الألومنيوم 1145: التركيب، الخواص، دليل التصلب والتطبيقات

نظرة شاملة

السبائك 1145 تنتمي إلى سلسلة 1xxx من سبائك الألومنيوم، والتي تُصنّف كدرجات من الألومنيوم التجاري النقي بدرجة نقاء الألومنيوم لا تقل عن 99%. تركز سلسلة 1xxx على التوصيلية الكهربائية والحرارية العالية إلى جانب مقاومة ممتازة للتآكل وقابلية تشكّل عالية، بدلاً من القوة العالية. العناصر الرئيسية في سبيكة 1145 موجودة فقط كشوائب وبمقادير ضئيلة: تشمل الشوائب الخاضعة للرقابة بشكل نموذجي السيليكون، الحديد، والنحاس بتركيزات منخفضة جداً؛ ويتم تحديد محتوى الألومنيوم عادة ≥99.45% (الباقي).

تعزيز القوة في سبيكة 1145 يتم بشكل شبه حصري عبر التقسية بالإنفعال (التقسية بالعمل) نظراً لأنها غير قابلة للمعالجة الحرارية؛ وتتم زيادة القوة الدائمة من خلال المعالجة بالتبريد (الدرجات H)، بينما يتم التليين والاسترداد بالتعتيق إلى الحالة O. من الخصائص الأساسية التوصيلية الكهربائية والحرارية الممتازة، مقاومة تآكل متميزة في الأجواء والعديد من البيئات الكيميائية، مرونة وقابلية تشكّل عالية في الحالة المعالجة حرارياً، وقابلية لحام جيدة جداً مع مخاطر محدودة للكسور المرتبطة بالمراحل المعدنية. تشمل الفئات الصناعية النموذجية التي تستخدم 1145 الموصلات الكهربائية والأشرطة الناقلة، صناعات المواد الكيميائية والأغذية، الزينة المعمارية، ومكونات المبادلات الحرارية حيث تُعطى الأولوية للتوصيلية ومقاومة التآكل بدلاً من أعلى قوة ميكانيكية.

يختار المهندسون 1145 عندما تكون التوصيلية العالية ومقاومة التآكل أمرين حاسمين، ولحين إجراء عمليات التشكيل أو اللحام بسهولة. يُفضل على درجات الألومنيوم المقواة والأعلى قوة عندما يكون الحد الأقصى من التوصيلية، التشطيب السطحي الممتاز، وقابلية السحب العميق/التشكيل بتكلفة منخفضة مطلوبة. وبالمقابل، حيث مطلوب قوة ساكنة عالية أو صلادة، تُفضل عائلات مثل 5xxx أو 6xxx؛ حيث تشغل 1145 مجال التصميم الذي يفضل النقاء وقابلية الخدمة بدلاً من الأداء الحامل للأحمال الهيكلية.

أنواع الحالة الحرارية (Temper)

الحالة الحرارية	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	مرتفع (20–40%)	ممتاز	ممتاز	مُعالج حرارياً بالكامل، أقصى دكتيلية للتشكيل والسحب
H12	منخفض–متوسط	متوسط	جيد جداً	ممتاز	معالجة باردة خفيفة، يحتفظ بقابلية تشكيل عالية
H14	متوسط	متوسط (10–25%)	جيد	ممتاز	حالة معالجة باردة شائعة لزيادة القوة المعتدلة
H16	متوسط–مرتفع	أقل	مقبول	ممتاز	زيادة المعالجة الباردة، تقليل الدكتيلية، تستخدم لبعض التطبيقات الإنشائية
H18	مرتفع	منخفض (2–10%)	محدود	ممتاز	معالجة باردة مكثفة، أقصى تقسية بالإنفعال لسلسلة 1xxx
H24	متوسط	متوسط	جيد	ممتاز	معالجة محلولية وإعادة تمهيد جزئية أو استقرار، تستخدم حيث يرغب في استرداد الشد

حالات المعالجة بالتبريد (سلسلة H) هي الطرق الروتينية الوحيدة لزيادة القوة في 1145؛ ولا تنطبق تسميات T لأن 1145 غير قابلة للتقسية بالعمر. يعيد التعتيق إلى الحالة O البنية الدقيقة إلى حالة منخفضة القوة وعالية الدكتيلية مناسبة للسحب العميق والتشكيل بالدوران. اختيار درجة H12–H18 يسمح للمهندسين بالموازنة بين قابلية التشكيل وزيادة مقاومة الخضوع والشد مع الحفاظ على التوصيلية العالية ومقاومة التآكل للسبيكة الأساسية.

التركيب الكيميائي

العنصر	النطاق %	ملاحظات
Al	≥99.45	الباقي؛ المكون الأساسي الذي يوفر التوصيلية ومقاومة التآكل
Si	≤0.25	بقايا؛ زيادة السيليكون تقلل قليلاً من الدكتيلية وتزيد القوة هامشياً
Fe	≤0.60	شوائب شائعة؛ تزيد القوة ولكن قد تقلل التوصيلية وقابلية التشكيل
Mn	≤0.03	بمقادير ضئيلة فقط؛ تأثير minimal في 1145
Mg	≤0.05	عادة منخفض جداً؛ مساهمة ضئيلة في القوة أو التقسية بالعمر
Cu	≤0.05	يحفظ بنسب منخفضة للحفاظ على مقاومة التآكل والتوصيلية
Zn	≤0.05	مستوى منخفض مُتحكم فيه للحد من التأثيرات على الخصائص الكهربائية
Cr	≤0.05	قد يكون موجودًا كشائبة ضئيلة؛ تأثير ضئيل عند هذه التركيزات
Ti	≤0.03	غالباً يستخدم بكمية ضئيلة لتكرير الحبيبات أثناء الصب والمعالجة
Others	≤0.10 إجمالياً	مجموع الشوائب الأخرى؛ مراقب بدقة للحفاظ على نقاء عالي

تركيبة 1145 يهيمن عليها الألومنيوم مع تركيزات منخفضة مقصودة من عناصر السبائك والشوائب. المستويات المنخفضة من Fe و Si هي المساهم الرئيسي في زيادة القوة فوق الألومنيوم النقي، لكنها تبقى منخفضة للحفاظ على التوصيلية الكهربائية والحرارية وتعظيم مقاومة التآكل. تُستخدم الإضافات النادرة (Ti، مانات ضئيلة) بشكل أساسي للسيطرة المعدنية مثل تكرير الحبيبات أثناء الصب والمعالجة بدلاً من إنتاج مراحل تقسية.

الخصائص الميكانيكية

سلوك الشد لسبيكة 1145 يشابه الألومنيوم التجاري النقي: قوة شد منخفضة إلى متوسطة في الحالة المعالجة حرارياً مع دكتيلية عالية جداً، وزيادة القوة مع تقليل الاستطالة بعد العمل البارد. تُظهر السبيكة منطقة مطاطية خطية إلى حد ما تتحول إلى بلاستيكية مع استطالة منتظمة كبيرة في الحالة O؛ تقلل الحالات المعالجة بالتقسية بالإنفعال الاستطالة المنتظمة وتزيد نسب الخضوع. الصلادة منخفضة في الحالة O وترتفع بشكل متوقع مع درجة العمل البارد؛ قيم برينيل أو فيكرز تبقى منخفضة مقارنة بدرجات الألومنيوم السبائكية.

قيم مقاومة الخضوع والشد تعتمد بشكل كبير على الحالة الحرارية والسماكة؛ يصل الصفائح الرقيقة المعالجة بالعمل البارد إلى مقاومات خضوع أعلى لنفس الحالة مقارنة باللوح السميك بسبب التقسية بالعمل وتاريخ المعالجة. أداء التعب معتدل ويتأثر بشدة بحالة السطح والإجهادات المتبقية؛ الأسطح المصقولة والخالية من العيوب وخطوات التشكيل المحكومة تعطي عمرًا أفضل من التشطيبات المخدوشة. تأثير السماكة مهم أثناء التشكيل واللحام: تحتفظ القطع السميكة بمعظم قوة العمل البارد، والتعرض الحراري أثناء اللحام قد يلين مناطق العمل البارد موضعياً عبر الاسترداد.

الخاصية	O/معالجة حرارية	الحالة الأساسية (مثلاً H14/H18)	ملاحظات
قوة الشد	~70–120 MPa (النطاق النموذجي)	~120–170 MPa (تتغير مع العمل البارد)	تعتمد القيم على سماكة الصفائح والمعالجة والحالة الحرارية الدقيقة
قوة الخضوع	~15–60 MPa	~80–140 MPa	تزداد القوة بشكل ملحوظ مع زيادة العمل البارد؛ منخفضة في الحالة O المعالجة
الاستطالة	~25–40%	~2–20%	تنخفض الاستطالة عندما تتحول الحالة من O إلى H18؛ تؤثر السماكة والإعداد
الصلادة	~20–40 HB	~30–60 HB	تزداد الصلادة بالتقسية بالإنفعال؛ لا تزال منخفضة مقارنة بدرجات الألومنيوم السبائكية

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.71 g/cm³	نموذجية للألومنيوم عالي النقاء، مفيدة لحسابات التصميم خفيف الوزن
نطاق الانصهار	~655–660 °C	فاصل صلب-سائل ضيق مميز للألومنيوم النقي تقريباً
القدرة الحرارية للتوصيل	~220–235 W/m·K	توصيلية عالية؛ أقل قليلاً من الألومنيوم النقي بوجود شوائب أثرية
التوصيلية الكهربائية	~58–63 %IACS	موصل كهربائي ممتاز بين سبائك الألومنيوم التجارية
الحرارة النوعية	~0.90 J/g·K (900 J/kg·K)	سعة حرارية جيدة لتطبيقات إدارة الحرارة
التوسع الحراري	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	توسع حراري متساوٍ نمطي معقول لفلزات الألومنيوم

تُعتبر التوصيلية الحرارية والكهربائية العالية من الخصائص المحددة ل1145 والتي توجه استخدامه في المبردات، الأشرطة الحاملة والموصلات الكهربائية. كما أن الكثافة والحرارة النوعية مماثلة لسبائك الألومنيوم عالية النقاء الأخرى وتُؤخذ في الاعتبار في حسابات الكتلة الحرارية والاستجابة الحرارية العابرة. يجب استيعاب التمدد الحراري في التجميعات متعددة المواد لأن التمدد التفريقي بين 1145 والفولاذ الشائع أو المركبات قد يؤدي إلى تركيزات إجهادية.

أشكال المنتج

الشكل	السُمك/الحجم النموذجي	سلوك القوة	المطابقات الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.2–6.0 mm	تتأثر القوة باللف البارد؛ المقاييس الأرفع يمكن تقويتها بالتدريع بشكل أكثر تجانسًا	O, H12, H14	مستخدمة على نطاق واسع في السحب العميق، تحويل الرقائق وطبعات مبردات الحرارة
صفائح	>6.0 mm	تصلب موحد أقل بسبب السمك؛ قد تُسلم بنعومة أكبر	O, H18	تستخدم حيث الحاجة إلى أجزاء بسماكات أكبر مع مقاومة جيدة للتآكل
بثق	مقاطع عرضية حتى عدة مئات mm²	تبعًا لحالة السبيكة الأصلية والرسْم اللاحق	O, H14	سبائك محدودة التشكيل تجعل البثق بسيطًا؛ ممكن تكوين مقاطع معقدة
أنابيب	أقطار تتراوح من mm إلى عدة مئات، مع سمك جدار متغير	سمك الجدار والعمل البارد يحددان القوة النهائية	O, H14, H18	تستخدم في القنوات، أنابيب تبادل الحرارة وخدمات الضغط المنخفض
قضبان/أعمدة	Ø 2–100 mm	يمكن للرسْم البارد زيادة القوة؛ خصائص متساوية في الأطوال الطويلة	O, H14	تستخدم لأعمدة الموصلات، الدبابيس والأجزاء المشغلة التي تتطلب توصيلية عالية

تختلف طرق المعالجة بشكل كبير بين الألواح والصفائح وبين البثق. تُنتج الألواح والصفائح عادة باللف مع دورات تمهيدية محكمة لتحقيق المطابقات المطلوبة، بينما يبدأ البثق بسبيكة عالية النقاء تليها عملية استقامة وربما عمل بارد خفيف. تستغل التطبيقات قابلية التشكيل الممتازة لألواح المطابقة O للسحب العميق، وزيادة مقاومة الخضوع لمطابقات H لأجزاء تتطلب ثبات أبعاد بعد التشكيل أو التشغيل الخفيف.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	1145	الولايات المتحدة الأمريكية	تسمية جمعية الألمنيوم للسبائك المستخدمة عادة في أمريكا الشمالية
EN AW	1145	أوروبا	EN AW-1145 الموحد يُستخدم بشكل شائع في المواصفات الأوروبية والموردين
JIS	A1050 / A1145 (تقريبًا)	اليابان	يوجد درجات نقاء عالي في JIS؛ التحويل المباشر قد يكون إلى عائلة Al99.5
GB/T	Al99.45 / 1145	الصين	تشير المعايير الصينية إلى درجات نقاء عالي مماثلة لـ 1145

التكافؤ بين المعايير غالبًا ما يكون قريبًا لكنه ليس دائماً مطابقًا بسبب اختلاف هيئات التحكم في حدود الشوائب القصوى وأساليب اختبار الخواص الميكانيكية المقبولة. في الشراء والتصميم، يجب على المهندسين طلب المعيار الدقيق (AA، EN، JIS، GB/T) ومراجعة شهادة المصنع لتأكيد حدود الشوائب، تعريفات المطابقة، والتvariations المعالجة المسموح بها. بالنسبة للمكونات الكهربائية أو الحساسة للتآكل، يمكن لفروق صغيرة في محتوى Fe أو Si أن تؤثر على الأداء ويجب توحيدها بين الموردين.

مقاومة التآكل

تكوّن 1145 طبقة أكسيد رقيقة ومتراصة توفر مقاومة ممتازة للتآكل الجوي في البيئات المحايدة والمعتدلة التآكل. تتحمل التآكل المتساوي جيدًا وتؤدي أداءً مرضيًا في العديد من الأجواء الصناعية؛ مع ذلك، تزيد البيئات البحرية الغنية بالكلوريد من قابلية التآكل المحلي بالثقوب والتصدعات إذا لم تُستخدم طبقات حماية أو إجراءات تصميم. النقاء العالي وخلوها من العناصر السبايكية النشطة يقلل مخاطر التآكل الجلفاني مقارنةً بدرجات الألمنيوم السبايكية الأعلى، لكن 1145 يمكن أن تعمل كمصعد عند التزاوج مع مواد كاليكاثود مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو النحاس تحت تعرض للإلكتروليت.

تشققات التآكل الناتجة عن الإجهاد نادرة في سلسلة 1xxx بسبب عدم وجود طورات تقوية مترسبة وقوة الشد المتبقية المنخفضة نسبيًا مقارنة بسبائك الألمنيوم المعالجة حراريًا القابلة للمعالجة. ومع ذلك، يجب تقييم مناطق اللحام والعمل البارد للضغوط المتبقية وعيوب السطح التي قد تعزز التدهور المحلي تحت تحميل شد مستمر في المحاليل العدوانية. بالمقارنة مع سبائك 5xxx أو 6xxx، تقدم 1145 توصيلية أعلى ومقاومة تآكل نقية أفضل قليلاً مقابل قوة ميكانيكية أقل بكثير؛ مقارنةً بالنحاس النقي، 1145 أكثر مقاومة للتآكل في الأجواء والعديد من البيئات المائية مع وزن أخف بكثير.

خواص التشغيل

القابلية للحام

سهولة اللحام بعمليات الانصهار الشائعة مثل TIG وMIG لأن 1145 لا تحتوي على طورات تقوية تسبب تشقق حراري. عادةً ما تظهر اللحامات ليونة جيدة واستمرارية كهربائية مقبولة، رغم أن منطقة التأثير الحراري (HAZ) تشهد استعادة وتليين لأي حالة تقوية مسبقة نتيجة العمل البارد. للتطبيقات التي تتطلب توصيلية كهربائية عالية عبر الوصلات، يُفضل تصميم وصلات منخفضة المقاومة واستخدام أسلاك حشو من الألمنيوم عالي النقاء أو سبائك 1xxx متوافقة لتقليل فقد التوصيل والفروق في الجهد الجلفاني.

سهولة التشغيل

بوصفها سبائك لينة ولينة، 1145 سهلة التشغيل عمومًا لكنها قد تتصلب بسرعة تحت ظروف قطع قاسية. مؤشرات التشغيل أقل من السبائك سهلة التشغيل؛ لذا يُفضل استخدام أدوات كربيد حادة أو فولاذ سريع بزويا قطع إيجابية، مع استراتيجيات فعالة لكسر الرقائق وسيطرة على معدلات التغذية. يمكن تحقيق جودة سطحية ودقة أبعاد مع سرعات مناسبة—سرعات مغزل معتدلة، تغذية أعلى، وتحكم دقيق في التداخل يُجنب تكدس حافة القطع ويقلل الاهتزازات.

قابلية التشكيل

القابلية للتشكيل في حالة المطابقة O ممتازة مع ارتداد منخفض جدًا، مما يسمح بنصف قطر انحناء ضيق وعمل سحب عميق واسع مع خطر قليل للتشقق. أنصاف أقطار الانحناء الموصى بها تعتمد على السماكة والمطابقة لكنها قد تصل إلى مرة إلى مرتين سمك المادة في حالة O لمعظم الأشكال؛ المطابقات العاملة باردة تتطلب أنصاف أقطار أكبر لتجنب تشقق الحافة. السبائك تستجيب بشكل متوقع لعمليات التشكيل المتدرجة ومناسبة جيدًا للطباعة، الدوران، والتشكيل الهيدروليكي عند البداية في المطابقة O أو H الخفيفة.

سلوك المعالجة الحرارية

تصنف 1145 كسبائك غير قابلة للمعالجة الحرارية؛ لا تحدث تغييرات مهمة في القوة عبر المعالجة بالتحليل والترسيب. تُستخدم الدورات الحرارية مثل التخمير (في الفرن أو التخمير الدفعي) لإزالة تصلب العمل واستعادة اللدونة—دورات التخمير النموذجية تتراوح بين 300–400 °C تليها تبريد مضبوط للوصول إلى مطابقة O. نظرًا لعدم وجود عناصر تقوية عبر التسنين، لا يحدث تقوية اصطناعية (مطابقة T) عن طريق الترسيب؛ لذلك يعتمد المصممون على العمل البارد لزيادة القوة.

التصلب بالعمل من خلال اللف البارد، الرسْم، أو الثني هو الطريق القياسي لزيادة الخواص الميكانيكية؛ يتم تحقيق تنقل المطابقات ضمن سلسلة H بتغيير درجة التشوه البلاستيكي ومعالجات حرارية تمهيدية محكمة لاستقرار الخواص. السيطرة الدقيقة على تاريخ المعالجة ضرورية لضمان ثبات قيم مقاومة الخضوع والشد لأن الخواص الميكانيكية لـ 1145 تعتمد بشكل كبير على العمليات وليس التركيب الكيميائي.

الأداء عند درجات الحرارة المرتفعة

عند درجات الحرارة المرتفعة، تفقد 1145 قوتها بسرعة مقارنة بدرجات الألمنيوم السبايكية؛ يحدث تليين مهم فوق حوالي 150–200 °C بسبب الاستعادة وتسريع عمليات الانتشار. التعرض الطويل لدرجات حرارة بالقرب من نطاق الانصهار (≥300 °C) يؤدي إلى فقدان كبير للتماسك الميكانيكي ويتجاوز حدود الخدمة النموذجية للاستخدام الهيكلي. الأكسدة طفيفة للألمنيوم عند درجات حرارة معتدلة بسبب طبقة الأكسيد الواقية، لكن يمكن أن تحدث تقشّر وخشونة سطحية متزايدة في بيئات مؤكسدة شديدة الحرارة.

مناطق التأثير الحراري للحام قد تكون عرضة للتليين الموضعي حين تُلحَم أو تتعرض لدورات حرارية؛ يجب أن يتجنب التصميم الاعتماد على قوة العمل البارد المتبقية بالقرب من اللحامات. لأغراض إدارة الحرارة أو التطبيقات الحرارية العابرة (مبردات حرارة، قضبان التوصيل)، تبقى 1145 مفيدة حتى درجات حرارة معتدلة بفضل الحفاظ على التوصيلية، لكن يجب مراعاة التحميل الميكانيكي عند درجات الحرارة المرتفعة في تحليلات التصميم.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام 1145
الكهرباء	قضبان التوصيل، شرائط الموصل	موصلية كهربائية عالية وقابلية جيدة للحام
انتقال الحرارة	مبردات حرارة، زعانف	موصلية حرارية عالية ووزن خفيف
الكيماويات/معالجة الأغذية	خزانات، بطانات أنابيب، صواني	مقاومة ممتازة للتآكل وجودة سطح نظيفة
العمارة	تشطيبات، أغطية، ألواح	قابلية التشكيل، التشطيب ومقاومة التآكل
الاستهلاك/الأجهزة	رقائق، علب، عناصر عاكسة	قابلية سحب عميق وجودة سطح عالية

تحظى 1145 بتفضيل في المكونات التي تُفضل فيها الموصلية، مقاومة التآكل وقابلية التشكيل على الحاجة إلى قوة عالية. وتبرز دورها في الموصلات الكهربائية ومعدات إدارة الحرارة نتيجة لمزيج الكثافة المنخفضة، التوصيلية الممتازة وسهولة التصنيع. وبساطة ميتالورجيا السبائك تحقق سلوكًا متوقعًا عبر العمليات التشكيلية، اللحام والتشطيب مما يدعم إنتاجًا موثوقًا ونشرًا طويل الأمد.

رؤى الاختيار

اختر سبائك 1145 عندما تكون الموصلية الكهربائية والحرارية، ومقاومة التآكل الممتازة، وأقصى قابلية للتشكيل هي المتطلبات الأساسية، وعندما يتحمل التطبيق قوة هيكلية أقل. استخدم حالة التلدين O-temper للسبائك 1145 لعمليات التشكيل القاسية، وحالات التلدين من سلسلة H عندما يكون مطلوبًا بعض الاستقرار البعدي أو زيادة مقاومة الخضوع بعد التشكيل.

بالمقارنة مع الألومنيوم النقي تجارياً 1100، يوفر 1145 عادة نقاوة ومقاومية محسوبة أعلى قليلاً مع قوة مماثلة أو محسنة بشكل طفيف؛ يقبل المصممون بعض التنازلات البسيطة في حدود الشوائب المحددة من أجل أداء كهربي أفضل. بالمقارنة مع السبائك المشغلة كالسبائك 3003 أو 5052، يقدم 1145 موصلية أفضل ومقاومة تآكل مماثلة لكنه يمتلك قوة قصوى أقل وقدرة أقل على التحميل الهيكلي؛ يُفضل حيث تكون الأولوية للتشكيل والموصلية. بالمقارنة مع السبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061 أو 6063، يُختار 1145 عندما تكون الموصلية، مقاومة التآكل، والتكلفة المنخفضة هي الأهم على الرغم من القوة القصوى الممكن تحقيقها الأقل بشكل كبير؛ يبقى 1145 خياراً جذاباً للتطبيقات الكهربائية/الحرارية غير الهيكلية حيث لا تكون الاستجابة للشيخوخة وقوة السبيكة العالية ضرورية.

الملخص الختامي

تبقى سبيكة 1145 مادة ذات أهمية كبيرة للمهام الهندسية الحديثة التي تتطلب موصلية عالية، مقاومة تآكل استثنائية، وقابلية ممتازة للتشكيل بتكلفة منخفضة. يضمن تركيبها المعدني البسيط سلوك تصنيع متوقع وقابلية الخدمة طويلة الأمد في التطبيقات الكهربائية والحرارية والكيميائية المعرضة حيث لا تكون القوة القصوى هي المعامل الأساسي للتصميم.