الألومنيوم EN AW-1050A: التركيب الكيميائي، الخواص، دليل التصلب، والتطبيقات

لمحة شاملة

EN AW-1050A هو أحد أعضاء سلسلة سبائك الألومنيوم 1xxx، ويمثل ألومنيوماً تجارياً نقياً يحتوي على نسبة ألومنيوم اسمية لا تقل عن حوالي 99.5%. تُحافظ السبائك على انخفاض إضافات السبائك بشكل متعمد، حيث تتواجد السيليكون والحديد والعناصر النزرة فقط كمستويات شوائب، مما يحافظ على خصائص المعدن الأساسي المرتبطة بعائلة 1xxx. لا يمكن معالجتها حرارياً؛ فالقوة الميكانيكية مستمدة بشكل شبه حصري من تقسية الانفعال (التصلب أثناء التشغيل) ونقاء المعدن الأساسي، مما يعطي بنية مجهرية متجانسة جداً واستجابة تشويه متوقعة.

تشمل الخصائص التقنية الرئيسية لـEN AW-1050A انخفاض القوة الميكانيكية نسبياً مقارنة بالسبائك الأخرى، وموصلية كهربائية وحرارية عالية جداً، ومقاومة ممتازة للتآكل في العديد من الأجواء، وقابلية تشكيل ممتازة للتشوه البارد المعقد، وقابلية لحام ممتازة باستخدام عمليات الانصهار الشائعة. الصناعات النموذجية التي تستخدم EN AW-1050A تشمل الموصلات الكهربائية والبارات الناقلة، ومعدات المعالجة الكيميائية والغذائية، والعاكسات والعناصر المعمارية الزخرفية، وتطبيقات التعبئة ذات السماكات الرقيقة والرقائق. يختار المهندسون 1050A عندما تكون الموصلية القصوى، ونهاية السطح، ومقاومة التآكل، وقابلية التشكيل مطلوبة، وعندما لا تكون القوة العالية هي العامل الأساسي في التصميم.

أنواع المعالجات الحرارية

الدرجة الحرارية	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية	ممتازة	ممتازة	حالة أنيل كاملة لأقصى حد من اللدونة
H12	منخفضة-متوسطة	متوسطة	جيدة جداً	ممتازة	تصلب خفيف أثناء التشغيل، يحتفظ بقدرة تشكيل جيدة
H14	متوسطة	متوسطة-منخفضة	جيدة	ممتازة	درجة شائعة للتشغيل البارد لتطبيقات الصفائح
H16	متوسطة-عالية	أدنى	مقبولة	ممتازة	زيادة في تصلب التشغيل لزيادة القوة
H18	عالية	منخفضة	محدودة	ممتازة	تصلب تشغيل ثقيل لتحقيق أقصى قوة في الأجزاء غير المشكّلة
H112	متغيرة	متغيرة	متغيرة	ممتازة	غير معالجة حرارياً؛ الخصائص الميكانيكية ليست مسيطراً عليها بالتصلب الكامل؛ شائعة للبروفيلات المسحوبة

التشغيل البارد (درجة H) هو الطريقة العملية الوحيدة لزيادة القوة في EN AW-1050A لأنه لا يستجيب لمعالجة تقسية بالتحييد الحراري. تعطي درجة O أعلى حد من اللدونة وقابلية التشكيل، بينما تعكس الدرجات H المتدرجة درجات أكبر من تصلب الانفعال وبالتالي مقاومات خضوع وشد أعلى مع انخفاض الاستطالة.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة %	ملاحظات
Si	≤ 0.25	شائبة نموذجية من المعالجة؛ منخفضة بما يكفي للحفاظ على الموصلية العالية
Fe	≤ 0.40	الشائبة الرئيسية؛ تؤثر على القوة وجودة السطح عند المستويات الأعلى
Mn	≤ 0.05	قليل للغاية؛ مساهمة تقوية ضئيلة
Mg	≤ 0.05	قليل للغاية؛ لا يستخدم للتقسية في هذه السبيكة
Cu	≤ 0.05	يحافظ على مستويات منخفضة لحماية المقاومة للتآكل والموصلية
Zn	≤ 0.05	منخفض منعاً لتأثيرات جلفانية ملحوظة ويحافظ على الموصلية
Cr	≤ 0.05	مستويات أثرية؛ قد تكرر حبيبات المعدن إذا كانت موجودة
Ti	≤ 0.03	يستخدم غالباً للتحكم في حبيبات المعادن في المنتجات المصبوبة/المسحوبة
عناصر أخرى	≤ 0.15 إجمالاً	تشمل شوائب أثرية؛ الباقي من الألومنيوم ≥ 99.5%

التركيب الكيميائي الذي يحتوي على ألومنيوم شبه نقي في EN AW-1050A يعظم الموصلية الكهربائية والحرارية ويقلل من الفازات البينية التي يمكن أن تقلل من اللدونة وجودة السطح. التركيزات الصغيرة من الحديد والسيليكون لا مفر منها وتساهم بشكل معتدل في القوة وتشكيل جسيمات دقيقة تؤثر على التشكيل وجودة السطح والسلوك في الحفر.

الخصائص الميكانيكية

يعرض EN AW-1050A سلوك شد نموذجي للألومنيوم عالي النقاء ومنخفض السبائك: معامل مرونة منخفض نسبياً مقارنة بالصلب ولكن لدونة عالية في الحالة المأنّية. مقاومة الخضوع منخفضة وتزداد عموماً مع التشغيل البارد بينما تقل الاستطالة الكلية؛ يجب على المهندسين مراعاة تقوية تعتمد على السماكة وتأثير تاريخ التصنيع. قيم الصلادة منخفضة أيضا، وقوة التحمل تحت إجهاد التعب معتدلة؛ يتأثر أداء التعب بشكل كبير بحالة السطح، والإجهادات المتبقية من التشكيل، ووجود أي شقوق أو وصلات لحامية.

في درجات التصلب بالانفعال، يتم تحقيق توازن مفيد بين خصائص الشد ومقاومة الخضوع الأعلى وقابلية التشكيل المقبولة للعديد من تطبيقات الصفائح المعدنية. وبما أن السبيكة تفتقر إلى آليات تقسية هامة، فإن كافة الزيادات الملحوظة في القوة الساكنة تأتي من تراكم الانزلاقات وتصلب الميكروهيكل. تؤثر السماكة وجودة السطح بشكل جوهري على عمر التعب وتفاوت الخواص الميكانيكية، لذلك فإن تحديد النوع الحراري وشكل المنتج أمر حاسم لأداء ميكانيكي متكرر.

الخاصية	O/مأنى	درجة رئيسية (H14/H16)	ملاحظات
قوة الشد	عادة 60–110 MPa	عادة 95–140 MPa	القيم تختلف حسب السماكة ودرجة التشغيل البارد
مقاومة الخضوع	عادة 25–55 MPa	عادة 60–120 MPa	تزداد مقاومة الخضوع بشكل ملحوظ مع درجة H
الاستطالة	عادة 30–45%	عادة 6–20%	الحالة المأنّية تعطى أعلى استطالة؛ ودرجة H18 أقل استطالة
الصلادة	عادة 15–30 HB	عادة 20–40 HB	الصلادة ترتفع مع التصلب؛ وتعتمد على حالة السطح

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.71 جم/سم³	قيم نموذجية للألومنيوم شبه النقي
نطاق الانصهار	حوالي 660 °C (تقريباً)	السبيكة تقترب من الألومنيوم النقي؛ نطاق انصهار ضيق بالقرب من Al النقي
الموصلية الحرارية	حوالي 230 W/m·K	عالية بين المعادن الهندسية؛ تعتمد على النقاء ودرجة الحرارة
الموصلية الكهربائية	حوالي 58–62 %IACS	موصل كهربائي جيد جداً؛ تختلف مع الدرجة الحرارية والنقاوة
السعة الحرارية النوعية	حوالي 900 J/kg·K	سعة حرارية نوعية عالية مفيدة في تطبيقات التبريد الحراري
التوسع الحراري	حوالي 23.5 ×10⁻⁶ /K	توسع حراري مرتفع نسبياً مقارنة بالصلب

تفسر مجموعة الخصائص الفيزيائية كثيراً من استخدامات EN AW-1050A: الجمع بين الموصلية الحرارية والكهربائية العالية والكثافة المنخفضة يجعله خياراً مثالياً للمبددات الحرارية، والموصلات، والأسطح العاكسة. يلزم الانتباه إلى معامل التمدد الحراري المرتفع نسبياً في التجميعات مع مواد مختلفة للتحكم في الإجهادات الحرارية والثبات البُعدي.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	الدرجات الحرارية الشائعة	ملاحظات
صفائح	0.2–6.0 mm	القوة تزداد مع درجات H	O, H12, H14, H16	تستخدم على نطاق واسع في السحب العميق، العاكسات، اللوحات الزخرفية
ألواح	> 6.0 mm	اتجاه مماثل؛ قابلية تشكل أقل عند السماكة الأكبر	O, H112	أقل شيوعاً؛ تستخدم في الأجزاء المقاومة للتآكل ذات السماكة الأكبر
بروفيلات مسحوبة	بروفيلات بأحجام مقاطع كبيرة	الخصائص الميكانيكية تعتمد على التشغيل البارد بعد السحب	H112, H14 للبروفيلات المسحوبة	تستخدم غالباً في التأطير المعماري وبارات التوصيل
أنابيب	أنابيب بجدران رقيقة إلى سميكة؛ أقطار متغيرة	السحب البارد والأنيل يغيران الخصائص	O, H16	شائعة للتطبيقات الكيميائية ومبادلات الحرارة
قضبان / قضبان مستديرة	أقطار من بضع مم إلى أكثر من 50 مم	تصلب محدود يمكن تحقيقه بالسحب	O, H18, H112	تستخدم للمثبتات، المسامير، والمكونات الميكانيكية حيث تلعب الموصلية دوراً

منتجات الصفائح هي الشكل الأكثر شيوعاً لـ1050A وعادة ما تُحدد بتشطيبات سطحية محسوبة للأغراض الزخرفية والعاكسة. غالباً ما تستخدم البروفيلات والأنابيب درجات H112 أو درجات خفيفة من H لتوفير استقرار بُعدي وقوة كافية مع الاحتفاظ بقابلية لحام جيدة وأداء مقاومة للتآكل.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	1050A	الولايات المتحدة الأمريكية	تسمية جمعية الألمنيوم الأمريكية تُستخدم بالتبادل مع EN AW-1050A
EN AW	1050A	أوروبا	تسمية حسب المعيار EN؛ مستخدمة على نطاق واسع في مواصفات الاتحاد الأوروبي
JIS	A1050	اليابان	ألمنيوم تجاري نقي مكافئ بحدود شوائب مماثلة
GB/T	1050	الصين	معيار صيني قريب في التركيب الكيميائي؛ قد تختلف ممارسات التصنيع والاختبار

تعد قوائم الدرجات المكافئة تقريبية: فعلى الرغم من توافق التركيب الكيميائي والخصائص الأساسية بشكل عام عبر المعايير الدولية، توجد اختلافات طفيفة في حدود الشوائب، والموصلية المضمونة، ومتطلبات جودة السطح وتصنيف المقاسات (tempers). يُنصح المشترون بطلب شهادة المعيار المحدد (الكيميائي والميكانيكي) ذات الصلة بمنطقة التوريد للتحقق من الامتثال لمتطلبات التطبيق الخاصة.

مقاومة التآكل

يُظهر EN AW-1050A مقاومة ممتازة للتآكل العام في البيئات الجوية والبيئات قليلة التآكل بفضل التكوين السريع لفيلم أكسيد الألمنيوم المتماسك والقابل للإصلاح الذاتي. في العديد من التطبيقات الداخلية والخارجية الريفية، يظهر السبيكة عمر خدمة طويل دون الحاجة إلى طبقات حماية إضافية. مقاومة الحفر محدودة مقارنة بالسلاسل الأعلى سبائكيًا 5xxx أو 6xxx في البيئات القلوية المحتوية على الكلوريد؛ ويساعد جودة السطح ونقاء السبيكة على تقليل الهجمات الموضعية.

في البيئات البحرية، يعطي 1050A أداءً مقبولًا للعديد من المكونات بشرط تصميم يقلل من تكون الفجوات ويتجنب الاتصال مع معادن أكثر نبلاً بدون عزلة مناسبة. السبيكة ليست معرضة بشكل كبير لتشقق التآكل تحت الإجهاد في الحالة المختمرة، لكن المناطق التي تعرضت لشغل بارد عالي وبيئات عدوانية قد تزيد من خطر التشقق. عند التعرض لمعادن مختلفة، يعمل EN AW-1050A كمصعد كهربائي مقارنة بالعديد من أنواع الفولاذ وسبائك النحاس، ولذلك يجب معالجة الاقتران الجلفاني بطبقات عازلة أو اعتبارات تصميم تضحية.

مقارنةً مع سلسلة 5xxx (المحتوية على المغنيسيوم)، يقدم 1050A موصلية كهربائية فائقة وسهولة تشكيل أفضل إلى حد ما لكنه أقل قوة، وفي بعض الظروف الغنية بالكلوريدات، أقل مقاومة للحفر. مقارنةً بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية من سلسلتي 6xxx و7xxx، فإن 1050A أكثر مقاومة للتآكل في الظروف الجوية العامة لكنه يفتقر إلى القوة القصوى التي توفرها تلك السبائك.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

يُلحَم EN AW-1050A بسهولة باستخدام طرق TIG وMIG/GMAW مع وجود مسامية منخفضة عند مراعاة تنظيف السطح وتجهيز الوصلات بشكل صحيح. السبائك المملوءة الموصى بها هي سبائك ألمنيوم نقية مثل 1100 أو 4043/5356 حسب القوة المطلوبة للوصلة وأداء التآكل؛ تحتوي بعض الحشوات على نسب أعلى من السيليكون أو المغنيسيوم مما يؤثر على قوة الوصلة ومظهر لحام السطح. خطر التشقق الحراري منخفض للـ 1050A بسبب تركيبته الكيميائية البسيطة ونطاق التصلب الواسع، لكن التلوث، ضعف حماية الغاز وسرعة التبريد قد تسبب عيوبًا.

قابلية التشغيل

قابلية التشغيل للـ EN AW-1050A معتدلة إلى جيدة؛ يتم تشغيلها جيدًا مقارنة بالعديد من أنواع الفولاذ لكنها أكثر ليونة من العديد من سبائك الألمنيوم المركبة، مما قد يسبب تراكم حواف وأداء أقل في التحكم بالشظايا. يوصى باستخدام أدوات كربيد بزاويا قطع إيجابية وطلاءات سرعة عالية للقطع العدواني للأجزاء السميكة؛ وينبغي ضبط سرعات الخراطة والتثقيب لتجنب التشويه وتحقيق تشطيب سطحي جيد. التحكم في الأبعاد بسيط بسبب البنية الميكروية المتجانسة، لكن يجب الأخذ بعين الاعتبار ارتداد الزنبرك في عمليات التشكيل.

قابلية التشكيل

تعتبر قابلية التشكيل من أهم مميزات السبائك؛ تدعم المادة المختمرة O عمليات السحب العميق، والدوران، والانحناء المعقد بأشعة انحناء صغيرة جدًا مقارنة بالسبائك المركبة. تعتمد أقل أنصاف أقطار الانحناء الموصى بها وحدود التشكيل على سمك اللوح وحالته، لكن الممارسة العامة في الورش تستخدم نسب R/t أقل مقارنة بسلسلتي 3xxx أو 5xxx. تزيد الأعمال الباردة من ارتداد الزنبرك وتخفض الحد المسموح به للإجهاد قبل التشقق، لذلك عادةً ما يحدد المصممون مادة مختمرة (O) للعمليات الصعبة.

سلوك المعالجة الحرارية

نظرًا لأن EN AW-1050A سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية، فإن المعالجة التقليدية بالمعالجة بالذوبان والشيخوخة الصناعية لا تنتج تقوية ملحوظة. يُمكن أن تؤدي الدورات الحرارية عند درجات حرارة مرتفعة إلى تثليج المنتج المعالج بطرق باردة، لذا فإن التخمير للتخلص من الإجهاد والتخمير الكامل هما العمليات الحرارية الأساسية لتعديل الخواص الميكانيكية. عادةً ما يتم التخمير لتليين المادة في مدى حرارة حوالي 350 إلى 415 °C لأوقات متحكم بها حسب سمك المقطع، يتبعها تبريد بطيء للحصول على حالة O.

التصلب الناتج عن الشغل البارد هو الطريقة التجارية الرئيسية لزيادة القوة؛ يمكن إدخال الإجهاد عن طريق الدرفلة أو السحب أو التثقيب لنقل المادة إلى تصنيفات المقاسات H. يمكن استخدام التخمير الجزئي أو عمليات الاسترجاع لتخصيص التوازن بين القوة والليونة حيث تتطلب عمليات التشكيل خصائص وسطية. التحكم الدقيق في التعرض الحراري أثناء التصنيع ضروري لأن التقدم المفرط في الشيخوخة (إعادة التبلور/التخمير) سيزيل فوائد التصلب الناتج عن الإجهاد.

الأداء في درجات الحرارة العالية

يُلاحظ انخفاض تدريجي في القوة مع ارتفاع درجة الحرارة لـ EN AW-1050A؛ حيث تنخفض مقاومة الخضوع ومقاومة الشد بشكل ملحوظ فوق حوالي 100–150 °C مقارنة بقيم درجة حرارة الغرفة. للخدمة المستمرة في درجات حرارة مرتفعة، يقتصر التشغيل المستمر على مستويات معتدلة ويفضل اختيار السبائك التي تحتوي على إضافات سبائكية تحافظ على القوة عند درجة الحرارة. يقتصر التأكسد على تكوين طبقة أكسيد ألومنيوم مستقرة؛ ولا توجد مخاطر تأكسد كارثية، لكن طبقة الأكسيد يمكن أن تؤثر على التلامس الحراري والانبعاثية.

في مناطق اللحام أو المناطق المتأثرة بالحرارة، عدم وجود تقوية بالترسيب يعني أنه لا يوجد فقدان قوة كبير، لكن التخمير المحلي للمناطق المتصلبة بالشغل البارد سيُلين المادة ويقلل من الإجهادات المتبقية الناتجة عن التصنيع. في حالات التعرض القصير لدرجات حرارة مرتفعة، يحافظ 1050A على ثبات الأبعاد بشرط التحكم في دورات الحرارة ومراعاة التمدد التفاضلي مع المواد المجاورة.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام EN AW-1050A
الكهرباء	قضبان الناقل، الموصلات، شرائط الأقطاب	موصلية كهربائية عالية وسهولة تشكيل
البحرية / الكيماويات	خزانات، مكونات أنابيب، توصيلات	مقاومة ممتازة للتآكل وقابلية للحام
العمارة / الإضاءة	عاكسات، ألواح زخرفية، تغليف	انعكاسية عالية، تشطيب سطحي وقابلية تشكيل
التغليف / الأغذية	رقائق، حاويات، رقاقة التغليف	نقاء عالٍ ومقاومة للتآكل مخصصة للاتصال الغذائي
الإلكترونيات / التبريد الحراري	مبددات حرارة، ناشرات حرارية	موصلية حرارية عالية وكثافة منخفضة

يُستخدم EN AW-1050A غالبًا عندما يعطي المصممون الأولوية للموصلية وقابلية التشكيل مع مقاومة تآكل مناسبة، وعندما تفضل هندسة المكون الأجزاء رقيقة السماكة أو التي تتعرض لتشكيل مكثف. يجمع هذا السبيكة بين الخصائص التي تضمن تصنيعاً اقتصادياً وسلوكاً متوقعاً أثناء الخدمة لمجموعة واسعة من التصاميم الهندسية المحافظة.

نصائح لاختيار المادة

عند اختيار EN AW-1050A، يُفضل استخدامه إذا كانت المتطلبات الرئيسية هي أعلى موصلية كهربائية أو حرارية، قابلية تشكيل استثنائية، بيئات تآكل معتدلة وتكلفة منخفضة للمادة. يُحدد عادة حالة التخمير O للسحب العميق أو التشكيل الشديد، ويتم اختيار مقاسات H المناسبة فقط عندما تكون هناك حاجة لزيادة معتدلة في القوة بدون التضحية بقابلية اللحام.

مقارنة بالألمنيوم النقي تجاريًا 1100، يتبادل 1050A كمية صغيرة من الموصلية وقابلية التشكيل مقابل جودة سطح محسنة وتحكم أفضل في حدود الشوائب؛ وكلا السبائك متقاربان، لكن 1050A قد يُحدد حينما تكون الحاجة للسيطرة الصارمة على الشوائب ضرورية. مقارنة بالسبائك المشغولة بطرق باردة مثل 3003 أو 5052، يقدم EN AW-1050A موصلية فائقة وغالبًا قابلية تشكيل أفضل لكنه أقل قوة وأقل مقاومة لأشكال معينة من التآكل الموضعي. مقارنة بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061 أو 6063، يُختار 1050A عندما تكون مقاومة التآكل، الموصلية وقابلية التشكيل أهم من الحاجة إلى القوة القصوى؛ وهو بديل عملي منخفض التكلفة عندما لا تكون نسبة القوة إلى الوزن هي المحدد.

الملخص الختامي

يبقى EN AW-1050A ألمنيومًا هندسيًا أساسياً للتطبيقات التي تطالب بموصلية عالية، قابلية تشكيل ممتازة ومقاومة تآكل قوية في مادة منخفضة التكلفة ومتوفرة على نطاق واسع؛ ويجعل سلوكه المتوقع أثناء التشكيل، اللحام والتعرض الحراري منه خيارًا موثوقًا للعديد من الحلول التصميمية المحافظة.