الألومنيوم 6010: التركيب، الخواص، دليل المعالجات وحالات الاستخدام

نظرة شاملة

6010 هو أحد سبائك الألومنيوم من سلسلة 6xxx، والتي تعتمد أساسًا على أنظمة Al-Mg-Si معدّة للتقسية بالتسريع الترسّبي. تجمع عائلة 6xxx بين السبائكية المعتدلة مع السليكون والمغنيسيوم لتمكين التقسية بالمعالجة الحرارية مع الاحتفاظ بقابلية جيدة للبثق وخيارات تشطيب السطح المناسبة للتطبيقات المعمارية والصناعية.

العناصر الرئيسية في سبيكة 6010 هي السيليكون والمغنيسيوم مع إضافات مسيطرة من الحديد والنحاس وكمية أثرية من المنجنيز والكروم والتيتانيوم لضبط القوة، وقابلية التقسية، وبنية الحبيبات. آلية التقسية هي التقسية بالترسّب (التقسية بالعمر) حيث تتكون رواسب Mg2Si أثناء التقدم الاصطناعي، مما يرفع مقاومة الخضوع ومقاومة الشد مقارنة بالحالات الملدنة.

السمات الرئيسية تتضمن توازنًا بين قوة متوسطة إلى عالية، مقاومة جيدة للتآكل في البيئات الجوية، قابلية جيدة للحام باستخدام سبائك حشو مناسبة وقابلية تشكيل مقبولة في الحلات المعالجة حراريًا والمطيلة. الصناعات النموذجية التي تعتمد على 6010 تشمل هياكل وأجسام السيارات، مقاطع البناء والمعمار، النقل الخفيف والتصنيع العام حيث يتطلب التوازن بين القابلية للتشكيل والقوة.

يختار المهندسون 6010 عندما يلزم بديل أقوى وقابل للمعالجة الحرارية مقارنة بالسبائك النقية أو المعالجة بالتصلب بالعمل، دون التكلفة الأعلى أو القابلية الأقل للتشكيل لسبائك 2xxx أو 7xxx ذات القوة الأعلى. يتم اختيار السبائك للأجزاء التي تتطلب تقسية بالتعتيق بعد التشكيل، استقرارًا أبعاديًا جيدًا بعد المعالجة الحرارية ومظهر سطح متناسق للتشطيبات المطلية أو المؤكسدة.

مُتغيرات التصلب (Temper)

التصلب	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	مرتفع	ممتاز	ممتاز	حالة مدلاة كليًا؛ أعلى درجات اللدونة للتشكيل.
H14	منخفض-متوسط	معتدل	جيد	جيد	تصلب خفيف بالتشويه، يحتفظ بقابلية التشكيل وقوة متواضعة.
T4	متوسط	معتدل-مرتفع	جيد	جيد	معالجة حرارية في المحلول والتقدم الطبيعي بالتعتيق؛ خصائص متوسطة للتشكيل ثم التعتيق.
T5	متوسط-مرتفع	معتدل	مقبولة-جيدة	جيد	مبردة من العمل الساخن ومعتقة صناعيًا؛ جاهزة للخدمة بعد التبريد.
T6	مرتفع	منخفض-معتدل	محدودة عند التعتيق	جيد	معالجة حرارية في المحلول + تعتيق صناعي؛ تصلب ذروة للعديد من المكونات.
T651	مرتفع	منخفض-معتدل	محدودة عند التعتيق	جيد	T6 مع إجهاد ممطوط أو تسوية؛ يحسن الاستقرار الأبعادي.

تؤثر تركيبات المعالجة الحرارية والعمل البارد بشكل كبير على التوازن بين القوة واللدونة في 6010. التصلبات المدلاة O توفر أقصى قابلية للتشكيل للسحب العميق والثني، في حين أن T6/T651 تعطي أعلى القوى الثابتة بعد التعتيق ولكن تقلل من قابلية الثني والاستطالة مقارنةً بحالات O أو H.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة المئوية	ملاحظات
Si	0.4–1.2	السيليكون يعزز ترسيب Mg2Si ويحسن البثق.
Fe	0.2–0.7	الحديد شوائب يشكل مركبات بين فلزية؛ يتحكم ببنية الحبوب وقابلية التشغيل.
Mn	0.05–0.30	المنجنيز يكرّر بنية الحبيبات ويمكن أن يحسن القوة قليلاً.
Mg	0.4–0.9	المغنيسيوم عنصر أساسي للتقسية عبر ترسب Mg2Si.
Cu	0.05–0.40	النحاس يزيد من القوة والاستجابة للتصلب لكنه قد يخفض مقاومة التآكل.
Zn	≤0.20	الزنك يبقى منخفضًا عادة في سبائك 6xxx؛ زيادته تزيد الحساسية للتآكل الإجهادي.
Cr	≤0.10	الكروم يساعد في التحكم بنمو الحبوب أثناء المعالجة الحرارية والعمل الساخن.
Ti	≤0.15	التيتانيوم يعمل كمعيد بناء الحبيبات أثناء الصب والتماثل.
عناصر أخرى	≤0.15 إجمالي	عناصر أثرية (مثل Zr، B) للتحكم بالحبيبات وضبط الخواص.

نسبة Mg وSi تتحكم في الحجم والنوع للرواسب المقوية (Mg2Si)؛ الإضافات المتواضعة من النحاس يمكن أن تغير من سرعة الترسيب وتزيد من ذروة القوة على حساب بعض المقاومة للتآكل. الحديد والمخلفات الأخرى تشكل مركبات بين فلزية خشنه تؤثر على المتانة، جودة السطح، وسلوك بدء تفكك الإجهادات.

الخواص الميكانيكية

سلوك الشد لسبائك 6010 يظهر استجابة تقسية بالعمر التقليدية: السبائك الملدنة ذات لدونة عالية وقوة خضوع منخفضة، في حين تظهر التصلبات T6/T651 زيادات كبيرة في مقاومة الخضوع والشد بسبب توزيع الترسبات الدقيقة. نسب القوة عند الخضوع إلى الشد الكلي في حالات التعتيق الذروة نموذجية لسبائك 6xxx، مما يوفر حدود مرنة متوقعة للتصميم الهيكلي ويسمح بهامش لتشوه بلاستيكي قبل الفشل.

الاستطالة والصلادة تعتمد بشكل كبير على التصلب؛ الحالات الملدنة تعطي استطالة عالية مناسبة للطباعة والسحب العميق، في حين تقلل التصلبات المعتقة من الاستطالة الكلية ولكن تزيد من الصلادة ومقاومة الخضوع الساكنة. أداء التعب مرتبط بحالة السطح، التصلب والسماكة: عمر التعب يتحسن مع الأسطح الأكثر نعومة وفي التصلبات الأعلى قوة، ولكنه قد يحده وجود مركبات بين فلزية خشنه أو علامات التشغيل التي تعمل كنقاط بداية للتشقق.

تأثير السماكة مهم: الأقسام السميكة تبرد أبطأ أثناء التبريد وقد تمتلك صلادة وقوة أقل تجانسًا بعد التعتيق. يجب على المصممين مراعاة انخفاض كفاءة تقسية العمر في الأقسام الثقيلة وتأثير ذلك على الإجهادات المسموح بها وعمر التعب.

الخاصية	O/ملدن	تصلب رئيسي (مثل T6/T651)	ملاحظات
مقاومة الشد	100–150 MPa	280–340 MPa	قيم الذروة في T6 تعتمد على التركيب الدقيق وسماكة القسم.
مقاومة الخضوع	40–90 MPa	240–300 MPa	تزداد مقاومة الخضوع بشكل كبير بعد المعالجة في المحلول والتعتيق الاصطناعي.
الاستطالة	20–35%	8–15%	الاستطالة تقل مع التصلبات الأعلى قوة؛ السماكات الرقيقة تميل إلى ظهور لدونة أكبر.
الصلادة	30–45 HB تقريبًا	80–110 HB تقريبًا	الصلادة مرتبطة بمقاومة الشد؛ القيم المعلنة تعتمد على مقياس القياس.

الخواص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 g/cm³	قياسية لمعظم سبائك الألومنيوم المشغولة؛ مفيدة لحسابات الكتلة والقوة.
نطاق الانصهار	~570–650 °C	نطاق الصلب والسائل يعتمد على محتوى السبائك والتوزيع المحلي.
التوصيل الحراري	~150–170 W/m·K	أقل من الألومنيوم النقي ولكن جيد للتبريد مقارنة بالصلب.
التوصيل الكهربائي	~35–45 % IACS	منخفض مقارنة بالألومنيوم النقي بسبب السبائكية؛ مقبول لبعض مكونات الموصل.
السعة الحرارية النوعية	~0.90 kJ/kg·K (900 J/kg·K)	سعة حرارية قياسية للألومنيوم لحسابات الكتلة الحرارية.
التوسع الحراري	~23–24 µm/m·K	معامل نمو نموذجي لسبائك 6xxx؛ يؤخذ بعين الاعتبار للتجمعات متعددة المواد.

تجعل هذه الخواص الفيزيائية من 6010 سبيكة هيكلية مفيدة حيث يعتبر الوزن الخفيف وإدارة الحرارة مهمين. التوصيل الحراري والتوسع الحراري مهمان لتصميم المبادلات الحرارية أو أغلفة الأجهزة الإلكترونية ولتنبؤ الإجهادات الحرارية عبر المفاصل والمواد المختلفة.

أشكال المنتجات

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	التصلبات الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.3–6 mm	متجانسة في السماكات الرقيقة؛ تعتيق جيد بعد التبريد	O, H14, T4, T5, T6	شائعة للألواح، الواجهات والمكونات المطبوعة.
صفائح	6–50+ mm	انخفاض فعالية تعتيق العمر في الأقسام السميكة	O, T6 (محدود)	الصفائح السميكة تتطلب دورات حرارية خاصة لتحقيق خصائص موحدة.
بثق	مقاطع معقدة، حتى مقاطع كبيرة	قوة جيدة في الأشكال المبثوقة بعد T6	T5, T6, T651	سبائك 6xxx متميزة في البثق؛ تحكم أبعادي وجودة سطح عالية.
أنابيب	أحجام أنابيب قياسية	مماثلة للألواح في الأنابيب الرقيقة الجدران	O, T6	تستخدم للأنابيب الهيكلية والإطارات الخفيفة.
قضبان/أعمدة	أقطار متنوعة من صغيرة إلى كبيرة	أقسام صلبة تتصلب بدرجات متفاوتة	T6, T651	تستخدم في التجهيزات الميكانيكية والبراغي الهيكلية.

تؤثر اختلافات المعالجة على الخواص النهائية: الألواح والبعثات الرقيقة تحقق قوة ذروة متجانسة وأعلى، في حين أن الصفائح الثقيلة والمقاطع الكبيرة قد تحتفظ بنوى ألطف إذا لم تُطبّق معالجة حرارية مخصصة. لذلك تختار التطبيقات شكل المنتج والتصلب معًا لتلبية متطلبات القوة والأبعاد وجودة السطح.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	6010	الولايات المتحدة الأمريكية	تسمية جمعية الألومنيوم المستخدمة عادة في أمريكا الشمالية.
EN AW	6010	أوروبا	EN AW-6010 مستخدمة غالبًا في سلاسل التوريد الأوروبية؛ الحدود الكيميائية تتوافق إلى حد كبير مع AA.
JIS	A6010 (تقريبًا)	اليابان	المواصفات اليابانية لها تراكيب مشابهة؛ يُرجى مراجعة مواصفات الصفائح والألواح المحلية حسب JIS للتحقق من التسامحات.
GB/T	6010 (تقريبًا)	الصين	درجات GB/T الصينية تعكس التركيب الكيميائي لـ AA/EN لكن التسامحات وتصنيفات التغليف قد تختلف.

القوائم المكافئة غالبًا ما تكون متقاربة ولكن غير متطابقة؛ الاختلافات الصغيرة في حدود الشوائب، الإضافات المسموح بها وتعليمات التغليف قد تؤثر على التأهيل للاستخدامات الفضائية أو التنظيمية. يُنصح دائمًا بالتحقق المتقاطع من شهادات المصانع والمعايير الإقليمية للتطبيقات الحرجة.

مقاومة التآكل

توفر درجة 6010 مقاومة جيدة لتآكل الغلاف الجوي عامةً، والتي تميز سبائك الألومنيوم Al-Mg-Si من سلسلة 6xxx، مع سلوك سلبي طبيعي في البيئات غير العدوانية. تحسن المعالجات السطحية مثل الأكسدة الكهربية والطلاءات التحويلية من المقاومة وهي شائعة الاستخدام في الواجهات المعمارية والنقل.

في البيئات البحرية أو الغنية بالكلوريدات، تتمتع السبيكة بمقاومة معقولة لكنها قد تتعرض للتآكل النقيري والتآكل في الشقوق في حال تلف الطبقات الواقية. مقارنةً بسبائك 5xxx المحتوية على الماغنيسيوم المعالجة بالتصلب بالعمل، فإن سبائك 6xxx عمومًا تمتلك مقاومة نقطية أقل قليلاً في بيئات الكلوريدات القاسية.

مقاومة الكسر الناتج عن التآكل الإجهادي في 6010 منخفضة نسبيًا مقارنةً بسبائك 2xxx و7xxx عالية القوة، ولكن الإجهادات الشدية الطويلة في بيئات تآكل يمكن أن تشكل خطرًا للدرجات الحساسة ومناطق تأثير الحرارة. الربط الكهروكيميائي مع المعادن الأنفع (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، النحاس) يجعل 6010 على الجانب الأنودي؛ ينبغي استخدام العزل أو الحماية الكاثودية عند ربط المعادن المختلفة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

تقبل درجة 6010 عمليات اللحام بالانصهار الشائعة مثل MIG (GMAW) وTIG (GTAW) مع سبائك حشو مناسبة (مثل حشوات من سلسلة 6xxx أو 5xxx/4xxx حسب التطبيق). خطر التشقق الحار متوسط ويمكن تقليله بالتحكم في مدخلات الحرارة، تصميم الوصلات، واختيار الحشو؛ يحدث تليين في منطقة تأثر الحرارة بسبب تعطيل تقوية الترسيب بفعل دورات الحرارة. قد تتطلب الأجزاء الهيكلية الحرجة معالجة حرارية بعد اللحام وحوصلة لتعزيز خواص التغليف القصوى.

قابلية التشغيل

تعتبر قابلية التشغيل لدرجة 6010 متوسطة إلى جيدة مقارنةً مع السبيكة المطروقة الأخرى؛ تستفيد حياة الأدوات وجودة السطح من التركيب الميكروهيكلي المستقر والتغليف المناسب (الأجزاء بدرجة T6 أكثر صلابة وتتطلب أدوات أكثر مقاومة). توفر أدوات الكربيد عند سرعات متوسطة إلى عالية مع تبريد بغمر سحب رقائق متنبأ بها وسطحًا جيدًا؛ القطع المنقطع الثقيل قد يكشف المركبات البينية التي تزيد من تآكل الأدوات. مؤشّر قابلية التشغيل عادة أقل من سبائك الألومنيوم المعالجة للتشغيل الحر ولكن أعلى من العديد من الفولاذ المقاوم للصدأ وفقًا للمقاييس القياسية.

قابلية التشكيل

قابلية التشكيل ممتازة في درجات O وH ومقبولة في حالات T4/T5 قبل المعالجة الحرارية النهائية. يجب اتباع أنصاف أقطار الانحناء الإرشادية للألومنيوم: الحد الأدنى لنصف القطر الداخلي هو 1–2× سماكة المادة للدرجات اللينة؛ يوصى بأنصاف أقطار أكبر لدرجات T6 لتجنب التشقق. العمل البارد يزيد القوة (درجات H) لكنه يقلل اللدونة؛ عند الحاجة لتشكيل معقد، ينصح بالتشكيل في درجات O/T4 ثم أداء المعالجة الحرارية والحوصلة الصناعية لتحقيق القوة القصوى بعد التشكيل.

سلوك المعالجة الحرارية

لسبايك قابل للمعالجة الحرارية مثل 6010، تُجرى المعالجة بالمحلول عند درجات حرارة عادة بين 510–540 °C (تعتمد على حجم القطاع) إذ يُذاب Mg2Si في محلول صلب. التبريد السريع إلى درجة حرارة الغرفة يثبط تكوين الترسيبات وينتج محلولًا صلبًا فوق المشبع يمكن معالجته صناعيًا بعد ذلك.

تتم الحوصلة الصناعية (T6) في درجات حرارة عادة بين 150–180 °C ولمدد زمنية تتراوح من عدة ساعات إلى عشرات الساعات لتحقيق توزيع مثالي لترسيبات Mg2Si التي تعزز القوة القصوى. الترصيع الزائد (درجة حرارة مرتفعة أو مدة أطول) يجري تسبيب الترسيبات، مما يقلل مقاومة الخضوع لكنه يحسن المتانة وسلوك استرخاء الإجهاد. الانتقالات بين درجات T (مثلاً T4 → T6) تتيح تشكيل الأجزاء بدرجات أكثر ليونة ثم حوصلة لإقفال القوة الأعلى.

السلوك غير القابل للمعالجة الحرارية محدود لأن 6010 مصممة للتقوية بالترسيب؛ مع ذلك، تستخدم عمليات التلدين (O) والعمل البارد المتحكم به (سلسلة H) للتحكم في قابلية التشكيل والأبعاد قبل المعالجة الحرارية.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

تفقد 6010 قوة كبيرة مع زيادة الحرارة بسبب قص الترسيبات و تليين المصفوفة؛ تنخفض القوة الهيكلية المستخدمة عادة فوق 150–200 °C. مقاومة الانزلاق محدودة مقارنةً بالسبائك عالية الحرارة، لذا لا يُنصح باستخدامها المستمر في درجات حرارة مرتفعة دون تأهيل خاص.

الأكسدة في الهواء منخفضة عند درجات الخدمة النموذجية بفضل طبقة أكسيد الألومنيوم الوقائية، لكن التعرض الطويل لحرارة مرتفعة يمكن أن يغير انبعاثية السطح ويؤثر على التصاق الطلاء أو الطلاءات. مناطق تأثر الحرارة في الوصلات الملحومة حساسة لدورات الحرارة؛ الترصيع والزوال المحلي يخففان مقاومة الانزلاق والقوة عند درجات الحرارة العالية قرب الوصلات.

التطبيقات

الصناعة	مكون المثال	سبب استخدام 6010
السيارات	ألواح الهيكل، الزينة، الإكستروجنات الهيكلية	قابلية تشكيل جيدة وقابلية تصلب بعد التشكيل لتعزيز القوة والمقاومة للخدوش
البحرية	عناصر هيكلية، الأغطية	توازن بين مقاومة التآكل وتوفير الوزن مع قوة مقبولة
الفضاء	ملحقات ثانوية، مكونات داخلية	نسبة قوة إلى وزن وأبعاد مستقرة بعد المعالجة الحرارية
الإلكترونيات	الأغطية، مبردات حرارية	التوصيل الحراري وقابلية التشغيل للأجزاء الحافظة و المشتتة للحرارة

تجد 6010 استخدامًا حيث يحتاج المصمم إلى سبيكة اقتصادية قابلة للمعالجة الحرارية يمكن تشكيلها ثم تصلبها لإعطاء قوة هيكلية مفيدة مع الحفاظ على مقاومة بيئية جيدة وخيارات تشطيب سطحية. تجعل تعدد استخداماتها عبر الألواح، الإكستروجنات، والأجزاء المصنّعة منها خيارًا جذابًا للتصنيع متعدد العمليات.

نصائح للاختيار

اختر 6010 عندما يتطلب التصميم الجمع بين قوة ما بعد التشكيل وجودة سطح جيدة، خصوصًا للأجزاء المكبسة أو المشروعة التي سيتم تصلبها بالمعالجة الحرارية بعد التشكيل. هي اختيار عملي عند الحاجة إلى قوة قصوى متوسطة ولكن مع استقرار أبعاد جيد بعد المعالجة وتشطيب جيد.

بالمقارنة مع الألومنيوم التجاري النقي (1100)، تقدم 6010 قوة شد وخضوع أعلى مقابل توصيل كهربائي أقل قليلًا وقابلية تشكيل أقل إلى حد ما، مما يجعلها مفضلة عند أهمية الأداء الهيكلي. مقارنة بسبائك التصلب بالعمل مثل 3003/5052، توفر 6010 قوة أعلى بعد التصلب مقابل زيادة تعقيد العمليات (معالجة بالمحلول والحوصلة) ومقاومة تآكل أقل قليلاً في بعض بيئات الكلوريد. مقابل السبائك القابلة للمعالجة الحرارية الشائعة مثل 6061 أو 6063، تُختار 6010 عندما تكون خصائص الإكستروجن أو الاستجابة للحوصلة محددة مطلوبة؛ وقد تفضل لجودة سطح معينة أو سلوك حراري أفضل رغم قوة قصوى مشابهة أو أقل قليلًا.

ملخص ختامي

تظل 6010 سبيكة من سلسلة 6xxx ذات صلة بالهندسة الحديثة حيث يُطلب توازن بين قابلية التشكيل، القدرة على التصلب بالعمر، ومقاومة التآكل. تجعل قابليتها للتكيف عبر الألواح، الإكستروجنات، والأجزاء المصنعة جنبًا إلى جنب مع استجابات المعالجة الحرارية المتوقعة، خيارًا موثوقًا للمكونات الهيكلية والجمالية في تطبيقات السيارات، البحرية، المعمارية والخفيفة في الطيران.