه بدلاً من التقسية بالنضوج. تُظهر السبيكة مزيجاً مفضلاً من القوة المتوسطة إلى العالية، مقاومة ممتازة للتآكل في بيئات بحرية وجوية، وقابلية ممتازة للحام، مع الاحتفاظ بقابلية تشكيل معقولة في درجات التكستشر اللينة. تستخدم هذه السبيكة عادةً في صناعات مثل بناء السفن، الهياكل البحرية، خزانات التبريد، أوعية الضغط، ومكونات النقل التي تتطلب مقاومة للتآكل ومتانة أكثر من قوة الذروة القابلة للمعالجة الحرارية.

يُختار A5086 غالباً عندما يكون هناك حاجة إلى ألومنيوم متين وقابل للحام مع مقاومة فائقة لتآكل مياه البحر، وعندما يعتمد التصميم على التشكيل البارد لضبط القوة. بالمقارنة مع السبائك القابلة للمعالجة الحرارية، فإنها تضحي ببعض أقصى قوة ممكن تحقيقها مقابل أداء أفضل في التجميعات الحامَة والبيئات المسببة للتآكل. تفضّل هذه السبيكة حيث يتحكم الاعتماد على الموثوقية الهيكلية ومقاومة التآكل الموضعية في اختيار المادة، وحيث تتضمن عمليات التصنيع وصلات ملحومة كبيرة وعمليات تشكيل مكثفة. مزيجها من المتانة، تحمل التلف، وطول عمر الخدمة في البيئات العدائية يحافظ على أهميتها في التطبيقات الهندسية القديمة والحديثة.

متغيرات التكستشر

حالة التكستشر	مستوى القوة	الاستطالة	القابلية للتشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية	ممتازة	ممتازة	حالة م annealed كاملة لأقصى درجة ليونة
H111	منخفضة–متوسطة	عالية	جيدة جداً	ممتازة	تصلب قليل بالتشغيل؛ تشكيل لأغراض عامة
H116	متوسطة	متوسطة	جيدة	جيدة جداً	درجة بحرية مع مقاومة تآكل محسنة
H32	متوسطة–عالية	متوسطة	مقبولة	جيدة جداً	تصلب بالتشغيل ونصف م annealed لقوة أعلى
H34	عالية	منخفضة	محدودة	جيدة جداً	تصلب تشغيلي أثقل لأجزاء هيكلية
H36	الأعلى (تصلب تشغيلي)	منخفضة	ضعيفة–محدودة	جيدة جداً	أقصى وصول تجاري للتصلب بالتشغيل

تتحكم حالة التكستشر بشكل كبير في التوازن بين القوة والليونة في A5086 عن طريق تغيير مستوى العمل البارد الدائم وأي خطوات حرارية لتثبيت الحالة. تستخدم الحالات اللينة مثل O وH111 عندما يكون التشكيل واسعاً وتتطلب عمليات التمدد، في حين تُختار سلسلة H32 إلى H36 عندما تكون هناك حاجة إلى خصائص مقاومة خضوع وقوة شد أعلى بدون معالجة حرارية.

التركيب الكيميائي

العنصر	النطاق %	ملاحظات
Si	≤ 0.40	التحكم في الشوائب؛ زيادة السيليكون يمكن أن تشكل مركبات بين فلزية تقلل الليونة
Fe	≤ 0.40	الحديد موجب كنقاية؛ تُحافظ الحدود على انخفاضه لتجنب تكوين مركبات بين فلزية خشنة
Mn	0.20–0.70	يحسن القوة والتحكم في حبة المعادن؛ يساهم في استجابة التقسية بالتشغيل
Mg	3.5–4.5	العنصر الأساسي لتقوية السبيكة؛ يتحكم في سلوك التآكل وتقسية محلول صلب
Cu	≤ 0.10	نحاس منخفض للحفاظ على مقاومة التآكل؛ زيادة النحاس تزيد من قابلية الهجوم الموضعي
Zn	≤ 0.25	كميات قليلة؛ تبقى منخفضة لتجنب تعرض السبيكة لتآكل الإجهاد في بعض البيئات
Cr	0.05–0.25	إضافات صغيرة لتحسين حبيبات المعدن ومقاومة تشقق تآكل الإجهاد
Ti	≤ 0.15	محسن لحبيبات المعدن عند إضافته عمدًا؛ وإلا محدد كشوائب
عناصر أخرى (لكل منها)	≤ 0.05	إجمالي العناصر الأخرى يبقى محدوداً؛ الألومنيوم يشكل التوازن (~ باقي التركيبة)

يحكم الماغنيسيوم السلوك الميكانيكي والتآكل بتوفير تقسية محلول صلب والتأثير على الجهد الكهروكيميائي للمصفوفة. يتواجد الكروم والمنغنيز للتحكم في تركيب الحبوب وتخفيف بعض أنواع التآكل وإعادة التبلر أثناء التصنيع. التحكم الدقيق في الحديد والسيليكون والنحاس والزنك ضروري للحفاظ على الليونة، والمتانة، ومقاومة التآكل في البيئات البحرية.

الخصائص الميكانيكية

تُظهر A5086 مزيجاً من الليونة والقوة التي تعتمد بشكل قوي على حالة التكستشر ومستوى العمل البارد؛ توفر المادة النيئة (O) استطالة عالية لكنها أدنى مقاومة خضوع ومتانة شد، بينما توفر درجات H32 إلى H36 مقاومة خضوع متزايدة تدريجياً مع تناقص الاستطالة. يتميز سلوك الشد عادة بمعامل تقسية بالشد متوسط إلى عالي ضمن نطاق التشويه البلاستيكي المبكر، مما يوفر امتصاص طاقة جيد وتحمل تلف تحت إجهاد زائد. مقاومة التعب تعتبر جيدة بشكل عام لسبائك الألومنيوم، لكن عمر التعب حساس لسطح النهاية، جودة اللحام، ومواضع تركيز الإجهاد—فالوصلات الملحومة تقلل بشكل كبير من تحمل التعب مقارنة بالمعدن الأساسي.

تزداد الصلادة مع التقسية بالتشغيل وترتبط بزيادة مقاومة الشد ومقاومة الخضوع؛ يتوقع قفزة ملحوظة في صلادة فيكرز أو برينل عند الانتقال من O إلى H34/H36. تؤثر السماكة على كلاً من القوة والليونة عبر التقييد أثناء العمل البارد؛ الأقسام السميكة أصعب في التقسية المتجانسة وقد تظهر استطالات فعالة أقل. التعرض الحراري حول اللحام أو التسخين الموضعי يمكنه تليين مناطق H-temper في منطقة التأثير الحراري (HAZ)، مما يقلل من مقاومة الخضوع موضعياً ويستلزم السماحيات التصميمية لانخفاض قوة HAZ.

الخاصية	O / م annealed	درجة مفتاحية (H32/H116)	ملاحظات
قوة الشد	نموذجي 120–200 MPa	نموذجي 260–340 MPa	القوة القصوى ترتفع مع التقسية بالتشغيل؛ نطاق واسع يعتمد على التكستشر والسماكة
قوة الخضوع	نموذجي 35–80 MPa	نموذجي 170–270 MPa	تزداد قوة الخضوع بشكل قوي مع حرارة H؛ H116 هي درجة بحرية متزنة
الاستطالة	نموذجي 25–35%	نموذجي 8–20%	التطبيع يوفر أعلى استطالة؛ درجات العمل البارد الثقيلة تُظهر ليونة أقل
الصلادة	منخفضة (HV ~25–40)	متوسطة–عالية (HV ~60–90)	الصلادة تتبع القوة والعمل البارد؛ والقيم تعتمد على مقياس القياس ودرجة التكستشر

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	~2.66 جم/سم³	نموذجي لسبائك الألومنيوم والماغنيسيوم؛ يوفر نسبة قوة إلى وزن جيدة
نطاق الانصهار	~590–650 °C	يعتمد على التركيبة الدقيقة؛ تذوب السبيكة تحت درجة انصهار الألومنيوم النقي بسبب الماغنيسيوم
التوصيل الحراري	~130–140 واط/م·ك (عند 25 °C)	التوصيل العالي يجعله مناسباً لمكونات تبديد الحرارة والتبريد
التوصيل الكهربائي	~30–35 %IACS	أقل من الألومنيوم النقي بسبب السبائكة ولكنه مقبول للعديد من التطبيقات الكهربائية والحرارية
الحرارة النوعية	~0.90 كيلوجول/كجم·ك	مفيد لحسابات إدارة الحرارة وتحليل التسخين المرحلي
التمدد الحراري	~23–25 ميكرومتر/م·ك (20–100 °C)	معامل مشابه لسبائك الألومنيوم الأخرى؛ مهم للتركيبات المشتركة مع معادن مختلفة

تُظهر الثوابت الفيزيائية أن A5086 تحافظ على العديد من خصائص الألومنيوم المفضلة مثل الكثافة المنخفضة والتوصيل الحراري العالي، بينما تؤدي السبائكة إلى تقليل التوصيل الكهربائي وزيادة القوة. بيانات التمدد والتوصيل الحراري مركزية للتصميم في التركيبات التي تحتوي على معادن مختلفة أو حيث تحدث دورات حرارية، لأن التمدد التفاضلي يمكن أن يسبب إجهادات أو تعب. نطاق الانصهار والتصلب مهمان لعمليات اللحام والسباكة، مع ضرورة الحذر لتجنب زيادة حجم الحبيبات وللتحكم في خصائص منطقة التأثير الحراري (HAZ).

أشكال المنتجات

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	التصلبات الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.5–6.0 mm	خصائص ميكانيكية متجانسة؛ يسهل تشكيلها على البارد	O, H111, H116	تستخدم على نطاق واسع في اللوحات، تغطية هياكل السفن، والتجميعات المشكلة
صفائح	6–150+ mm	قابلية منخفضة للتشكيل البارد؛ الخصائص تختلف حسب جدول الدرفلة	H32, H34, H36	الأجزاء السميكة تستخدم للمكونات الهيكلية؛ التحكم الصارم في الدرفلة للتحكم في توجيه الحبيبات
بروفيلات البثق	بروفيلات تصل إلى عدة أمتار	القوة تعتمد على العمل بعد البثق	H111, H32	البثق يسمح بأقطار مقاطع معقدة؛ الحرارة الناتجة عن البثق قد تؤثر على التصلب
أنابيب	أقطار من صغيرة إلى كبيرة؛ سماكة الجدار متغيرة	الأداء الميكانيكي يتأثر بالتشكيل والعلاج بالشيخوخة	H111, H32	أنابيب بدون درز ومبردلة تستخدم في التطبيقات الهيكلية وتطبيقات الضغط
قضبان/أعمدة	أقطار تصل حتى 200 mm	عادة ما تكون مقواة بالتشكيل أو مخملة	O, H111, H32	تستخدم للمكونات المشغلة والتركيبات التي تتطلب متانة

شكل التصنيع يؤثر على الخصائص الميكانيكية القابلة للتحقيق وخيارات المعالجة. تطبيقات الألواح والسمك الرفيع تسمح بتشكيل بارد مكثف وتقوية بالتشكيل لتلبية أهداف القوة مع الحفاظ على قابلية التشكيل. الصفائح والأقسام السميكة تمثل تحديات لتحقيق تقسية متجانسة وربما تتطلب تصلبات أثقل أو استراتيجيات ربط بديلة لإدارة التليين في منطقة التأثير بالحرارة (HAZ). البُثق والأنابيب تشكّل على الساخن وغالباً ما تكون حساسة للسُمك؛ عمليات التشكيل البارد الإضافية أو التسوية تُستخدم لضبط التصلب المطلوب.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	A5086	الولايات المتحدة الأمريكية	تصنيف جمعية الألمنيوم للكيمياء السبائكية وأشكال المنتجات التجارية
EN AW	5086	أوروبا	EN AW-5086 مستخدمة عادة في المواصفات الأوروبية بحدود تركيبية مماثلة
JIS	A5086	اليابان	الصناعة اليابانية عادة ما تقارن مع معادلات AA/EN للتوريد والمعايير
GB/T	5086	الصين	التصنيفات الصينية GB/T تتماشى بشكل وثيق مع تركيبات AA/EN والتصلبات النموذجية

المعايير الإقليمية تصف عادة نفس الكيمياء الأساسية لكنها قد تختلف في التفاوتات المسموح بها، التصلبات المحددة، أو متطلبات الاختبار للخصائص الميكانيكية. يجب أن تشير المستندات الشرائية والمواصفات إلى المعيار المحلي المناسب لتغطية التفاوتات المطلوبة، بروتوكولات الاختبار، ومعايير قبول سلسلة التوريد. اختلافات بسيطة في حدود الشوائب القصوى أو تسمية التصلبات قد تؤثر عملياً على قابلية اللحام، أداء المقاومة للتآكل، وقبول الشهادات عبر الأسواق المختلفة.

مقاومة التآكل

تتميز A5086 بمقاومة ممتازة للتآكل الجوي، وهي مناسبة بشكل خاص للخدمات البحرية وعلى السواحل بسبب محتواها العالي من المغنيسيوم والشوائب المحكومة بعناية. في مياه البحر ومناطق الرش، تتشكل طبقة مستقرة من أكسيد وهيدروكسيد الألمنيوم تحد من الحفر العميق، وبعض التصلبات (مثل H116) معدلة لتحسين المقاومة للتآكل بين الحبيبات والمحلي. زيادة الضغط الشدي تعزز القابلية للتشققات الناتجة عن التآكل الإجهادي؛ لذا فإن استخدام التصلبات المتحكم بها والتصميم الصحيح لتفادي الإجهادات الشدية العالية أمر مهم لتقليل خطر التشقق.

يجب النظر في التفاعلات الجلفانية عند ربط A5086 بمعادن أكثر نبلاً مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو النحاس؛ فالألمنيوم سيكون العضو الأنودي ويتآكل تفضيلياً ما لم يتم عزل كهربائيًا أو توفير حماية كاثودية. مقارنةً بسلسلة سبائك 2xxx و7xxx، تقدم A5086 مقاومة تآكل متفوقة بشكل ملحوظ في بيئات تحتوي على كلوريدات، لكنها لا تصل إلى مقاومة التآكل لبعض درجات الألمنيوم التجاري عالية النقاء في ظروف جوية محددة. يجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار تصلب السبيكة، تشطيب السطح، وبرامج الصيانة لتحقيق عمر خدمة طويل في بيئات عدوانية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

تتمتع A5086 بقابلية لحام ممتازة باستخدام طرق الانصهار الشائعة مثل MIG/GMAW وTIG/GTAW، كما تستجيب جيدًا لعمليات الحالة الصلبة مثل اللحام بالاحتكاك. سبائك الحشوة الموصى بها عادة هي 5356 أو 5183، تختار لتحقيق توازن بين القوة ومقاومة التآكل مع تجنب التشققات الحرارية؛ ويعتبر 5356 شائعًا للتطبيقات البحرية بسبب قوته ومطيلته الجيدة. اللحامات تكون عرضة لتليين منطقة التأثير بالحرارة (HAZ) حيث يفقد المعدن الأصلي المقوى بالتشكيل قوته محليًا، ما يتطلب هامش تصميم أو عمليات تشكيل باردة بعد اللحام عند الضرورة.

قابلية التشغيل

قابلية التشغيل الآلي لـ A5086 متوسطة وعادة أقل من سبائك الألمنيوم سهلة التشغيل بسبب القوة الأعلى والتقسية بالتشكيل؛ مؤشرات القابلية تقع عادة في نطاق 40–60% مقارنة بمعايير الألمنيوم النقي. يُنصح باستخدام أدوات كربيد وضبط أجهزة ثابتة مع كاسرات رقائق مناسبة للتعامل مع رقائق مستمرة ومرنة وللحفاظ على تشطيب السطح. سرعات القطع المنخفضة مع تغذية أثقل وأدوات بزاوية مشطبة إيجابية يمكن أن تحسن عمر الأداة وتقلل من تركيب الأطراف المشكّلة في عمليات التخريم والنشابة.

قابلية التشكيل

قابلية التشكيل ممتازة في الحالات المخملة والخفيفة التصلب، مما يتيح السحب العميق، الثني، والشد المعقد المستخدم في تغطية هياكل السفن وتصنيع الهيئات. نصف قطر الانحناء الأدنى يعتمد على التصلب والسماكة، لكن O وH111 يمكن تحقيق أنصاف أقطار ضيقة بسبب استطالة عالية؛ تصلبات ثقيلة مثل H32–H36 تتطلب أنصاف أقطار أكبر وقد تقتصر على الانحناءات البسيطة. العمل البارد يزيد القوة بفعالية، ويستخدم المصممون هذا لتحقيق تقوية موضعية بعد التشكيل؛ ومع ذلك، التشديد المفرط أو الثني الشديد يمكن أن يسبب ارتداد نبضي وتشقق سطحي إذا لم يُتحكم فيه.

سلوك المعالجة الحرارية

A5086 سبائك غير قابلة للمعالجة الحرارية ولا تكتسب قوة من تقسية الترسيب؛ المعالجات الحرارية تُستخدم بشكل رئيسي للتمدد الحراري، الاستقرار، أو إعادة تبلور البنية المجهرية. تتم عملية التلدين (تهدئة كاملة للوصول لحالة O) بتسخين إلى مدى إعادة التبلور يليها تبريد تحكمي، لاستعادة الليونة لعمليات التشكيل اللاحقة. الشيخوخة الصناعية وتحولات التصلب من نوع T غير ذات صلة بزيادة القوة في هذه السبيكة، رغم أن التعرض الحراري أثناء اللحام قد يسبب تلدينًا موضعيًا ويقلل القوة في التصلبات H.

التقسية بالتشكيل هي الوسيلة الأساسية لزيادة القوة في A5086؛ يتم استخدام الدرفلة الباردة المضبوطة، الشد، أو الثني لتحقيق التصلبات H11x–H36. يمكن تطبيق معالجات تثبيت (تعرض حراري خفيف) لإيقاف عمليات تشبه الشيخوخة الطبيعية أو لتخفيف الإجهادات المتبقية، لكنها لا تنتج تقسية مثل تلك الموجودة في سبائك السلسلة 6xxx أو 7xxx. يجب أن يخطط المهندسون المختصون بالتصميم والعمليات لتتابع التشكيل واللحام لإدارة التوازن بين القوة المطلوبة والليونة المحتفظ بها، مع الأخذ في الاعتبار تليين HAZ وإمكانية إعادة العمل.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

تحافظ A5086 على خصائص ميكانيكية مفيدة عند درجات حرارة مرتفعة معتدلة، لكن القوة والصلابة تتدهور مع ارتفاع درجة الحرارة؛ تنخفض الخصائص الهيكلية تدريجياً فوق ~100–150 °C. للخدمة المستمرة فوق هذا النطاق، يجب على المصممين مراعاة عوامل التخفيض وظواهر الزحف أو الاسترخاء بناءً على الحمولة ومدة التعرض. التأكسد محدود لسبائك الألمنيوم عند درجات حرارة الخدمة المعتادة، لكن الطبقات الواقية يمكن أن تتعرض للخلل في دورات حرارية شديدة أو في ظروف الرطوبة العالية، مما يغير سلوك التآكل المحلي.

مناطق اللحام حساسة بشكل خاص لدرجات الحرارة المرتفعة لأن التليين السابق لـ HAZ مع التعرض الحراري يمكن أن يقلل أكثر من مقاومة الخضوع والتعب المحلية. التعرض الطويل المدى بالقرب من نطاق الانصهار غير مناسب بالطبع وسيؤدي إلى تدهور ميكروسكوب شديد؛ للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، يفضل استخدام سبائك بديلة مصممة خصيصاً للاستقرار عند درجات الحرارة المرتفعة. للدرجات المتقطعة والارتفاعات القصيرة في درجة الحرارة، يمكن لـ A5086 الأداء بشكل مقبول إذا كانت ضغوط التصميم وتفاصيل الوصلات محافظة.

التطبيقات

الصناعة	المكوّن النموذجي	سبب استخدام A5086
البحرية	ألواح الهيكل، الهيكل الفوقي، التركيبات	مقاومة ممتازة لتآكل مياه البحر وقابلية جيدة للحام
النقل	هياكل المقطورات، عربات السكك الحديدية	نسبة قوة إلى وزن عالية، متانة وتحمل للأضرار
الفضاء	الهيكل الثانوي، التركيبات الداخلية	قوة جيدة ومقاومة للتآكل لأجزاء غير هيكلية أساسية
الطاقة / أوعية الضغط	خزانات التبريد (كريوجينية)، المبادلات الحرارية	متانة جيدة عند درجات حرارة منخفضة وموصلية حرارية
الإلكترونيات / الحرارية	موزعات الحرارة، الأغلفة	موصلية حرارية عالية وكثافة منخفضة لإدارة الحرارة

يجمع A5086 بين مقاومة التآكل، وقابلية اللحام، وقابلية التشكيل، مما يجعله الخيار المفضل للتطبيقات الهيكلية التي تتعرض لبيئات بحرية أو خارجية. كما توسّع قدرة السبيكة على الحفاظ على المتانة عند درجات حرارة منخفضة من استخداماتها لتشمل التطبيقات الكريوجينية والمبردة. حيث تُعطى أولوية للوصلات المصممة والمتانة طويلة الأمد على حساب القيم القصوى لمقاومة الشد، يوفر A5086 توازناً عمليًا بين الخصائص وقابلية التصنيع.

رؤى اختيار المادة

اختر A5086 عندما يتطلب التطبيق ألومنيوماً قابلاً للحام ومقاوماً للتآكل مع قوة جيدة ناتجة عن التشغيل البارد، وخاصة عند التعرض لمياه البحر أو الأجواء العدوانية. مقارنةً بالألومنيوم التجاري النقي (1100)، يقدم A5086 قوة أعلى بكثير ومقاومة أفضل للأحمال الميكانيكية مقابل بعض التنازل في التوصيل الكهربائي وسهولة التشكيل. مقارنةً بسبيكة 3xxx (مثل 3003) أو 5xxx مثل 5052، يعرض A5086 عموماً قوة أعلى مع الحفاظ على مقاومة مماثلة أو محسنة للتآكل في البيئات البحرية.

مقارنةً مع السبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061 أو 6063، لن يصل A5086 إلى نفس مستويات القوة القصوى الناتجة عن التقسية الناتجة عن الترسيب، لكنه غالباً ما يُفضل عندما تكون التجميعات الملحومة والتعرض طويل الأمد للكلوريدات من العوامل التصميمية الرئيسية. يُراعى التكلفة وتوافر درجات التخشين وتسلسل التصنيع: إذا كان من المتوقع وجود لحام موسع وتعرض لمياه البحر، فإن A5086 (H116/H32) يُعد غالباً الخيار الأمثل بين القوة وطول العمر وسهولة التصنيع.

الملخص الختامي

يظل A5086 سبيكة ألومنيوم هندسية أساسية حيث تتطلب مقاومة التآكل وقابلية اللحام وقوة متحملة للأضرار بدون الاعتماد على المعالجة الحرارية. تسمح كيمياء السبيكة وخيارات التخشين للمهندسين بتخصيص الخصائص من خلال التشغيل البارد والمعالجة، مما يجعله خياراً متيناً ومتعدد الاستخدامات للتطبيقات الهيكلية البحرية، والنقل، والكريوجينية.