ألمنيوم 6065: التركيب، الخصائص، دليل التصلب والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
نظرة شاملة
سبائك 6065 هي عضو في سلسلة 6xxx من سبائك الألومنيوم المصبوب المصنوعة من الألومنيوم-المغنيسيوم-السيليكون، والتي تتميز بشكل رئيسي بتقوية من خلال ترسيب مركبات Mg2Si أثناء المعالجة الحرارية. العناصر الرئيسية المسببة للسبائك هي السيليكون والمغنيسيوم، مع إضافات ضئيلة من النحاس والكروم والتيتانيوم والحديد التي تضبط القوة، وبنية الحبيبات، والاستجابة للمعالجة الحرارية. السبائك قابلة للمعالجة الحرارية وليس تقويتها بالعمل فقط، وتصل إلى قوتها عبر المعالجة بالحل، والتبريد السريع، والشيخوخة الصناعية لترسيب مركبات بينية ذات تشتت ناعم. من السمات النموذجية لهذا السبائك الجمع بين قوة متوسطة إلى عالية، ومقاومة جيدة للتآكل، وقابلية تشكيل معقولة في درجات الطراوة الناعمة، بالإضافة إلى قابلية جيدة للحام عند استخدام مواد حشو وإجراءات مناسبة.
يُستخدم Alloy 6065 في المكونات الإنشائية وشبه الإنشائية حيث يتطلب التوازن بين إمكانية البثق، ونسبة القوة إلى الوزن، ومقاومة التآكل؛ والقطاعات الصناعية الشائعة تشمل النقل، وأنظمة البناء، وحاويات الكهرباء، وبعض التركيبات في صناعة الطيران. مقارنةً بسبائك 6xxx الأخرى، يُختار 6065 عندما يرغب المصممون في سبيكة يمكن بثقها إلى مقاطع معقدة ثم تعتيقها صناعيًا إلى أبعاد مستقرة من حيث الخصائص الميكانيكية. يختار المهندسون 6065 بدلاً من السبائك الأكثر ليونة عند الحاجة إلى قوة تصميم أعلى دون الانتقال إلى سبائك 7xxx ذات القوة الأعلى والأكثر عرضة لتكون الشقوق الناتجة عن التوتر (SCC). تختلف توافر المواصفات وتناسقها حسب المنطقة، لذا يجب تأكيد الخصائص حسب درجة الطراوة مع الموردين.
في التطبيق العملي، يفضل Alloy 6065 عندما يتطلب مسار التصنيع (البثق، الثني، اللحام) دمج التحكم بدرجة الطراوة بعد التصنيع للوصول إلى الأداء الميكانيكي المستهدف. سلوك التآكل للسبائك واستجابته للأنودة تجعله مناسبًا للبيئات متوسطة التآكل، وخصائص التوصيل الحراري والكهربائي لديه مترتبة لصالح المكونات التي تتطلب تبديد حرارة. يجب على المصممين موازنة التنازلات بين القوة القصوى، وقابلية التشكيل للعمل البارد، والحاجة إلى معالجة حرارية بعد اللحام عند اختيار 6065 بدلاً من السبائك المجاورة.
درجات الطراوة
| درجة الطراوة | مستوى القوة | الإطالة | قابلية التشكيل | قابلية اللحام | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|---|
| O | منخفضة | عالٍ | ممتازة | ممتازة | مخمرة بالكامل؛ الأفضل للتشكيل والتشغيل |
| H14 | متوسطة | متوسطة | جيدة | ممتازة | مُقساة بالتشوه ومُعالجة جزئيًا لقوة معتدلة |
| T4 | متوسطة | جيدة | جيدة | ممتازة | معالجة حرارية بالحل وشيخوخة طبيعية؛ توازن جيد للتشكيل ثم التعتيق |
| T5 | متوسطة-عالية | متوسطة | مقبولة | جيدة | مبردة بعد العمل الساخن ومعتقة صناعيًا؛ بدون معالجة بالحل بعد التشكيل |
| T6 | عالية | متوسطة-منخفضة | مقبولة | جيدة (تليين منطقة التأثير الحراري HAZ) | معالجة حرارية بالحل وشيخوخة صناعية للقوة القصوى |
| T651 | عالية (مستقرة) | متوسطة-منخفضة | مقبولة | جيدة (تليين منطقة التأثير الحراري HAZ) | T6 مع تخفيف الإجهاد بواسطة الشد أو الاستقامة المُتحكم بها |
| درجات H أخرى | متغيرة | متغيرة | متغيرة | متغيرة | تقسية مخصصة بالتشوه لتطبيقات محددة |
اختيار درجة الطراوة يؤثر بشدة على الأداء الميكانيكي: درجات O المختومة تعطي أقصى دكتيلية وقابلية تشكيل لكنها تتحمل أدنى مقاومات خضوع وشد، في حين توفر T6/T651 أعلى مقاومات ثابتة على حساب قابلية الانحناء والإطالة. للمنتجات المعقدة التي تتطلب استقامة أو تشغيل بعد البثق، تُستخدم عادة درجات T5 وT651 لأنها توفر استقرارًا أبعاديًا وقوة محتفظ بها جيدة بعد التصنيع.
التركيب الكيميائي
| العنصر | نطاق النسبة المئوية | ملاحظات |
|---|---|---|
| Si | 0.2 – 0.9 | يرتبط مع Mg لتشكيل مركبات Mg2Si المقوية |
| Fe | ≤ 0.7 | عنصر شوائب؛ يتحكم بعدد جزيئات المركبات بينية الطور ويؤثر على المتانة |
| Mn | ≤ 0.15 | إضافة خفيفة لتكرير حبيبات المعدن وتحسين المتانة |
| Mg | 0.6 – 1.2 | العنصر الرئيسي المصلب عند ارتباطه مع السيليكون |
| Cu | 0.15 – 0.4 | يحسن القوة وقابلية التشغيل ولكن قد يقلل مقاومة التآكل |
| Zn | ≤ 0.25 | منخفض عادة؛ ليس عنصر تقوية رئيسي في سبائك 6xxx |
| Cr | 0.04 – 0.35 | يتحكم بإعادة التبلور وبنية الحبيبات، ويحسن المتانة |
| Ti | ≤ 0.15 | مكرر حبيبات أثناء الصب/البثق؛ يحسن البنية المجهرية بعد المعالجة |
| عناصر أخرى (لكل منها) | ≤ 0.05 | عناصر أثرية يتم التحكم بها للحفاظ على استجابة تعتيق متسقة |
التركيب الكيميائي لـ 6065 نموذجي لسبائك تقسية الترسيب Mg-Si: السيليكون والمغنيسيوم يحددان القدرة على تحقيق القوة القصوى من خلال ترسيب Mg2Si، في حين تستخدم كميات صغيرة من النحاس والكروم لضبط القوة وثبات البنية المجهرية. يشكل الحديد والشوائب الأخرى مركبات بينية خشنة تقلل المتانة ومقاومة الإجهاد، لذلك يتم التحكم في هذه العناصر بدقة في التصنيع الحديث لضمان تعتيق ونتائج ميكانيكية متوقعة.
الخصائص الميكانيكية
في تحميل الشد، يتصرف Alloy 6065 كسبيكة 6xxx قابلة للمعالجة الحرارية: درجات الطراوة الناعمة تظهر دكتيلية عالية وخضوع تدريجي، في حين تُظهر درجات T6/T651 مقاومة إثبات معرفة جيدًا وقوة شد نهائية أعلى مرتبطة بمركبات بينية متماسكة ونصف متماسكة. تزداد مقاومات الخضوع والشد بشكل ملحوظ بعد المعالجة بالحل والشيخوخة الصناعية، لكن الدكتيلية وقابلية الانحناء تقلان تباعًا؛ حيث يمكن أن تنخفض الإطالة حتى النصف في T6 مقارنة بدرجات O أو T4. الصلادة تتبع نمط مماثل، بزيادة كبيرة في قيم برينل أو روكويل بعد التعتيق، ويظهر المعدن حساسية متوسطة للنقط مقارنة بسبائك 5xxx.
تتأثر مقاومة الإجهاد بالإجهاد السطحي، والضغوط المتبقية، والمعالجة الحرارية؛ بـ6065 معتقة جيدًا تقدم أداء مناسبًا للإجهاد عالي الدورات للبثوق الإنشائية لكنها عمومًا أقل من سبائك 2xxx أو 7xxx عالية القوة. تؤثر سماكة القطاع والتاريخ الحراري بشكل حاسم على الخصائص الميكانيكية الممكن تحقيقها: القطاعات السميكة تبرد أبطأ أثناء التبريد السريع وقد لا تصل كاملاً إلى قوة T6 بدون دورات معالجة حرارية أطول أو جداول تعتيق معدلة. تظهر مناطق التأثير الحراري بعد اللحام (HAZ) عادةً تليينًا موضعيًا يقلل مقاومة الخضوع المحلية إلا إذا تم إعادة المعالجة بالحل والتعتيق.
| الخاصية | O/مخمرة | درجة الطراوة الرئيسية (مثلاً T6/T651) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| قوة الشد (MPa) | 140 – 220 | 260 – 340 | القيم تعتمد على شكل المنتج والسماكة؛ يجب استشارة بيانات المورد |
| قوة الخضوع (0.2% انحراف، MPa) | 60 – 140 | 200 – 320 | تقدم T6 أعلى مقاومة خضوع تصميمية؛ تستخدم O عند سيادة التشكيل |
| الإطالة (%) | 12 – 25 | 6 – 14 | الإطالة تقل مع زيادة القوة والسماكات الأكبر |
| الصلادة (HB) | 40 – 70 | 85 – 120 | تزيد الصلادة مع التعتيق؛ تختلف القيم حسب الطراوة والطريقة |
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | القيمة | ملاحظات |
|---|---|---|
| الكثافة | 2.70 جم/سم³ | نموذجي لسبائك الألومنيوم المصبوب؛ يستخدم للتصميمات الحساسة للوزن |
| نطاق الانصهار | الصلب ~555°C – السائل ~650°C | فترة الانصهار للسبائك؛ الصلب أقل من الألومنيوم النقي بسبب السبائك |
| التوصيل الحراري | 140 – 170 واط/م·ك (نموذجي) | أقل من الألومنيوم النقي لكنه جيد لتطبيقات تبديد الحرارة |
| التوصيل الكهربائي | ~28 – 38 % IACS | أقل من الألومنيوم النقي بسبب العناصر المسبكة؛ تختلف حسب الطراوة |
| السعة الحرارية النوعية | ~0.9 جول/جم·ك (900 جول/كجم·ك) | مفيدة لحسابات الطاقة الحرارية |
| الموسع الحراري | ~23.0 – 24.5 ميكرون/(م·ك) | مقارنة مع سبائك Al-Mg-Si الأخرى؛ مهم للمفاصل المزدوجة المعادن |
هذه الخصائص الفيزيائية تؤكد على مزايا الألومنيوم في التصميمات خفيفة الوزن وإدارة الحرارة؛ يحتفظ Alloy 6065 بتوصيل جيد لمكونات نقل الحرارة مع تقديم أداء ميكانيكي أعلى من الدرجات الأنقى. التوصيل الكهربائي كافٍ للعديد من تطبيقات الحافلات والكابينة لكنه عمومًا أقل من سبائك 1xxx، لذا يجب على المصممين الذين يوازنون بين التوصيل والقوة الميكانيكية التحقق من مقاطع الموصل. يجب أيضًا مراعاة التمدد الحراري في التجميعات مع الفولاذ أو المواد المركبة لتجنب إجهادات التعب الناجمة عن التغيرات الحرارية الدورية.
أشكال المنتج
| الشكل | السُمك / الحجم النموذجي | سلوك القوة | المعالجات الحرارية الشائعة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| ألواح | 0.4 – 6.0 mm | قوة جيدة في السماكات الرقيقة بعد المعالجة بالتقادم | O, T4, T5, T6 | شائع للألواح والحاويات المشكّلة؛ استجابة سريعة للتقادم في السماكات الرقيقة |
| صفائح | >6.0 mm حتى 150 mm | قد تكون القوة أقل بعد المعالجة الحرارية بسبب حساسية التبريد السريع | O, T6 (محدود) | الأجزاء السميكة تتطلب معالجة حرارية مخصصة لتفادي وجود نواة لينة |
| بثق | مقاطع عرضية حتى عدة مئات من الملليمترات | قوة متجانسة ممتازة على طول الملف الشخصي بعد التقادم | T5, T6, T651 | يستخدم على نطاق واسع؛ يمكن تحقيق مقاطع معقدة بتحكم دقيق في الأبعاد |
| أنابيب | القطر الخارجي 10 – 200 mm حسب السماكة | قوة مماثلة للبثوق؛ يتم اعتبار منطقة تأثُر الحرارة في الأنابيب الملحومة | O, T6 | تستخدم للأغراض الإنشائية ونقل السوائل؛ أنواع ملحومة ومتجانسة |
| قضبان / أسلاك | أقطار 3 – 100 mm | خصائص محورية جيدة؛ استجابة للتقادم تشابه الصفائح | O, T6 | أشكال مخزنة للتشغيل والتجهيزات المصنعة |
يُعتبر البثق الشكل التجاري الرئيسي لـ6065 بسبب تركيب السبائك Mg-Si الذي يوفر تدفقًا جيدًا وتشطيب سطحي ممتاز في القوالب المعقدة، ويلي ذلك تقادم يزود بخصائص ميكانيكية متوقعة. الصفائح والأجزاء السميكة تقدم تحديات في التبريد والتقادم؛ عادة ما يقتصر المصممون على السماكة أو يحددون وصفات تقادم معدلة لضمان خصائص موحدة. الألواح شائعة للألواح والحاويات المشكلة حيث يوازن اختيار المعاملة الحرارية بين قابلية التشكيل وقوة الاستخدام النهائية.
الدرجات المكافئة
| المعيار | الدرجة | المنطقة | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| AA | 6065 | الولايات المتحدة الأمريكية | تعيين رابطة الألومنيوم المستخدم في مواصفات الموردين |
| EN AW | 6065 | أوروبا | EN AW-6065 تُستخدم عادة؛ المتطلبات الكيميائية والميكانيكية متوافقة مع معايير AA |
| JIS | — | اليابان | لا يوجد مكافئ مباشر واسع الاستخدام في JIS؛ يُنصح بتحديد مواصفات AA/EN أو التركيب الكيميائي |
| GB/T | 6065 | الصين | قد توجد دعائم GB؛ تحقق من الرقم القياسي المحلي ومواصفات المعالجة الحرارية |
المقارنة بين المعايير عادة ما تكون مباشرة لـ6065 لأنه يتبع تركيب تقسية التصلب بالأملاح Mg‑Si المستخدمة عالميًا. مع ذلك، تختلف السماحات التركيبية وممارسات المعالجة حسب المنطقة؛ للتطبيقات الحرجة يُوصى بالتحقق من المواصفات الكيميائية والميكانيكية الفعلية المذكورة في وثائق الشراء. إذا لم يتوفر مكافئ JIS مباشر، من الشائع تحديد معيار AA أو EN مع تضمين التركيب الكامل ومتطلبات الخواص الميكانيكية.
مقاومة التآكل
في الخدمة الجوية، يوفر 6065 مقاومة تآكل عامة جيدة مماثلة لسبائك 6xxx، ويمكن تحسينها أكثر بالأنودة والطلاءات العضوية. في بيئات بحرية وحاملة للكلوريدات، الأداء جيد إلى حد ما لكنه ليس مقاومًا بطبيعته مثل سبائك 5xxx الحاملة للمغنيسيوم؛ يُنصح باستخدام تشطيب وقائي وتصميم لتجنب التجاويف. القابلية لتصدع التآكل الإجهادي أقل من العديد من سبائك 7xxx العالية القوة، لكن قد يحدث SCC في ظروف شد مع بيئات هاليد عدوانية؛ تجنب الإجهادات الشد الباقية ومراقبة ميكروهيكل اللحام تقلل المخاطر.
التداخل الكهروكيميائي يتبع سلوك الألومنيوم القياسي: 6065 أنودي مقارنة بالعديد من الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النحاس، والحماية الأنودية أو الأنودات الهامة وسائلاً شائعة للتخفيف في التجميعات متعددة المعادن. مقارنة بسبائك سلسلة 1xxx، يمنح 6065 قوة أعلى بكثير على حساب تقليل التوصيل الكهربائي وقابلية أعلى نسبيًا للتآكل الموضعي في حال تلف الطلاءات الواقية. التحضير السطحي المناسب، والطلاءات، والأنودة هي وسائل فعالة للحفاظ على الأداء طويل الأمد في البيئات الصعبة.
خواص التصنيع
قابلية اللحام
يلحَم 6065 بسهولة بعمليات الانصهار الشائعة مثل TIG وMIG، وتتشابه قابلية اللحام مع سبائك Mg-Si الأخرى عند اختيار المعادن الحشو المناسبة. السبائك الحشو النموذجية هي ER4043 (Al-Si) لتقليل التشقق الساخن وتحسين التدفق، أو ER5356 (Al‑Mg) حيث يكون مطلوبًا قوة ومقاومة تآكل أعلى بعد اللحام؛ يعتمد الاختيار على متطلبات الأداء الميكانيكي والتآكل. تظهر منطقة تأثر الحرارة بعض التليّن مقارنة بالمادة الأصلية T6، واستعادة القوة الكاملة لـT6 عبر اللحام تتطلب عادة معالجة حرارة محاليل وإعادة تقادم، وهو نادرًا ما يكون عمليًا للتجميعات النهائية. التحكم الدقيق في معلمات اللحام، والمعالجات ما قبل وبعد اللحام، وتصميم الوصلات يقلل من التشكّل وتدهور خواص منطقة تأثر الحرارة.
قابلية التشغيل
قابلية التشغيل لـ6065 متوسطة وتشابه العديد من سبائك 6xxx؛ يُشغّل أفضل من العديد من سبائك الألمنيوم عالية القوة لكنه ليس سهلاً مثل بعض السبائك المخصصة للتشغيل السهل. يُوصى باستخدام أدوات كربيد ذات زاوية قطع إيجابية وتبريد كافٍ لتجنب تكون طبقة التوسع والحفاظ على سلامة السطح عند سرعات قطع عالية. تشمل إرشادات التشغيل المعتادة سرعات دوران متوسطة إلى عالية مع زيادة التغذية للتحكم في الردم؛ تُحقق تشطيبات دقيقة باستخدام هندسة الأدوات المناسبة وثبات التثبيت. للمكونات ذات الأبعاد الدقيقة، يجب مراعاة المعالجة الحرارية السابقة والتلوثات الرتبطية لأن الإجهادات المتبقية والارتداد تؤثر على الاستقرار البعدي بعد التشغيل.
قابلية التشكيل
يُفضل التشكيل البارد والثني في المعالجات اللينة مثل O أو T4؛ حيث توفر هذه المعالجات اللدونة المطلوبة لنطاقات الانحناء الضيقة والأشكال المعقدة. في معالجة T6، تنخفض قابلية التشكيل ويجب زيادة نصف قطر الانحناء الأدنى لمنع التشقق وكسر الحواف؛ القواعد التصميمية النموذجية تشير إلى أن أنصاف أقطار الانحناء الداخلية تكون 2–3× السماكة للمعالجة T6 و0.5–1× السماكة للمعالجة O، ولكن التفاصيل تعتمد على هندسة المقطع والأدوات. التصلب الناتج عن عمليات الثني يزيد من مقاومة الخضوع المحلية وقد يعقد عمليات التشكيل أو المعالجة الحرارية اللاحقة. في عمليات التشكيل الكبرى، يُنصح بإدماج دورات التلدين أو المعالجة بالتقادم ضمن خطة العملية للتحكم في الاستقرار البعدي والخصائص النهائية.
سلوك المعالجة الحرارية
6065، كسبائك يمكن معالجتها حراريًا، يستجيب لتسلسلات التصلب بالتقسية الكلاسيكية: المعالجة بالمحلول، التبريد السريع، والتقادم الصناعي. درجات حرارة المعالجة بالمحلول النموذجية تتراوح بين 520–550°C، تُحفظ لفترة كافية لإذابة مراحل المذاب بشكل متجانس، يليها تبريد سريع للحفاظ على حالة الإفراط في التشبع. يُجرى التقادم الصناعي لتحقيق معالجة T6 عادةً عند 160–175°C لعدة ساعات؛ وتُحصل أعلى صلادة