ألمنيوم 1250: التركيب الكيميائي، الخصائص، دليل المعالجة، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
نظرة شاملة
سبائك 1250 هي عضو في سلسلة سبائك الألومنيوم 1xxx، التي تصنف كدرجات ألومنيوم نقية تجارياً بمحتوى ألومنيوم لا يقل عادة عن 99%. تتميز عائلة 1xxx بإضافات سبائكية منخفضة جداً؛ 1250 من الدرجات ذات النقاء الأعلى في تلك السلسلة ويُستخدم حيث تكون الموصلية الكهربائية والحرارية العالية ومقاومة التآكل الممتازة مطلوبة.
العناصر الرئيسية المسببة للسبائكية في 1250 هي في الأساس شوائب وعناصر أثرية مثل السيليكون، الحديد، النحاس، المنغنيز، الماغنيسيوم، الزنك، الكروم والتيتانيوم بمستويات منخفضة جداً. يتم تحقيق التقوية تقريباً عبر الإجهاد البارد (تقسية العمل) بدلاً من التقسية بالترسيب، لذا فإن 1250 غير قابل للمعالجة الحرارية ويعتمد على التشوه البارد المتحكم به (تسميات الحالة H) لزيادة القوة.
الميزات الرئيسية تشمل موصلية كهربائية وحرارية عالية جداً، مقاومة ممتازة للتآكل الجوي والكيميائي، قابلية تشكيل فائقة في حالات الطراوة (Soft tempers)، وقابلية لحام متميزة مع ميل قليل جداً للتشقق الساخن. الصناعات النموذجية التي تستخدم 1250 تشمل الكهربائية (قضبان التوصيل، الموصلات)، تبادل الحرارة وإدارة الحرارة، معدات المعالجة الكيميائية، الهندسة المعمارية، والتطبيقات الزخرفية حيث تهم جودة السطح ومقاومة التآكل.
يختار المهندسون 1250 على سبائك أخرى عندما تكون الموصلية القصوى وقابلية التشكيل من الأولويات وعندما لا يكون السماح بسبائكية أعلى (لزيادة القوة القصوى) مقبولاً بسبب تأثيرها على الموصلية أو مقاومة التآكل. تُختار السبيكة عندما توفر موازنة بين قلة القوة ولكن بمرونة ممتازة، جودة سطح عالية، وأداء جيد بمقاومة التآكل أفضل دورة حياة اقتصادية أو اقتصادات تصنيع.
أنواع المعالجة الحرارية (التمبير)
| التمبير | مستوى القوة | الاستطالة | قابلية التشكيل | قابلية اللحام | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|---|
| O | منخفض | مرتفع | ممتاز | ممتاز | معتدل بالكامل، أعلى طراوة وموصلية |
| H12 | منخفض-متوسط | متوسط-مرتفع | جيد جداً | جيد جداً | تقسية عمل طفيفة، تحافظ على قابلية تشكيل جيدة |
| H14 | متوسط | متوسط | جيد | جيد جداً | ربع صلب؛ شائع لأجزاء مشكلة مع مقاومة خضوع أعلى |
| H16 | متوسط-مرتفع | متوسط-منخفض | مقبول | جيد جداً | نصف صلب؛ يستخدم عند الحاجة إلى صلابة إضافية |
| H18 | مرتفع | منخفض | مقبول-ضعيف | جيد جداً | صلب كامل؛ يستخدم في تطبيقات الينابيع وحيث ثبات الشكل مطلوب |
يؤثر التمبير بشكل كبير على التوازن بين القوة والمرونة لسبائك 1250؛ حيث تعزز الحالات اللينة O قابلية السحب والموصلية، في حين تمنح حالات H القوة من خلال كثافة الانزلاقات. يختار المهندسون O للرسم العميق أو التطبيقات الكهربائية، وH14–H18 للأجزاء التي تتطلب ثبات أبعاد أو حيث يوفر التشطيب البارد الخصائص الميكانيكية المطلوبة.
التركيب الكيميائي
| العنصر | نطاق النسبة المئوية | ملاحظات |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.25 | شوائب نموذجية؛ تؤثر على السيولة في الصب ولكن تأثيرها ضعيف في 1250 المشغولة |
| Fe | ≤ 0.40 | شوائب شائعة قد تكوّن مركبات بين معدنية وتقلل قليلاً من المرونة |
| Mn | ≤ 0.05 | موجودة بمستويات أثرية؛ تأثير تقوية قليل |
| Mg | ≤ 0.03 | منخفض جداً؛ لا يسمح بتقسية ترسيبية كبيرة |
| Cu | ≤ 0.05 | محتفظ به منخفض للحفاظ على مقاومة التآكل والموصلية |
| Zn | ≤ 0.03 | أثرى فقط؛ يتم تجنب زيادة الزنك للحد من القابلية للهشاشة |
| Cr | ≤ 0.03 | كميات أثرية قد تحسن تكرير الحبوب أثناء المعالجة |
| Ti | ≤ 0.03 | غالباً ما يستخدم كمكرر حبيبات بكميات صغيرة أثناء الصب/البثق |
| عناصر أخرى | ≤ 0.15 إجمالي | بقايا أخرى؛ مجموع العناصر غير المحددة يبقى منخفضاً طبقاً للمواصفة |
سمة 1250 الكيميائية تهيمن عليها الألومنيوم مع إضافات سبائكية أثرية فقط، لذا الخصائص الميكانيكية الكلية تحكمها النقاء وتشويه البرد. تشكل المستويات الصغيرة من Fe وSi جسيمات بين معدنية مجهرية تؤثر على إعادة التبلور ونمو الحبوب والقوة الموضعية، لكنها لا تشكل مراحل تقسية حرارية.
الخصائص الميكانيكية
سلوك الشد لسبائك 1250 هو النموذجي للألومنيوم النقي تجارياً: قوة شد قصوى منخفضة إلى متوسطة مع استطالة منتظمة ممتازة في الحالة المعتدلة (O) وتناقص تدريجي في المرونة مع زيادة التشويه البارد. تكون مقاومات الخضوع منخفضة في حالة O وتزداد مع حالات H، لكن نسب الخضوع إلى الشد تبقى بحيث يخضع المعدن مبكراً مقارنةً بدرجات الألومنيوم الأعلى سبائكية.
غالباً ما تتجاوز الاستطالة في التمبير O 20–35% حسب السماكة والمعالجة، بينما تقل الاستطالة في تمبيرات H14–H18 إلى أرقام مفردة في أشد الحالات صلابة. الصلادة منخفضة في حالات O (طرية وسهلة الخدش) وتزداد مع تقسية العمل؛ تتراوح قيم صلادة برينيل النموذجية من منتصف العشرات إلى منتصف الثلاثينيات مع زيادة التمبير.
أداء التعب معتدل ويتحدد أساساً بجودة السطح، الإجهادات المتبقية من التشكيل، وشكل المكوّن؛ يمكن للتشويه البارد رفع مقاومة التعب بإدخال تراكيب انزلاقية تقاوم بدء التشقق الدوري. تؤثر السماكة تأثيراً كبيراً: السماكات الرقيقة جداً (رقائق) تظهر قوة ظاهرية أعلى بسبب تقسية الدرفلة، بينما الأقسام السميكة تقترب من خصائص الحالة المعتدلة وقد تكون أكثر تحملاً للعيوب الموضعية.
| الخاصية | الحالة O/المعتدلة | مثال على تمبير رئيسي (H14/H18) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| قوة الشد | ~60–110 MPa | ~110–180 MPa | نطاق واسع حسب السماكة ودرجة تقسية العمل |
| قوة الخضوع | ~10–40 MPa | ~70–150 MPa | تمبيرات H تزيد قوة الخضوع بشكل كبير بواسطة تقسية الاجهاد |
| الاستطالة | ~20–35% | ~3–15% | O ذات مرونة ممتازة؛ H18 قد تكون هشة عند التشكيل |
| الصلادة | HB 15–25 | HB 25–45 | الصلادة تزيد مع التشويه البارد؛ القيم تعتمد على طريقة القياس |
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | القيمة | ملاحظات |
|---|---|---|
| الكثافة | 2.70 g/cm³ | معتادة للألومنيوم النقي؛ تستخدم للحسابات الخفيفة الوزن |
| نطاق الانصهار | ~660 °C (درجة السائل) | نقطة انصهار الألومنيوم النقي؛ الشوائب الطفيفة تؤثر قليلاً على مدى التجمّد |
| الموصلية الحرارية | ~210–235 W/m·K | عالية جداً بين المعادن الهيكلية؛ ممتازة لمشعات الحرارة والمبادلات |
| الموصلية الكهربائية | ~34–36 MS/m (~60% IACS) | موصلية كهربائية عالية نسبياً مقارنة بسلسلة سبائك الألومنيوم |
| السعة الحرارية النوعية | ~900 J/kg·K | قدرة حرارية جيدة لإدارة الحرارة |
| التمدد الحراري | ~23–24 µm/m·K | تمدد متوسط إلى مرتفع؛ ذو أهمية في تصميم الوصلات والتجميعات |
تدعم خصائص 1250 الفيزيائية تطبيقاته الرئيسية: إدارة الحرارة والموصلية الكهربائية حيث تُطلب الموصلية العالية والوزن المنخفض. يجب إدارة الكثافة والتمدد الحراري في التركيبات متعددة المواد، ويتم الحفاظ على الموصلية الحرارية العالية حتى بعد تقلص معتدل بالتشويه البارد.
أشكال المنتج
| الشكل | السماكة/الحجم النموذجي | سلوك القوة | التمبيرات الشائعة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الصفائح | 0.2–6.0 mm | تزداد القوة مع الدرفلة وتقسية العمل الخفيفة | O, H12, H14 | تستخدم على نطاق واسع للتكسية، الألواح، والمبادلات الحرارية |
| الألواح | >6.0 mm | تقترب من خصائص المعدن المعتدل إلا في حالة الدرفلة الباردة | O | أقل شيوعاً من الصفائح للسبائك 1250 بسبب القوة المنخفضة |
| البثق | بروفيلات بأطوال تصل لعدة أمتار | أفضل في حالات O أو التمبيرات الخفيفة؛ قد يتحسس للشيخوخة إذا كانت الشوائب موجودة | O, H12 | يستفيد البثق من المرونة الجيدة وجودة السطح |
| الأنابيب | جدار رقيق إلى متوسط | القوة تعتمد على عملية تشكيل الجدار؛ متوافرة ملحومة أو بدون لحام | O, H14 | تستخدم في تبادل الحرارة والأنابيب المعمارية |
| القضبان/الأعمدة | أقطار حتى 200 mm | عادةً ما تُورد معتدلة أو نصف صلبة للتشغيل/التشكيل | O, H14 | شائعة للمكونات المشغولة حيث تهم الموصلية |
تحدد اختلافات المعالجة التمبيرات والأبعاد المتاحة؛ تمنح درفلة الصفائح تدفق حبيبي مفضل وجودة سطح بينما يسمح البثق بتصاميم مقاطع معقدة لكنه يتطلب مراقبة دقيقة لمحتوى الشوائب. تطابق الاستخدامات مع الشكل: الصفائح للألواح المشكلة والزعنفة، والبثائق للبروفيلات الهيكلية وقضبان التوصيل، والأنابيب لتبادل الحرارة ومناولة السوائل.
درجات معادلة
| المعيار | الدرجة | المنطقة | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| AA | 1250 | USA | تسمية مباشرة في بعض القوائم التجارية والتراثية؛ تعتبر أساسًا سبيكة عالية النقاء من سلسلة 1xxx |
| EN AW | 1250A / 1050A مماثلة | أوروبا | تسميات EN لسلسلة 1xxx (1050A / 1200) تتداخل في الخصائص؛ يستخدم مؤشر 1250 مباشرة في بعض سلاسل التوريد |
| JIS | A1050 / A1100 مماثلة | اليابان | تدرج JIS عادةً A1050/A1100 كدرجات نقية تجاريًا بخصائص مماثلة؛ 1250 يعادل وظيفيًا هذه الدرجات للاستخدامات المتعددة |
| GB/T | 1250 أو 1050 مكافئة | الصين | تشمل المعايير الصينية فئات نقاوة لسلسلة 1xxx؛ الأرقام المحلية للدرجة قد تختلف لكن التكافؤ الوظيفي موجود |
يمكن أن تختلف المعايير الإقليمية وأسماء الدرجات التجارية، وأحيانًا يكون التكافؤ الواحد لواحد تقريبيًا؛ ينبغي على المستخدمين التحقق من نقاوة المادة، حدود الشوائب ومتطلبات الخواص الميكانيكية بدلاً من الاعتماد فقط على رقم الدرجة. غالبًا ما تحكم جودة السطح، توافر درجة الصلابة، والتوصيلية المعتمدة على الاختيار أكثر من تسمية الدرجة الاسمية عبر المناطق.
مقاومة التآكل
في البيئات الجوية، يظهر 1250 مقاومة ممتازة للتآكل العام بفضل طبقة أكسيد الألمنيوم الوقائية التي تتكوّن تلقائيًا على السطح. يقلل النقاء العالي من اللا تجانس الجلفاني والخلايا الموضعية، لذا تكون معدلات التآكل الموحدة منخفضة في الأجواء الحضرية والريفية.
في البيئات البحرية والمحتوية على الكلوريدات، يعمل 1250 بشكل جيد للمكونات غير الهيكلية والخاضعة لإجهادات طفيفة، على الرغم من أن مقاومة التحبيب أقل قليلاً مقارنة بسبيكات 5xxx و6xxx عند التعرض لمياه البحر العدوانية تحت إجهاد ميكانيكي. تشقق التآكل الإجهادي نادر في السبائك نقية تجاريًا مثل 1250؛ والقلق الأساسي في بيئات الكلوريد المائية هو التحبيب الموضع حول الملوثات أو نقاط اتصال المعادن المختلفة.
يجب مراعاة التفاعلات الجلفانية عندما يُقرن 1250 مع معادن أكثر نبلاً مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو النحاس؛ باعتباره الشريك الأقل نبلاً فإنه يتآكل تفضيليًا بوجود إلكتروليت. بالمقارنة مع السلاسل الأعلى سبيكةً (2xxx، 7xxx)، يقدم 1250 مقاومة أفضل للتآكل لكنه بقوة ميكانيكية أقل بكثير، في حين توفر سبائك 5xxx (المحتوية على الماغنيسيوم) توازنًا بين القوة ومقاومة التآكل قد تتفوق على 1250 في بعض التطبيقات البحرية الهيكلية.
خواص التصنيع
قابلية اللحام
يتميز 1250 بقابلية لحام عالية عبر عمليات الاندماج الشائعة (TIG, MIG, اللحام بالمقاومة) بسبب محتواه القليل من السبائك ومرونته الممتازة. مخاطر التشقق الحراري منخفضة مقارنةً بسلسلة الألمنيوم الأعلى سبيكة، ولا يُعد تليين منطقة تأثير الحرارة في اللحام مشكلة حرجة لأن السبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية؛ مع ذلك يجب اختيار مادة الحشو مع مراعاة التوصيلية والتوافق مع التآكل. للحامات حرارية أو كهربائية حرجة، يُنصح باستخدام سبائك حشو بتوصيلية وسلوك ميكانيكي متوافقة مع التحكم في كمية الحرارة لتقليل التشوه.
قابلية التشغيل
تتمتع 1250 بنوعية متوسطة من حيث قابلية التشغيل؛ تميل إلى أن تكون لزجة مقارنة بالسبائك الأعلى قوة، وقد تكون الرقائق طويلة ومستمرة إلا عند استخدام أشكال كاسرة الرقائق والقطع المتقطع. يُنصح بأدوات كربيد ذات زاوية قطع إيجابية وإخلاء جيد للرقائق، وينبغي تحسين سرعات القطع لتجنب الحواف المتراكمة وسوء تشطيب السطح. وبما أن القوة المنخفضة للسبيكة تخفض قوى القطع، يمكن استعمال معدلات تغذية عالية، لكن يمكن أن يزيد تآكل الأدوات بسبب الالتصاق والاحتكاك.
قابلية التشكيل
تتميز بقابلية تشكيل ممتازة في درجات الحالة O والدرجات المشغولة قليلاً، مما يسمح بالتشكيل العميق، الطباعة المعقدة، والانحناء الواسع عند أنصاف أقطار انحناء صغيرة مقارنة بسبائك الألمنيوم الأعلى قوة. أنصاف أقطار الانحناء الموصى بها صغيرة في حالة O — غالبًا ما يعبّر عنها بـ R/t ≤ 1–2 للانحناءات البسيطة حسب الأدوات وحالة السطح — بينما درجات H14–H18 تتطلب أنصاف أقطار أكبر وقد تستلزم التسخين المسبق أو التلدين الوسيط للتشكيل الحاد. يزيد العمل بالتبريد من القوة لكنه يقلل من الاستطالة ويزيد من العودة المرنة، لذا يجب موازنة التتابع التصنيعي بين الدرجة النهائية والتشكيل.
سلوك المعالجة الحرارية
كونها سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية، لا تستجيب 1250 للعلاج بالحل والشيخوخة الاصطناعية لزيادة القوة عبر ترسيب المراحل المقوية؛ فالبنية الدقيقة تفتقر إلى عناصر السبيكة الكافية لتكوين مراحل تقوية. يتم تعديل القوة عبر مستويات التشوه الميكانيكي (درجات H) ودورات التلدين لإعادة التبلور لتليين المادة عند الحاجة.
تشمل دورات المعالجة الحرارية النموذجية التنضيد الكامل عند درجات حرارة في حدود 350–400 °C للمنتجات المشغولة لاستعادة المرونة، يتبعها تبريد محسوب لتجنب النمو الحبيبي المفرط. تسمح دورات متكررة من العمل البارد والتلدين للمصنعين بضبط القوة والمرونة لمتطلبات التشكيل أو الخدمة، كما يمكن استخدام تحسين الحبوب عبر إضافات صغيرة من التيتانيوم أو محسنات أخرى أثناء الصب أو الذوبان لتحسين التجانس الميكانيكي.
الأداء عند درجات الحرارة العالية
يحتفظ 1250 بخصائص ميكانيكية قابلة للاستخدام عند درجات حرارة مرتفعة إلى حد ما، لكن القوة تتناقص باستمرار مع الارتفاع في الحرارة ولا يُنصح به للتطبيقات الحاملة للأحمال فوق تقريبا 150–200 °C. مقاومة التشوه بالزحف محدودة بسبب محتوى السبائك المنخفض؛ التعرض طويل الأمد لدرجات حرارة معتدلة يسرع من الاستعادة والتليين، خصوصًا في درجات H التي تستمد قوتها من الهياكل الانزلاقية.
يقتصر التأكسد في درجات الحرارة العالية على تكوين الأكاسيد الألومينية الواقية في معظم البيئات، لكن التعرض المطول يمكن أن يسبب هشاشة ونمو حبيبي يقلل من المتانة. قد تتعرض منطقة تأثير الحرارة حول اللحامات لتغيرات في البنية الدقيقة، لكن نظرًا لأن 1250 غير قابلة للمعالجة الحرارية فلا يحدث تليين تقليدي في منطقة التأثير الحراري كما في السبائك القابلة للشيخوخة؛ مع ذلك قد تؤدي الدورات الحرارية إلى تخفيف الإجهادات وتقليل خواص القوة الناتجة عن العمل البارد.
التطبيقات
| الصناعة | مثال على عنصر | سبب استخدام 1250 |
|---|---|---|
| الكهربائية | قضبان التوصيل، شرائط الموصل | توصيلية كهربائية عالية وتشطيب سطحي جيد |
| البحرية | زعانف المبادلات الحرارية، التغطية الخارجية | مقاومة ممتازة للتآكل الجوي وقابلية تشكيل جيدة |
| الفضائية | ملحقات غير هيكلية، شرائح التسوية | توصيلية عالية وكثافة منخفضة للاستخدامات الحرارية والكهربائية |
| الإلكترونيات | مشتتات حرارية، مواسع حراري | توصيلية حرارية استثنائية وسهولة التصنيع |
يُستخدم 1250 على نطاق واسع حيث تكون التوصيلية وقابلية التشكيل أهم من الحاجة لقوة هيكلية عالية. يجمع بين كثافة منخفضة، توصيل حراري وكهربائي عالي، ومقاومة تآكل ممتازة، مما يجعله خيارًا متينًا للمكونات الكهربائية، إدارة الحرارة، والهندسة المعمارية التي قد تتلف بالسبك الثقيل.
نصائح للاختيار
يُعد 1250 خيارًا عمليًا عندما تكون التوصيلية الكهربائية أو الحرارية القصوى، القابلية الممتازة للتشكيل، ومقاومة التآكل من الأولويات، ومتطلبات القوة الهيكلية معتدلة. بالمقارنة مع الألمنيوم النقي تجاريًا 1100، يوفر 1250 عادة توصيلية مماثلة لكنه قد يختلف في حدود الشوائب—يُختار بناءً على التوصيلية المعتمدة، توافر درجات الصلابة، وتحكم المورد بدلًا من الاسم وحده.
مقارنةً بالسبائك المعالجة بالتصلب مثل 3003 أو 5052، يتنازل 1250 عن قوة أقل مقابل توصيلية أعلى وغالبًا مقاومة عامة أفضل للتآكل؛ يُفضل 1250 عندما تكون التوصيلية أو التشكيل أهم من مقاومة الخضوع. مقارنة مع السبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061 أو 6063، يقدم 1250 توصيلية وقابلية تشكيل أفضل لكنه أقل قوة ذروة؛ يُفضل عندما تبرر التوصيلية، جودة السطح، أو مقاومة كيميائية قبول قوة ميكانيكية أقل.
عند اختيار 1250، قارن بين الحاجة لقابلية تشكيل مطلوبة مع التلدين والتوصيلية، مع توافر درجات الصلابة وسماكات الألواح، وتحقق من أن متطلبات التعب، الزحف، أو درجات الحرارة العالية ضمن نطاق السبيكة المحدود.
ملخص ختامي
تبقى سبيكة 1250 ذات صلة لأنها تقدم مزيجًا استثنائيًا من التوصيلية الكهربائية والحرارية العالية، مقاومة ممتازة للتآكل، وقابلية تشكيل متفوقة في مادة منخفضة الكثافة سهلة اللحام والمعالجة. للتطبيقات التي تعد التوصيلية، جودة السطح، والليونة هي عوامل التصميم الأساسية، يوفر 1250 حلاً هندسيًا فعالاً من حيث التكلفة وموثوقًا.