ألمنيوم 5080: التركيب، الخصائص، دليل المعالجة، والتطبيقات

نظرة شاملة

السبائك 5080 هي عضو في عائلة سبائك الألومنيوم-المغنيسيوم من سلسلة 5xxx، وتصنف كسبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية (قابلة للتصلب عن طريق العمل). آلية التقوية الأساسية فيها هي التقوية بالامتزاز الصلب الناتجة عن المغنيسيوم مضافًا إليها تصلب إجهادي من خلال العمل البارد.

العناصر السبائكية الرئيسية النموذجية هي المغنيسيوم بنسبة عدة بالمئة وزناً مع إضافات منخفضة من المنغنيز والكروم للتحكم في بنية الحبيبات وإعادة التبلور. هذه التركيبة تعطي 5080 توازنًا بين القوة المتوسطة إلى العالية، ومرونة جيدة في الحلات المعتدلة (الملدنة)، ومقاومة ممتازة لتآكل مياه البحر، وقابلية اللحام عمومًا جيدة.

الصفات الرئيسية تشمل نسبة قوة إلى وزن مناسبة مقارنة بدرجات الألومنيوم النقي الشائعة، ومقاومة للتآكل النخري وتآكل الفجوات في البيئات البحرية، وقابلية تشكيل معقولة في الحلات اللينة. الصناعات التي تستخدم عادة سبائك سلسلة 5xxx مثل 5080 تشمل بناء السفن والهياكل البحرية، أوعية الضغط، المكونات الهيكلية، والمعدات المصنعة حيثما تكون مقاومة التآكل والقوة المتوسطة مطلوبة.

يختار المهندسون 5080 عند الحاجة إلى مزيج من قوة تسليم أعلى من سبائك 1xxx، ومقاومة تآكل بحرية متفوقة مقارنة بالعديد من السبائك القابلة للمعالجة الحرارية، وقابلية لحام جيدة. عادةً ما يُفضَّل على سبائك سلسلة 1xxx أو 3xxx الأقل قوة عندما تكون الصلابة ومقاومة الخضوع مهمة، وعلى سبائك 6xxx و7xxx عندما تكون مقاومة التآكل وقابلية إصلاح اللحام أولوية.

تنويعات المعالجة (التمبر)

التمبر	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	مرتفع	ممتاز	ممتاز	حالة ملدنة بالكامل؛ أفضل قابلية تشكيل ومقاومة تآكل
H111 / H112	منخفض إلى متوسط	مرتفع إلى متوسط	جيدة	ممتاز	تصلب طفيف من التشكيل أو المعالجة
H14	متوسط	متوسط	مقبول	ممتاز	ربع صلابة؛ يُستخدم لتشكيل متوسط بقوة أعلى
H18	مرتفع	منخفض	ضعيف	ممتاز	صلابة كاملة؛ يُستخدم لتقوية الأجزاء قليلة التشوه
H116 / H321	متوسط إلى مرتفع	متوسط	مقبول	جيد	طُرز تجارية مع تحكم بتخفيف التوتر للهياكل الملحومة
T5 (إذا تم المعالجة صناعيًا)	متوسط إلى مرتفع	متوسط	مقبول	جيد	تُستخدم في بعض التطبيقات لتحقيق ثبات أبعاد مشابه لـ T5
T6 / T651 (نادراً)	متوسط إلى مرتفع	متوسط	مقبول	جيد	غير شائعة وفائدة محدودة قياسًا لعدم كون السبيكة قابلة للمعالجة الحرارية بالأساس

يتم تحقيق التمبر للـ 5080 أساسًا عبر التصلب عن طريق العمل البارد (تمبر H) وتخفيف الإجهاد بدلاً من المعالجة الكلاسيكية بالحل والشيخوخة. المادة الملدنة (O) توفر أفضل قابلية تمدد وأعلى استطالة، في حين أن ارتفاع أرقام H يُقابل بتناقص اللدونة مقابل زيادة في مقاومة الخضوع والقوة.

تُسلم الهياكل الملحومة عادة في تنويعات H116/H321 عند الحاجة إلى تحكم في تخفيف الإجهاد؛ تمبر H يحتفظ بقابلية لحام جيدة لكنه يظهر تليين منطقة تأثير الحرارة (HAZ) المجاورة للحام ويجب أخذها في الاعتبار في التصميم.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة %	ملاحظات
Si	0.40 كحد أقصى	شائبة؛ منخفض للحفاظ على اللدونة ومقاومة التآكل
Fe	0.40 كحد أقصى	مكون بيني للسبائك؛ يتم التحكم به لتقليل بداية التشقق
Mn	0.30–1.0	يُحسن تكرير الحبيبات ويعزز القوة والصلابة
Mg	3.8–4.9	العنصر الأساسي للتقوية؛ حيوي لسلوك التآكل
Cu	0.10 كحد أقصى	منخفض للحفاظ على مقاومة التآكل وقابلية اللحام
Zn	0.25 كحد أقصى	منخفض لتجنب تقليل مقاومة التآكل
Cr	0.05–0.25	يتحكم في بنية الحبوب ويقلل إعادة التبلور والحساسية
Ti	0.05 كحد أقصى	مكرر حبيبات في التصنيع الصبِّي أو المطروق
عناصر أخرى (بما في ذلك Zr)	باقي النسبة/كميات أثرية	عناصر ثانوية للتحكم في البنية المجهرية؛ المجموع عادة أقل من 0.15%

أداء السبيكة تهيمن عليه نسبة المغنيسيوم التي توفر غالبية التقوية بالامتزاز الصلب وتساهم في مقاومة التآكل البحري. يُضاف المنغنيز والكروم كمسببات سبائكية دقيقة للتحكم في حجم الحبيبات، وتحديد إعادة التبلور، وتقليل قابلية التآكل الحبيبي خلال الدورات الحرارية. يتم الحفاظ على مستويات منخفضة من النحاس والزنك لتجنب الإضرار بالمقاومة اللُحمية وقابلية اللحام بينما يتم تقليل السيليكون والحديد لأدنى حد كموجودات لا يمكن تجنبها.

الخصائص الميكانيكية

تُظهر 5080 سلوك شد كلاسيكي قابل للتصلب عن طريق العمل: الصفيحة الملدنة تعرض استطالة عالية مع مقاومة خضوع منخفضة نسبيًا، وتزيد الأعمال الباردة التقدمية من مقاومة الخضوع والشد النهائية مع تقليل الليونة. تعتمد مقاومة الخضوع ومقاومة الشد بشكل كبير على التمبر والسماكة، حيث توفر منتجات التمبر H زيادة ملحوظة في مقاومة الخضوع بنسبة 0.2% على حساب الاستطالة. تتبع الصلادة نفس الاتجاه وترتبط بمحتوى المغنيسيوم ومستوى العمل البارد بدلاً من التقسية بالشيخوخة.

أداء التعب متوسط لسلسلة 5xxx؛ حالة السطح، وصلات اللحام، والإجهادات المتبقية تهيمن على عمر التعب. تميل الأقسام السميكة من 5080 لأن تكون مقاومة الشد المقاسة فيها أقل قليلاً بسبب التلدين في المصنع، وتغيرات حجم الحبيبات، وبروفايلات الإجهادات المتبقية؛ يجب على المصممين استخدام خصائص تعتمد على السماكة من شهادات المصنع للمكونات الحرجة. الصلادة الصدمية عند درجات الحرارة المحيطة جيدة عمومًا، لكن الأداء يتراجع عند العمل البارد الشديد أو اللحام الكثيف بدون تخفيف إجهاد ما بعد اللحام.

في الهياكل المسببة للتآكل أو الملحومة، يجب على المصممين مراعاة تليين منطقة تأثير الحرارة (HAZ) التي تقلل موضعياً من مقاومة الخضوع والشد؛ يجب أن يعالج التصميم الميكانيكي وصلات اللحام كمنطقة ضعف محتملة مع الأخذ بعين الاعتبار عوامل الأمان الملائمة أو التعزيز. لتطبيقات الضغط أو الهيكل، تتطلب الممارسات الهندسية الاعتيادية استخدام بيانات ميكانيكية معتمدة من المورد مرتبطة بسماكة وتمبر محددين.

الخاصية	O/ملدن	التمبر الرئيسي (مثلاً H116/H18)	ملاحظات
قوة الشد	220–300 MPa (نطاق نموذجي)	260–350 MPa (حسب العمل البارد)	القوة النهائية تختلف حسب التمبر والسماكة
مقاومة الخضوع (0.2% انحراف)	90–180 MPa	200–320 MPa	تزداد مقاومة الخضوع بقوة مع العمل البارد؛ H18 عند الحد الأعلى
الاستطالة	20–30%	6–18%	الحالة الملدنة تحقق أعلى استطالة
الصلادة (HB)	40–60 HB	60–95 HB	صلادة برينل مرتبطة بالتمبر ومحتوى المغنيسيوم

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.66 g/cm³	نموذجية لسبائك Al-Mg؛ تُستخدم لحساب الكتلة
نطاق الانصهار	570–645 °C	نطاق الصلب-السائل يعتمد قليلاً على محتوى السبائك
التوصيل الحراري	≈130 W/m·K	مخفض عن الألومنيوم النقي بسبب السبائكية؛ لا يزال جيدًا لتبديد الحرارة
التوصيل الكهربائي	~30–40 % IACS	أقل من الألومنيوم النقي؛ ينخفض مع زيادة المغنيسيوم والعمل البارد
السعة الحرارية النوعية	≈0.90 kJ/kg·K	نموذجية لسبائك الألمنيوم عند درجة حرارة الغرفة
التمدد الحراري	≈23.5 µm/m·K	تمدد خطي مشابه لسبائك الألمنيوم الأخرى؛ يجب التصميم بناءً عليه

مجموعة الخصائص الفيزيائية تضع 5080 ضمن سبائك الألمنيوم ذات التوصيل المتوسط؛ التوصيل الحراري كافٍ للعديد من التطبيقات التي تتطلب تبديد حرارة لكنه أقل من الألومنيوم النقي وبعض سبائك سلسلة 1xxx. تدعم قيم الكثافة والتمدد الحراري التصميم الهيكلي خفيف الوزن لكن تتطلب انتباهاً عند الربط مع مواد مختلفة ذات معاملات تمدد حراري مختلفة.

ينخفض التوصيل الكهربائي مقارنةً بالألمنيوم النقي ويتراجع أكثر مع العمل البارد والسبائكية الثقيلة. في التطبيقات التي يكون فيها التوصيل الكهربائي حرجًا، 5080 أقل تفضيلاً من السبائك منخفضة السبائكية أو الألومنيوم النقي.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	المعالجات الشائعة	ملاحظات
ألواح (Sheet)	0.5–6.0 mm	قوة متجانسة تعتمد على السماكة	O, H111, H116, H18	شائع لاستخدامات تغطية هيكل السفن، الألواح، والتجمعات المصنعة
لوح (Plate)	6–150 mm	قوى أقل قليلاً عند السماكات الأكبر	O, H116, H321	يستخدم للأعضاء الإنشائية والمكونات الحاملة للضغط
بثق (Extrusion)	مقاطع عرضها حتى 300 mm	تعتمد القوة على شكل المقطع والعمل البارد	O, H111, H14	أنابيب ومقاطع تستخدم حيث يلزم التجميع باللحام
أنبوب (Tube)	سماكة الجدار 1.0–25 mm	مماثل للألواح؛ يؤثر اللحام والعمل البارد على الخصائص	O, H112, H321	استخدامات للضغط والتعامل مع السوائل حيث يلزم مقاومة التآكل
قضيب / عود (Bar/Rod)	أقطار حتى 200 mm	عادة ما يُزود مخمد أو نصف صلب/صلب	O, H14, H18	مكونات مشغولة وفراغات مصبوبة

تختلف طرق المعالجة حسب شكل المنتج: عادةً ما يتم لف الألواح والصفائح وتخميرها مع إنهاءات مطحنة محكمة، بينما تحتاج عمليات البثق إلى تحكم دقيق في كيميائية السبائك وجمود التبريد للحفاظ على البنية المجهرية المتجانسة. غالبًا ما تُسلم الألواح والمقاطع الثقيلة مع معالجات تخفيف الإجهاد لتقليل التشوه أثناء اللحام والتصنيع.

يجب على المصممين مراعاة أن عمليات التشكيل والتصنيع تغير المعالجة المحلية والإجهاد المتبقي؛ قد يكون من الضروري إعادة التخمير أو تطبيق إجهاد أولي مسيطر عليه للتجميعات المعقدة لتحقيق الأداء الميكانيكي المطلوب.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	5080	الولايات المتحدة الأمريكية	التسمية الرئيسية في قوائم Aluminum Association
EN AW	5080	أوروبا	تتبع معايير EN؛ حدود كيميائية مشابهة لتسمية AA
JIS	A5080 (عند الاستخدام)	اليابان	قد تختلف حدود الشوائب قليلاً في مشتقات JIS
GB/T	5080 (أو التسمية المكافئة في EN)	الصين	المعيار الصيني يتماشى عادة مع نطاقات AA/EN الكيميائية

بالرغم من أن تسميات AA, EN, JIS, و GB/T للدرجة 5080 متكافئة اسميًا، توجد اختلافات دقيقة في حدود الشوائب المسموح بها، الاختبارات المطلوبة (UL/UT/NDT)، ونطاقات الخواص الميكانيكية المسموح بها لأشكال المنتجات والمعالجات المختلفة. يتطلب التوريد عبر المناطق مراجعة دقيقة لشهادات المصنع للتأكد من التركيب الدقيق، تسمية المعالجة، ومعايير القبول للتطبيقات الحرجة. قد توصف معايير المواد أيضًا تاريخ تحولات الدرفلة أو المعالجة الحرارية التي تؤثر على البنية المجهرية والأداء.

مقاومة التآكل

توفر 5080 مقاومة قوية للتآكل الجوي والبحري بفضل محتواها العالي من المغنيسيوم وانخفاض محتوى النحاس. تشكل السبائك طبقة أكسيد واقية مستقرة وتقاوم التآكل النخري وتآكل الشقوق في مياه البحر أفضل من العديد من سلسلات السبائك القابلة للمعالجة الحرارية؛ مما يجعلها خيارًا مفضلًا للأغطية، الأرضيات، والمعدات البحرية.

مع ذلك، يمكن أن تكون سبائك عائلة 5xxx التي تحتوي على مغنيسيوم فوق حوالي 3% معرضة للتحسس والتآكل الحبيبي البيني عند التعرض لدرجات حرارة مرتفعة (عادة أثناء اللحام) ما لم توجد تركيزات فعالة من الكروم أو مثبتات أخرى. لذا، يعد اختيار المواد الحشوية المناسبة، إجراءات اللحام، والمعالجات اللاحقة للحام مهمة للحد من التدهور طويل الأمد.

تتوقع حدوث تفاعلات جلفانية عندما يُقرن 5080 مع معادن أكثر نبلاً (الفولاذ المقاوم للصدأ، سبائك النحاس)؛ لذلك يُنصح باستخدام مواد عازلة أو طبقات حماية لمنع التآكل المحلي المتسارع. مقارنةً بسلسلات 6xxx و7xxx، تتفوق 5080 في بيئات مياه البحر الطبيعية لكنها تقدم قوة ذروة أقل من بعض السبائك القابلة للمعالجة الحرارية التي قد تتطلب حماية إضافية من التآكل.

خواص التصنيع

القابلية للحام

تُلحَم 5080 بشكل جيد باستخدام طرق TIG (GTAW) وMIG (GMAW)؛ ينصح عادة باستخدام سبائك الحشو 5183 (Al-Mg) و5356 لمطابقة محتوى المغنيسيوم والحفاظ على مقاومة التآكل. خطر التشقق الحراري منخفض مقارنة بسبائك النحاس العالية، ولكن يلزم اهتمام خاص لتخفيف منطقة تأثير الحرارة (HAZ) واحتمالية التحسس في الأجزاء ذات المغنيسيوم الأعلى. التنظيف المسبق لإزالة الملوثات والتحكم في إدخال الحرارة لتقليل مدة التعرض لدرجات حرارة التحسس تعتبر ممارسات مثلى.

قابلية التشغيل

تشغيل 5080 متوسط؛ ليست سهل القطع مثل بعض سبائك 6xxx و2xxx. يوصى باستخدام أدوات كربيد، مع سرعات قطع متوسطة ومعدلات تغذية عالية نسبيًا لتجنب تكوين الحافة المتراكمة. يؤثر نوع المعالجة والحالة المجهرية على جودة السطح والتحكم في الرقاقة؛ المعالجات ذات العمل البارد الثقيل تزيد قوى القطع وتقلل من قابلية التشغيل. استراتيجيات التبريد وكسر الرقائق مهمة للحفاظ على عمر الأدوات.

قابلية التشكيل

قابلية التشكيل ممتازة في المعالجات O، مما يسمح بالسحب العميق، التمدد، والانحناءات المعقدة بنطاقات نصف قطر صغيرة. نصف أقطار الانحناء الدنيا تعتمد على المعالجة والسماكة، وغالبًا ما تتراوح بين 1.0–2.5 × سماكة المادة في العديد من تطبيقات الألواح؛ المعالجات H تتطلب أنصاف أقطار أكبر. بما أن التشكيل يزيد المقاومة الخضوعية عبر تقسية البلاستيك، تُستخدم جداول تشكيل تدريجية وتخمير وسيط للتشوهات الشديدة لمنع التشقق.

سلوك المعالجة الحرارية

بما أن 5080 سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية، فهي لا تستجيب لعلاج المحلول والتقسية بالشيخوخة كسبائك سلسلات 6xxx أو 7xxx. بدلاً من ذلك، تتحكم الخواص الميكانيكية بالعمل البارد (الدرفلة، السحب، الثني) وبمعالجات التثبيت الحراري مثل تخمير تخفيف الإجهاد.

يُجرى التخمير الكامل (المعالجة O) عند درجات حرارة مرتفعة لاستعادة اللدونة وتقليل الإجهادات المتبقية؛ يزيد العمل البارد التالي من مقاومة الخضوع والشد. محاولات للشيخوخة الاصطناعية أو معالجة المحلول لن تُفضي إلى تقوية ترسيبية كالتي تظهر في السبائك القابلة للمعالجة الحرارية، لذلك تُستخدم الدورات الحرارية في المقام الأول للتحكم بإعادة التبلور والتحسس بدلاً من خلق ميكروتركيبات قوة قصوى.

الأداء في درجات الحرارة العالية

تتدهور قوة العمل لـ 5080 مع ارتفاع الحرارة؛ يُقتصر الاستخدام الإنشائي عادة على درجات حرارة أقل من حوالي 100–150 °C لتطبيقات الحمل. فوق هذه القيم، يحدث تليين ملحوظ، وتسارع التغيرات المجهرية بفعل البقاء على درجة حرارة مرتفعة يقلل من القدرة على تحمل الحمل.

الأكسدة عند درجات حرارة مرتفعة ليست شديدة مقارنة بالمعادن الحديدية، لكن التعرض المطول يمكن أن يؤدي إلى تقشر السطح وتغير سلوك التآكل. في مناطق اللحام، يمكن أن يؤدي التعرض للحرارة المرتفعة إلى زيادة تليين منطقة تأثير الحرارة والتحسس؛ يجب على المصممين تجنب الدورات الحرارية التي تتجاوز الحدود الموصى بها أو تطبيق معالجات حرارية لاحقة عند الضرورة.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام 5080
البحرية	ألواح الهيكل، الهياكل العلوية	مقاومة ممتازة لتآكل مياه البحر وقوة مناسبة
السيارات	أسرّة المقطورات، ألواح الحمولة	قوة إلى وزن جيدة وقابلية تشكيل للأجزاء المختومة
الفضاء	وصيلات غير حرجة، أغطية	مقاومة التآكل مع كثافة مناسبة للهياكل الثانوية
أوعية الضغط / التخزين	خزانات وأجزاء الضغط	قابلية جيدة للحام ومقاومة للعديد من البيئات المائية
الإلكترونيات / الحرارة	هيكليات ومشتتات حرارة معتدلة	توازن بين التوصيل الحراري والخصائص الهيكلية

عادةً ما يُحدد 5080 حيث تدفع مقاومة التآكل وقابلية اللحام اختيار المادة، بينما تتطلب قوة معتدلة وقابلية تشكيل جيدة. تجمع خواصه تجعلها خيارًا اقتصاديًا للتطبيقات الإنشائية، البحرية، والتصنيع العام حيث لا تكون قوة المعالجة بالشيخوخة العالية هي المطلب الأساسي.

نصائح الاختيار

اختر 5080 عندما تحتاج إلى توازن سلسة 5xxx بين قوة معتدلة إلى عالية، مقاومة ممتازة للتآكل البحري، وقابلية جيدة للحام. هي مناسبة بشكل خاص للهياكل والمكونات الملحومة المعرضة لمياه البحر أو الأجواء الصناعية حيث يجب أن تكون الحماية بعد التصنيع قليلة.

مقارنة بالألمنيوم التجاري النقي (1100)، تضحي 5080 ببعض الموصلية الكهربائية والحرارية وقليلًا من قابلية التشكيل مقابل زيادة ملحوظة في قوة الخضوع والشد. مقارنةً بالسبائك المقواة بالعمل مثل 3003 أو 5052، تقدم 5080 قوة أعلى وأداء بحري أفضل غالبًا لكنها قد تكون أقل قابلية للتشكيل في الحالات الصلبة. مقارنة بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061/6063، توفر 5080 مقاومة تآكل طبيعية وحاموية أفضل بتكلفة قوة ذروة أقل؛ اختر 5080 عندما تكون مقاومة التآكل وإمكانية إصلاح اللحام أهم من أقصى قوة ثابتة.

الملخص الختامي

تظل سبيكة 5080 سبائك هندسية عملية للتطبيقات التي تتطلب مزيجًا من مقاومة التآكل، وقابلية اللحام، وقوة إنشائية معتدلة. طبيعتها القابلة للتصلب بالعمل، وتركيبتها الكيميائية المضبوطة، وتوفرها بأشكال متعددة من المنتجات تجعلها خيارًا متعدد الاستخدامات للاستخدامات البحرية، والإنشائية، والتصنيع العام حيث تعد المتانة في البيئات العدائية أولوية.