ألمنيوم 7079: التركيب، الخصائص، دليل المعالجة، والتطبيقات

نظرة شاملة

سبائك الألمنيوم 7079 هي سبائك عالية القوة وقابلة للمعالجة الحرارية ضمن سلسلة 7xxx، تتميز باستخدام الزنك كعنصر سبائكي رئيسي مع إضافات مهمة من المغنيسيوم والنحاس. تقع هذه السبائك في الطرف عالي القوة من سبائك الألمنيوم المصنعة وتهدف إلى التطبيقات الهيكلية التي تتطلب نسبة قوة إلى وزن حرجة.

تتحقق قوة السبائك من خلال المعالجة الحرارية بالحلول المحلولة تليها الشيخوخة الصناعية (تقسية ترسيبية)، والتي تنتج ترسيبات دقيقة من MgZn2 واحتوائها على النحاس تعيق حركة الانزلاقات. تشمل الصفات الرئيسية قوة عالية جداً، ومقاومة تعرّض للتآكل متوسطة إلى ضعيفة مقارنة بسبائك 5xxx و6xxx، وقدرة محدودة على اللحام في حالة الشيخوخة القصوى، وقابلية متفاوتة للتشكيل تتحسن في درجات الطراوة الأطرى.

تشمل الصناعات النموذجية التي تستخدم 7079 الهياكل الأساسية والثانوية للطائرات، والسلع الرياضية عالية الأداء، ومكونات الدفاع، وتطبيقات السيارات والبحرية المتخصصة التي تتطلب قوة ثابتة عالية. يختار المهندسين 7079 على غيرها من السبائك عند الحاجة إلى مزيج استثنائي من مقاومة الخضوع ومقاومة الشد مع الاحتفاظ باللحامية أو قابلية التشكيل مع ضوابط العمليات، أو عندما يمكن استخدام معالجات الشيخوخة/التمبّر لتحقيق توازن في مقاومة التكسير الإجهادي الناتج عن التآكل.

يُفضَّل اختيار 7079 بدلاً من 7075 أو 7050 عند توفر تراكيب كيميائية أو طرق معالجة محسنّة تعطي خصائص محسنة عبر السماكة، أو عند استخدام درجات تمبّر محددة (مثل الشد المحكوم، أو الشيخوخة المفرطة) التي توفّر توليفات مرغوبة من مقاومة التآكل الإجهادي المتسبب بالتشققات والمتانة المحتفظ بها. كما يتم اختيار السبائك على سلسلة 6xxx الشائعة عندما يكون التركيز على القوة الهيكلية القصوى بدلاً من الموصلية أو سهولة التشكيل.

درجات التمبّر

التمبّر	مستوى القوة	الإطالة	قابلية التشكيل	اللحامية	ملاحظات
O	منخفضة	مرتفعة	ممتازة	ممتازة	معتّقة بالكامل، أعلى دكتيلية للتشكيل
H12	منخفضة-متوسطة	متوسطة	جيدة	جيدة	تصلب جزئي نتيجة إجهاد، زيادة محدودة في القوة
H14	متوسطة	متوسطة	مقبولة	مقبولة	تصلب خفيف للأقسام الرقيقة
T5	متوسطة-عالية	متوسطة	مقبولة	ضعيفة (فقدان قوة بعد اللحام)	مبرد بعد تشكيل بدرجة حرارة مرتفعة ومعتّم صناعياً
T6	عالية	منخفضة-متوسطة	ضعيفة	ضعيفة	حالة الشيخوخة القصوى، أعلى قوة شائعة
T651	عالية	منخفضة-متوسطة	ضعيفة	ضعيفة	تمت المعالجة الحرارية بالحلول، مخفف إجهاد بواسطة الشد، ومعتّم صناعياً
T76	متوسطة-عالية	متوسطة	مقبولة	ضعيفة	تمبّر مفرط الشيخوخة لتحسين مقاومة التآكل الإجهادي
H112	متوسطة-عالية	متوسطة	مقبولة	ضعيفة	تمبّر مستقر بعد المعالجة الحرارية

اختيار التمبّر يؤثر بشكل كبير على الخواص الميكانيكية ومقاومة التآكل النهائية لسبائك 7079؛ الحالة المعتقة O تمكّن من التشكيل والطي العميق، في حين توفر درجات T6/T651 الأداء الهيكلي الأقصى. التمبّرات المفرطة الشيخوخة مثل T76 تقلل من قابلية التآكل الناتج عن الإجهاد، على حساب بعض مقاومة الشد والخضوع، مما يجعلها مفيدة للبيئات العدائية.

التركيب الكيميائي

العنصر	النسبة المئوية	ملاحظات
Si	0.10 كحد أقصى	شائبة؛ كميات صغيرة مقبولة للنشاطات الصب، تأثير تقسية محدود
Fe	0.50 كحد أقصى	مكونات بين فلزية؛ ارتفاع محتوى الحديد يقلل المتانة وعمر التعب
Cu	1.0–2.0	يزيد القوة، يؤثر على سلوك الترسيب والمتانة
Mn	0.30 كحد أقصى	يمكن أن يغيّر بنية الحبيبات، تقوية محدودة
Mg	2.0–3.0	الشريك الرئيسي في التقسية مع Zn لتشكيل ترسيبات MgZn2
Zn	6.0–7.5	العنصر الرئيسي في التقوية؛ يتحكم بكيمياء الترسيبات وأعلى قوة
Cr	0.18–0.35	التحكم في بنية الحبيبات وتحسين مقاومة إعادة التبلور
Ti	0.10–0.25	مكرر الحبيبات، يستخدم بكميات صغيرة للسيطرة على حجم حبيبات الصب/القالب
عناصر أخرى (لكل منها)	بقايا	عناصر أثرية ومخلفات يتم التحكم بها للحفاظ على المتانة وسهولة المعالجة

تتحكم بشكل رئيسي تركيبة Zn–Mg–Cu في أداء 7079؛ حيث يتحد Zn وMg لتشكيل الترسيب المقوّي الأساسي MgZn2، في حين أن Cu يغير شكل الترسيب ويؤثر على ديناميكيات الشيخوخة. يضاف الكروم والتيتانيوم بكميات صغيرة لتحسين هيكل الحبيبات ومقاومة إعادة التبلور أثناء المعالجة، الأمر الذي يعزز المتانة وخصائص السماكة.

الخصائص الميكانيكية

في حالة الشد، يُظهر 7079 اعتماداً كبيراً على التمبّر والسماكة. في الحالة المعتقة (O) تكون مقاومة الشد منخفضة نسبياً والإطالة عالية، مناسبة للتشكيل والعمل البارد. في درجات الشيخوخة القصوى (T6/T651) تصل مقاومة الشد والخضوع إلى قيم مميزة للسبائك عالية القوة من سلسلة 7xxx لكن الدكتيلية تقل؛ تتراوح الإطالة عادة ضمن نسبة فردية إلى منخفضة مزدوجة بالنسبة للسماكات الهيكلية.

تتبع الصلادة المقاومة مع زيادات ملحوظة من O إلى T6؛ حيث تقترب الصلادة في T6 من النطاق المستخدم لمكونات الألمنيوم الهيكلية وترتبط بأداء تعب جيد عموماً في المواد المعالجة بشكل سليم. يتأثر سلوك التعب بسطح التشطيب، وحالة الإجهاد المتبقي، وحضور جزيئات بين فلزية كبيرة أو مسامية ناتجة عن المعالجة؛ يُستخدم الرش السطحي والمعالجات السطحية غالباً لتمديد عمر التعب.

تؤثر السماكة على القوة الممكن تحقيقها وسلوك الكسر لأن فعالية المعالجة الحرارية والتبريد تقل مع زيادة المقطع العرضي، وأيضاً لأن الإجهادات المتبقية وخصائص الميكروهيكل عبر السماكة تختلف مع حجم القطعة. قد تظهر الألواح السميكة خصائص ميكانيكية أقل وقابلية أعلى للتقشر والتآكل بين الحبيبات مقارنة بالألواح الرقيقة.

الخاصة	الحالة O/المعتقة	التمبّر الرئيسي (مثلاً T6/T651)	ملاحظات
مقاومة الشد	200–320 MPa	520–640 MPa	حالة T6 تعطي أعلى مقاومة شد؛ القيم تعتمد على السماكة والتحكم في التمبّر
مقاومة الخضوع	90–160 MPa	430–560 MPa	مقاومة الخضوع تزداد بشكل كبير مع التقسية والترطيب
الإطالة	12–22%	6–12%	الحالة المعتقة عالية الدكتيلية؛ والشيخوخة القصوى تقلل الدكتيلية للتشكيل
الصلادة	~50–80 HB	~150–190 HB	الصلادة تتناسب مع حالة الترسيب والتمبّر، والشيخوخة المفرطة تخفض الصلادة قليلاً

الخصائص الفيزيائية

الخاصة	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.78–2.82 g/cm³	ملامح الكثافة للسبائك العالية القوة في سلسلة Al–Zn–Mg–Cu؛ القيمة تعتمد على التركيب الدقيق
نطاق الانصهار	~480–640 °C	نطاق الصلدة/اللانصهار متأثر بالزنك والنحاس؛ مطلوب تحكم حراري دقيق أثناء الصب/اللحام
الموصلية الحرارية	120–150 W/m·K	أقل من الألمنيوم النقي؛ السبائك والترسيبات تقلل الموصلية
الموصلية الكهربائية	~30–35 %IACS	مخفضة مقارنة بالألمنيوم النقي بسبب ذوبان العناصر والانتثار الترسيبي
السعة الحرارية النوعية	~0.88–0.90 J/g·K	مماثلة لسبائك الألمنيوم الأخرى عند درجة حرارة الغرفة
المعامل الحراري للتمدد	23–24 x10^-6 /K	مشابه لسلسلة 7xxx الأخرى؛ مهم لتصميم الوصلات مع مواد مختلفة

تعكس الخصائص الفيزيائية لسبائك 7079 التوازن بين المصفوفة المعدنية الألمنيومية وعدد الترسيبات الكثيفة. الموصلية الحرارية والكهربائية معتدلة وتنخفض مع زيادة السبائكية والترسيبات؛ يجب على المصممين أخذ تقليل التبريد الحراري بعين الاعتبار مقارنة بالألمنيوم النقي أو السبائك منخفضة السبائكية في سلسلة 1xxx/3xxx.

تمدد المادة حرارياً والسعة الحرارية النوعية قريبة من قيم الألمنيوم النموذجية. ينبغي استخدام استراتيجيات إدارة الحرارة مع الأخذ في الاعتبار الموصلية الأقل للسبائك عند استخدامها في تطبيقات تبديد الحرارة أو في بيئات تدرجات حرارية مرتفعة.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	المعالجات الحرارية الشائعة	ملاحظات
ألواح (Sheet)	0.5–6.0 mm	مدى كامل من منخفض (O) إلى عالي (T6/T651)	O, T5, T6, T651, T76	يستخدم على نطاق واسع للسطح والأجزاء الهيكلية الثانوية
صفائح (Plate)	6–150 mm	انخفاض القوة في الأقسام السميكة؛ حساسية التبريد	T6, T651, T76	الصفائح السميكة تتطلب معالجة لأقسام ثقيلة وتبريد محكم
بثق (Extrusion)	مقطع عرضي حتى ~200 mm	قوة طولية جيدة، تعتمد على المعالجة الحرارية	T5, T6, T651	سبائك البثق تتطلب قالب وتبريد محكم لتجنب عدم تجانس الطور T
أنابيب (Tube)	أقطار نموذجية لأنابيب هيكلية	قوة مشابهة للألواح في الأنابيب الرفيعة الجدران	T5, T6	يستخدم السحب البارد والمعالجة الحرارية للحصول على الخواص النهائية
قضبان/أعمدة (Bar/Rod)	أقطار/مقاطع لوسائل التثبيت والتجهيزات	قوة محورية عالية ممكن تحقيقها	O, T6	قابلة للتشغيل في حالة O وتقوى في T6 بعد التعتيق

يغير الشكل وطريق المعالجة الخصائص الممكنة بشكل كبير: حيث تطور البُرادات والأنابيب المسحوبة اتجاهية قوية تؤثر على خاصية اللاتماثل وسلوك الكسر. سماكة الصفيحة تمثل حدًا عمليًا لتحقيق خصائص T6 الكاملة بسبب بطء معدلات التبريد وزيادة مخاطر الإجهادات المتبقية والتشوه الناتج عن التبريد السريع.

تحدد أشكال المنتجات المختلفة أيضاً خطوات المعالجة الثانوية: غالباً ما تتطلب الصفائح معالجة تذويب (solutionizing) وتعتيق في أفران كبيرة مع تبريد وتسوية دقيقة، في حين تُعتق البُرادات عادة من حالة ما بعد البثق لتحقيق المعالجة المطلوبة مع حد أدنى من التشوه.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	7079	الولايات المتحدة	التسمية الأساسية حسب معايير Aluminum Association
EN AW	7079	أوروبا	تسمية EN المكافئة، تستخدم شائعاً للمنتجات المشغولة
JIS	A7079	اليابان	تسمية JIS تتوافق مع المواصفات الكيميائية والميكانيكية لـ AA
GB/T	7079	الصين	المعيار الصيني غالباً ما يشير إلى كيميائيات ومعالجات حرارية مشابهة

تعكس جداول التكافؤ تشابهًا واسعًا في الكيمياء وصيغ المعالجة الحرارية، ولكن قد توجد فروق دقيقة في حدود الشوائب، متطلبات المعالجة، وضمان الخصائص عبر المعايير. عند تحديد مكونات 7079 على الصعيد الدولي، يجب على المهندسين التحقق من المعيار الدقيق، التسامحات المسموح بها، واختبارات القبول لضمان القابلية للتبادل.

مقاومة التآكل

تعاني 7079 من مقاومة تآكل عامة وتآكل نقطي أقل مقارنة مع السبائك من سلسلة 5xxx والعديد من 6xxx نتيجة المحتوى العالي من Zn وCu الذي يعزز الذوبان الأنودي والهجوم بين الحبيبي في ظروف معينة. في الأجواء المتعادلة يُظهر السبيكة أداءً مقبولاً، لكن البيئات البحرية وذات الأملاح (الكلوريدات) تسرع الآليات المحلية للتآكل.

تشققات التآكل الناتجة عن الإجهاد (SCC) تمثل قلقاً ملحوظاً لسبائك 7xxx عالية القوة، وتزداد القابلية مع المعالجات الحرارية العالية القوة مثل T6؛ يمكن لتجاوز التعتيق (مثل T76) وتقليل الإجهادات المتبقية المحكومة أن يخفضا بشكل كبير مخاطر SCC. تشمل الاستراتيجيات الوقائية الطلاءات الماصة، التأكسد الكهربائي (anodizing)، طبقات تحويل الكرومات، الحماية الكاثودية، والاختيار الدقيق للمعالجة الحرارية وتخفيف الإجهاد بعد التشكيل.

التفاعل الجلفاني مع مواد أكثر نبلاً مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم يؤدي إلى تسريع الذوبان الأنودي لـ 7079 في المحاليل؛ لذا يجب على المصممين عزل المعادن المختلفة أو توفير طبقات عازلة لتجنب التآكل الجلفاني. بالمقارنة، توفر سبائك 7xxx قوة أعلى لكنها أقل مقاومة للتآكل من سبائك 5xxx والعديد من 6xxx التي تقدم مقاومة تآكل أفضل على حساب القوة.

خصائص التصنيع

القابلية للحام

يعتبر لحام 7079 تحدياً: غالباً ما يسبب اللحام بالانصهار (TIG/MIG) فقداناً شديداً في القوة بمنطقة التأثير الحراري بالإضافة إلى مخاطر الشقوق الساخنة والفراغات. اختيار مادة الحشو أمر حرج، وغالبًا ما يستخدم اللحامون مواد حشو من عائلات Al–Si أو Al–Mg (مثل 4043 أو 5356) حسب متطلبات الخدمة، لكن الوصلات الملحومة نادراً ما تصل إلى قوة المادة الأم، ونادراً ما تستعيد المعالجات العمرية بعد اللحام الخواص القصوى. غالباً ما يفضل التثبيت الميكانيكي، اللصق، أو اللحام بالاحتكاك؛ حيث يمنح اللحام بالاحتكاك خصائص وصلات متفوقة وقابلية أقل لتشققات التآكل الناتجة عن الإجهاد في كثير من الحالات.

قابلية التشغيل

تعتبر قابلية التشغيل لـ 7079 متوسطة؛ المعالجات الحرارية ذات التعتيق الأعلى تكون أشد على الأدوات وتنتج رقائق قصيرة ومكسورة، في حين أن المادة المعالجة حرارياً (المخمرة) تسهل التشغيل وتنتج رقائق طويلة. يوصى باستخدام أدوات كربيد ذات هندسة زاوية قطع إيجابية وتبريد عالي الضغط للحفاظ على عمر الأداة وجودة السطح، ويجب ضبط سرعات التغذية والتشغيل حسب حالة المعالجة وحجم المقطع. تؤثر الجسيمات بين المعدنية المحتجزة وبقايا السطح على نوعية التشطيب والمكونات الحساسة للإجهاد تحتاج إلى تخفيف إجهاد دقيق بعد التشغيل.

قابلية التشكيل

أفضل تشكيل يتم في المعالجات اللينة (O أو H1x) حيث يتم تعظيم الاستطالة والقابلية للانحناء؛ حالات T6 وT651 لها قابلية تشكيل باردة محدودة وتتطلب أنصاف أقطار انحناء أكبر وآلات خاصة. يمكن استخدام التشكيل التدريجي، التشكيل الدافئ، أو التخمير السابق للحصول على أشكال معقدة. يجب على المصممين الالتزام بالحد الأدنى لأنصاف أقطار الانحناء وتجنب الحواف الحادة في حالة T6 لتجنب التشققات؛ كما يمكن إجراء معالجة تذويب عقب التشكيل وتعتيق إذا سمحت تحمّلات الشكل والتشوهات.

سلوك المعالجة الحرارية

كسبيكة قابلة للمعالجة الحرارية، تستجيب 7079 بقوة لمعالجة التذويب، التبريد السريع، ودورات التعتيق الصناعي. تقع درجات حرارة التذويب النموذجية في نطاق 470–480 °C، ويتم الاحتفاظ بها لفترة كافية لتجانس الأطوار الغنية بالعناصر المذابة، يلي ذلك تبريد سريع للاحتفاظ بمحلول صلب مشبع فوق الحد. التعتيق الصناعي التالي عند درجات حرارة عادة بين 120–170 °C يترسب فيه طور MgZn2 وطور يحتوي على النحاس لتعزيز القوة القصوى (T6).

تؤدي دورات التعتيق الزائد (مثلاً T76) إلى تخشن المترسبات بهدف تحسين مقاومة تشقق التآكل الناتج عن الإجهاد والتقشر، مع تقليل القوة القصوى. يشير T651 إلى أن المادة خضعت لمعالجة تذويب ثم تعتيق صناعي للوصول إلى T6، ثم تخفيف إجهاد عن طريق التمدد؛ حيث يخفف التمدد من الإجهادات المتبقية الناتجة عن التبريد ويقلل التشوه للأجزاء الدقيقة.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

تفقد 7079 جزءاً كبيراً من قوتها مع ارتفاع درجات الحرارة؛ يحدث تليين ملحوظ فوق حوالى 120–150 °C، ويجب على المصممين تقليل درجات حرارة الخدمة المستمرة تبعاً لذلك. في حالات التعرض قصير الأمد للحرارة المرتفعة تحافظ السبائك على بعض القدرة على تحمل الأحمال، لكن مقاومة الزحف ضعيفة مقارنة بالسبائك المقاومة للحرارة العالية وتتناقص بسرعة مع ارتفاع الحرارة والإجهاد.

يتم التحكم في الأكسدة عادةً بطبقة الأكسيد الذاتية للألمنيوم، لكن التعرض للحرارة العالية يسرع الهجوم البيئي ويزيد من تدهور الحدود الحبيبية. يمكن لمناطق التأثير الحراري الناتجة عن اللحام أن تظهر تقليل موضعي في الخصائص ومشاكل استقرار طويلة الأمد إذا تعرضت لتحميل حراري أو ميكانيكي متكرر.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام 7079
الفضاء الجوي	مقابض، قواعد تركيب، تجهيزات حرجة	نسبة عالية للقوة إلى الوزن، متانة كسر جيدة عند المعالجة
البحرية	أُطر هيكلية وعوارض	قوة ثابتة عالية وقدرة على تجاوز التعتيق لمقاومة SCC
السيارات	مكونات هيكلية ونظام التعليق عالية الأداء	توفير الوزن مع قوة عائد عالية لأجزاء السلامة الحيوية
الدفاع	حوامل الأسلحة، مكونات هيكلية	قوة عالية ومقاومة للرصاص والصدمات في أشكال مصممة
الأدوات الرياضية	هياكل الدراجات، مكونات عالية الأداء	خيار خفيف الوزن عالي القوة للمعدات التنافسية

يُستخدم 7079 حيث يحتاج المصممون إلى توليفة محسنة من القوة الثابتة العالية والمتانة المقبولة مع إمكانية تخصيص مقاومة التآكل من خلال المعالجة الحرارية والمعالجات السطحية. دور السبائك يظهر بوضوح في المكونات التي لا يمكن أن يؤدي تقليل الوزن فيها إلى التضحية بالسلامة الهيكلية.

نصائح الاختيار

يُعد 7079 خياراً عالي القوة عندما تكون قوة الخضوع ومقاومة الشد من الأولويات؛ مع توقع وجود مقايضات في مقاومة التآكل، القابلية للحام، وقابلية التشكيل. استخدم حالات المخمّر للتشكيل والمعالجات ذات التعتيق الكامل أو المتجاوز للحصول على مكونات هيكلية نهائية، مع موازنة مقاومة SCC مقابل متطلبات القوة القصوى.

مقارنةً بالألمنيوم التجاري النقي (1100)، يتخلى 7079 عن التوصيل والقابلية للتشكيل لصالح قوة وصلابة أعلى بكثير. مقارنةً بسبائك العمل المقسى مثل 3003 أو 5052، يوفر 7079 قوة ثابتة أعلى بشكل ملحوظ لكن أداء تآكل أسوأ وقابلية تشكيل باردة أقل. مقارنة بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية الشائعة مثل 6061/6063، يمنح 7079 قوة قصوى أعلى لكن عادةً بتكلفة أكبر، وقابلية أعلى للتشققات بالتآكل الناتج عن الإجهاد، ومتطلبات أشد في اللحام والتشكيل.

عند اختيار 7079، ضع في الاعتبار التوفر، تكلفة الحلات الحرارية ودورات المعالجة الحرارية، واحتياجات التصنيع اللاحقة؛ إذا كانت سهولة اللحام أو مقاومة التآكل الفائقة مطلوبة، فقد يكون البديل من سلسلة 6xxx أو 5xxx أكثر ملاءمة. استخدم 7079 عندما تبرر المتطلبات الهيكلية والمتطلبات الخاصة للأداء نسبة إلى الوزن المعالجة الإضافية وتدابير الحماية.

الخلاصة النهائية

لا يزال 7079 ذو صلة كسبائك ألومنيوم عالية القوة متخصصة تمكّن تصميمات هيكلية حاسمة من حيث الوزن حيث تكون مقاومة الشد والخضوع ذات أولوية قصوى. تكمن قيمته في القدرة على تفصيل القوة ومقاومة التآكل من خلال اختيار الحلات الحرارية والمعالجة الحرارية المحكمة، مما يجعله السبائك المثالية لتطبيقات الطيران والدفاع والهندسة عالية الأداء والمتطلبة.