ألمنيوم EN AW-5083: التركيب، الخصائص، دليل المعالجة، والتطبيقات

نظرة شاملة

EN AW-5083 هو عضو في سبائك الألومنيوم من سلسلة 5xxx، ويتميز بشكل رئيسي بإضافة المغنيسيوم كعنصر سبائكي أساسي. يشير التصنيف إلى سبيكة مصبوبة غير قابلة للمعالجة الحرارية ضمن نظام Al-Mg-Mn، ومُحسّنة لتحقيق مزيج من القوة ومقاومة التآكل.

تحقق القوة في 5083 أساسًا من تقوية المحلول الصلب الناتجة عن المغنيسيوم وتقسية التشوه حيثما ينطبق؛ وهي ليست سبيكة قابلة للمعالجة الحرارية بالاهتزازات. تظهر السبيكة توازنًا جيدًا بين القوة المتوسطة إلى العالية، ومقاومة ممتازة لمياه البحر والأجواء الصناعية، وقابلية جيدة للّحام، وقابلية تشكيل معقولة، مما يجعلها خيارًا مثاليًا في التطبيقات الهيكلية المتطلبة.

تستخدم سبائك EN AW-5083 عادة في الصناعات البحرية وبناء السفن، أوعية الضغط، خزانات التبريد الشديد (كريوجينيك)، الألواح الهيكلية لمقطورات السكك الحديدية، وبعض تجهيزات السيارات والطيران. يختار المهندسون 5083 عندما تكون هناك حاجة إلى نسبة قوة إلى وزن أعلى من الألومنيوم النقي مع أداء تفوق في مقاومة التآكل في البيئات الغنية بالكلوريد.

بالمقارنة مع عائلات الألومنيوم الأخرى، تقدم 5083 مقاومة أفضل لتآكل البيئة البحرية وقابلية لحام أفضل مقارنة بسلاسل 6xxx أو 7xxx، مع التضحية بالقوة القصوى القابلة للمعالجة الحرارية لصالح المتانة وتحمل الضرر تحت الأحمال الدورية والصدمات.

درجات المعالجة (Temper)

درجة المعالجة	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية	ممتازة	ممتازة	مطيلة بالكامل، أقصى ليونة، تُستخدم للسحب العميق والتشكيل
H111	منخفضة–متوسطة	عالية	جيدة جدًا	ممتازة	تقسية ميكانيكية خفيفة لكنها غير مستقرة؛ غالبًا ما تكون حالة إنتاجية من المصنع
H112	منخفضة–متوسطة	عالية	جيدة جدًا	ممتازة	تصنيف للأشكال المنتج بدون استواء محدد؛ مشابهة لـ H111
H116	متوسطة	متوسطة	جيدة	ممتازة	درجة معالجة مستقرة لتحسين مقاومة التآكل التساقطي في الاستخدام البحري
H321	متوسطة	متوسطة	جيدة	ممتازة	مقسية ميكانيكيًا ومستقرة بفضل إضافات دقيقة من التيتانيوم لمقاومة الحساسية
H32	متوسطة–عالية	متوسطة	مقبولة	ممتازة	مقسية ميكانيكيًا (مقواة بالعمل) ثم معادة جزئيًا بالتقادم الطبيعي
T351	متوسطة–عالية	متوسطة	مقبولة	ممتازة	محلولة حراريًا، مخففة الإجهاد بالتمدد وتقادم طبيعي؛ تستخدم للألواح

لدرجة المعالجة تأثير كبير على الأداء الميكانيكي وقابلية التشكيل للـ 5083. تعظّم درجة O المليّنة الليونة لعمليات التشكيل، بينما ترفع درجات H وT القوة عن طريق التشديد الميكانيكي أو العمليات الحرارية المنظمة على حساب بعض فقدان الاستطالة.

للهياكل الملحومة، تُختار درجات المعالجة المستقرة (H116، H321) لتقليل القابلية لتآكل التقشير والتآكل بين الحبيبات بعد اللحام؛ لذلك فإن اختيار درجة المعالجة هو مساومة بين سهولة التشكيل، القوة عند التسليم، وسلوك التآكل طويل الأمد.

التركيب الكيميائي

العنصر	النطاق الوزني %	ملاحظات
Si	≤ 0.40	محدود للتحكم في المراحل البينية وضمان الليونة
Fe	≤ 0.40	عنصر شائبة يشكل مركبات بينية تؤثر على المتانة
Mn	0.40–1.00	يُحسن التحكم في حجم الحبيبات والقوة عبر التشتت
Mg	4.0–4.9	العنصر الأساسي للتقوية؛ يحسن مقاومة التآكل في البيئات الغنية بالكلوريد
Cu	≤ 0.10	محتوى منخفض للحفاظ على مقاومة التآكل وقابلية اللحام
Zn	≤ 0.25	مستويات منخفضة لتجنب الحساسية لتآكل الإجهاد
Cr	0.05–0.25	مكرر الحبيبات ومثبط لإعادة التبلور؛ يحسن القوة ومقاومة التآكل الإجهادي
Ti	≤ 0.15	إضافات دقيقة تستخدم في بعض درجات المعالجة للتحكم بحجم الحبيبات
عناصر أخرى	≤ 0.15 إجمالاً	تشمل V, Zr، وغيرها؛ محدودة للامتثال للمواصفات

المحتوى المرتفع نسبياً من المغنيسيوم هو العامل المسيطر على السلوك الميكانيكي ومقاومة التآكل في 5083؛ فهو يزيد من تقوية المحلول الصلب ويعزز مقاومة الهجوم بمياه البحر. يساهم المنغنيز والكروم في تحسين البنية المجهرية ومنع إعادة التبلور، مما يحسن القوة ومقاومة التآكل التساقطي، خاصة في الأجزاء ذات السماكة الأكبر.

التحكم الدقيق في الحديد والسيليكون مهم لأن المراحل البينية الغنية بهذين العنصرين يمكن أن تكون مواقع انطلاق للشقوق وتقلل من المتانة ومقاومة التعب.

الخصائص الميكانيكية

سلوك الشد للـ EN AW-5083 يتميز بليونة جيدة في الحالة المليّنة وزيادة ملحوظة في القوة مع تقسية التشوه أو درجات المعالجة المستقرة. تتفاوت مقاومة الخضوع والشد مع درجة المعالجة وكذلك مع سماكة القسم وتاريخ المعالجة؛ حيث تُظهر الألواح السميكة عادة انخفاضًا طفيفًا في مقاومة الخضوع بسبب تفاوت في البنية المجهرية. أداء التعب جيد مقارنة بالعديد من السبائك المعالجة حراريًا لأن 5083 يحافظ على المتانة ومقاومة انتشار الشقوق حتى عند التشغيل والتشغيل البارد أو اللحام.

قيم الاستطالة الأعلى تكون في درجة O المليّنة، وتنخفض مع زيادة تقسية التشوه أو الاستقرار. تتبع الصلادة تغييرات القوة وتستخدم كمعيار مريح للتحقق من درجة المعالجة في الورش، لكن يجب تفسير قيم الصلادة إلى جانب اختبارات الشد في التطبيقات الحرجة. يسبب اللحام وجود منطقة متأثرة بالحرارة (HAZ) مع درجة من التليين تعتمد على درجة المعالجة الأصلية، لكن أداء الوصلات بشكل عام جيد عند استخدام المعادن الحشو والتقنيات المناسبة.

الخاصية	O/مليّن	درجات رئيسية (H32 / H116 / T351)	ملاحظات
مقاومة الشد (MPa)	عادة 210–270	عادة 300–370	تعتمد القيم على الدرجة الدقيقة، السماكة، والمورد؛ غالبًا تكون الألواح في الطرف الأعلى
مقاومة الخضوع (MPa)	عادة 70–120	عادة 190–260	درجات H تزيد مقاومة الخضوع بشكل كبير بفضل تقسية التشوه/الاستقرار
الاستطالة (%)	عادة 18–28	عادة 8–18	الحالة المليّنة تعطي أقصى استطالة؛ درجات H تقلل الليونة
الصلادة (HB)	عادة 35–60	عادة 60–95	الصلادة ترتبط بمقاومة الخضوع؛ وتستخدم لمراقبة الجودة الإنتاجية

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.66 جرام/سم³	الكثافة النموذجية لسبائك Al-Mg؛ مفيدة لحساب الكتلة والصلابة
نطاق الانصهار	~555–650 °C	يتغير بين الصلب الصلب والسائل حسب التركيب والشوائب
التوصيل الحراري	~120–135 W/m·K	أقل من الألومنيوم النقي ولكنه مرتفع؛ مفيد لتطبيقات إدارة الحرارة
التوصيل الكهربائي	~34–38 %IACS	منخفض نسبيًا مقارنة بالألومنيوم النقي بسبب المغنيسيوم والإضافات السبائكية
السعة الحرارية النوعية	~880–910 J/kg·K	سعة حرارية نموذجية لفئة الألومنيوم تستخدم في التصميم الحراري
التمدد الحراري	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	معامل تمدد معتدل إلى عالي، مهم لتصميم الوصلات والإجهاد الحراري

التوصيلان الحراري والكهربائي أقل من الألومنيوم النقي بسبب تشتيت المحلول الصلب الناتج عن المغنيسيوم والعناصر المذابة الأخرى، ولكن القيم تبقى مناسبة لتطبيقات التبريد الحراري وحمل التيار حيث يتطلب الأداء الميكانيكي أيضًا. تجعل الكثافة المعتدلة والتوصيل الحراري العالي 5083 جذابة حيث تكون المكونات الهيكلية خفيفة الوزن ومطلوبة لتحمل الحرارة.

ينبغي للمصممين الأخذ في الاعتبار التمدد الحراري النسبي العالي في التجميعات متعددة المواد؛ حيث يمكن أن يؤدي التمدد التفاضلي مع الفولاذ أو المركبات إلى توليد إجهادات في بيئات درجات الحرارة الدورية.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	التصنيفات الحرارية الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.5–6 mm	متجانس، قابلية تشكيل جيدة	O, H111, H32	يُستخدم لألواح الهيكل، جسم المركبات، والمكونات المشكلة
لوح	6–200+ mm	تختلف القوة عبر السماكة؛ القطع السميكة غالبًا H116/H321	H116, T351, H32	ألواح إنشائية لبناء السفن وأوعية الضغط
بثق	بروفيلات حتى مقاطع عرضية كبيرة	تعتمد القوة على المقطع والتبريد؛ وقابلية التشغيل تعتمد على محتوى المغنيسيوم	H32, H321	تُستخدم للدعامات، القضبان، والهياكل المصنعة
أنابيب	Ø صغير إلى كبير، سمك جدران متنوع	مشابهة للألواح؛ خيارات ملحومة أو بدون لحام	O, H111, H32	شائعة في أنابيب الضغط وأنابيب التطبيقات البحرية
قضيب/عارض	حتى أقطار كبيرة	عادة تُورد في درجات تقسية نتيجة التعب لزيادة القوة	H111, H32	تُستخدم لتركيبات تشغيلية وربطات يحتاج فيها مقاومة التآكل

الفروق في المعالجة بين الألواح واللوح كبيرة: إنتاج اللوح (خصوصًا السميك) يتطلب تبريدًا أبطأ ومراقبة أدق لهيكل الحبيبات لتجنب التقشر والحفاظ على المتانة. البثقات تتطلب اهتمامًا بتصميم القوالب وظروف التبريد للتحكم في الإجهادات الباقية والثبات الأبعادي.

يجب مراعاة عند اختيار التطبيق أن القطع السميكة جدًا قد تتطلب درجات مُثبتة للتقليل من التقشر والتآكل بين الحبيبات؛ أما الألواح الرقيقة بدرجة O فتسمح بتشكيل معقد لكنها تحتاج بعد ذلك إلى تقسية أو معالجة حرارية للوصول إلى مقاومة الخدمة المطلوبة.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	5083	دولي (Aluminum Association)	تسمية أمريكية مستخدمة على نطاق واسع؛ التركيبات متقاربة مع النسخة الأوروبية
EN AW	5083	أوروبا	EN AW-5083 هو الترميز الأوروبي الشائع والمتوافق مع معايير EN
JIS	A5083 (تقريبًا)	اليابان	مرجع تقريب؛ يجب التحقق من مواصفات JIS المحلية للتركيبة والدرجات الحرارية الدقيقة
GB/T	5083 (تقريبًا)	الصين	المواصفات الصينية عادةً تشير إلى سلسلة 5083، لكن يُرجى مراجعة البدائل والحدود المحلية

هناك مراجع متقاطعة بين المعايير، لكن الفروقات الطفيفة في حدود الشوائب والدرجات الحرارية المسموحة تؤثر على الأداء في التطبيقات الخاصة. يجب مراجعة الشهادات وتقارير اختبار المواد (MTRs) لكل طلب للتأكد من التركيب، الخواص الميكانيكية، والمعالجة الحرارية وفق متطلبات التصميم والمعيار المستهدف.

يستخدم المصنعون أحيانًا تسميات خاصة للأنواع المثبتة أو المنخفضة التقشر؛ عند الاستبدال يجب التحقق من الكيمياء والمعالجة المراقبة (مثل المعالجة الحلّية والمعالجات الحرارية المثبتة) بدلاً من الاعتماد فقط على اسم الدرجة.

مقاومة التآكل

EN AW-5083 يظهر مقاومة ممتازة للتآكل الجوي، ويعد سبيكة مفضلة للتطبيقات البحرية والبحرية العميقة بسبب مقاومته للتآكل النقطي وتآكل الشقوق في البيئات الغنية بالكلوريد. محتوى المغنيسيوم العالي يعزز تكوين طبقة طبيعية واقية، بينما الإضافات الصغيرة من الكروم والمنغنيز تساعد في تقليل التقشر الموضعي في القطع السميكة.

في خدمة المياه المالحة ومنطقة الرش، أداء 5083 أفضل بكثير من العديد من السبائك القابلة للمعالجة حراريًا لأنه يقاوم التآكل بين الحبيبات بعد اللحام عند استخدام الدرجات الحرارية المناسبة (H116/H321). ومع ذلك، تحت ظروف معدنية معينة وإجهادات شد، قد تكون سبائك 5xxx عرضة لشروخ التآكل بالإجهاد (SCC)؛ 5083 يملك مقاومة جيدة نسبيًا لـ SCC مقارنة بسبائك المغنيسيوم الغنية الأخرى، لكن يجب تصميم القطع لتقليل الإجهادات المشدودة المستمرة في البيئات التآكلية.

ينبغي النظر في التفاعلات الكهروكيميائية عند اقتران 5083 مع معادن أخرى: فهو أنودي مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ وكسليني مقارنة بالسبائك الحديدية الشائعة، لذا قد تكون الحواجز العازلة أو الأنودات القربانية ضرورية في التركيبات البحرية. مقارنة بسلسلة 6xxx و7xxx، تقدم 5083 مقاومة أفضل للكلوريد لكنها تظهر صلادة وقوة ذروية أقل من السبائك القابلة للمعالجة حرارية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

EN AW-5083 يمتاز بسهولة اللحام باستخدام عمليات الانصهار الشائعة مثل TIG (GTAW)، MIG (GMAW)، واللحام بالقوس المغمور (SAW). السبائك المضافة المقترحة تشمل 5356 أو 5183 لمعظم اللحامات؛ اختيارها يعتمد على الدرجة الحرارية ومراعاة مقاومة التآكل. خطر التشقق الساخن منخفض مقارنة بسلسلة 2xxx و7xxx، لكن قد يحدث تليين منطقة الحرارة المتأثرة في درجات التقسية نتيجة التعب مما يقلل القوة المحلية؛ التصميم الصحيح للمفصل والمعالجات بعد اللحام أو اختيار الدرجات المثبتة يخفف هذا التأثير.

قابلية التشغيل

كبند سبيكة نسبياً دكتايل وقابل للتقسية، 5083 يمتلك قابلية تشغيل متوسطة مقارنة بسبائك الألومنيوم سهلة التشغيل. مؤشر القابلية للتشغيل أقل من سلسلة 6xxx؛ يوصى باستخدام قواطع ذات زاوية قطع إيجابية، وتركيبات صلبة، وسرعات معتدلة لتجنب تراكم الحواف ونتائج تشطيب سطح ضعيفة. أدوات الكربيد مع تغذية محكومة واستخدام تبريد كافٍ تقلل اللحام الصغير للأداة وتحسن العمر الافتراضي.

قابلية التشكيل

أداء التشكيل الأفضل يكون في درجات O والدرجات ذات التقسية الطفيفة؛ أقل أنصاف أقطار الانحناء تعتمد على السماكة والدرجة لكن تكون عادة أكبر من السبائك اللينة ذات النقاء التجاري. التشكيل البارد شائع؛ إذا كانت هناك حاجة لأنصاف أقطار أصغر أو أشكال أعقد، يُفضل التلدين إلى درجة O قبل التشكيل. للسحب العميق والختم المعقد، يُستخدم عادة المواد بدرجة O تلحقها تقسية أو تثبيت لاحق.

سلوك المعالجة الحرارية

EN AW-5083 يُصنف كسبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية؛ لا تكتسب زيادة في القوة من تصلب ترسيبي. بدلاً من ذلك، تتغير الخواص الميكانيكية بالتقسية الباردة (تقسية التعب) وبالمعالجات الحرارية التثبيتية التي تهدف إلى تقليل الحساسية للتآكل دون تغيير آلية التقوية الأساسية.

الممارسة الصناعية المعتادة تستخدم تقسية التعب (درجات H) لرفع خصائص مقاومة الخضوع والشد. التثبيت (مثل H116/H321) يشمل خبزًا عند درجات حرارة منخفضة أو تبريدًا محكومًا لتقليل خطر التقشر وتثبيت الخواص الميكانيكية بعد اللحام أو التشكيل. التلدين الكامل (O) يعيد الدكتيلية للتشكيل؛ وعمليات التقسية أو التلدين اللاحقة تعيد الجزء إلى مستويات قوة الخدمة ضمن حدود عدم قابلية المعالجة الحرارية.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

5083 يظهر فقدانًا تدريجيًا في القوة مع زيادة درجة الحرارة ولا يُنصح باستخدامه لخدمات مستمرة عند درجات حرارة مرتفعة. تنخفض القوة الميكانيكية بشكل ملحوظ فوق ~100 °C، والتعرض الطويل فوق ~150 °C قد يؤدي إلى تغيرات دقيقة في البنية تقلل المتانة ومقاومة التآكل. مقاومة الزحف عند درجات الحرارة المرتفعة محدودة مقارنة بالسبائك الخاصة عالية الحرارة.

الأكسدة ضئيلة للتعرضات القصيرة، لكن التعرض الحراري الطويل في الأجواء العدوانية يمكن أن يسرع عمليات التآكل. في التركيبات الملحومة، قد تتعرض منطقة الحرارة المتأثرة لتغيرات محلية في الحالة الحرارية تقلل قدرة التحمل للحرارة العالية؛ يجب تجنب الخدمة المستمرة ضمن درجات حرارة مرتفعة إلا بعد التحقق بواسطة الاختبارات.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام EN AW-5083
البحرية	ألواح الهيكل، الأسطح، الهياكل العلوية	مقاومة ممتازة للتآكل البحري وقوة جيدة بالنسبة للوزن
السيارات	خزانات الوقود، التعزيزات الهيكلية	مزيج من قابلية التشكيل، اللحام، ومقاومة التآكل
الفضاء	التجهيزات، المكونات الهيكلية غير الحرجة	تحمل جيد للأضرار ومقاومة للتعب للهياكل الثانوية
أوعية الضغط / التبريد	خزانات التبريد، أوعية LPG	متانة جيدة عند درجات حرارة منخفضة وقابلية للحام
الإنشاءات / السكك الحديدية	لوحات هيكلية وألواح أرضيات	مادة هيكلية متينة وخفيفة الوزن مع أداء طويل الأمد ضد التآكل

يُختار EN AW-5083 حيث يكون التوازن بين مقاومة التآكل، القابلية للحام، والقوة المتوسطة إلى العالية مطلوبًا. تنوع السبيكة عبر الأشكال من الألواح الرقيقة إلى اللوح السميك يتيح استخدامها الواسع في التطبيقات الإنشائية والبيئية.

ينبغي على المصممين التحقق من التركيبات السماكية/الحرارية المحددة للأجزاء الحساسة للإجهاد والتأكد من أن الدرجة المختارة تلبي كل من متطلبات التصنيع وخدمة التآكل.

نصائح الاختيار

عند اختيار EN AW-5083، يُفضّل التطبيقات التي تكون فيها مقاومة التآكل البحري أو مقاومة الكلوريدات واللحام ضرورية، وحيث لا تكون القوة القابلة للمعالجة الحرارية المطلب الأساسي. استخدم درجة التلدين O للتشكيل، والدرجات المثبتة H116/H321 للتعرض البحري طويل الأمد أو الهياكل الملحومة.

مقارنةً بالألومنيوم النقي تجارياً (مثل 1100)، يتنازل 5083 عن بعض الموصلية الكهربائية والحرارية وقابلية التشكيل مقابل قوة أعلى بكثير وأداء فائق في مقاومة التآكل. مقارنةً بالسبائك المعالجة بالتشغيل (مثل 3003 / 5052)، يوفر 5083 عموماً قوة أعلى ومقاومة أفضل لمياه البحر، وإن كان بتكلفة إضافية متوسطة. مقارنةً بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061/6063، يُفضل 5083 عادة في التطبيقات البحرية الملحومة والتآكلية على الرغم من انخفاض أقصى مقاومة شد قصوى، لأنه يحتفظ بالمتانة ومقاومة التآكل بعد عملية اللحام.

استخدم هذه السبائك عند وجود متطلبات لاختيار المواد تدور حول مقاومة التآكل، وتحمل الأضرار، وأداء اللحام بدلاً من تحقيق أقصى مقاومة خضوع أو صلادة ممكنة من تقسية الترسيب.

الملخص الختامي

تبقى EN AW-5083 سبيكة أساسية للتطبيقات البحرية والإنشائية حيث يتطلب الجمع الموثوق بين قابلية اللحام، مقاومة التآكل، والقوة المتوسطة إلى العالية. تسمح آليات التقوية غير القابلة للمعالجة الحرارية والمدى الواسع للحالات الحرارية للمهندسين بتخصيص الأداء عبر عمليات التشكيل، واللحام، ومتطلبات دورة الحياة التشغيلية، مما يجعل 5083 ذات صلة كبيرة في التصميم الهندسي المعاصر.