الألمنيوم EN AW-1350: التركيبة، الخصائص، دليل التصلب، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
نظرة شاملة
EN AW-1350 هو سبيكة ألومنيوم من سلسلة 1xxx ويصنف ضمن درجات الألومنيوم التجارية النقية. يتميز بنسبة ألومنيوم عالية جداً (عادة ≥99.5%) مع إضافات ضئيلة من الشوائب الشائعة مثل السيليكون، الحديد، والنحاس.
تعتمد السبيكة على سلوك المحلول الصلب وتقسية التشوه لتطوير الخواص بدلاً من المعالجة الحرارية بالترسيب؛ فهي غير قابلة للمعالجة الحرارية وتقوى أساساً عن طريق العمل البارد. من الصفات الرئيسية لها التوصيل الكهربائي والحراري الممتاز، مقاومة التآكل المتميزة في العديد من الأجواء، قابلية التشكيل الفائقة، وقابلية اللحام الجيدة جداً، مع قوة ميكانيكية منخفضة نسبياً.
الاستخدامات النموذجية لـ EN AW-1350 تشمل التوزيع الكهربائي (قضبان التوصيل، الموصلات)، المعدات الكيميائية وتجهيز الأغذية، العمارة، وأجهزة تبادل الحرارة. يختار المهندسون EN AW-1350 عندما يكون التوصيل الأقصى، جودة السطح وسهولة التشكيل أولوية على قوة الهيكل القصوى، أو عندما تتطلب التطبيقات نقاوة عالية جدًا للتوافق الكهروكيميائي أو الكيميائي.
تُفضل هذه السبيكة على غيرها عندما تتفوق مجموعة التوصيل، مقاومة التآكل والليونة على السبائك ذات القوة العالية؛ ويفضل استخدامها غالبًا على سبائك 6xxx و5xxx عندما تكون الأداء الكهربائي وقابلية التشكيل هي المحددات الأساسية للتصميم.
أنواع المعالجة (التمبر)
| المعالجة | مستوى القوة | التمدّد | قابلية التشكيل | قابلية اللحام | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|---|
| O | منخفض | عالي | ممتاز | ممتاز | مخمّر بالكامل، أعلى ليونة وتوصيل كهربائي |
| H12 | منخفض–متوسط | متوسط | جيد جداً | ممتاز | بعض تقسية العمل للاستخدام البنيوي الخفيف |
| H14 | متوسط | متوسط | جيد | ممتاز | معالجة تجارية شائعة، توازن بين القوة وقابلية التشكيل |
| H16 | متوسط–عالٍ | أقل | مقبول | ممتاز | تقسية أعلى للعمل للبلاطات المستخدمة في الأجزاء المشكلة |
| H18 | عالٍ | منخفض | محدود | ممتاز | تقسية تشوه عالية، قابلية تشكيل محدودة |
| H19 | عالٍ جداً | منخفض جداً | ضعيف | ممتاز | تقسية عمل بارد قريبة من الحد الأقصى للأشكال المحددة من المورد |
تحدد المعالجة الأداء الميكانيكي والكهربائي عبر مقدار العمل البارد المُطبق. يستخدم التمبر المخمّر (O) عندما تكون تعقيدات التشكيل أو التوصيل الكهربائي حرجة، بينما تستخدم معالجات سلسلة H عندما تكون هناك حاجة لزيادة تدريجية في القوة على حساب بعض الليونة والتوصيل.
التركيب الكيميائي
| العنصر | نطاق النسبة % | ملاحظات |
|---|---|---|
| Al | الباقي (عادة ≥99.5) | المكون الرئيسي؛ يحدد التوصيل ومقاومة التآكل |
| Si | ≤0.15–0.25 | شائبة طفيفة؛ تقلل التوصيل قليلاً عند وجودها |
| Fe | ≤0.30–0.40 | شائبة شائعة؛ قد تشكل مركبات بينية تؤثر على القوة وجودة السطح |
| Mn | ≤0.05–0.10 | منخفضة في هذه الدرجة؛ ليست عنصر تقوية هنا |
| Mg | ≤0.05–0.10 | عادة منخفض جداً؛ لا تأثير ملحوظ على التقسية بالتقدم الزمني |
| Cu | ≤0.05–0.10 | محافظ عليه منخفض للحفاظ على التوصيل ومقاومة التآكل |
| Zn | ≤0.05–0.10 | شائبة؛ تأثير محدود عند المستويات المنخفضة |
| Cr | ≤0.05 | شائبة؛ تأثير بسيط على البنية المجهرية |
| Ti | ≤0.03 | غالباً موجود بكميات ميكرو-سبائك لتحسين تكرير الحبيبات |
| عناصر أخرى | كل منها ≤0.05؛ إجمالي ≤0.15–0.20 | بقايا وميكرو-سبائك متعمدة بحجم قليل |
EN AW-1350 هو أساساً ألومنيوم عالي النقاوة مع مستويات صارمة لمقدار الشوائب. تضمن النسبة العالية من الألومنيوم توصيل كهربائي وحراري عالي، مع أن العناصر الباقية الصغيرة تؤثر بشكل رئيسي على خصائص السطح، سلوك إعادة التبلور، وإمكانية تكوين جزيئات بينية تؤثر على التشكيل وجودة السطح.
الخواص الميكانيكية
في حالة التمبر المخمّر O، يظهر EN AW-1350 مقاومة خضوع ومقاومة شد منخفضة مع قابلية تمدد عالية جدًا؛ مقاومة الشد منخفضة مقارنة بالسبائك الإنشائية، والتمدد عادةً مرتفع بما يكفي للسحب العميق والتشكيل المعقد. تقسية العمل (معالجات H) تزيد من مقاومة الخضوع والشد مع تقليل التمدد بطريقة متوقعة؛ درجة العمل البارد تتحكم في زيادات الخواص الميكانيكية.
الصلادة في الحالة المخمّرة منخفضة وتزداد مع المعالجات ذات رقم H؛ المادة ناعمة مقارنة بسبائك 5xxx و6xxx لكنها تحتفظ بمتانة ممتازة. أداء التعب معتدل ويتأثر بحالة السطح والإجهادات الناتجة عن التشكيل؛ لذلك تعتبر أسطح ناعمة وتجنب الشقوق الحادة مهمين للحفاظ على عمر التعب.
السماكة ومقاس اللوح تؤثر بشكل كبير على الاستجابة الميكانيكية — الصفائح الرقيقة أكثر قابلية للتقسية بالعمل البارد إلى درجات H الأعلى في حين أن الألواح السميكة تظهر كفاءة تقسية أقل وحبيبات أكبر بعد المعالجة.
| الخاصية | O/مخمّر | تمبر رئيسي (مثلاً H14) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| مقاومة الشد | منخفضة عادة (مثلاً ~50–90 MPa) | متوسطة (مثلاً ~100–150 MPa) | القيم تختلف حسب السماكة ودرجة العمل البارد |
| مقاومة الخضوع | منخفضة جداً (غالباً ≤30–40 MPa) | متوسطة (مثلاً 60–110 MPa) | تزداد مقاومة الخضوع بشكل كبير مع معالجات H |
| التمدد | عالي (≥30–40% عادة) | متوسط (10–25%) | العمل البارد يقلل التمدد تدريجياً |
| الصلادة | منخفضة (ناعمة) | مُرتفعة | الصلادة ترتفع مع تقسية التشوه؛ قيم HB/HRB تعتمد على التمبر المحدد |
الخواص الفيزيائية
| الخاصية | القيمة | ملاحظات |
|---|---|---|
| الكثافة | ~2.70–2.71 جرام/سم³ | قيمة نموذجية لسبائك الألومنيوم النقية تقريباً |
| نطاق الانصهار | ~660 °C (نقطة الانصهار للألومنيوم النقي تقريباً) | نطاق انصهار ضيق بسبب النقاء العالي للألومنيوم |
| التوصيل الحراري | ~210–235 W/m·K | عالي جداً؛ من مميزات سلسلة 1xxx |
| التوصيل الكهربائي | ~55–63 % IACS (حسب المعالجة) | توصيل عالي في حالة O؛ يقل قليلاً مع العمل البارد |
| السعة الحرارية النوعية | ~900 J/kg·K (0.9 J/g·K) | قيمة نموذجية عند درجة حرارة الغرفة |
| التوسع الحراري | ~23–24 µm/m·K (23–24 ×10⁻⁶/K) | يتوافق مع سلوك التوسع الحراري النموذجي للألومنيوم |
الثوابت الفيزيائية تعكس بنية المصفوفة القريبة من الألومنيوم النقي وتحدد العديد من خيارات التطبيق: فالتوصيل الحراري والكهربائي هما من الأفضل بين سبائك الألومنيوم. كما أن نقطة الانصهار الضيقة والتوصيل الحراري العالي تؤثر على قرارات اللحام والمعالجة الحرارية.
أشكال المنتج
| الشكل | السماكة/الحجم النموذجي | سلوك القوة | المعالجات الشائعة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| ألواح (Sheet) | 0.1–6.0 mm | الصفائح الرقيقة يمكن تقسيها للعمل إلى درجات H | O, H12, H14, H16, H18 | متوفرة على نطاق واسع؛ تستخدم للتشكيل وأشرطة الموصل |
| ألواح سميكة (Plate) | >6 mm | تقسية محدودة بالعمل البارد؛ عمومًا ألين | O, H112 | تستخدم للأجزاء السميكة غير الهيكلية والخزانات |
| بثق (Extrusion) | مقاطع عرضية مختلفة | تعتمد القوة على العمل البارد بعد البثق | O, H12, H14 | جيدة للملفات حيث التوصيل وجودة السطح مهمة |
| أنابيب (Tube) | أقطار خارجية من صغيرة إلى كبيرة | سلوك مشابه للألواح؛ حد التشكيل يعتمد على سمك الجدار | O, H12, H14 | تستخدم لمبادلات حرارية والأقسام المعمارية |
| قضبان/أسلاك (Bar/Rod) | أقطار تصل لعشرات الميلليمترات | يمكن توفيرها مسحوبة لزيادة القوة | O, H12, H14 | تستخدم حيث تكون قابلية التشغيل والتوصيل مهمة |
شكل المنتج والسماكة تحدد المعالجة والقوة الممكن تحقيقها. تسمح الصفائح والبثاقات بتقسية العمل البارد بفعالية ودقة أبعاد، بينما عادة ما تُزود الألواح والقطع الثقيلة مخمرة أو معالجة بشكل خفيف نظرًا للقيود في العمل البارد على المواد السميكة.
الدرجات المكافئة
| المعيار | الدرجة | المنطقة | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| AA / ASTM | 1350 | الولايات المتحدة الأمريكية | تصنيف السبائك الأمريكي الشائع الذي يقابل EN AW-1350 |
| EN AW | 1350 | أوروبا | تصنيف أوروبي قياسي؛ من الناحية الكيميائية مكافئ لـ AA1350 |
| JIS | A1050 / A1050P | اليابان | درجات الألمنيوم النقية تجارياً المستخدمة في اليابان بشكل وثيق الصلة |
| GB/T | 1350 | الصين | معايير صينية بنفس التركيب الكيميائي تقريبًا |
توضح جداول الدرجات المكافئة اتفاقيات التسمية الإقليمية بدلاً من المطابقة الدقيقة لأداء المادة؛ قد توجد اختلافات بسيطة في حدود الشوائب، وتعريفات المعالجات الحرارية، أو اختبارات المصانع بين المعايير. يجب على المهندسين مراجعة الجداول الكيميائية والميكانيكية المحددة لكل معيار للتحقق المتقاطع في التطبيقات الحرجة.
مقاومة التآكل
يعرض EN AW-1350 مقاومة جيدة جداً للتآكل الجوي العام بفضل نسبة الألمنيوم العالية التي تشكل طبقة أكسيد ألمنيوم (Al2O3) مستقرة وحامية. في الأجواء الصناعية والريفية يكون أداؤه ممتازًا، ويقاوم التأكسد ومعظم البيئات الكيميائية المعتدلة عندما لا يتعرض إلى كلوريدات قوية أو أحماض عدوانية.
في البيئات البحرية أو التي تحتوي على كلوريدات، يعمل السبيكة بشكل معقول لكنه أكثر عرضة للتآكل التسوّسي وتآكل الشقوق مقارنة بسبيكات Al-Mg أو Al-Mn المصممة للخدمة البحرية؛ غالبًا ما تستخدم التشطيبات السطحية والطبقات الواقية لتحسين السلوك على المدى الطويل. تصدع الإجهاد بسبب التآكل نادر في هذه الفئة من السبائك بسبب قوتها المنخفضة وغياب تقسية الترسيب، لكن يمكن للإجهادات المتبقية والبيئات العدوانية أن تبدأ هجومًا محليًا.
يجب مراعاة التفاعلات الكهروكيميائية عند تركيب EN AW-1350 مع الفولاذ المقاوم للصدأ أو سبائك النحاس؛ حيث تؤدي خواص الألمنيوم النبيلة العالية إلى سلوك أنودي في بعض التزاوجات وقد يتطلب ذلك حماية تضحياتية أو عزل. بالمقارنة مع سبيكات السلسلتين 5xxx و6xxx، عادة ما يوفر 1350 مقاومة تآكل مماثلة أو أفضل بسبب قلة العناصر المسببة لتكوين مواقع بين بلورية نشطة.
خواص التصنيع
قابلية اللحام
لحام EN AW-1350 سهل مع تقنيات الانصهار مثل TIG وMIG نظرًا لنقاء السبيكة العالي ومحتوى السبائك المنخفض. مواد الحشو الموصى بها هي مواد الحشو من الألمنيوم ذات الكيمياء المماثلة (مثل Al99.5) أو حشوات Al-Si (مثل ER4043) عند الرغبة في السيولة وتقليل الميل للتشقق؛ يجب أن يأخذ اختيار الحشوة بعين الاعتبار الموصلية النهائية ومتطلبات المقاومة للتآكل. خطر التشقق الساخن منخفض مقارنة بالمواد ذات السبائكية الأعلى، لكن حرارة اللحام يمكن أن تغير محليًا الخواص الميكانيكية بسبب إعادة التبلور وفقدان قوة الشغل البارد في منطقة التأثير الحراري (HAZ).
قابلية التشغيل
السلوك في التشغيل يتصف بخصائص سبائك الألمنيوم اللينة والليّنة: قابلية تشغيل ممتازة مع قوى قطع منخفضة وتشطيب سطحي جيد. يفضل استخدام أدوات من كربيد أو فولاذ سريع ذات شكل أدوات إيجابي لتجنب تكون الحافة المركبة؛ يجب تحسين سرعات التغذية والقطع تبعاً للمعالجة الحرارية والمقطع لتفادي التزليق. تكون الشرائح غالبًا مستمرة ويجب الانتباه إلى إزالتها؛ يمكن للمزلقات أو نفخ الهواء تحسين جودة السطح وعمر الأدوات.
قابلية التشكيل
تُعد قابلية التشكيل واحدة من أقوى مميزات EN AW-1350، خصوصًا في حالة التليين annealed O حيث يكون الرسم العميق والانحناءات المعقدة روتينية. أنصاف أقطار الانحناء الدنيا كبيرة في حالة O وتصبح أصغر بزيادة المعالجة الحرارية H؛ وتستخدم الممارسات النموذجية أنصاف أقطار أكبر لمعالجات H16–H18 لتجنب التشقق. الارتداد المرن (springback) معتدل ولكنه قابل للتنبؤ؛ يجب على مهندسي العمليات معايرة الأدوات تبعًا للمعالجة والسمك لضمان الدقة الأبعادية.
سلوك المعالجة الحرارية
EN AW-1350 غير قابل للمعالجة الحرارية ولا يستجيب لدورات التعتيق الحلولي لزيادة القوة. يتم التحكم في الخواص عن طريق مستويات الشغل البارد والتليين annealing: يستخدم التليين الكامل لاستعادة اللدونة والموصلية بعد التشكيل. تُجرى دورات التليين النموذجية (إعادة التبلور) عند درجات حرارة في نطاق حوالي 300–415 °C (حسب سمك المقطع) مع تبريد محكم؛ إذ تُذيب هياكل الانزلاق وتعيد البنية المجهرية إلى حالة اللدونة O.
لغياب آلية تقسية الترسيب، محاولات التعتيق الاصطناعي لا تنتج قفزات في الخواص كما في سبيكات سلسلات 2xxx/6xxx/7xxx. لذلك، يجب أن تأخذ التصاميم والمعالجات في الحسبان الحدود التي يمكن تحقيقها بواسطة الشغل الميكانيكي ودورات التليين فقط.
الأداء عند درجات الحرارة العالية
يحافظ EN AW-1350 على خواص ميكانيكية مفيدة عند درجات حرارة مرتفعة معتدلة لكنه يظهر فقدانًا تدريجيًا في القوة فوق حدود تقريبية 100–150 °C. مقاومة الزحف محدودة مقارنة بسبيكات الألمنيوم المسبوقة للدرجة العالية المصممة للخدمة في درجات حرارة فائقة؛ الأحمال الطويلة الأمد في درجات حرارة مرتفعة تتطلب هوامش تصميم محافظة. تشكل الأكسيد الألومينيوم طبقة رقيقة واقية توفر مقاومة جيدة للتآكل الحراري، لكن سلوك الطبقة والانتشار عند درجات حرارة عالية جداً قد يغير مظهر السطح ومقاومة التلامس الحراري.
قد تظهر وصلات اللحام المعرضة لدرجات حرارة عالية تليينًا محليًا في منطقة التأثير الحراري (HAZ) وتقلل من الموصلية الكهربائية؛ على المصممين أخذ الاعتبار في تقليل حسابات الخواص الميكانيكية والكهربائية للأجزاء المتوقعة تحمل تلك الظروف الحرارية.
التطبيقات
| الصناعة | مكون نموذجي | سبب استخدام EN AW-1350 |
|---|---|---|
| الكهربائية | قضبان التوصيل، الموصلات، الأشرطة | الموصلية الكهربائية العالية وسهولة التشكيل |
| البحرية/الكيميائية | تبطينات الخزانات، الأنابيب، التركيبات | مقاومة التآكل والنقاء للتوافق الكيميائي |
| العمارة | التكسية، الألواح الزخرفية | تشطيب السطح، مقاومة التآكل، وقابلية التشكيل |
| نقل الحرارة | زعانف المشتت الحراري، زعانف المشعاعات | الموصلية الحرارية العالية وقابلية التشكيل الجيدة |
| الأغذية/التعبئة | معدات المعالجة، الحاويات | النقاء، مقاومة التآكل والأسطح الصحية |
يُختار EN AW-1350 عادةً للمكونات التي تكون الموصلية وجودة السطح وقابلية التشكيل فيها هي المتطلبات الأساسية أكثر من قوة التحمل القصوى. إن انتشاره في المعدات الكهربائية ونقل الحرارة يعكس التوازن الأمثل لخصائصه الحرارية والكهربائية وسهولة تصنيعه.
رؤى للاختيار
اختر EN AW-1350 عندما تكون الموصلية الكهربائية أو الحرارية، وقابلية التشكيل العالية، ومقاومة التآكل أكثر أهمية من القوة الهيكلية العالية. محتوى السبائك المنخفض يجعله خيارًا اقتصاديًا للموصلات ومبادلات الحرارة والعناصر المعمارية المشكّلة.
بالمقارنة مع الألمنيوم النقي تجاريًا مثل 1100، يقدم EN AW-1350 عادة نقاء مشابه أو أعلى قليلًا مع قابلية تشكيل وموصلية مماثلة لكنه قد يختلف في تسامحات المصانع وحدود الشوائب؛ فهو يتخلى عن نسبة صغيرة من الموصلية لتحقيق مكاسب متواضعة في القوة من عمر الشغل البارد المراقب. بالمقارنة مع السبائك المعالجة بالعمل مثل 3003 أو 5052، تكون قوة 1350 أقل لكنها غالبًا أعلى في الموصلية وأفضل قليلاً من ناحية التوافق الكيميائي في بعض الحالات. مقارنة بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061 أو 6063، يفضل EN AW-1350 عندما تكون الموصلية وقابلية التشكيل أهم من القوة القصوى وحيث يرغب في عمليات بسيطة (شغل بارد / تليين) بدلاً من دورات المعالجة الحرارية.
الملخص الختامي
يظل EN AW-1350 ذا صلة لأنه يوفر مزيجًا نادرًا من الموصلية العالية جدًا، ومقاومة التآكل الممتازة، وقابلية التشكيل الرائعة في عبوتة فعالة من حيث التكلفة وسهلة التصنيع. بالنسبة للتصاميم التي تعطي أولوية للأداء الكهربائي أو الحراري وتشكلها متطلبات تشكيل معقدة، يظل الخيار الأساسي عبر صناعات متعددة.