ألمنيوم 1A60: التركيب، الخواص، دليل التخشين والتطبيقات

نظرة شاملة

1A60 هو سبيكة ألومنيوم قابلة للمعالجة الحرارية تنتمي إلى سلسلة 6xxx (عائلة Al-Mg-Si) تتميز بتوازن بين القوة وقابلية التشكيل ومقاومة التآكل. الإضافات الرئيسية في السبيكة هي المغنيسيوم والسيليكون اللذان يشكلان ترسيبات Mg2Si خلال المعالجة بالشيخوخة الصناعية لتوفير حالة ذروة القوة. تعتمد السبيكة بشكل رئيسي على تقسية الترسيب (المعالجة الحرارية بالذوبان، التبريد السريع، والشيخوخة الصناعية) كآلية تقوية أساسية، مع تأثيرات ثانوية من بنية الحبيبات والعمل البارد الخفيف.

الصفات الرئيسية لـ 1A60 تشمل قوة متوسطة إلى عالية في حالات التصلب T6/T5، قابلية جيدة للبثق وجودة سطح تناسب الأنودة، مقاومة ملحوظة للتآكل الجوي والصناعي العام، وقابلية جيدة للحام باستخدام أسلاك الحشو الشائعة. قابلية التشكيل في الحالات المُخمَّدة والمُعالجة طبيعياً ممتازة للمكونات المسحوبة والمُنثنية، في حين تقدم حالات التصلب بالعلاج الحراري قوة أعلى مع تخفيض في اللدونة. الصناعات النموذجية التي تستخدم هذه العائلة من السبائك تشمل الهيكل والأجزاء الهيكلية للسيارات، بروفايلات المعمارية، معدات النقل، والتصنيع الهندسي العام حيث يكون مطلوب توازن أمثل بين القوة والوزن والمقاومة للتآكل.

يختار المهندسون 1A60 حيث يلزم توازن بين قابلية البثق وجودة التشطيب وقوة ذروة معتدلة دون المستويات الأعلى للنحاس في سلسلة 2xxx أو العقوبات في القوة الناتجة عن الألومنيوم النقي. غالبًا ما يتم اختياره بدلاً من سبائك ألين ألين 1xxx أو 3xxx الأطرى عندما تكون الصلابة وقوة التصميم ضرورية، وعوضًا عن سبائك 7xxx الأعلى قوة عندما تكون مقاومة التآكل، وقابلية اللحام، وانخفاض التمايزية ذات أولوية. تشمل مزايا دورة الحياة الإجمالية غالبًا تقليل تعقيد المعالجة واستجابة متوقعة لتقسية الشيخوخة لإنتاج قطع متسقة.

حالات التصلب

الحالة	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	عالي	ممتاز	ممتاز	حالة مخمدة بالكامل، أقصى حد لللدونة للعمليات العميقة مثل السحب
H14	منخفض-متوسط	متوسط	جيد جداً	جيد جداً	مشدودة جزئياً، تستخدم للألواح الهيكلية الخفيفة
T4	متوسط	متوسط-عالي	جيد جداً	جيد جداً	معالجة حرارية بالذوبان ومشيخوخة طبيعية؛ مناسبة للتشكيل
T5	متوسط-عالي	متوسط	جيد	جيد	مبردة من العمل الساخن ومشيخوخة صناعياً لقوة معتدلة
T6	عالي	متوسط-منخفض	محدود	جيد	معالجة بالذوبان، تبريد سريع، ومشيخوخة صناعياً للوصول لقوة الذروة
T651	عالي	متوسط-منخفض	محدود	جيد	T6 مع تخفيف إجهاد بالتطويل؛ يستخدم للبروفايلات الهيكلية

التحكم في الحالة يضبط نسبة وتوزيع ترسيبات Mg2Si ومن ثم يتوازن بين القوة واللدونة. الحالات المخمدة ومنخفضة القوة (O, H14, T4) تعظم قابلية التشكيل للسحب العميق والانحناء، في حين أن T5/T6 تنتج البنية الترسيبية التي تعطي مقاومة خضوع وقوة شد أعلى مع استطالة منخفضة.

التركيب الكيميائي

العنصر	النطاق %	ملاحظات
Si	0.2–0.7	يسيطر على ترسيب Mg2Si، يؤثر على قابلية البثق والقوة
Fe	0.1–0.35	عنصر شوائب؛ يؤثر على محتوى الجسيمات بين الفلزية والقوة
Mn	0.05–0.20	يسيطر على بنية الحبيبات وتقوية معتدلة
Mg	0.3–0.9	العنصر الرئيسي للتقوية مكوناً Mg2Si مع السيليكون
Cu	0.0–0.15	إضافات صغيرة تزيد القوة وتؤثر على استجابة تقسية الشيخوخة
Zn	0.0–0.25	ثانوي؛ كميات زائدة قد تقلل مقاومة التآكل
Cr	0.0–0.1	يسيطر على نمو الحبوب وإعادة التبلور أثناء الدورات الحرارية
Ti	0.0–0.1	مُكرّر حبيبات في المعالجة السائلة أو المشغولة
Others	الباقي Al	عناصر أثر وبقايا محكومة للحفاظ على الأداء

تحدد نسبة المغنيسيوم والسيليكون مجتمعة كيمياء الترسيبات ومن ثم الصلادة القصوى والقوة الخضوعية الممكنة. تستخدم العناصر الثانوية مثل Cr وMn للتحكم في إعادة التبلور وحجم الحبيبات، مما يحسن احتفاظ القوة بعد التعرض الحراري ويعزز المتانة؛ بينما يتم تقليل Fe والشوائب الأخرى للحد من الجسيمات بين الفلزية الضارة التي تؤثر على تشطيب السطح وبدء التعب.

الخصائص الميكانيكية

في السلوك الشدّي يظهر 1A60 زيادة ملحوظة في مقاومة الخضوع ومقاومة الشد القصوى عند التحول من حالة معالجة حرارية بالذوبان ومشيخوخة صناعية إلى حالات التصلب T5/T6. عادة ما تظهر السبيكة سلوك خضوع مستمر مع نقطة خضوع واضحة في الحالات الأعلى قوة، وتنخفض اللدونة مع زيادة كثافة الترسيبات. يمكن ضبط التقسية العمرية لتركيز القوة الخضوعية (شيخوخة أقصر عند درجات حرارة أعلى) أو المتانة (شيخوخة مفرطة).

تعتمد مستويات الخضوع والشد على السماكة؛ حيث تصل المقاطع الرفيعة والبُكرات إلى الصلادة والقوة المستهدفة بشكل أسرع خلال الشيخوخة مقارنة بالألواح السميكة بسبب التبريد السريع وترسيبات أكثر تجانساً. يتأثر أداء التعب بحالة السطح والجسيمات الباقية بين الفلزية؛ حيث تظهر البكرات والمعالجات الملائمة الأسطح المؤكسدة عمر تعب عالي تنافسي مشابه لسبائك 6xxx الأخرى. الصلادة في T6 أعلى بكثير من الحالة المخمدة وتتوافق مع خصائص الشد، في حين يمكن لتطرية منطقة حرجة الحرارة بالقرب من اللحامات تقليل مقاومة الخضوع محلياً.

الخاصية	O/مخمدة	حالة رئيسية (مثلاً T6)	ملاحظات
مقاومة الشد	100–140 MPa	200–260 MPa	النطاق يعتمد على سماكة المقطع والتركيب الدقيق
مقاومة الخضوع	45–80 MPa	150–240 MPa	زيادة ملحوظة مع التقسية الصناعية
الاستطالة	18–30%	8–16%	تنخفض اللدونة مع زيادة كثافة الترسيبات
الصلادة	25–40 HV	60–95 HV	صلادة فيكرز تتناسب طردياً مع حالة القوة

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 g/cm³	شائعة لسبائك الألمنيوم؛ تسهم في قوة نوعية جيدة
نطاق الانصهار	570–640 °C	نطاق الصلب-السائل يعتمد على الإضافات والشوائب
التوصيل الحراري	140–170 W/m·K	أقل من الألومنيوم النقي بسبب تشتيت ذرات السبائك؛ جيد للمشتتات الحرارية
التوصيل الكهربائي	28–40 % IACS	التشبيك يقلل التوصيل مقارنةً بالألومنيوم النقي
السعة الحرارية النوعية	~0.90 J/g·K	معتادة للألمنيوم عند درجات الحرارة العادية
التوسع الحراري	23–24 µm/m·K (20–100 °C)	تمدد متوسط؛ مهم لتصميمات حرارية وعمليات التجميع

تعكس الخصائص الفيزيائية التوازن بين مصفوفة الألمنيوم المعدنية وذرات السبائك/الترسيبات التي تقلل من التوصيل والاستطاعة الحرارية مقارنة بالألومنيوم النقي. تساعد الكثافة والسعة الحرارية النوعية على جعل السبيكة مناسبة لتطبيقات تتطلب كتلة حرارية خفيفة الوزن وتوصيل حراري معتدل مثل الأغطية والهياكل المشتتة للحرارة.

أشكال المنتجات

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	الحالات الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.3–6 mm	سماكة متجانسة، تصل لتقسية الشيخوخة بشكل متوازن	O, H14, T4, T5, T6	مستخدمة على نطاق واسع للألواح، التغليف، والأجزاء المختومة
صفائح	6–50+ mm	معدلات تبريد أبطأ؛ الوصول إلى خصائص الذروة أصعب في المقطاعات السميكة	O, T4, T6	المقاطع السميكة تحتاج تبريداً مسيطراً عليه لتجنب النوى اللينة
بثق	بروفايلات معقدة حتى عدة أمتار	خصائص اتجاهية ممتازة على محور السمحاق	T5, T6, T651	مثالية للإطارات المعمارية، القضبان، والمقاطع الهيكلية
أنابيب	سمك الجدار 0.5–25 mm	سلوك مماثل للألواح الرقيقة للأنابيب الرقيقة الجدران	O, T4, T5, T6	مستخدمة للتطبيقات الهيكلية وحمل السوائل
قضبان/أعمدة	أقطار حتى 200 mm	خصائص متجانسة في الأقطار الصغيرة	O, T6	تستخدم للمكونات المجهزة والربط

مسار التشكيل وشكل المنتج يؤثران بشكل ملحوظ على الخصائص الممكن تحققها؛ أنابيب والبكرات الرقيقة يمكن تبريدها بسرعة لتوفير خصائص T6 أكثر تجانسًا، بينما قد تحتفظ الصفائح السميكة بنوى طرية ما لم تتم معالجتها وتبريدها بطريقة مضبوطة. تشطيب السطح والتوافق مع الأنودة تجعل المقطاعات المبثوقة قيمة خاصة للتطبيقات المعمارية والمرئية، في حين يُفضل الألواح والقضبان حيث تهيمن عمليات التشغيل والتحميل الساكن.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	1A60	الولايات المتحدة الأمريكية	تعريف صناعي مستخدم في كتالوجات وموردين مختارين
EN AW	6060 / 6063 equiv.	أوروبا	أقرب الدرجات الأوروبية الشائعة من حيث الأداء والكيمياء
JIS	A6060	اليابان	تعيين مشابه لسلسلة Al-Mg-Si للسبائك القابلة للبثق
GB/T	6060	الصين	تركيب مشابه والاستخدامات النموذجية في عمليات البثق

الدرجات المكافئة المذكورة تقرب الكيمياء العامة والسلوك للدرجة 1A60 لكنها تختلف في مستويات الشوائب المسموح بها، ونسب Si/Mg الدقيقة، واستجابة المعالجة الحرارية. تؤثر هذه الاختلافات الدقيقة على حركية الشيخوخة، وجودة السطح بعد الأنودة، والثبات عند درجات الحرارة العالية؛ لذا يجب على المستخدمين مراجعة الأوراق الفنية للمعايير وشهادات الموردين عند الاستبدال بين المناطق.

مقاومة التآكل

يظهر 1A60 مقاومة جيدة للتآكل الجوي العام المتأصلة في سبائك Al-Mg-Si، مع وجود طبقة أكسيد الألمنيوم الطبيعية التي توفر حماية في البيئات الصناعية والحضرية. في المناطق ذات الرش البحري والهواء المالح، يؤدي السبيكة أداء مقبولًا لكنه يستفيد من الطلاءات الوقائية أو الأنودة للتعرض طويل الأمد؛ حيث يمكن حدوث تآكل حفري في الشقوق أو تحت الترسبات إذا وجدت كلوريدات. يقلل المحتوى المنخفض للكبريت والشوائب المنظمة من التآكل الموضعي؛ لكن الأضرار الميكانيكية بطبقة الأكسيد قد تسرع الهجوم موضعيًا حتى يحدث إعادة التمرير.

مقاومة تشقق التآكل بالتوتر (SCC) في سبائك Al-Mg-Si منخفضة مقارنة بعائلات الألمنيوم عالية القوة Al-Zn-Mg (7xxx)، لكن SCC قد يظهر تحت إجهاد شد وبيئات متآكلة خاصة إذا لم يتم التحكم في حالة الشيخوخة الزائدة. التوصيل الجلفاني مع المعادن النبيلة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والنحاس يسرّع التآكل الأنودي للألمنيوم؛ لذا على المصممين عزل المعادن مختلفة النوع أو توفير الطلاءات واختيار المثبتات الملائمة. مقارنة بالسبائك 5xxx (Al-Mg)، يوازن 1A60 بين انخفاض طفيف في مقاومة الكلوريدات الصافية وتحسين جودة سطح البثق وقوة قابلة للشيخوخة.

خواص التصنيع

قابلية اللحام

يُلحَم 1A60 بسهولة باستخدام عمليات الانصهار التقليدية مثل MIG/GMAW وTIG/GTAW، مع حساسيات منخفضة على التشقق الساخن مقارنة بالسبائك ذات محتوى النحاس الأعلى. المواد الأساسية المفضلة للتركيب هي ER4043 (Al-Si) لتحسين التدفق وتقليل المسامية، أو ER5356 (Al-Mg) عند الحاجة لقوة أعلى بعد اللحام، مع ملاحظة أن ER5356 قد يقلل قليلاً من مقاومة التآكل في البيئات العدوانية. يجب الانتباه إلى تليين منطقة تأثر الحرارة (HAZ)؛ يمكن للشيخوخة الصناعية بعد اللحام أو عمليات إعادة التسخين المحلية استعادة القوة للمفاصل الهيكلية الحرجة.

قابلية التشغيل

تعتبر قابلية تشغيل 1A60 متوسطة ومماثلة للسبائك الأخرى من عائلة 6xxx، مع تحكم جيد في الشريحة في الأشكال المشغولة وتآكل أدوات متوقع عند استخدام أدوات كربيد. الممارسات الموصى بها تشمل استخدام قواطع كربيد ذات زاوية قطع عالية، تثبيت صلب للقطعة، وتبريد لمنع تكون الحواف الملتصقة؛ سرعات القطع التقليدية للخراطة معتدلة مقارنة بعائلات 2xx ذات القطع الحر. الحفر والبرغلة تتطلب اهتمامًا بإزالة الشريحة في الثقوب العميقة واختيار التداخلات لتجنب الالتصاق.

قابلية التشكيل

تتميز قابلية التشكيل في حالات التليين O، H14 وT4 بأنها ممتازة: يمكن تحقيق أنصاف أقطار ثني تصل إلى 1–2× سمك المادة في الصفائح، حسب سمك السبيكة وهندسة الأدوات. تزيد المعالجات بالتشغيل البارد والتصلب بالشد من القوة (حالات H) لكنها تقلل الاستطالة؛ لذلك يُجرى الطباعة المعقدة عادة في الحالات اللينة تليها الشيخوخة الصناعية عند الحاجة لاستقرار أبعاد الدقة. في البثق ذات أنصاف أقطار ضيقة والأجزاء المسحوبة، تقلل استراتيجيات المعالجة المسبقة والتحكم في المعالجة الحلولية من الانحناء الارتدادي وتحسن التحكم النهائي في الأبعاد.

سلوك المعالجة الحرارية

كسبيكة قابلة للمعالجة الحرارية من نوع Al-Mg-Si، يستجيب 1A60 لدورة المعالجة الكيميائية التقليدية، التبريد السريع، والشيخوخة الصناعية. تُجرى المعالجة الكيميائية عادة عند 520–550 °C لإذابة Mg2Si في المحلول الصلب، تليها تبريد سريع (ماء أو مبرد بوليمري) للاحتفاظ بحل صلب مشبع فوق الحد. تؤدي الشيخوخة الصناعية عند 150–180 °C إلى ترسيب جزيئات دقيقة من Mg2Si، ويُحقق صلابة الذروة (T6) كدالة للوقت والحرارة؛ وتنويعات T5 وT6 تتبادل الوقت ودرجة الحرارة حسب متطلبات الإنتاج.

يمكن التحكم في حالات التليين T: يسمح T4 (الشيخوخة الطبيعية) بالتشكيل قبل الشيخوخة الصناعية النهائية، فيما يوفر T5 (مبرد من درجة العمل ومُشخّص صناعياً) قوة اقتصادية للبثوق. تؤدي الشيخوخة الزائدة إلى تقليل قوة الذروة لكنها تحسن المتانة ومقاومة التآكل بالتوتر؛ يمكن للمصممين اختيار T6، T651 أو حالة معالجة زائدة حسب متطلبات الإجهاد والبيئة. يعتمد التقوية غير المعالجة حراريًا على التصلب الناجم عن العمل ودورات التلدين؛ إلا أن عامل التصميم الأساسي في 1A60 هو المعالجة بالترسيب بدلاً من التصلب بالتشغيل البارد.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

يحافظ 1A60 على خصائص ميكانيكية مفيدة حتى درجات حرارة متوسطة، لكن تقوية الجسيمات تبدأ بالتدهور فوق نحو 120–150 °C بسبب تآكل Mg2Si مما يقلل مقاومة الخضوع ومقاومة الشد. يؤدي التشغيل المستمر عند درجات حرارة مرتفعة إلى تليين تدريجي وفقدان محتمل للاستقرار البُعَدي بسبب الشيخوخة الزائدة وعمليات الاسترداد؛ يمكن تحمل فترات قصيرة في درجات حرارة أعلى لكن التعرض المطول يتطلب اختيار حالات معالجة حرارية زائدة أو سبائك بديلة. تأكسد الألمنيوم محدود ذاتيًا تحت الظروف الجوية الطبيعية، لكن الحرارة العالية في بيئات متآكلة (مثل البيئات المحتوية على الكبريت أو الهاليدات) تسرّع تدهور السطح.

في المنشآت الملحومة، يؤدي التعرض لدرجات حرارة مرتفعة إلى تفاقم تليين منطقة تأثر الحرارة، مما قد يخلق أقسامًا موضعية ذات قوة منخفضة؛ من المهم للمصممين تقييم مسارات الحمل والدورات الحرارية عند تحديد المفاصل للاستخدام فوق درجة الحرارة المحيطة. لتطبيقات هيكلية طويلة الأمد عند درجات حرارة مرتفعة، يُفضل استخدام سبائك مصممة خصيصًا للاستقرار الحراري أو تعويض التصميم الميكانيكي لقلة القوة.

التطبيقات

الصناعة	مثال مكون	سبب استخدام 1A60
السيارات	أطر النوافذ، تقليم بثق، مشدات الهيكل	سهولة البثق، مقاومة التآكل وقوة معتدلة
البحرية	الهيكل الفوقي والتركيبات المعمارية	توازن بين مقاومة التآكل وجودة السطح للأنودة
الفضاء	قطع التثبيت الهيكلية الداخلية، الحوامل غير الحرجة	نسبة قوة إلى وزن جيدة وقابلية تشغيل جيدة
الإلكترونيات	مشتتات حرارية، هياكل	موصلية حرارية معتدلة وسهولة بثق للمقاطع

غالبًا ما يتم اختيار 1A60 حيث يتطلب مزيج من القابلية للتشكيل، جودة السطح، وقوة قابلة للشيخوخة لمكونات هيكلية ومعمارية متوسطة الاستخدام. تتيح تعددية أشكاله من الصفائح، والبثوق، والتشغيل استخدامًا واسعًا في التصاميم المتكاملة حيث تساهم الشيخوخة بعد التشكيل بتحسين الأداء دون تعقيد خطوات التصنيع.

رؤى الاختيار

إذا كان أولويتك هي أقصى موصلية كهربائية وقابلية للتشكيل (الانسحاب العميق، اللدونة العالية)، فإن الألمنيوم النقي تجاريًا مثل 1100 يتفوق على 1A60 في هذه المعايير، لكن 1A60 يقدم قوة خضوع وقوة شد أعلى بكثير من خلال الشيخوخة. اختر 1A60 عندما تحتاج لتوازن: قوة ميكانيكية أعلى بشكل ملحوظ مع فقدان معتدل في الموصلية مقارنة بـ1100، مع الحفاظ على خصائص تشطيب ومقاومة تآكل جيدة.

مقارنة بالسبائك الشائعة ذات التصلب بالعمل مثل 3003 أو 5052، يوفر 1A60 قوة ذروة أعلى قابلة للتحقيق عبر المعالجة الحرارية مع الحفاظ على مقاومة تآكل مماثلة أو أقل قليلاً حسب التركيب والتشطيب. استخدم 1A60 بدلاً من 3xxx/5xxx عندما يتطلب التصميم صلابة أعلى، وثبات أبعاد أفضل بعد الشيخوخة، أو جودة سطح بثق حرجة.

مقابل السبائك القوية القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061 أو 7075، قد يكون لـ1A60 قوة ذروة أدنى مطلقة من 6061-T6 في بعض التركيبات لكنه يقدم مزايا في سهولة البثق، جودة السطح للأنودة، وغالبًا ما يتمتع بقابلية لحام ومقاومة تآكل أفضل. اختر 1A60 عندما تكون التصنيع، جودة السطح والسلوك المتناسق للشيخوخة أهم من تحقيق أعلى قوة ممكنة.

الملخص الختامي

يظل 1A60 سبيكة عملية ومتعددة الاستخدامات من نوع Al-Mg-Si تجمع بين سهولة البثق، جودة السطح، مقاومة التآكل، وقوة قابلة للشيخوخة لمجموعة واسعة من المكونات الهيكلية والمعمارية. تحكم حالات التليين، استجابة الترسّب المتوقعة والتوافق مع طرق التصنيع الشائعة تجعلها ملائمة للتطبيقات الهندسية الحديثة التي تتطلب توازنًا عمليًا بين الأداء وقابلية التصنيع.