ألمنيوم EN AW-5086: التركيب، الخصائص، دليل المعالجة الحرارية والتطبيقات

نظرة شاملة

EN AW-5086 هو عضو في سلسلة سبائك الألومنيوم 5xxx، التي تتميز بشكل رئيسي بالمغنيسيوم كعنصر سبيكي رئيسي. تُصنف هذه العائلة على أنها سبائك غير قابلة للمعالجة الحرارية، حيث تُكتسب قوتها الميكانيكية من تقوية المحلول الصلب بواسطة Mg ومن التشوه البلاستيكي (التصلب بالعمل) وشيخوخة الإجهاد في بعض الحالات.

العناصر السبيكية الرئيسية في EN AW-5086 هي المغنيسيوم مع إضافات ملحوظة من المنغنيز ومستويات محكومة صغيرة من الحديد والسيليكون والكروم وعناصر أثرية. يوفر مستوى Mg الزيادة الرئيسية في القوة ويحسن مقاومة التآكل في البيئات المحتوية على كلوريد، بينما يعمل Mn على تنقية تركيب الحبيبات ويساعد في الحفاظ على القوة بعد المعالجة.

الصفات الرئيسية لـ EN AW-5086 تشمل مزيجًا مفضلاً من القوة المتوسطة إلى العالية لسبائك الألومنيوم غير القابلة للمعالجة الحرارية، ومقاومة جيدة جدًا لمياه البحر والجو البحري، وقابلية ممتازة للحام بطرق الانصهار التقليدية، وقابلية تشكيل معقولة عند التوريد في حالات طرية. تجعل هذه الخصائص منه مادة شائعة في التطبيقات البحرية، والنقل، وأوعية الضغط، والتطبيقات التبريدية.

يختار المهندسون EN AW-5086 على غيره من السبائك عندما يكون التوازن بين مقاومة التآكل وقابلية اللحام والمتانة أهم من أقصى قوة يمكن تحقيقها بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية. ويفضل حيث يلزم تكامل هيكلي في مياه البحر أو البيئات العدوانية دون الحاجة إلى دورات معالجة حرارية معقدة.

متغيرات الحالة الحرارية

الحالة الحرارية	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية	ممتازة	ممتازة	مخففة بالكامل؛ الأفضل للتشكيل المعقد والسحب
H111	منخفضة-متوسطة	متوسطة	جيدة جدًا	ممتازة	مُصلّبة قليلاً بالتشوه؛ غالبًا الحالة الطبيعية بعد الدلفنة
H32	متوسطة	متوسطة	جيدة	ممتازة	مصلّبة ومثبتة؛ شائعة للألواح الهيكلية
H34	متوسطة-عالية	متوسطة-منخفضة	مقبولة	ممتازة	تصلب أعلى لزيادة القوة
H36	عالية	منخفضة-متوسطة	مخفضة	ممتازة	حالة تصلب أقوى للمقاطع الثقيلة
H116	متوسطة	متوسطة	جيدة	ممتازة	مثبتة لتحسين خصائص المقاومة للتآكل واللحام؛ درجة بحرية
H321	متوسطة	متوسطة	جيدة	ممتازة	مثبتة بالشيخوخة عند درجات حرارة منخفضة لمقاومة التحسس

تؤثر اختيار الحالة الحرارية بشكل كبير على الاستجابة الميكانيكية وسلوك التشكيل لأن EN AW-5086 غير قابل للمعالجة الحرارية؛ فكل الحالات ذات القوة الأعلى تنتج عن التشوه البلاستيكي والتثبيت الطبيعي أو المحكوم. يجب على المصممين الموازنة بين مقاومة الخضوع/الشد المطلوبة ونصف قطر الانحناء والاستطالة، واختيار الحالات الأطرى للسحب العميق والحالات H الأكثر صلابة للثبات الهيكلي وتقليل الارتداد.

التركيب الكيميائي

العنصر	النطاق المئوي %	ملاحظات
Si	≤ 0.40	سيليكون منخفض مضبوط لتقليل السبائك البينية والحفاظ على المتانة
Fe	≤ 0.50	الحديد شوائب يشكل سبائك بينية صلبة؛ محدد للحفاظ على الليونة
Mn	0.20–0.7	ينقي تركيب الحبيبات ويعوض بعض هشاشة Mg؛ يحسن القوة
Mg	3.5–4.5	العنصر الرئيسي للتقوية؛ يؤثر بشكل حاسم على مقاومة التآكل وقابلية اللحام
Cu	≤ 0.10	مخفض لتجنب تقليل مقاومة التآكل وزيادة الحساسية لتآكل الإجهاد
Zn	≤ 0.25	ضئيل؛ زيادة Zn قد تعزز التآكل الغلفاني والمحلي
Cr	0.05–0.25	مضاف للتحكم في الحبيبات وتحسين احتفاظ القوة بعد التشغيل الساخن
Ti	≤ 0.15	مكرر حبيبات بإضافات صغيرة؛ يحسن الاتساق الميكانيكي
عناصر أخرى (لكل منها)	≤ 0.05	عناصر أثرية محكومة للحفاظ على خصائص متوقعة

يوضع تركيب EN AW-5086 بين سلسلة 3xxx الأقل قوة والأنواع من 5xxx ذات المغنيسيوم الأعلى؛ يوفر المغنيسيوم تقوية المحلول الصلب بينما يتحكم المنغنيز والكروم في حجم الحبيبات ويقللان من إعادة التبلور. يعد التحكم الدقيق في Fe وSi وCu أمرًا مهمًا لمنع تكوين سبائك بينية هشة والحفاظ على مقاومة التآكل واللحام في بيئات تحتوي على الكلوريد.

الخصائص الميكانيكية

سلوك الشد لـ EN AW-5086 نموذجي لسبائك الألومنيوم-مغنيسيوم غير القابلة للمعالجة الحرارية: التصلب بالإجهاد يزيد القوة لكنه يقلل الليونة. تظهر السبيكة متانة مناسبة وتحافظ على الاستطالة عند درجات حرارة منخفضة؛ تؤثر السماكة والحالة الحرارية بشكل كبير على منحنى الشد المقاس والليونة.

تتفاوت مقاومة الخضوع حسب الحالة والسماكة؛ حيث تميل حالات H التي تُنتج بواسطة العمل البارد المحكوم إلى أن تكون لها مقاومة خضوع وشد أعلى من حالات O أو H111. وتتبع الصلادة نفس الاتجاه، مع زيادة في مقاييس فيكرز/برينل في الحالات المصلّبة بالتشوه؛ ومع ذلك، يقلل التصلب بالعمل من قابلية التشكيل ويزيد الارتداد.

أداء التعب عادة ما يكون جيدًا للهياكل الملحومة وغير الملحومة بسبب ليونة السبيكة ومقاومتها للتآكل التعب في مياه البحر عند التصميم المناسب. قد تحافظ المقاطع الأثخن على صلابة مطلقة أكبر ولكن قد تظهر أنماط شيخوخة وإجهاد متبقية مختلفة بعد اللحام والعمل البارد، مما يتطلب اختبارات تأهيل للمكونات الحرجة.

الخاصية	O/مخففة	الحالة الحرارية الرئيسية (H32 / H116)	ملاحظات
قوة الشد	~120–200 MPa	~220–330 MPa	نطاقات واسعة بسبب السماكة والتصلب بالتشوه؛ اختر الحالة حسب متطلبات التصميم
مقاومة الخضوع	~55–120 MPa	~140–260 MPa	تزيد مقاومة الخضوع بشكل كبير مع التصلب بالتشوه/التثبيت
الاستطالة	~20–35%	~8–18%	الحالات الأطرى توفر استطالة أعلى لعمليات التشكيل
الصلادة	~30–45 HV	~60–95 HV	الصلادة مرتبطة بمستوى التصلب بالتشوه وتؤثر على التشغيل والتشكيل

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.66 g/cm³	نمطية لسبائك الألومنيوم-مغنيسيوم؛ نسبة قوة إلى وزن مفيدة
نطاق الانصهار	~570–650 °C	يتغير نطاق السائل والصلب مع التركيب والشوائب
الموصلية الحرارية	~140–165 W/m·K	أقل من الألومنيوم النقي لكنها جيدة لتوزيع الحرارة
الموصلية الكهربائية	~30–40 %IACS	أقل من الألومنيوم النقي بسبب وجود Mg في محلول صلب
السعة الحرارية النوعية	~0.90 kJ/kg·K	قيمة نموذجية للألومنيوم عند درجات الحرارة المحيطة
التوسع الحراري	~23–24 µm/m·K	توسع حراري متوسط؛ مهم في تصميم الوصلات مع المعادن غير المتشابهة

تُظهر الخصائص الفيزيائية أن EN AW-5086 يحتفظ بالعديد من مزايا الألومنيوم: كثافة منخفضة تؤدي إلى صلابة نوعية عالية وامتصاص طاقة جيد لكل وحدة وزن. التوصيل الحراري والكهربائي أقل من الألومنيوم النقي ولكنهما يبقيان كافيين لمهام تبديد الحرارة وإدارة الحرارة؛ ويجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار التوسع الحراري عند الربط مع الفولاذ أو المركبات.

الأشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	الحالات الحرارية الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.5–6.0 mm	السلوك يتغير بشكل كبير حسب الحالة الحرارية	O, H111, H32, H116	تستخدم على نطاق واسع في ألواح هياكل السفن والجلود الهيكلية وأوعية الضغط
صفائح	6–200+ mm	المقاطع السميكة تحتاج إلى تصلب بالتشوه أو معالجة حرارية عبر الإنتاج	H34, H36, H116	الصفائح الثقيلة تستخدم غالبًا في البحرية والدروع؛ تشكيل بارد محدود
بروفيلات بثق	أشكال مقطع متغيرة	يمكن تشطيب البروفيلات المسحوبة إلى حالات H	O, H111, H32	شائعة للأطر والهياكل والحواجز والمقويات
أنابيب	Ø10 mm–300 mm	ملحومة أو بدون لحام؛ سمك الجدار يؤثر على القوة ومقاومة الانبعاج	H32, H111	تستخدم في أنظمة السوائل، الأعضاء الهيكلية، وخطوط الضغط
قضبان/أعمدة	Ø3 mm–200 mm	يمكن سحب/درفلة القضبان ثم تصلبها بالتشوه	H111, H34	تُستخدم في التجهيزات، السحابات، والمكونات الميكانيكية

تختلف عمليات التصنيع باختلاف شكل المنتج: الألواح والصفائح عادة ما تُدلف ثم تُعمل بالتشوه البارد أو تُثبت للوصول إلى الحالات المطلوبة، في حين تتطلب البروفيلات السيطرة على درجة حرارة السبيكة والتبريد للحفاظ على توزيع متجانس للمغنيسيوم. تميل الصفائح لأن تكون أقل قابلية للتشكيل وغالبًا ما يتم لحامها وتشغيلها، بينما تستخدم الألواح حيث الحاجة إلى تشكيل معقد وربط.

الدرجات المعادلة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA / ASTM	5086	الولايات المتحدة الأمريكية	تسمية تجارية شائعة؛ مغطاة في عدة مواصفات ASTM
EN AW	5086	أوروبا	معادلة AlMg4.5Mn بموجب معايير EN مع ضوابط تركيب مشابهة
JIS	A5086 (أو سلسلة Al-Mg)	اليابان	تسمية معادلة لعائلة Al–Mg–Mn؛ تختلف معايير العملية
GB/T	5086	الصين	درجة المعيار الوطني الصيني بتركيبات مماثلة

التكافؤ قريب عبر المعايير الرئيسية، لكن هناك اختلافات صغيرة في مستويات الشوائب المسموح بها، وتعريفات التمبُر، وبروتوكولات الاختبار. يجب على المشترين الرجوع إلى ورقة المواصفات الخاصة (ASTM، EN، JIS، GB/T) المستخدمة في الشراء لتأكيد حدود التركيب الدقيقة، ومتطلبات اختبارات الميكانيكية، ومعايير التشطيب السطحي.

مقاومة التآكل

يُظهر EN AW-5086 مقاومة ممتازة لتآكل الغلاف الجوي ويُستخدم على نطاق واسع في البيئات البحرية بسبب مستويات Mg المفيدة التي تشكل أفلام أكسيد/هيدروكسيد مستقرة. مقاومة تآكل الحفر في البيئات الحاملة للكلوريد جيدة مقارنة بالعديد من سبائك الألومنيوم، رغم أنه يمكن حدوث تآكل موضعي عند مراكز الإجهاد أو الأسطح غير المُحضرة جيدًا.

في مياه البحر ومناطق الرش، يقاوم EN AW-5086 التآكل العام والموضعي أفضل من العديد من سبائك الألومنيوم المعالجة حراريًا لأنه يتجنب الترسيبات الأنودية التي تعزز التآكل الحفري. حساسية تشقق التآكل الناتج عن الإجهاد (SCC) منخفضة عمومًا للدرجة 5086 مقارنة بالسبائك عالية القوة، لكن مخاطر SCC تزداد مع زيادة محتوى Mg وبمعالجات معينة بعد بعض التعرضات الحرارية.

يجب إدارة التفاعلات الجلفانية عند اقتران 5086 بمعادن كاثودية مثل النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ؛ فالسبائك أنودية مقارنة بالعديد من الفولاذات ويمكن حمايته أو عزله بواسطة الطلاءات والحشوات العازلة. مقارنة مع سبائك سلسلة 3xxx (Al-Mn)، يقدم 5086 عادة قوة أعلى مع الحفاظ على سلوك تآكل مماثل أو محسّن؛ بينما بالمقارنة مع السبائك المعالجة حراريًا من 6xxx و7xxx، فإن 5086 يتفوق كثيرًا في مقاومة التآكل البحري.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

يلحم EN AW-5086 بشكل جيد جدًا بواسطة عمليات الاندماج الشائعة بما في ذلك TIG وMIG؛ عادةً ما تحقق الوصلات خواص قريبة من المعدن الأساسي عند استخدام الحشوات والإجراءات المناسبة. الحشوات الموصى بها هي سبائك Al‑Mg (مثلاً 5183، 5356) المختارة لمطابقة القوة وسلوك التآكل؛ تؤثر اختيار الحشوة ومعالجة ما قبل/بعد اللحام على سلوك منطقة تأثير الحرارة (HAZ). خطر التشقق الحراري منخفض بالنسبة لـ5086 مقارنة بالسبائك عالية النحاس، لكن يجب السيطرة على مسامية الهيدروجين والملوثات عبر حماية وتنظيف جيدة أثناء اللحام.

قابلية التشغيل

قابلية التشغيل لـEN AW-5086 متوسطة وليست جيدة مثل سبائك 2xxx أو 6xxx المطروقة المصممة للمعالجة عالية السرعة. تُشغل السبائك بشكل أفضل في تمبُرات ألطف؛ تميل رقائق القطع إلى التكون بشكل مستمر ولدن، مما يتطلب تغذية محكومة وكاسرات رقائق. يُوصى باستخدام أدوات كربيد للمعالجة العالية الإنتاجية، مع تقليل سرعات القطع والتغذية في تمبُرات H الأصعب لتقليل تآكل الأدوات وعملية التشديد الحراري.

قابلية التشكيل

التشكيل ممتاز في التمبُر المأنّن (O) والتمبُرات المخففة مثل H111، مما يمكّن من السحب العميق، والشد، والطابع المعقد. يجب اختيار أنصاف أقطار الانحناء وفقًا للتمبُر والسماكة؛ عادة ما تتراوح أقل أنصاف أقطار الانحناء الداخلية من 1× إلى 3× السماكة للتمبُرات الألطف، وتزداد للظروف H32/H36. يزيد العمل البارد القوة لكنه يقلل القدرة على الشد ويزيد المرونة الارتجاعية؛ يُستخدم أحيانًا التشكيل بالحرارة أو التشوه على مراحل لتحقيق أنصاف أقطار ضيقة في المواد ذات السماكة الأكبر.

سلوك المعالجة الحرارية

EN AW-5086 هو سبيكة غير معالَجة حراريًا؛ لا تستجيب للمعالجة بالحرارة المحلولة أو التقدم الاصطناعي لزيادة القوة بنفس طريقة سبائك 6xxx أو 7xxx. بدلاً من ذلك، تزداد القوة نتيجة العمل البارد (تقسية بالشد) يليها تثبيت طبيعي أو مسيطر عليه لتقليل الإجهادات المتبقية والحد من التقدم بالشد.

يُستخدم التلدين (تمبُر O) لإزالة التقسية واستعادة اللدونة؛ دورات التلدين النموذجية تكون في درجات حرارة مرتفعة تليها تبريد مسيطر عليه لتجنب التشوه ونمو الحبيبات. تتضمن معالجات التثبيت (مثل H116) شيخوخة بدرجات حرارة منخفضة أو تخزين مسيطر عليه لتحقيق توازن جيد بين القوة، مقاومة التآكل، وقابلية اللحام دون إدخال ترسيبات ضارة.

الأداء في درجات الحرارة العالية

يحافظ EN AW-5086 على خواص ميكانيكية مفيدة حتى درجات حرارة مرتفعة معتدلة، لكن الخدمة في درجات حرارة مرتفعة تقلل بشكل كبير من قوة الخضوع وقوة التعب مقارنة بالظروف العادية. يحدث فقدان كبير في القوة مع اقتراب درجة الحرارة من 100–150 °C حسب التمبُر، لذلك يجب تقييد التطبيقات الهيكلية طويلة الأمد لدرجات حرارة معتدلة أو تستلزم تأهيلًا تجريبيًا.

الأكسدة والتقشر ضئيلة في سبائك الألومنيوم في الهواء؛ مع ذلك، التعرض المطول لأجواء حاملة للكلوريد الساخنة يمكن أن يسرع عمليات التآكل. يمكن أن تتعرض منطقة تأثير الحرارة في اللحامات لتليين وانخفاض في القوة عند درجات حرارة الخدمة المرتفعة، لذا يجب أن تأخذ التصميمات والمعالجات اللاحقة للحام في الحسبان التأثيرات المشتركة لدرجة الحرارة، والإجهاد، والأنواع المسببة للتآكل.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام EN AW-5086
البحرية	ألواح الهيكل، الأسطح، الأبنية الفوقية	مقاومة ممتازة لتآكل مياه البحر وقوة إلى الوزن جيدة
السيارات / النقل	ألواح المقطورات، خزانات الوقود، الأعضاء الهيكلية	قابلية لحام جيدة، مقاومة الصدمات وسلوك تآكل مناسب
الفضاء	الهيكليات الثانوية، التركيبات	متانة جيدة، قابلية لحام وقوة هيكلية متوسطة
أوعية الضغط / التبريد بالضغط المنخفض	خزانات التخزين، أوعية التبريد	متانة منخفضة درجة الحرارة وقابلية للحام
الصناعية / نقل الحرارة	المبادلات الحرارية، الموزعات	توصل حراري كاف ومقاومة للتآكل

يُختار EN AW-5086 عندما يكون مطلوب توازن بين مقاومة التآكل، قابلية اللحام، وقوة هيكلية متوسطة، خصوصًا في قطاعات البحرية والنقل. تُوسع قابلية التشكيل في التمبُرات الألطف وقابليته للربط بطرق اللحام الشائعة من نطاق تطبيقاته لتشمل التركيبات المصنعة.

نصائح للاختيار

اختر EN AW-5086 عندما يتطلب التصميم مقاومة متانة للتآكل في البيئات الغنية بالكلوريد مع قابلية لحام جيدة وقوة هيكلية متوسطة. هو خيار عملي للتركيبات البحرية والمصنعات الملحومة حيث قد تعاني السبائك المعالجة حراريًا من مشاكل تآكل أو متعلقة بالهيدروجين.

بالمقارنة مع الألومنيوم النقي تجاريًا (1100)، يتنازل EN AW-5086 عن بعض الموصلية الكهربائية والحرارية وقابلية التشكيل قليلاً مقابل قوة أعلى وأداء هيكلي أفضل. مقارنة مع السبائك المقواة بالعمل مثل 3003 أو 5052، يقدم EN AW-5086 عادة قوة أعلى وسلوك تآكل بحري مماثل أو محسّن، بتكلفة إضافية معتدلة.

عند المقارنة مع السبائك المعالجة حراريًا مثل 6061، لن يصل EN AW-5086 إلى نفس أقصى قوى الشد لكنه يُفضل حيث تكون مقاومة تآكل مياه البحر أفضل، وقابلية اللحام دون دورات التبريد/التمبُر، والمتانة الأفضل مطلوبة.

الملخص الختامي

يبقى EN AW-5086 من السبائك الألومنيوم المستخدمة على نطاق واسع لأنه يقدم مزيجًا قويًا من قابلية اللحام، مقاومة التآكل، وقوة التقسية بالشد دون تعقيد المعالجة الحرارية، مما يجعله ذا قيمة خاصة في السياقات البحرية، أوعية الضغط، وتصنيع الهياكل.