ألمنيوم 5056: التركيب، الخصائص، دليل المعالجة، والتطبيقات

نظرة شاملة

5056 هو عضو في سلسلة سبائك الألومنيوم-المغنيسيوم 5xxx، ويتميز بالمغنيسيوم كعنصر سبائكي رئيسي. ينتمي إلى مجموعة غير قابلة للمعالجة الحرارية حيث يتم تحقيق القوة بشكل أساسي من خلال تقوية المحلول الصلب والتصلب بالعمل بدلاً من التصلب بالترشيح.

محتوى السبائك الرئيسي النموذجي يتركز على المغنيسيوم بنسبة في منتصف النقطة العشرية المفردة، مع وجود منغنيز وبعض العناصر النادرة للتحكم في بنية الحبوب وسلوك مقاومة التآكل. تظهر السبائك توازنًا بين القوة المتوسطة إلى العالية ضمن سبائك الألومنيوم المشغولة، ومقاومة جيدة للتآكل وخاصة في الأجواء البحرية، بالإضافة إلى قابلية لحام وتشكيل جيدة بشكل عام تعتمد على حالة المعالجة الحرارية (التمبر).

تستخدم سبائك 5056 عادة في الصناعات البحرية وبناء السفن، أوعية الضغط والمعدات التبريدية، مكونات النقل، وبعض المنتجات الهيكلية والاستهلاكية التي تتطلب مقاومة لمياه البحر وقابلية للحام. يختار المهندسون 5056 عندما تكون هناك حاجة لقوة أعلى من السبائك ذات نقاوة تجارية أو سبائك منخفضة المغنيسيوم دون التضحية بمقاومة التآكل وقابلية اللحام المميزة لعائلة 5xxx.

مقارنة بالعديد من السبائك القابلة للمعالجة الحرارية، تقدم 5056 أداء ثابت بعد اللحام مع تخفيض التشوه أثناء التصنيع ومقاومة محسنة للتآكل العام والمحلي في البيئات المحتوية على الكلوريد. هذا التوازن يجعله خيارًا عمليًا حيث تكون التعرض خلال الخدمة، والربط، وقابلية التشكيل عوامل رئيسية في التصميم.

أنواع التمبرز

التمبرانس	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	عالية	ممتازة	ممتازة	حالة مطبوخة كاملة لأقصى قابلية للتشكيل
H111	منخفض–متوسط	عالية	جيدة جدًا	ممتازة	مُصلّبة قليلاً بالشيخوخة الطبيعية أو عمل بارد طفيف
H112	منخفض–متوسط	عالية	جيدة جدًا	ممتازة	حالة دحرجة تجارية للصلابة للاستخدام العام
H14	متوسط	متوسطة	جيدة	ممتازة	صلابة تقريبًا ربع صلبة بالتصلب بالعمل
H24	متوسط–عالي	متوسطة	مقبولة	ممتازة	صلب كامل يتبعه تنعيم جزئي (مُثبت)
H34	متوسط–عالي	متوسطة	مقبولة	ممتازة	مُثبت ومُصلّب بالعمل لقوة أعلى
H116 / H321 (مُثبت)	متوسط	متوسطة	جيدة	ممتازة	تمبرزات مثبتة لتحسين مقاومة التآكل بعد اللحام

لتمبرز تأثير أولوية على السلوك الميكانيكي لأن سبائك 5xxx غير قابلة للمعالجة الحرارية وتعتمد على التصلب بالعمل البارد في تعظيم القوة. التمبرات المنخفضة (O, H111) تعظم اللدونة وقابلية التشكيل لعمليات السحب العميق أو الثني الشديد، بينما تزيد تمبرات H2x/H3x مقاومة الخضوع والشد على حساب الاستطالة.

للتجميعات الملحومة، غالباً ما يُنصَح باستخدام التمبرات المثبتة (H116, H321) أو التحكم في إجهاد ما بعد اللحام لتقليل قابلية التآكل في منطقة التأثير الحراري (HAZ) والمحافظة على قوة متوقعة بعد الدورات الحرارية.

التركيب الكيميائي

العنصر	النطاق %	ملاحظات
Si	≤ 0.40	التحكم في الشوائب؛ الكميات العالية تقلل اللدونة ومقاومة التآكل
Fe	≤ 0.50	شائعات شائعة؛ كميات أكبر قد تشكل مركبات بين فلزية تؤثر على القوة
Mn	0.10–0.50	تحكم في بنية الحبوب؛ يحسن القوة ويقلل التقشير
Mg	4.5–5.5 (نموذجي)	العنصر الأساسي للتقوية؛ يزيد القوة ومقاومة التآكل
Cu	≤ 0.10–0.25	يُحَافَظ عليه منخفضًا عادة للحفاظ على مقاومة التآكل
Zn	≤ 0.25	نسبة صغيرة؛ المستويات الأعلى قد تقلل مقاومة التآكل
Cr	≤ 0.20	يضاف بكميات صغيرة للتحكم في نمو الحبوب وتحسين أداء منطقة التأثير الحراري
Ti	≤ 0.15	عامل ازالة الأكسجين ومكرر بنية الحبوب في بعض طرق الصب/الإنجوت
عناصر أخرى (لكل منها)	≤ 0.05–0.15	عناصر أثر متبقية؛ الباقي ألومنيوم

النطاقات المحددة أعلاه تمثل تركيبات نموذجية تجارية لـ 5056؛ يجب مراجعة شهادات المصنع والمعايير الخاصة عند الشراء. المغنيسيوم هو العنصر السائد الذي يحدد القوة، تقوية المحلول الصلب ومقاومة الكلوريد. إضافات محكومة من المنغنيز والكروم تصقل حجم الحبيبات، تثبت الخصائص الميكانيكية في منطقة التأثير الحراري أثناء اللحام، وتقلل من قابلية التعرض لبعض أنواع التآكل.

الخواص الميكانيكية

يعرض 5056 سلوك شد وخضوع مميز لسبائك 5xxx ذات نسبة مغنيسيوم عالية: معدل تصلب عمل مرتفع نسبيًا، لدونة جيدة في الحالة المطبوخة، وتصلب ملحوظ مع عمل بارد معتدل. تزداد مقاومة الخضوع ومقاومة الشد مع الزيادة في التشكيل البارد على حساب انخفاض الاستطالة، وهذا التوازن متوقع ويستخدم على نطاق واسع في تصميم التشغيل والهياكل. الصلادة ترتبط بالتمبرز والتصلب بالعمل، حيث ترتفع قيم برينل أو روكويل عادة مع انتقال المادة من الحالة O إلى فئات H3x.

يتأثر أداء الإجهاد الدوري بشكل كبير بحالة السطح والإجهادات المتبقية والسماكة. القضبان الأرق تظهر حدود إجهاد إجهاد أعلى ظاهريًا بسبب احتمال أقل لوجود عيوب من خلال السماكة، في حين قد تتطلب الأقسام السميكة اهتمامًا بجودة اللحام والتشطيب بعد التصنيع. منطقة التأثير الحراري في الهياكل الملحومة قد تلين محليًا بناءً على التمبر والدورات الحرارية، لذا فالحواف التصميمية واختيار التمبر المناسب ضروري للمكونات المحملة دوريًا.

الخاصية	O/مطبوخة	تمبرز رئيسي (مثل H34 / H116)	ملاحظات
قوة الشد	~150–220 MPa (نطاق)	~240–320 MPa (نطاق)	القيم تعتمد على السماكة والعمل البارد؛ يجب توفير شهادات المورد للتصميم
مقاومة الخضوع	~40–120 MPa (نطاق)	~150–260 MPa (نطاق)	تمبرزات H3x المثبتة توفر خضوعًا صالحًا بعد اللحام
الاستطالة	~18–30%	~6–16%	التمبرز المطبوخ يظهر استطالة عالية؛ التمبرات الأعلى تقلل اللدونة
الصلادة	~30–45 HB	~60–85 HB	الصلادة تزداد مع التصلب بالعمل وترتبط بالقوة

الخواص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	~2.66 g/cm³	نمطي لسبائك الألومنيوم-المغنيسيوم؛ استخدم الحسابات المعتمدة على الكتلة في التصميم
نطاق الانصهار	الصلب ~570–640 °C؛ السائل ~640–660 °C	يتفاوت الصلب/السائل للسبائك حسب التركيب الكيميائي الدقيق وتاريخ الصب
التوصيل الحراري	~120–150 W/m·K	أقل من الألومنيوم النقي؛ مناسب للعديد من أدوار إدارة الحرارة
التوصيل الكهربائي	~28–40 % IACS	أقل نسبيًا مقارنة بالألومنيوم النقي بسبب المغنيسيوم؛ تحقق من التطبيقات الكهربائية
السعة الحرارية النوعية	~900 J/kg·K	سعة حرارية نموذجية لسبائك الألومنيوم
المعامل الحراري للتوسع	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	مماثل لسبائك الألومنيوم الشائعة الأخرى؛ يجب اعتبار التمدد التفاضلي في الوصلات

الخصائص الفيزيائية المذكورة أعلاه كافية للحسابات الأولية للاشتراطات الحرارية والهيكلية والوزنية، ولكن يجب تحديثها باستخدام بيانات المورد للتصاميم الحرجة. التوصيل الحراري والكهربائي أقل من الألومنيوم النقي ويتناقصان مع زيادة المغنيسيوم والتصلب بالعمل. معامل التمدد الحراري قريب من سبائك الألومنيوم الأخرى الشائعة، لذلك يجب مراعاة التمدد التفاضلي مع المواد غير المتشابهة في التجميعات متعددة المواد.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	المطابقات الحرارية الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.4–6 مم (نموذجي)	السماكات الرقيقة غالبًا ما تُنتج بمطابقات H1x/H3x	O, H111, H14, H32	مستخدمة على نطاق واسع لصفائح البحرية ووسائط النقل
صفائح	6–50+ مم	السماكة تؤثر على قابلية التشغيل ومنطقة التأثير الحراري أثناء اللحام	O, H112, H34	الصفائح السميكة تقل فيها قابلية التشكيل وتتطلب عمليات تشكيل أثقل
بثق	مقاطع حتى مقاطع عرضية كبيرة	القوة تختلف حسب تاريخ البثق والشيخوخة	H111, H112	الأشكال المبثوقة تستخدم للأعضاء الهيكلية والإطارات
أنابيب	قطر صغير إلى كبير؛ سماكة الجدار 1–10 مم	سماكة الجدار والعمل البارد يحدد المستوى الميكانيكي	O, H111, H32	شائعة لأنابيب الضغط والهيكلية في التطبيقات البحرية
قضبان/أعمدة	أقطار مختلفة	السحب البارد يزيد القوة بشكل كبير	H111, H14	تُستخدم في التجهيزات المشغلة والبراغي حيث يُطلب مقاومة التآكل

طرق إنتاج الألواح والصفائح والمعالجات الحرارية الميكانيكية اللاحقة تحدد الاستجابة الميكانيكية النهائية وحالة السطح. تتطلب عمليات البثق اهتمامًا بالتبريد والشد للتحكم في الإجهادات المتبقية وتحقيق الاستقرار الأبعاد، بينما تتضمن تصنيع الصفائح السميكة عادة تشكيلًا أثقل وإجراءات لحام محكمة لتجنب إضعاف منطقة التأثير الحراري. اختيار الشكل والمطابقة هو توازن بين القوة المطلوبة، اللدونة المطلوبة للتشكيل، وعمليات الربط المقصودة.

الدرجات المكافئة

القياس	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA / UNS	5056 / A95056	الولايات المتحدة / دولي	تصنيف UNS الشائع A95056 يتوافق مع 5056 التجاري
EN AW	5056	أوروبا	غالبًا يُشار إليه كـ EN AW‑5056 أو AlMg5 في الممارسة الأوروبية
JIS	A5056	اليابان	JIS يتوافق عادة تركيبيًا ولكن يجب التحقق من رموز المطابقة المحلية
GB/T	AlMg5	الصين	المعيار الصيني غالبًا يستخدم تسمية AlMg5؛ يجب تأكيد المراسلة الرقمية

تتوافق ملصقات الدرجات المكافئة بشكل عام، لكن قد توجد اختلافات بسيطة في التركيب أو التحكم في المطابقة بين المعايير والمطاحن. تؤثر اختلافات في حدود الشوائب، ونطاقات العناصر الثانوية المسموح بها، وتعريفات المطابقة (خصوصًا لمطابقات H المستقرة) على مقاومة التآكل وقابلية اللحام، ولذلك يجب على المهندسين التحقق من شهادات المطحنة والمعايير الوطنية للتطبيقات الحساسة.

مقاومة التآكل

يوفر 5056 مقاومة قوية لتآكل الجو ويعمل جيدًا في البيئات البحرية لأن المغنيسيوم يعزز التصاق طبقة الأكسيد الواقية في البيئات الحاملة للكلوريد. للاستخدامات الخارجية العامة ورش أو غمر مياه البحر، غالبًا ما يتفوق 5056 على السبائك ذات المحتوى المغنيسيومي الأقل وبعض السبائك المعالجة حراريًا التي تضحي بمقاومة التآكل من أجل أقصى قوة. صيانة دورية واختيار طبقات الطلاء تؤثر على الأداء طويل الأمد في البيئات القاسية.

ومع ذلك، يمكن للسبائك ذات المحتوى العالي من المغنيسيوم، بما في ذلك 5056، أن تكون أكثر عرضة لأشكال موضعية من التآكل مثل الحفر والتصدع بفعل التآكل تحت تأثير الإجهاد (SCC) تحت إجهاد شد ودرجات حرارة مرتفعة. يقلل التصميم الصحيح لتجنب الإجهادات المتبقية الشدية، واستخدام المطابقات المستقرة (H116/H321)، والسيطرة على إجراءات اللحام من المخاطر. يمكن للتفاعلات الكهربائية مع المعادن الأكثر نبلاً (الفولاذ المقاوم للصدأ، النحاس) أن تسرع التآكل الموضعي؛ يُنصح باستخدام مواد عازلة وفصل تصميمي.

مقارنة بسبائك 3xxx والسبائك ذات النقاء التجاري، يضحي 5056 ببعض قابلية التشكيل والتوصيل الكهربائي مقابل قوة أعلى بشكل ملحوظ ومقاومة محسنة للتآكل الناتج عن الكلوريد. مقارنة بأعضاء عائلة 5xxx العالية المغنيسيوم (مثل AlMg5.5 أو 5083)، تؤثر اختلافات في محتوى العناصر الثانوية والتحكم في المطابقة على قابلية التقشر والتعرض لـ SCC، لذا يجب اختيار السبيكة بناءً على بيئة الخدمة وطرق الربط.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

يتمتع 5056 بسمعة جيدة في قابلية اللحام بالاندماج باستخدام العمليات الشائعة مثل TIG (GTAW) وMIG (GMAW)، ويقبل سبائك الحشو المصممة لعائلة 5xxx. عادةً ما يُنصح باستخدام حشوات Al‑Mg (مثل حشو 5356) للحفاظ على مقاومة التآكل وتقليل خطر التشقق الساخن. يمكن أن تظهر منطقة التأثير الحراري نعومة إذا كان المعدن الأساسي في حالة تقسية تمدد؛ اختيار المطابقات المستقرة أو تحديد تخفيف التوتر بعد اللحام هو إجراء شائع لتجنب المشكلة.

قابلية التشغيل

كسبيكة مسبوكة من الألومنيوم-مغنيسيوم، لا يعتبر 5056 من أسهل السبائك تشغيلًا، لكنه يقدم قابلية تشغيل مقبولة مع أدوات مناسبة. يوصى باستخدام إدخالات كربيد أو مطلية للإنتاج المستمر، والسرعات القطع المتوسطة مع توفير تبريد كافٍ تقلل من تراكم الحافة. تكون الرقائق عامةً مستمرة؛ تساعد مكسّرات الرقائق ومعدلات التغذية المنضبطة على تجنب التشابك وتلف السطح.

قابلية التشكيل

قابلية التشكيل ممتازة في المطابقات المعالجة حراريًا (O) والمطابقات التي تعرضت لمشدود بسيط، مما يتيح السحب العميق، الانحناء، والتشكيل بالشد. تعتمد أقل أنصاف أقطار الانحناء وتصرف الارتداد على المطابقة والسماكة؛ يحتاج التشكيل اليدوي والتشكيل بأقطار صغيرة إلى مطابقة O أو H111. يزيد العمل البارد من القوة لكنه يقلل اللدونة، لذلك قد تتطلب عمليات التشكيل المتسلسلة وتخفيف الإجهاد أو التلدين بعد التشكيل للأجزاء المعقدة.

سلوك المعالجة الحرارية

5056 سبائك غير قابلة للمعالجة الحرارية؛ فالمعالجة التقليدية بالحرارة مثل المعالجة بالذوبان والشيخوخة الاصطناعية لا تنتج تقوية ترسيبية كما في سبائك 6xxx/7xxx. تزداد القوة عن طريق التقسية بالعمل (الدرفلة الباردة، السحب) والمعالجات الطبيعية/المستقرة المحكومة. تعكس تصنيفات المطابقة (مطابقات H) مستويات مختلفة من العمل البارد والاستقرار بدلاً من دورات التصلب بالشيخوخة.

يستخدم التلدين لإعادة 5056 إلى حالة O واستعادة قابلية التشكيل؛ تشمل دورات التلدين النموذجية درجات حرارة مرتفعة كافية لتخفيف العمل البارد ولكن أقل من نقطة الانصهار. قد تُطبق معالجات التثبيت (مثل التعرض الحراري منخفض الحرارة) بعد التشكيل أو اللحام لتقليل تأثيرات شيخوخة الإجهاد وتحسين مقاومة التقشر وSCC. للحامات الحرجة، يحافظ التعامل الميكانيكي بعد اللحام (التمدد) أو تحديد مطابقة مستقرة قبل اللحام على سلوك التآكل.

الأداء في درجات الحرارة العالية

مثل معظم سبائك الألومنيوم، يعاني 5056 من فقدان تدريجي في القوة مع زيادة درجة الحرارة. تتوفر عادة قوة هيكلية مفيدة حتى حوالي 100–150 °C، وغالبًا ما يحدد المصممون خدمة مستمرة تحت ~150 °C لتجنب التليين الكبير وفقدان مقاومة الخضوع. فوق هذه الدرجات، يصبح الزحف وتناقص عمر التعب مهمين، لذا تفضل التصاميم الأداء العالي درجات سبائك أخرى أو مقاربات تصميم واقية.

الأكسدة ليست قيدًا رئيسيًا عند درجات الحرارة التشغيلية النموذجية لأن الألومنيوم يشكل طبقة أكسيد مستقرة؛ لكنها قد تتعرض للضرر الميكانيكي أو البيئات العدوانية. تمر مناطق اللحام بدورات حرارية محلية؛ قد تكون منطقة التأثير الحراري أكثر ليونة من المعدن الأساسي عند استخدام مطابقات مشدودة. للأجزاء المعرضة لدرجات حرارة مرتفعة طويلة الأمد، يجب التحقق من الخصائص الميكانيكية باستخدام بيانات المورد والنظر في الاستقرار الحراري أو استخدام سبائك بديلة.

التطبيقات

الصناعة	مكون نموذجي	سبب استخدام 5056
البحرية	صفائح الهيكل، الأسطح، التجهيزات	مقاومة جيدة لتآكل مياه البحر وقابلية لحام جيدة
أحواض الضغط / التبريد	خزانات وأنابيب	نسبة قوة إلى وزن مناسبة ومتانة عند درجات حرارة منخفضة
النقل	لوحات هيكلية، مقطورات	توازن بين القوة، القابلية للتشكيل، وسهولة الربط
السلع الاستهلاكية / الرياضية	هياكل دراجات، أدوات الطهي	مقاومة التآكل وقوة معتدلة مع تشطيب جيد
الإلكترونيات / إدارة الحرارة	شاسية، موزعات حرارة	توصل حراري معقول مع أداء جيد ضد التآكل

يُختار 5056 حيث يتطلب مزيج من قابلية اللحام، ومقاومة مياه البحر، وقوة من متوسطة إلى عالية. ينشأ استخدامه في التطبيقات البحرية والضغط من أدائه المتسق في البيئات الحاملة للكلوريد ومتانته الجيدة عند درجات حرارة منخفضة.

نصائح للاختيار

لمهندس اختيار المواد، يُعد 5056 خيارًا عمليًا عندما تكون مقاومة التآكل في البيئات البحرية أو المعرضة للكلوريد وقابلية اللحام الجيدة أولوية مع الحفاظ على قوة أعلى من سبائك النقاء التجاري. وهو مفيد بشكل خاص عندما يفضل المصمم أداء ما بعد اللحام المتوقّع دون الاعتماد على التصلب بالترسيب.

مقارنةً بالألومنيوم النقي تجاريًا (1100)، يقدم 5056 قوة أكبر بشكل ملحوظ ومقاومة أفضل للتعب مع تنازلات في بعض التوصيل الكهربائي والحراري وقابلية التشكيل أقل قليلاً. مقارنةً بالسبائك المشدودة الشائعة مثل 3003 أو 5052، يتميز 5056 بقوة أعلى وعادة مقاومة محسنة لمياه البحر، لكنه قد يكون أقل قابلية للتشكيل وحساسًا أكثر لـ SCC تحت إجهاد شد دون اختيار مطابقة ملائمة.

بالمقارنة مع السبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061 أو 6063، يوفر 5056 أداءً أفضل من حيث مقاومة التآكل وقابلية اللحام في بيئات تحتوي على الكلوريد رغم انخفاض الحد الأقصى للقوة القابلة للتحقيق؛ يفضل اختيار 5056 عندما تكون أهمية الحفاظ على قوة ما بعد اللحام ومقاومة التآكل البحري أكبر من الحاجة إلى أقصى قوة وصلابة.

الملخص النهائي

يظل 5056 سبيكة هندسية ذات صلة بسبب مزيجه من قوة الإيجذاب الحلّولي القائمة على المغنيسيوم، وقابلية اللحام الجيدة، ومقاومة التآكل الموثوقة في البيئات البحرية والمعرضة للكلوريد. تجعل تعدد استخداماته في الألواح، الصفائح، والأشكال المبثوقة منه خيارًا مفضلاً للهياكل وتطبيقات الضغط التي تتطلب أداءً متوقعًا بعد اللحام وقابلية التشكيل.