الألومنيوم 5182: التركيب، الخواص، دليل التصلب والتطبيقات

نظرة شاملة

5182 هو عضو في سلسلة الألمنيوم 5xxx، وهي فئة سبائك يهيمن عليها المغنيسيوم كعنصر سبائكي أساسي. تُصنف عائلة 5xxx على أنها غير قابلة للمعالجة الحرارية، حيث يحصل السَبَك على قوته بشكل رئيسي من تقوية محلول صلب والتصلب بالتشوه بدلاً من المعالجات الحرارية بالتسنيد والترسيب.

الإضافات السبائكية الرئيسية في 5182 هي المغنيسيوم (العنصر الأساسي للتقوية)، مع إضافات ضئيلة ومضبوطة من المنغنيز والكروم وعناصر أثر للتحكم في بنية الحبيبات وتحسين مقاومة إعادة التبلور. يستفيد السَبَك من نظام Al-Mg ليقدم توازناً بين القوة المرتفعة، اللدونة الجيدة، ومقاومة التآكل الفائقة مقارنة بالعديد من سلاسل الألمنيوم المشغولة الأخرى.

يحدث التقوية في 5182 أساساً عبر محلول صلب للمغنيسيوم في مصفوفة الألمنيوم وعبر التصلب بالتشوه أثناء التشكيل؛ ولا يمكن تقويته بشكل كبير عبر دورات التبريد السريع والتقسية المعتادة. تشمل الصفات الرئيسية قوة معتدلة إلى عالية بالنسبة لسَبَك غير قابل للمعالجة الحرارية، مقاومة ممتازة للتآكل العام وتآكل المياه البحرية، قابلية جيدة للتشكيل في الحالات المُطهّرة حرارياً، وقابلية لحام جيدة بشكل عام عند استخدام معادن حشو مناسبة.

الصناعات التي تحدد عادة 5182 تشمل السيارات (أغطية الهيكل، الألواح الداخلية)، التعبئة والتغليف (أغطية متخصصة)، قطاعات النقل والبحرية حيث مطلوب مقاومة التآكل وقابلية التشكيل، وبعض التطبيقات الكهربائية/الحرارية التي تحتاج إلى توصيلية الألمنيوم ونسبة الصلابة إلى الوزن. يختار المهندسون 5182 حيث يلزم تحقيق توازن محسّن بين القابلية للتشكيل، قوة المغنيسيوم المرتفعة، وأداء التآكل بدلاً من استخدام السبائك القوية القابلة للمعالجة الحرارية أو الدرجات النقية الألمنيوم الأضعف تجارياً.

الدرجات الحرارية (Temper Variants)

الدرجة الحرارية	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية (20–40%)	ممتازة	ممتازة	مُطهّر حرارياً بالكامل، الأفضل للتشكيل الثقيل والسحب العميق
H12	منخفضة-متوسطة	متوسطة (10–25%)	جيدة	جيدة	مُصلّد خفيف للتصلب المعتدل
H14	متوسطة	متوسطة (8–20%)	جيدة	جيدة	شائع للألواح حيث يلزم بعض الصلابة
H16	متوسطة	أقل (6–15%)	مقبولة	جيدة	تصلب تشوه مرتفع، قابلية تمدد أقل
H22 / H24	متوسطة-عالية	متوسطة	مقبولة-جيدة	جيدة	مصلّد بالتشوه ثم مَطهّر جزئياً، توازن بين القوة وقابلية التشكيل
H32 / H34	عالية	أدنى (3–12%)	محدودة	جيدة	مصلّد ومثبت؛ شائع للتطبيقات الهيكلية
T4 (نادر)	منخفضة-متوسطة	عالية	ممتازة	جيدة	معالجة حرارية بالحل الطبيعي ثم تعتيق طبيعي؛ نادر في سلسلة 5xxx

اختيار الدرجة الحرارية يؤثر بشكل كبير على التوازن بين قابلية التشكيل والقوة. توفر درجة O المطهّرة حرارياً أفضل قابلية للسحب واللدونة، في حين أن درجات H المتزايدة ترفع مقاومة الخضوع وقوة الشد على حساب الاستطالة وقابلية السحب العميق.

يتفاعل سمك المادة وتاريخ المعالجة أيضاً مع الدرجة الحرارية: السماكات الرقيقة عادةً ما تحقق تصلب تشوه أعلى من المعالجة وغالباً ما توفّر بدرجات H أعلى، بينما الأشكال السميكة يتم توريدها غالباً بدرجات أنعم لتسهيل التشكيل.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة %	ملاحظات
Si	≤ 0.25	السيطرة على الشوائب؛ زيادته تُكوّن مركبات بين معدنية صلبة تقلل اللدونة
Fe	≤ 0.5	شائبة شائعة؛ تُشكّل مركبات بين معدنية تؤثر على نعومة السطح والمتانة
Mn	0.2–0.7	يزيد من التحكم في بنية الحبيبات ويحسن القوة ومقاومة إعادة التبلور
Mg	4.0–5.0	العنصر الأساسي للتقوية؛ يرفع القوة ويحسن مقاومة التآكل
Cu	≤ 0.10	يحافظ على انخفاض النحاس للحفاظ على مقاومة التآكل وقابلية اللحام
Zn	≤ 0.25	عنصر ثانوي؛ زيادته تخفض مقاومة التآكل
Cr	≤ 0.25	يُستخدم للتحكم في بنية الحبيبات ويحد من نمو الحبيبات أثناء المعالجة الحرارية الميكانيكية
Ti	≤ 0.15	مكرر الحبيبات عند وجوده بكميات صغيرة
عناصر أخرى (كل منها)	≤ 0.05	عناصر أثر وبقايا؛ الباقي الألمنيوم (~)

يهيمن المغنيسيوم على السلوك الميكانيكي ومقاومة التآكل للسَبَك، ويزوّد تقوية بالمحلول الصلب ويُحسّن مقاومة مياه البحر والهجوم الجوي. يعمل المنغنيز والكروم بمستويات منخفضة على تحسين سلوك إعادة التبلور والحفاظ على القوة بعد المعالجة الحرارية الميكانيكية. يجب التحكم بالحديد والسيليكون لتجنب تكوين مركبات بين معدنية خشنة قد تؤثر سلباً على السطح والأداء الميكانيكي، لا سيما في المكونات المسحوبة أو المؤكسدة كهربائياً.

الخواص الميكانيكية

يعرض 5182 سلوك شد/خضوع نموذجي لسبائك الألمنيوم متوسطة القوة غير القابلة للمعالجة الحرارية. في الحالة المطهّرة حرارياً يظهر السَبَك استطالة جيدة وقدرة على امتصاص الطاقة، مما يجعله مناسباً لعمليات السحب العميق والتشكيل. في الدرجات الصلبة بالتشوه ترتفع مقاومة الخضوع وقوة الشد القصوى بشكل ملحوظ، مع انخفاض متناسب في الاستطالة وقابلية الشد.

صلادة المادة مرتبطة بالدرجة الحرارية وتاريخ المعالجة: المادة المطهّرة تظهر قيم صلادة منخفضة، في حين تزيد الدرجات H الصلادة عبر تصلب التشوه. أداء التعب يتأثر بنعومة السطح، الإجهادات المتبقية من التشكيل أو اللحام، والسماكة؛ حيث أن الأقسام السميكة والأسطح الأملس تؤدي عادة إلى حياة تعب دورية عالية محسنة. وجود المغنيسيوم يحسّن الليونة عند درجات الحرارة المنخفضة مقارنة ببعض السبائك المشغولة الأخرى ويوفر أداءً مستقراً تحت الأحمال الدورية إذا تمت معالجته بشكل سليم.

للسماكة تأثير كبير على القوة واللدونة في 5182. السماكات الرقيقة عادةً ما تظهر قوة خضوع وقوة شد ظاهرة أعلى بسبب الشغل البارد المتبقي من عمليات الدرفلة والتبريد السريع أثناء المعالجة، في حين يتم توريد الصفائح السميكة بدرجات أكثر نعومة لتسهيل التشكيل واللحام.

الخاصية	O/مُطهّرة حرارياً	الدرجة الحرارية الرئيسية (مثلاً H32/H34)	ملاحظات
قوة الشد	~110–170 MPa	~240–360 MPa	نطاق واسع يعتمد على الدرجة الحرارية والسماكة؛ درجات H أعلى بشكل ملحوظ
قوة الخضوع	~35–95 MPa	~150–260 MPa	قوة الخضوع تزداد بشكل كبير مع تصلب التشوه؛ القيم تختلف مع السماكة والدرجة
الاستطالة	~20–40%	~3–15%	قابلية التشكيل تنخفض مع زيادة درجة H
الصلادة (HB)	~30–60 HB	~70–120 HB	تقريب بقياس برينل؛ الصلادة ترتبط بقوة الشد والدرجة الحرارية

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.66–2.70 جرام/سم³	نمطي لسبائك الألمنيوم-مغنيسيوم المشغولة؛ نسبة صلابة إلى وزن جيدة
نطاق الانصهار	~555–650 °C	تعتمد درجات الصلابة والسوائل على التركيب الدقيق؛ الانصهار الكلي قريب من الألمنيوم النقي ولكن ينخفض بسبب المغنيسيوم
التوصيل الحراري	~120–150 واط/م·ك	أقل من الألمنيوم النقي بسبب السبائكية؛ لاتزال جيدة لتبديد الحرارة
التوصيل الكهربائي	~25–40 %IACS	أقل من الألمنيوم النقي؛ التوصيل يقل بزيادة محتوى المغنيسيوم
السعة الحرارية النوعية	~880–900 جول/كجم·ك	سعة حرارية نوعية نموذجية للألمنيوم تمكن التخزين والتبديد الحراري الفعال
التمدد الحراري	~23–24 ميكرومتر/م·ك (20–100 °C)	تمدد حراري نموذجي لسبائك الألمنيوم؛ يجب الأخذ بعين الاعتبار في التجميعات ذات التسامحات الضيقة

يحافظ 5182 على العديد من الخصائص الفيزيائية المواتية للألمنيوم: كثافة منخفضة، توصيل حراري عالي، وسعة حرارية نوعية جيدة. تجعل هذه الخصائص السَبَك مفيداً حيثما تكون خفض الوزن وإدارة الحرارة مهمين، رغم أن سبائكية المغنيسيوم تخفض التوصيل مقارنةً بالسبائك الأكثر نقاءً.

يجب على المصممين مراعاة التمدد الحراري للسَبَك في الهياكل الملحومة واعتماداً على التغير الحراري للخصائص الميكانيكية، خصوصاً عند التشغيل بالقرب من حدود الخدمة في درجات الحرارة المرتفعة.

أشكال المنتجات

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	المناصفات الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.2–6.0 mm	قوة ظاهرة أعلى على السماكات الرقيقة	O, H14, H24, H32	تستخدم للألواح الخارجية، الأغطية، والمكونات المشكلة
ألواح سميكة	>6.0 mm حتى حوالي 25 mm	صلابة أقل بسبب العمل باللف؛ غالبًا أكثر ليونة	O, H112	مكونات هيكلية وأجزاء مصنعة تتطلب سماكة
البثق	مقاطع عرضية متغيرة	تعتمد القوة على المقطع والتبريد	تحمل الأبعاد ±	أقل شيوعًا؛ يؤثر محتوى المغنيسيوم على درجات حرارة البثق
أنابيب	سمك الجدار 0.5–10 mm	قابلية تشكيل جيدة للأنابيب الملحومة/غير الملحومة	H32/H34	تستخدم لأنابيب الوقود والأنابيب الهيكلية المقاومة للتآكل
قضبان/أعمدة	قطر متغير	مزيج جيد من القوة والليونة	O, H12	منتجات مطروقة أو مسحوبة للمواصلات والسحابات

تحدد طرق التصنيع (اللف، السحب البارد، البثق) والمناصفة النهائية قوة وميل المادة للأنيسوتروبية في منتجات 5182. الألواح واللفات هي الأكثر شيوعًا في أسواق السيارات والتغليف، مع ضبط دقيق لملمس السطح والعمل بالقوة المتصلبة لتمكين التشكيل والعمليات الثانوية مثل اللحام واللصق.

غالبًا ما تُورد الألواح السميكة وأشكال الأقسام الثقيلة أكثر ليونة للسماح بالتشغيل والتشكيل، بينما تُزود لفات الألواح الرقيقة عادةً بمناصفات H المجزأة جزئيًا لتطبيقات الختم حيث يكون التحكم في ارتداد الربيع مهمًا.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	5182	الولايات المتحدة الأمريكية	تعيين جمعية الألومنيوم المستخدم الشائع في أمريكا الشمالية
EN AW	5182	أوروبا	يتوافق EN AW-5182 بشكل وثيق؛ تنطبق تسميات المعالجة والمناصفة الأوروبية
JIS	A5182	اليابان	تعيين المعيار الصناعي الياباني؛ تتوافق التحملات الكيميائية والميكانيكية بشكل وثيق
GB/T	5182	الصين	المعيار الوطني الصيني يستخدم التعيين المشابه؛ قد توجد فروقات في المواصفات حسب المصنع

المرجعيات المتبادلة بين المعايير عادةً ما تكون مباشرة بسبب اعتراف واسع بتعيين السبيكة 5182، لكن توجد فروقات بسيطة في حدود الشوائب، المناصفات الموصى بها، وممارسات الشهادات. يجب على المشترين دائمًا التحقق من شهادات المصنع ومتطلبات الخواص الميكانيكية للمعيار المستهدف والتطبيق المقصود.

مقاومة التآكل

توفر سبيكة 5182 مقاومة ممتازة للتآكل الجوي العام وأداء جيدًا في البيئات البحرية بسبب محتوى المغنيسيوم العالي نسبيًا مع محتوى نحاس منخفض. يشكل فيلم أكسيد الألومنيوم الطبيعي حاجزًا وقائيًا؛ يمكن للتشكيل والتعديل المناصفي أن يؤثر على استقرار هذا الفيلم وسلوك التآكل الموضعي.

في البيئات الغنية بالكلوريد، يبقى التآكل الناتئ وتآكل الشقوق ممكنًا، خصوصًا عند اللحامات والحواف أو المواقع التي تحتوي على جزيئات بينفلزية خشنة. التحضير السطحي الصحيح، الطلاءات، والتصميم لتجنب الشقوق الراكدة تقلل من هذه المخاطر.

يزداد تعرض سبائك سلسلة 5xxx للتشققات الناتجة عن تآكل الإجهاد (SCC) مع زيادة محتوى المغنيسيوم وبمناصفات معينة تركز الإجهادات المتبقية؛ يمكن لسبيكة 5182 أن تكون معرضة لـ SCC تحت إجهادات شد مستمرة في بيئات عدوانية، خاصة إذا كانت قد تم عملها باردة أو لحمت بطريقة غير صحيحة. يمكن للتفاعلات الجلفانية مع المعادن الأكثر إشرافًا (مثل النحاس، الفولاذ المقاوم للصدأ) أن تسرع التآكل الموضعي لـ 5182، لذا يُنصح بالعزل أو التصميم التضحيّي في التجميعات المختلطة المعادن.

مقارنة بسلاسل 3xxx و1xxx، توفر 5182 قوة أعلى بكثير مع الحفاظ على مقاومة تآكل مماثلة أو أفضل. مقارنة بالسبائك المعالجة حراريًا 6xxx، تقدم 5182 عادةً مقاومة أفضل للتآكل البحري ولكن قوة قصوى أقل، مما يدفع لاختيارها للمكونات الخارجية والمعرضة للبيئات البحرية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

تُلحَم 5182 جيدًا بعمليات اللحام الشائعة للألومنيوم (TIG, MIG, مقاومة)، وغالبًا ما تُستخدم في التصنيع البحري والسيارات. سبائك الحشو الموصى بها للحام 5182 تشمل مواد Al-Mg مثل 5183 و5356، التي تساعد في الحفاظ على مقاومة التآكل والليونة في معدن اللحام. خطر التشقق الحراري منخفض عامة للسبائك Al-Mg، لكن اللحام يسبب تليينًا محليًا في منطقة التأثير الحراري (HAZ) مع فقدان محتمل للقوة؛ لذا يجب أن يأخذ التصميم الميكانيكي بعد اللحام تأثيرات HAZ بعين الاعتبار.

قابلية التشغيل

تصنف عملية تشغيل 5182 بأنها متوسطة؛ فهي أصعب قليلًا في التشغيل من الألومنيوم النقي بسبب القوة الأعلى وميلها للعمل المتصلب. أدوات الكربيد بزاوية قطع إيجابية وتركيبيات صلبة تعطي أفضل النتائج، مع سرعات قطع متوسطة وكمية تبريد كافية للتحكم في تراكم الرقائق وحافة القطع. يتطلب الحصول على سطح ناعم أدوات حادة وتحكم في تغذية القطع لتجنب التشويه والصلابة الزائدة في سطح القطع.

قابلية التشكيل

قابلية التشكيل ممتازة في الحالة الممطوطة (O)، مما يتيح السحب العميق والختم المعقد. لثني المادة، تُمثل أنصاف أقطار الانحناء الداخلي الموصى بها عادةً بـ0.5–1.0× السماكة للانحناءات الخفيفة في الألواح الممطوطة، وتزداد لأنصاف أقطار أكبر للمناصفات الأعلى H. ينتج العمل البارد استجابة متوقعة للصلابة التي يمكن استخدامها لضبط القوة، لكن العمل المتصلب المفرط قد يؤدي إلى التشقق أثناء التشكيل الشديد، وبالتالي يُطلب أحيانًا التلدين الوسيط.

سلوك المعالجة الحرارية

5182 سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية ولن تستجيب للمعالجات التقليدية للذوبان والشيخوخة المستخدمة في سبائك 2xxx، 6xxx، أو 7xxx. المحاولات لتطبيق معالجة تصلب الترسيب لا تحقق زيادة كبيرة في القوة مقارنة بالعمل المتصلب.

تتحقق تغييرات القوة عن طريق العمل البارد (الصلابة الناتجة عن الإجهاد) والمعالجات الحرارية التي تعزز الاسترداد أو إعادة التبلور. يُجرى التلدين الكامل لاستعادة الليونة بواسطة التسخين ضمن نطاق 300–420 °C (تعتمد درجات الحرارة النموذجية على حجم المقطع والبنية الدقيقة المرغوبة) يتبعه تبريد مضبوط لتجنب التشوه.

تُصنع المناصفات المثبتة (مثل H32/H34) عن طريق العمل الميكانيكي والمحكم والمعالجات الحرارية لضبط توازن القوة وتقليل الإجهادات المتبقية. في التجميعات الملحومة، يؤدي التسخين المحلي إلى تليين منطقة التأثير الحراري بدلاً من تصلب الشيخوخة، لذا يجب توقع استعادة المناصفة بدلاً من زيادة القوة.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

تتدهور القوة الميكانيكية ل5182 بوضوح مع زيادة درجة الحرارة، مع فقدان ملحوظ لمقاومة الخضوع والشد فوق حوالي 100 °C وزيادة التدهور عند درجات حرارة أعلى. للخدمة الهيكلية المستمرة، عادة ما يحدد المصممون درجات حرارة تشغيل أقل من 65–100 °C تقريبًا حسب الحمولة والبيئة لتجنب الزحف وفقدان السلامة الميكانيكية.

الأكسدة ليست عاملًا مقيدًا عادة لأن الألومنيوم يشكل طبقة رقيقة واقية من Al2O3 بسرعة؛ إلا أن درجات الحرارة المرتفعة قد تؤدي إلى تجانس البنية الدقيقة وتسريع تأثيرات حدود الحبيبات التي تؤثر على مقاومة التآكل والأداء الميكانيكي. تؤدي عمليات اللحام وأي دورات حرارية محلية إلى تليين المنطقة المتأثرة بالحرارة وتقليل مقاومة الزحف بالقرب من الوصلات.

يمكن ل5182 تحمل تعرضات قصيرة لدرجات حرارة عالية، لكن التعرض المطول يقلل القوة وقد يزيد من ظواهر التآكل الناتجة عن الإجهاد. للتطبيقات التي تتطلب قوة مستدامة عند درجات حرارة مرتفعة، يُفضّل استخدام سبائك قابلة للمعالجة الحرارية أو سبائك خاصة للحرارة العالية.

التطبيقات

الصناعة	مكون مثالي	سبب استخدام 5182
السيارات	ألواح الأغطية، الألواح الداخلية للجسم	مزيج من قابلية التشكيل، مقاومة التآكل، وقوة معتدلة للأجزاء المختومة
القطاع البحري	ملحقات الهيكل، الزينة، الحوامل الهيكلية	مقاومة ممتازة لتآكل مياه البحر وقوة جيدة نسبة إلى الوزن
الطيران	الملحقات الثانوية والحوامل	قوة جيدة مع كثافة منخفضة ومقاومة مقبولة للتآكل للهياكل غير الرئيسية
الإلكترونيات	مشتتات الحرارة، هيكل الأجهزة	التوصيل الحراري والوزن الخفيف مفيدان لإدارة الحرارة واحتواء التداخل الكهرومغناطيسي

يُختار 5182 غالبًا حيث يُطلب توازن بين قابلية التشكيل، مقاومة التآكل، وقوة فعالة من حيث التكلفة بدلاً من أعلى قوة ممكنة. قدراتها على الختم، اللحام، والربط بعد التشكيل تجعلها اختيارًا عمليًا للتصنيع بكميات كبيرة في قطاعات النقل والبحرية.

نصائح الانتقاء

يعتبر 5182 اختيارًا مناسبًا عندما يحتاج المهندسون إلى قوة أفضل من سبائك الألومنيوم التجارية النقية (مثل 1100) مع الحفاظ على كثير من قابلية التشكيل ومقاومة التآكل للألومنيوم. مقارنة بـ 1100، تضحي 5182 ببعض التوصيل الكهربائي والحراري لكنها تكسب قوة ميكانيكية كبيرة ومقاومة محسنة لتآكل مياه البحر.

مقارنة بسبائك Mg الحاملة للصلابة مثل 3003 أو 5052، تقع 5182 في الطرف الأعلى للقوة بين السبائك غير القابلة للمعالجة حراريًا، وتوفر أداء شد وخضوع متفوق مع مقاومة تآكل بحرية متكافئة أو متفوقة غالبًا. هذا يجعل 5182 جذابة حيث يلزم قوة أعلى قليلاً دون التوجه للسبائك القابلة للمعالجة الحرارية.

مقارنة بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061 أو 6063، يُختار السبائك 5182 عندما تكون مقاومة التآكل في البيئات البحرية أو المحتوية على الكلوريدات وقابلية التشكيل المتفوقة أهم من أقصى قوى شد قصوى. يُستخدم 5182 عندما يسود اللحام والتشكيل سلسلة العمليات وحيث تفضل ظروف التعرض سبائك الألمنيوم-المغنيسيوم.

الملخص الختامي

يظل 5182 سبائك ألمنيوم مستخدمة على نطاق واسع لأنه يجمع بين القوة الناتجة عن محلول صلب معزّز بالمغنيسيوم، ومقاومة ممتازة للتآكل، وقابلية جيدة للتشكيل في حزمة قابلة للتصنيع واللحام. توازن خواصه وتوفره في الأشكال الشائعة من الألواح واللفائف يحافظان على أهميته في التطبيقات الهندسية العامة، البحرية، وصناعة السيارات حيث يُعتبر المتانة وقابلية التصنيع من الأولويات القصوى.