ألمنيوم 7085: التركيب، الخواص، دليل المعالجة، والتطبيقات

نظرة شاملة

7085 هو سبيكة ألومنيوم عالية القوة تنتمي إلى سلسلة 7xxx، وهي بشكل أساسي سبائك تحتوي على Zn–Mg–Cu ومصممة خصيصًا لتطبيقات هياكل الطائرات. تركز هذه السبائك على مقاومة خضوع وشد عالية مع كيمياء سبائكية مُفصلة لتحقيق توازن بين القوة، ومقاومة الكسر، ومقاومة تشققات الإجهاد الكريه مقارنة بالسبائك القديمة من سلسلة 7xxx.

العناصر الرئيسية في السبائك هي الزنك كمقوٍ رئيسي، والمغنيسيوم الذي يشكل ترسيبات معززة من MgZn2، والنحاس الذي يزيد من القوة بعد التبريد ويؤثر على حركيات التعتيق. كما تُضاف كميات قليلة من الزركونيوم، والكروم، أو التيتانيوم عادةً للتحكم في هيكل الحبوب، ومنع إعادة التبلور، وتحسين الهياكل المجهرية بعد عملية إعادة التبلور في الصفائح أو البروفيلات ذات القسم السميك.

7085 هي سبيكة قابلة للمعالجة بالحرارة تستمد أقصى قوة لها من معالجة حرارية بالذوبان، والتبريد السريع، والتعتيق الصناعي لتكوين ترسيبات متماسكة وغنية بـMg–Zn. تشمل الخصائص الرئيسية قوة ثابتة جداً عالية وصلابة كسر جيدة مقارنة بمستوى القوة، وقابلية لحام متوسطة إلى ضعيفة بطرق الالتحام التقليدية، وشكلية محدودة في درجات التعتيق القصوى مع أداء متفوق في درجات التعتيق الزائد المضبوط.

تُستخدم بشكل رئيسي في صناعات الهياكل الأولية والثانوية للطائرات، ومكونات الدفاع عالية الأداء، وغيرها من القطاعات التي تتطلب نسبة قوة إلى وزن عالية وتحمل تلف مهم. يختار المهندسون 7085 على غيرها من السبائك عندما يتطلب الأمر مزيجاً من قوة القسم السميك، ومقاومة أفضل لبدء التشققات، وأشكال منتجات مؤهلة للطيران، ويفضلونه غالبًا على 7075 أو 7050 عند عدم تحقيقهما لمعايير الصلابة أو مقاومة تشققات الإجهاد في الصفائح السميكة.

أنواع التعتيق

درجة التعتيق	مستوى القوة	الإستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية	ممتازة	ممتازة	مُنعّمة بالكامل، أعلى مرونة للتشكيل البارد
H111	منخفضة–متوسطة	متوسطة	جيدة	متوسطة	مُقوَّاة جزئياً بالتشوه، محدودة التشكيل لأطراف صغيرة الانحناء
T5	متوسطة–عالية	متوسطة	متوسطة	ضعيفة	مبردة من درجة حرارة مرتفعة وتعتيق صناعي
T6	عالية	منخفضة–متوسطة	ضعيفة	ضعيفة	معتيقة لتحقيق أقصى قوة؛ شائعة للهياكل الثابتة
T651	عالية	منخفضة–متوسطة	ضعيفة	ضعيفة	T6 مع تخفيف الإجهاد عن طريق الشد لتقليل الإجهادات المتبقية
T73 / T76	متوسطة–عالية	متوسطة	متوسطة	ضعيفة	تعتيق زائد لتحسين مقاومة تشققات الإجهاد وصلابة الكسر
H14	متوسطة	متوسطة	متوسطة	متوسطة	مُقوَّاة بالتشكيل المحدود، مستخدمة في شكل صفائح

يلعب التعتيق دوراً أساسياً في ضبط توازن القوة/الصلابة/قابلية التشكيل؛ حيث تتاح فرصة كبيرة للتشكيل البارد في الأحوال المُنعّمة مع نقصان في القوة، بينما توفر درجات T6 وT651 أقصى قوة ثابتة مع انخفاض المرونة. درجات التعتيق الزائد مثل T73 أو T76 تقلل عمدًا من القوة القصوى لتحسين مقاومة تشققات الإجهاد وزيادة صلابة الكسر، مما يجعلها شائعة للصفائح السميكة في صناعة الطيران.

التركيب الكيميائي

العنصر	نسبة %	ملاحظات
Si	0.10 كحد أقصى	شائبة؛ تأثير محدود على القوة
Fe	0.20 كحد أقصى	شائبة شائعة؛ زيادتها قد تُكوّن مركبات بين فلزية تؤثر على الصلابة
Mn	0.05 كحد أقصى	نسبة منخفضة عادة في سبائك 7xxx؛ دور محدود
Mg	2.0–3.0	عنصر أساسي في تكوين الترسيبات (MgZn2) المسؤول عن تقسية التعتيق
Cu	1.5–2.5	يزيد القوة ويؤثر على حركيات التعتيق والصلابة
Zn	6.5–8.5	العنصر المقوي الرئيسي؛ يتم ضبط مستواه لتحقيق قوة قصوى ومقاومة تشقق الإجهاد
Cr	0.05–0.25	مُضاف للتحكم في الهيكل المجهري ومنع إعادة التبلور
Ti	0.02–0.10	مُصغر للحبوب في الأشكال المصبوبة أو المشغولة
عناصر أخرى (Zr, Ag, B)	كميات أثرية	قد يُستخدم Zr أو إضافات أثرية أخرى للتحكم في نمو الحبوب وتحسين الصلابة؛ تختلف النسب حسب المنتج

تعتمد آداء السبائك بشكل رئيسي على نظام Zn–Mg–Cu الذي يتحكم في حركيات التعتيق وتركيب الترسيبات؛ حيث يعزز ارتفاع الزنك والمغنيسيوم التوزيع الكثيف للترسيبات المقوية بينما يؤثر النحاس على تركيبها والإجهاد المتماسك. تُضاف كميات صغيرة من الزركونيوم أو الكروم عمدًا لإنتاج هيكل حبيبي فرعي في الصفائح السميكة، مما يقلل من الاستعادة وتشكيل الترسيبات على حدود الحبوب، وبالتالي يحسن صلابة الكسر ويقلل عرضة التآكل بين الحبيبي.

الخواص الميكانيكية

يعرض 7085 مقاومات شد وخضوع عالية في درجات التعتيق القصوى مع استطالة أقل مقارنة بسبائك الألمنيوم ذات القوة المنخفضة. يظهر سلوك الخضوع تراجعًا محدودًا لكن مع اعتماد كبير على سمك القسم وحالة التعتيق؛ حيث تظهر الأقسام السميكة عادة قيم خضوع وشد أقل بسبب بطء معدلات التبريد. تختلف الاستطالة اختلافًا كبيرًا حسب التعتيق والسُمك، حيث يظهر المقطع المُنعّم أو O استطالة في خانة العشرات المتوسطة بينما تكون لدرجات T6/T651 عادة في خانة العشرات المنخفضة أو المفردة.

الصلادة في درجات التعتيق القصوى مرتفعة وترتبط بقوة الشد؛ حيث تقع قيم صلادة برينيل للصفائح T6/T651 عادة في مدى أعلى بكثير من سبائك 6xxx الشائعة ومماثلة لسبائك 7xxx عالية القوة الأخرى. أداء التعب عمومًا جيد لهذه الفئة من القوة عند الانتباه للدقة في تشطيب السطح والضغوط المتبقية؛ ومع ذلك يمكن أن تتفاقم سرعة نمو وشروع شقوق التعب بسبب التآكل الموضعي أو آثار التشغيل. يؤثر سمك القسم وطريقة المعالجة الحرارية بقوة على الخصائص الثابتة والتعبنية بسبب الحساسية لظروف التبريد والتعتيق التي تتحكم في توزيع الترسيبات والإجهاد الباقي.

الخاصية	O/مُنعّم	درجة رئيسية (مثل T6/T651)	ملاحظات
قوة الشد	~300–380 MPa	~540–620 MPa	تتناقص مع زيادة سمك القسم؛ توفر T6 أقصى قوة
قوة الخضوع	~140–250 MPa	~470–560 MPa	نسب الخضوع إلى الشد تختلف حسب التعتيق وحالة التعتيق
الاستطالة	~20–30%	~6–12%	المادة المُنعّمة أكثر قابلية للتشغيل من درجات التعتيق القصوى
الصلادة	~70–95 HB	~150–190 HB	تتوافق الصلادة مع كثافة الترسيبات ودرجة التعتيق

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.78–2.82 جم/سم³	قيمة معتادة لألومنيوم مضاف له Zn–Mg–Cu؛ أعلى قليلاً من الألومنيوم النقي
نطاق الانصهار	≈ 480–635 °C	تعتمد على مكونات السبيكة؛ أوسع من الألومنيوم النقي
التوصيل الحراري	120–150 واط/م·ك (تقريبًا)	أقل من الألومنيوم النقي بسبب تشتت الذرات المضافة
التوصيل الكهربائي	~30–40 % IACS	منخفض مقارنة بالألومنيوم منخفض السبائك بسبب محتوى الذوبان
السعة الحرارية النوعية	~0.88–0.90 جول/جم·ك	سعة حرارية نمطية للألومنيوم عند درجة حرارة الغرفة
التوسع الحراري	~23–24 ×10⁻⁶ /ك	معامل التمدد الخطي النموذجي لسبائك الألومنيوم المشغولة عند درجة حرارة الغرفة

تضع مجموعة الخصائص الفيزيائية سبيكة 7085 في الحدود المتوقعة لسبائك الألومنيوم المشغولة عالية القوة؛ حيث تبقى الكثافة منخفضة مقارنة بالصلب، مما يتيح نسبة قوة إلى وزن ممتازة. تقل التوصيلية الحرارية والكهربائية بفعل عناصر السبيكة التي تشتت الإلكترونات والفونونات، لذا لا ينبغي توقع أداء تبديد حراري يعادل الألومنيوم التجاري النقي أو سبائك سلسلة 1xxx.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك المقاومة	المخامر الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.5–6 mm	المقاومة مستقرة في السماكات الرقيقة؛ حساسية أقل للتبريد السريع	O, H111, T5	شائع للهياكل الثانوية حيث يلزم التشكيل
لوح صلب	6–200+ mm	القوة تقل مع زيادة السماكة إذا تم التبريد البطيء	T6, T651, T73/T76	عادة ما تتم معالجة الألواح الثقيلة للتحكم في التبريد والفترة الزمنية لتحسين مقاومة التشقق بالتآكل
بثق	حتى مقاطع عرضية كبيرة	القوة تعتمد على حجم المقطع والتحكم في الترسيب	T6/T651, T5	أقل شيوعًا من الألواح؛ تستخدم المقاطع للبنى المعقدة والمثبتات
أنابيب	أقطار وجدران مخصصة	الخواص الميكانيكية تتأثر بالتشكيل والمعالجة الحرارية	T6/T651	تستخدم في أنابيب هيكلية عالية القوة حيث يحظر اللحام
قضيب/عصا	أقطار حتى 150 mm	الخواص تختلف حسب المقطع والتقادم اللاحق	T6, T651	تستخدم في المطروقات، التجهيزات، والمكونات المشغولة

تؤثر اختلافات المعالجة على اختيار التطبيقات: تختار الألواح والسماكات الرقيقة للتشكيل والهياكل الخفيفة الوزن، بينما يتم تحديد الألواح الصلبة عندما تكون القوة والسماكة ومقاومة الكسر مهمة. المقاطع والمطروقات للدرجة 7085 أقل شيوعًا وتُحتفظ عادةً للمكونات التي تتطلب مزيجًا من القوة العالية ومقاومة الكسر مع أشكال مقاطع محددة.

الدرجات المعادلة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	7085	الولايات المتحدة الأمريكية	التسمية الرئيسية المستخدمة من قبل المنتجين في أمريكا الشمالية للألواح المستخدمة في الطيران
EN AW	—	أوروبا	لا يوجد مكافئ مباشر موحد وفق معيار EN؛ العديد من المصانع الأوروبية تورد متغيرات خاصة ضمن سلسلة 7xxx
JIS	—	اليابان	لا يوجد مكافئ JIS معتمد على نطاق واسع؛ الاعتماد عادة على AA أو تسميات خاصة
GB/T	—	الصين	المصانع الصينية تنتج سبائك ذات نسبة زنك عالية مماثلة لكن المكافئات المباشرة للدرجة AA7085 محدودة

7085 هي سبيكة ألمنيوم حصرية بدرجة ألواح للطيران ولا تمتلك مكافئات وطنية واسعة النطاق قابلة للتبديل بشكل مباشر؛ غالبًا ما يقدم الموردون مواصفات المصنع التي يجب مطابقتها مع المتطلبات الميكانيكية والكيميائية ومقاومة الكسر. عند الرجوع إلى المقارنات، يجب على المهندسين مقارنة نطاقات التركيب التفصيلية، تعريفات المخامر، وبيانات مقاومة الكسر بدلاً من الاعتماد فقط على أرقام الدرجات الاسمية.

مقاومة التآكل

في البيئات الجوية، توفر 7085 مقاومة معقولة للتآكل العام لكنها أكثر عرضة للهجوم الموضعي مقارنةً بسبائك سلسلة 5xxx أو 6xxx بسبب محتواها العالي من الزنك والنحاس. عادةً ما يتم تحديد المعالجات السطحية، التغليف، والطلاءات الواقية للاستخدام الخارجي أو البيئات العدوانية لتقليل ميل التآكل التخريبي والتقشير. عند معالجة الفئة T73/T76 (تغلب التقدم)، تظهر السبيكة مقاومة محسنة للتشقق بالتآكل تحت الإجهاد مقارنةً بالمخامر ذات القوة القصوى.

السلوك البحري مختلط: تؤدي 7085 أداءً مقبولًا في بيئات تآكل معتدلة عند الحماية، لكنها تتطلب طلاءات أو تغليفًا في مناطق الرش الملحي غير المحمية لتحقيق ديمومة طويلة الأمد. يجب مراعاة التفاعلات الجلفانية مع السحابات الشائعة والمواد المجاورة؛ تزاوج 7085 مع الفولاذ المقاوم للصدأ يشكل زوجًا جلفانيًا حيث يكون الألمنيوم العضو الأنودي، مما يسرع التآكل ما لم يتم عزله أو حمايته قطبيًا.

التشقق بالتآكل تحت الإجهاد يمثل تحديًا رئيسيًا مع سبائك سلسلة 7xxx: المخامر ذات القوة القصوى أكثر عرضة، خاصة عند وجود إجهادات متبقية شد وتواجد إلكتروليتات متآكلة. يستخدم التغلب على التقدم والتحكم في البنية المجهرية (عن طريق إضافات Zr/Cr للحد من ترسيبات حدود الحبيبات) كإستراتيجيات تقليل المخاطر. مقارنة بالعائلات 5xxx و6xxx، تقدم 7085 قوة عالية على حساب مقاومة التآكل؛ مقارنة بالدرجات 7075/7050، تهدف 7085 لتحقيق تعادل مرغوب—مع تقدم في المتانة ومقاومة التشقق في السماكات الكبيرة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

يُستحسن عادةً تجنب اللحام بالانصهار التقليدي لسبيكة 7085 في التطبيقات الهيكلية الأساسية نظرًا لحدوث تليين شديد في منطقة تأثير الحرارة (HAZ)، فقدان قوة، وحساسية للتشققات الساخنة والفراغات. إذا كان لابد من الربط، فتُفضل طرق اللحام بالتحريك بالاحتكاك (FSW) أو العمليات الصلبة؛ فهي تقلل عيوب الانصهار وتحافظ على خواص المعدن الأصلي. عند تنفيذ اللحام بالانصهار للوصلات غير الحرجة، يجب استخدام أسلاك حشو متخصصة والتحكم في التسخين المسبق واللاحق، مع أخذ منطقة التليين وتقليل عمر التعب في الاعتبار.

قابلية التشغيل

قابلية التشغيل لسبيكة 7085 في الحالة T6/T651 جيدة إلى متوسطة مقارنة بسبائك 7xxx عالية القوة الأخرى، مستفيدة من بُنى دقيقة نسبياً في الأشكال المصنعة؛ مع ذلك، فإن استهلاك الأدوات أعلى من سلاسل 6xxx. يوصى باستخدام أدوات كربيد حادة الزوايا، ذات انحدار إيجابي، إعدادات صلبة وتدفق تبريد جيد للتحكم في تشكل الرقاقة والحرارة. يؤثر التشطيب السطحي والإجهادات المتبقية الناتجة عن التشغيل مباشرة على عمر التعب وبداية الشقوق، لذا فإن التشطيب النهائي وممارسات تخفيف الإجهاد ضرورية لأجزاء الطيران الحرجة.

قابلية التشكيل

تعتمد قدرات التشكيل بشكل كبير على المخامر والسماكة؛ مخامر O وH111 توفر أفضل قدرة على التشكيل البارد ونصف قطر انحناءات ضيقة، بينما تعتبر T6/T651 خيارات ضعيفة للثني دون خطر التشقق. تتزايد أنصاف أقطار الانحناء الموصى بها مع القوة وتنخفض مع السماكة؛ غالبًا ما يستخدم المصممون التشكيل الحراري أو التسخين المسبق مع إعادة التقدم لإنتاج أشكال معقدة في السماكات الأكبر. لتشكيل الألواح، يقلل اختيار المخامر المناسب وتصميم الأدوات من التموجات وميل الحواف إلى التشقق.

سلوك المعالجة الحرارية

7085 قابلة للمعالجة الحرارية: عادةً ما تتم المعالجة بالحلول عند درجات حرارة قريبة من 470–480 °C لإذابة الطور القابل للذوبان، تليها تبريد سريع للاحتفاظ بمحلول صلب مشبع فائض. تختلف جداول التقدم الصناعي بحسب موازنة الخصائص المرجوة؛ عادةً ما يستخدم التقدم الذروة (T6) درجات حرارة نحو 120–130 °C لمدة 16–24 ساعة تقريبًا، بينما يُستخدم التقدم المفرط (T73/T76) بدرجات حرارة أعلى أو أوقات أطول لتكبير الترسيبات وتحسين مقاومة التشقق. يرمز T651 إلى معالجة T6 مع تمدد محكم للحد من الإجهادات المتبقية، وهو شائع للألواح الطائرة.

تشمل متغيرات المخامر T تأثيرات التقدم الطبيعي فوراً بعد التبريد وخيارات الحصول على خصائص وسطية من خلال التقدم المتقطع أو عمليات الرجعي وإعادة التقدم (RRA) لاستعادة المتانة ومقاومة التشقق بدون خسارة كبيرة في القوة. التحكم الدقيق في معدل التبريد، درجة حرارة التقدم، ووقت المعالجة بالحلول ضروري في السماكات الكبيرة لتجنب مناطق تليين موضعية وخواص ميكانيكية غير متسقة.

الأداء في درجات الحرارة العالية

تتناقص مقاومة القوة لسبيكة 7085 مع ارتفاع درجة الحرارة بسبب تكبير الترسيبات وتقليل فعاليتها؛ حدود الاستخدام للحفاظ على خواص السكون في درجة حرارة الغرفة عادةً تحت 100–120 °C اعتمادًا على الوقت والحمل. التعرض المطول فوق درجات حرارة التقدم قد يقلل القوة ويعزز التقدم المفرط، لذا يجب على المصممين الأخذ في عين الاعتبار التعرض المتقطع أثناء التشغيل أو المعالجة. الأكسدة ضئيلة في درجات الحرارة التشغيلية المعتادة للسبائك الألمنيوم، لكن التعرض المرتفع للحرارة مع الرطوبة يمكن أن يسرع الهجوم الموضعي.

في وصلات اللحام، تكون منطقة تأثير الحرارة (HAZ) معرضة بشكل خاص بسبب ذوبان وترسيب الترسيبات، مما يولد مناطق لينة تقلل من قدرة التحميل ومقاومة التعب. للمكونات المعرضة للحرارة أو التغير الحراري، تساعد علاجات تخفيف الإجهاد والاختيار الدقيق للمخامر في تقليل فقدان الخصائص على المدى الطويل.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام 7085
الطيران والفضاء	أغلفة الأجنحة والأضلاع الهيكلية	نسبة قوة إلى وزن عالية ومتانة مقاومة للكسر في الألواح السميكة
البحرية / الدفاع	تجهيزات هيكلية عالية القوة	تحمل الضرر وقوة ثابتة عالية حيث تكون الوزن مهمًا
النقل	تجهيزات هيكلية خفيفة الوزن للمركبات عالية الأداء	قوة فائقة تسمح بتقليل السماكة وتوفير الوزن
الإلكترونيات / إدارة الحرارة	بواسطات حرارية هيكلية لأجهزة إلكترونية متينة	موصلية حرارية معتدلة مع أداء هيكلي متين

تُختار 7085 عادةً للمكونات عالية القيمة والحساسة للسلامة حيث تُدفع علاوة مقابل مزيج القوة القصوى مقابل الخضوع والمتانة المحسّنة في السماكات الكبيرة. يتركز استخدامها في صناعات الطيران والدفاع حيث تتطلب التحقق من المواصفات، توفر الألواح، والمعالجة القابلة للتتبع.

نصائح الاختيار

تعد 7085 الخيار الطبيعي عندما تكون القوة العالية والمتانة المحسنة في السماكات الكبيرة مطلوبة وعندما يقبل المصممون القيود المتعلقة بقابلية اللحام والتشكيل. للتطبيقات التي يكون فيها التشكيل أو اللحام بالانصهار أولوية، فمن المرجح أن تكون السبائك الأقل قوة أو المخامر المتخصصة خيارات أفضل.

مقارنة بالألومنيوم النقي تجارياً (1100)، يتنازل 7085 عن بعض التوصيل الكهربائي والحراري وقابلية التشكيل مقابل قوة وصلابة أعلى بكثير، مما يجعله غير مناسب في التطبيقات التي تتطلب توصيلاً كهربائياً أو السحب العميق. مقارنة بالسبائك المقواة بالعمل مثل 3003 أو 5052، يقدم 7085 قوة أعلى بكثير ولكن عادةً مع مقاومة أقل للتآكل وملدونة أقل؛ يُفضَّل اختيار 7085 عندما تكون المتطلبات الهيكلية أهم من مخاوف الصيانة المرتبطة بالتآكل. مقارنة بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية الشائعة مثل 6061، يوفر 7085 قوة قصوى أعلى بشكل كبير وغالبًا ما يتمتع بمقاومة كسر أفضل في الألواح السميكة، ولكنه يأتي بتكلفة مواد أعلى وصعوبة أكبر في اللحام؛ يُفضل استخدام 7085 للعناصر الهيكلية الأساسية حيث تكون القوة الإضافية وقدرة تحمل الضرر مطلوبة.

خلاصة

يشغل 7085 مكانة متقدمة ضمن عائلة 7xxx من خلال تقديم قوة عالية جداً في الألواح ذات القسم السميك مع تحقيق توازن بين صلابة الكسر ومقاومة تكسير الإجهاد بالتآكل عبر التحكم الدقيق في التركيب الكيميائي والتمبير. يعكس اعتماده في مكونات الطيران والدفاع قدرة السبيكة على تقليل الوزن الهيكلي دون التضحية بقدرة تحمل الضرر، مما يجعله خيارًا مناسبًا للتطبيقات الهيكلية المتطلبة حيث تبرر أداء المادة تكلفتها وقيود التصنيع.