الألومنيوم EN AW-1070A: التركيب، الخصائص، دليل التلطيف، والتطبيقات

نظرة شاملة

EN AW-1070A هو عضو في سلسلة سبائك الألومنيوم 1xxx، وبشكل خاص في فئة الألومنيوم النقي تجارياً حيث يكون محتوى الألومنيوم عادةً 99.7% بالوزن. تميز سبائك سلسلة 1xxx بقلة الإضافات السبائكية المقصودة؛ إذ تتكون EN AW-1070A من كميات ضئيلة من الحديد والسيليكون مع إضافات صغيرة من النحاس والمنغنيز والزنك والتيتانيوم التي توجد كشوائب أو سبائك دقيقة مسيطَر عليها.

تعزيز قوة EN AW-1070A يحدث بشكل شبه حصري عبر التقسية بالتشغيل البارد (التصلب بالإجهاد) وتحسين حبيبات المعدن؛ ولا يمكن معالجته حرارياً لزيادة القوة عبر التصلب بالإشباع. من الخصائص الرئيسية لهذا السبيكة التوصيل الكهربائي والحراري الممتاز، ومقاومة التآكل الجيدة جداً في البيئات العادية، وقابلية تشكيل فائقة في الحالة المخدرة، واللحام الممتاز بشكل عام.

تستخدم EN AW-1070A عادةً في صناعات المعالجة الكيميائية، تغليف المباني، إدارة التيار الكهربائي والحراري (مثل شرائط التوصيل ومشتتات الحرار)، التغليف وبعض التطبيقات الزخرفية حيث يتم تقدير قابلية التشكيل العالية وجودة السطح. تُختار هذه السبيكة بدلاً من سلاسل سبائك أقوى عندما تكون الموصلية، جودة السطح، سهولة التشكيل، أو مقاومة التآكل القصوى في البيئات المعتدلة هي الأولوية بدلاً من أعلى قوة ميكانيكية ممكنة.

يختار المصممون EN AW-1070A عندما تفيد محتويات السبائك المتبقية المنخفضة في تحسين الأداء الكهربائي أو الحراري، أو عندما تكون عمليات السحب العميق والتشكيل المعقد خطوات الإنتاج الأساسية؛ إذ يتم التنازل عن القوة الأعلى مقابل دكتيلية أفضل، تكاليف أقل وتوفر أوسع في المنتجات الرقيقة.

أنواع المعالجات الحرارية

النوع	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	عالية (30–45%)	ممتازة	ممتازة	مخدر بالكامل، دكتيلية قصوى للسحب العميق
H12	متوسطة	متوسطة (20–30%)	جيدة جداً	جيدة جداً	تصلب خفيف بالتشغيل، تقوية محدودة
H14	متوسطة-عالية	متوسطة (15–25%)	جيدة	جيدة جداً	نوع شائع من المعالجة بالتصلب البارد يستخدم للأجزاء الخفيفة المشكلة
H16	عالية	أدنى (10–20%)	مقبولة	جيدة	تصلب أكبر بالتشغيل، قوة أكبر على حساب قابلية التشكيل
H18	عالية جداً	منخفضة (5–12%)	محدودة	جيدة	قوة شبه قصوى بالتصلب بالتشغيل؛ تستخدم حيث لا يتطلب مزيد من التشكيل
H24	متوسطة	متوسطة (15–30%)	جيدة جداً	جيدة جداً	تصلب بالتشغيل وعملية تخدير جزئي لتحقيق توازن بين التشكيل والقوة

للمعاملة الحرارية تأثير أساسي على التوازن بين القوة والدكتيلية في EN AW-1070A لأن السبيكة غير قابلة للتصلب بالإشباع. زيادة التصلب بالتشغيل ترفع مقاومة الخضوع والشد لكنها تقلل الاستطالة وقابلية التشكيل. الاستراتيجية الهندسية النموذجية هي اختيار O للسحب العميق، وH14 أو H16 للأجزاء التي تتطلب ثبات الأبعاد بعد التشكيل.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة %	ملاحظات
Si	≤ 0.05	السيليكون منخفض جداً لتعظيم التوصيل ومنع تشكل مركبات بينية صلبة
Fe	≤ 0.30	الحديد هو الشائبة الرئيسية؛ يساهم بالتحكم في التركيب الحبيبي ومظهر السطح
Mn	≤ 0.03	المنغنيز قليل جداً؛ تأثيره على التقوية ضئيل جداً عند هذه المستويات
Mg	≤ 0.03	المغنيسيوم لا يؤثر تقريباً؛ منخفض للحفاظ على مقاومة التآكل
Cu	≤ 0.05	النحاس موجود بكميات ضئيلة؛ زيادة النحاس قد تقلل مقاومة التآكل
Zn	≤ 0.05	الزنك منخفض لتجنب التعرض للهشاشة والحفاظ على الأداء الكهربائي
Cr	≤ 0.01	الكروم في العادة منخفض جداً أو غير مضاف عمداً
Ti	≤ 0.03	التيتانيوم قد يتواجد كعامل تحسين في حبيبات المعدن بكميات صغيرة
عناصر أخرى	≤ 0.05 لكل منها / الباقي ألمنيوم	الباقي غالباً ألومنيوم؛ التحكم الدقيق في الشوائب يحافظ على التوصيل والدكتيلية

تركيبة EN AW-1070A مصممة لإعطاء الألومنيوم الدور الأساسي، الذي يتحكم مباشرةً في التوصيل الكهربائي والحراري العالي والدكتيلية الممتازة. يتم التحكم بعناصر التتبع مثل الحديد والسيليكون لتقليل الجسيمات بينية الخشونة التي قد تقلل من التشكيل وجودة السطح والتوصيلية؛ كما يمكن استخدام السبائك الدقيقة المقصودة (Ti) لتحسين حجم الحبيبات دون التأثير على الخصائص الأساسية للسبيكة.

الخصائص الميكانيكية

سلوك الشد في EN AW-1070A يتحكم به حالة التشغيل والسمك: الصفائح المخدرة تظهر مقاومة خضوع منخفضة وقوة شد قصوى متوسطة مع استطالة عالية، في حين أن المعالجات بالتصلب بالتشغيل البارد تحقق مقاومات خضوع وشد أعلى مع تقليل الدكتيلية. تظهر السبيكة منحنى إجهاد-تشوه نسبياً ناعم مع ظواهر شيخوخة إجهاد محدودة؛ التشوه البلاستيكي يكون منتظماً حتى بداية الرقبة بفضل الدكتيلية الجيدة في المعالجات الأكثر ليونة.

الصلادة في EN AW-1070A منخفضة بالمقارنة مع السلاسل السبائكية وترتبط ارتباطاً وثيقاً بالمعالجة الحرارية؛ تزداد قيم برينل وفيكرز مع التصلب بالتشغيل. قوة التحمل للإجهاد المتكرر متوسطة وترتبط بالإجهاد المتوسط والمعالجة الحرارية؛ جودة السطح، أضرار التشغيل، والسجل التاريخي للعمل البارد تؤثر بقوة على أداء التحمل. تؤثر السمك بشكل ملحوظ على قابلية التشكيل وقياسات القوة: السماكات الرقيقة تسمح بستطالة ظاهرية أعلى وخواص أكثر انتظاماً بعد التصلب بالتشغيل.

الخاصية	O/مخدر	معالجة رئيسية (H14)	ملاحظات
قوة الشد	90–125 MPa	120–155 MPa	القيم تعتمد على السماكة واتجاه الاختبار؛ H14 يزيد القوة عبر التصلب بالتشغيل
مقاومة الخضوع	35–60 MPa	80–120 MPa	مقاومة الخضوع ترتفع بشكل ملحوظ مع التصلب؛ O لديها مقاومة إثبات منخفضة للسماح بالتشكيل
الاستطالة	30–45%	15–25%	تقل الدكتيلية مع زيادة التصلب البارد؛ O مفضلة للسحب العميق
الصلادة (HB)	20–35 HB	35–55 HB	الصلادة ترتبط بالمعالجة وسجل التصلب بالتشغيل

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.71 g/cm³	قيم نموذجية لسبائك الألومنيوم النقي تجارياً؛ مهمة في التصميمات الحساسة للكتلة
نطاق الانصهار	655–660 °C	نطاق انصهار ضيق نموذجي للألومنيوم النقي تقريباً
التوصيل الحراري	220–237 W/m·K	توصيل حراري عالي جداً؛ مثالي لمكونات نقل الحرارة
التوصيل الكهربائي	~60–63 %IACS	توصيل كهربائي ممتاز، أقل قليلاً من النحاس الخالي من الأكسجين لكنه متفوق بين السبائك الإنشائية
السعة الحرارية النوعية	~900 J/kg·K	سعة حرارية عالية تدعم التوسيد الحراري في المشتتات وإدارة الحرارة
معامل التمدد الحراري	23.6 ×10⁻⁶ /K (20–100°C)	تمدد حراري مرتفع نسبياً؛ يجب مراعاته في التركيبات متعددة المواد

تجعل مجموعة الخصائص الفيزيائية لـ EN AW-1070A خياراً ممتازاً لتطبيقات إدارة الحرارة والناقلات الكهربائية، حيث تعتبر الموصلية والكثافة المنخفضة ذات قيمة عالية. يجب الأخذ في الاعتبار التمدد الحراري والصلابة المنخفضة نسبياً مقارنة بالصلب في التركيبات متعددة المواد والتطبيقات عالية الحرارة لتجنب تشوه الأبعاد.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	المعالجات الحرارية الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.2–6.0 mm	متوافقة مع المعالجة؛ غالباً ما توزع السماكات الرقيقة في حالة O أو H14	O, H12, H14, H16	مستخدمة على نطاق واسع في التشكيل والتغليف
صفائح	6–25 mm	تشكيل محدود؛ غالباً ما توزع في حالة O أو معالجات خفيفة H	O, H18	أقل شيوعاً؛ تستخدم حيث يكون السماكة مطلوبة والتشكيل محدود
بثق	مقاطع عرضية من صغيرة إلى كبيرة	نقص السبائك يحد من البثق عالي القوة	O, H14	تستخدم للبروفيلات حيث تكون الموصلية وجودة السطح مهمة
أنابيب	جدران رقيقة إلى متوسطة	القوة تختلف مع التصلب البارد (الأنابيب المسحوبة غالباً Hxx)	O, H16, H18	شائعة للأنابيب الزخرفية وأنابيب مبادلات الحرارة
قضبان/عصي	أقطار حتى 100 mm	توزع عادةً في حالة O أو مشغولة قليلاً	O, H12	تستخدم للمكونات المشغولة التي تتطلب موصلية عالية

تسيطر الألواح والمنتجات الرقيقة على الاستخدام التجاري لأن قابلية التشكيل الممتازة وجودة السطح للسبيكة تكون أكثر قيمة في هذه الأشكال. يمكن إنتاج البثق والأنابيب المسحوبة لكن محدودية التصلب بالإشباع تؤثر على القوة؛ يعتمد المصممون غالباً على التصلب البارد والهندسة لتلبية متطلبات القوة. تؤثر فروقات المعالجة (الدرفلة مقابل البثق مقابل السحب) على الإجهادات المتبقية، حالة السطح، واختيار المعالجة النهائية.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	1070 / 1070A	الولايات المتحدة الأمريكية	تصنيف Aluminium Association للألومنيوم التجاري النقي مع حدود مماثلة
EN AW	EN AW-1070A	أوروبا	تصنيف معياري أوروبي؛ يستخدم شائعاً في سلاسل التوريد الأوروبية
JIS	A1070	اليابان	المكافئ الياباني للألومنيوم عالي النقاء مع خصائص كيميائية وميكانيكية مماثلة
GB/T	1070	الصين	درجة معيار صيني مكافئ؛ قد توجد اختلافات طفيفة في حدود الشوائب أو حالات التصلب

تتمثل الفروقات الدقيقة بين المعايير غالباً في الحد الأقصى المسموح به من الشوائب، ومتطلبات تشطيب السطح، وبيانات التصلب والخصائص الميكانيكية المنشورة لأشكال المنتج المحددة. عند تحديد EN AW-1070A عبر المناطق، ينبغي للمهندسين الرجوع إلى جداول التصلب ومتطلبات الخصائص الميكانيكية الخاصة بالمعيار المعتمد لتجنب التباينات غير المقصودة في الخصائص أو التزامات التوريد.

مقاومة التآكل

يُظهر EN AW-1070A مقاومة ممتازة للتآكل العام في البيئات الجوية والصناعية ذات التآكل المعتدل بفضل التكون السريع لطبقة أكسيد الألمنيوم الواقية. تمنح الطبقة الخاملة حماية طويلة الأمد، وفي العديد من البيئات يؤدي السبيكة أداءً مقارباً لسبائك الألومنيوم الأعلى سبائكاً في ظروف التعرض العامة.

في البيئات البحرية والغنية بالكلوريدات، يكون EN AW-1070A عرضة للتآكل الموضعي مثل التآكل بنقط والثنايا إذا كانت الطبقات الواقية أو تفاصيل التصميم غير كافية؛ مقارنةً بسبائك السلسلة 5xxx و6xxx، فإن مقاومته أقل ضد تآكل نقطي ناتج عن الكلوريدات في مياه البحر الفعالة. كما أن تشقق التآكل تحت الإجهاد نادر في سبائك 1xxx عالية النقاء لعدم احتوائها على البنى المجهرية عالية القوة التي تعزز هذا النوع من التشقق، لكن يمكن للإجهادات المتبقية مجتمعة مع بيئات التآكل أن تسبب فشلًا موضعيًا.

التفاعلات الجلفانية تجعل EN AW-1070A أنوديًا بالنسبة للعديد من المعادن الهندسية الشائعة بما فيها الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النحاس؛ عند اقترانها مباشرة في مياه البحر أو البيئات الرطبة، يتآكل الألمنيوم بشكل تفضيلي إلا إذا تم عزله كهربائياً أو حمايته. مقارنةً بالسلسلة 3xxx أو 5xxx، تقدم مجموعة 1xxx عمومًا مقاومة تآكل أفضل في الأجواء ذات الرقم الهيدروجيني المتعادل لكنها تقلل من مقاومة التآكل الموضعي ضد الكلوريدات بالمقارنة مع بعض السبائك البحرية.

خصائص التشغيل

قابلية اللحام

سلوك اللحام لـ EN AW-1070A ممتاز مع عمليات الاندماج الشائعة مثل TIG وMIG؛ حيث يتمتع بحركة جيدة لحمم اللحام وانخفاض القابلية للتشقق الحار بفضل محتوى السبائك المنخفض. عادة ما تكون حشوات اللحام الموصى بها من سلسلة 1100 أو حشوات منخفضة السبائك أخرى للحفاظ على مقاومة التآكل والإيصال الكهربائي؛ استُخدم أسلاك حشوة متوافقة وتحكم في كمية الحرارة لتقليل التشوه. منطقة التأثر الحراري للحام تليّن موضعيًا أي تصلب ناتج عن العمل لأن السبيكة لا يمكن تقويتها بمعالجة ترسيبية؛ يجب على المصممين مراعاة فقدان تقسية العمل بالقرب من طبقات اللحام.

قابلية التشغيل

قابلية التشغيل لـ EN AW-1070A تتراوح بين المقبولة إلى المعتدلة، وتكون أقل عمومًا من السبائك المخصصة للتشغيل الحر بسبب ليونتها العالية التي تشجع على تكوين رقائق طويلة ومستمرّة قد تؤدي إلى انسداد الأدوات. ينصح باستخدام أدوات كربيد حادة وزاوية ميل إيجابية وتوفير تبريد كافٍ أو نفخ هوائي للتحكم بتشكيل الرقائق وجودة السطح. تُفضل سرعات قطع متوسطة إلى عالية مع تغذية خفيفة لتجنب تكوين رأس حافة متراكمة؛ ويمكن تحقيق تشطيب سطح ممتاز مع تحسين الأدوات والتزييت.

قابلية التشكيل

تُعد قابلية التشكيل واحدة من أقوى صفات EN AW-1070A في الحالة المطفأة O؛ تدعم السبيكة السحب العميق، والختم المعقد، وتمديد الشكل مع ارتداد منخفض. تعتمد أنصاف قطر الثني الدنيا الموصى بها على الحالة وحجم السماكة، لكنها عادة صغيرة في الحالة O مثلا نصف القطر الداخلي ≥ 0.5–1.0× السماكة لتقليلات خفيفة، بينما تتطلب حالات التصلب H أنصاف أقطار أكبر وقد تحتاج تسخين مسبق أو ثنيات متدرجة متعددة. عادةً ما يستخدم المصممون الحالة O للعمليات التشكيلية متعددة المراحل ويبدلون إلى حالة H عندما يُطلب بعد التشكيل قوة أو استقرار أبعادي.

سلوك المعالجة الحرارية

EN AW-1070A غير قابل للمعالجة الحرارية عن طريق التحليل والترسيب؛ فمحاولات التقدّم بالعمر لهذه السبيكة لن تزيد من قوتها كما هو الحال مع سبائك السلسلة 2xxx، 6xxx أو 7xxx. المسار الحراري الأساسي هو التلدين: حيث يتم التلدين (التطرية) بالتسخين إلى مدى إعادة التبلور (عادة بين 320–420 °C حسب سماكة القطاع) متبوعاً بتبريد متحكم به لإنتاج الحالة O واستعادة أقصى ليونة.

ونظراً لأن التقوية تحدث بواسطة العمل البارد، فإن التعرض الحراري المتكرر أو اللحام يقلل من القوة المكتسبة بالسبيكة عن طريق السماح بالاستشفاء وإعادة التبلور. يمكن أن تقلل عمليات التلدين لتحرير الإجهاد المحكم (ذات درجات حرارة منخفضة) من الإجهادات المتبقية دون استعادة الحالة O كاملة، وهو مفيد عندما يكون من المرغوب الاحتفاظ ببعض قوة تصلب الشغل.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

تنخفض القوة الميكانيكية لـ EN AW-1070A بسرعة مع زيادة درجة الحرارة مقارنة بخصائصه عند درجة حرارة الغرفة؛ حيث يكون الاستخدام الهيكلي القابل للتحمّل للأحمال المستمرة محدوداً عادةً لدرجات حرارة دون حوالي 100–150 °C. مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية جيدة بفضل تكوين أكسيد الألمنيوم، لكن تكون القشرة والطرطشة يحدّ من استخدامه في التطبيقات المتواصلة بدرجات حرارة مرتفعة.

تؤدي التقلبات الحرارية أثناء اللحام والتصنيع إلى تطرية موضعية بمنطقة التأثر الحراري في الحالات المعالجة بالتصلب الشغلي وقد تؤثر على الاستقرار الأبعادي؛ بالنسبة للتعرض المتكرر لدرجات الحرارة العالية، يجب على المصممين التحقق من سلوك الزحف، والاسترخاء، والتعب للحالة والهندسة المحددة.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكوّن	سبب استخدام EN AW-1070A
السيارات	الزخارف، دروع حرارية	قابلية تشكيل ممتازة وتشطيب سطح جيد؛ مقاومة كافية للتآكل للزخارف غير الهيكلية
البحرية	التركيبات المعمارية، الألواح غير الهيكلية	مقاومة جيدة للتآكل الجوي وكثافة منخفضة
الفضاء الجوي	التركيبات غير الهيكلية، الأغطية	موصلية عالية، قابلية تشكيل جيدة، ووزن منخفض للهياكل الثانوية
الإلكترونيات	المُبردات الحرارية، القضبان الحاملة	موصلية حرارية وكهربائية عالية جداً مع كثافة منخفضة

عادةً ما يُحدد EN AW-1070A حيث تُعطى الأولوية للموصلية، وقابلية التشكيل، والمظهر السطحي على القوة العالية. دوره الأقوى يكون في المكونات غير الهيكلية أو الحاملة لأحمال ثانوية وفي التطبيقات التي تستفيد من خواص السبيكة الحرارية والكهربائية.

نصائح الاختيار

يُعد EN AW-1070A خيارًا مثاليًا عندما تكون الموصلية الكهربائية أو الحرارية العالية، والليونة القصوى، وجودة السطح الممتازة هي المحركات التصميمية. اختر 1070A للأجزاء المسحوبة عميقًا، ومكونات توزيع الحرارة وحيثما يُطلب تغليف خفيف الوزن ومقاوم للتآكل.

مقارنةً بالألومنيوم التجاري النقي مثل AA1100، يقدم EN AW-1070A موصلية وقابلية تشكيل متشابهة جداً مع توحيد تحت تصنيفات EN؛ عمليًا، الفرق بينهما ضئيل، مع عوامل 1070A أحيانًا ذات حدود شوائب أكثر تشدداً. مقارنةً بالسبائك المشغولة بالعمل مثل 3003 أو 5052، يوفر 1070A موصلية أعلى وقابلية تشكيل أفضل قليلاً في الحالات الملدّنة لكنه يضحي بالقوة وإمكانات تصلب الشغل. مقارنةً بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061 أو 6063، يُختار 1070A حيث تكون الموصلية وقابلية التشكيل أهم من الحاجة لقوة ذروة عالية؛ ويفضل لعمليات التشكيل وإدارة الحرارة رغم عدم تمكنه من الوصول إلى مستويات الشد/الانفعال نفسها.

الخلاصة الختامية

يبقى EN AW-1070A ذا صلة لأنه يوازن بطريقة فريدة بين موصلية عالية للغاية، وقابلية تشكيل متفوقة، ومقاومة ممتازة للتآكل في منتج ألومنيوم منخفض التكلفة ومتوافر بكثرة. للمهندسين الذين يصممون مكونات حرارية، كهربائية أو ذات تشكيل عالي، يوفر 1070A أداءً متوقعًا ويسهل معالجته حيث لا تكون القوة العالية هي المتطلب الأساسي.