الألومنيوم 8009: التركيب، الخواص، دليل التخشين والتطبيقات

نظرة شاملة

السبائك 8009 هي من ضمن سلسلة سبائك الألومنيوم 8xxx، والتي تُعرف بـ"السبائك الخاصة" أو "السابقة التصنيف" خارج العائلات الشائعة 1xxx–7xxx. عادةً تحتوي مجموعة 8xxx على تركيبات غير نمطية من عناصر السبائك مثل المغنيسيوم، والسيليكون، والنحاس، بالإضافة إلى إضافات أثرية مُخصصة لأهداف العمليات أو الأداء المحددة بدلًا من نظام سبيكة مهيمن.

العناصر الرئيسية في سبيكة 8009 هي مغنيسيوم وسيليكون بنسب منخفضة إلى متوسطة مع تحكم بالنحاس والمنغنيز، بالإضافة إلى الحديد والعناصر الأثرية للتحكم في حبيبات المعدن وقابلية التشغيل. تم تصميم السبيكة أساسًا لتكون قابلة للمعالجة الحرارية مع تقسية ترسيبية (مراحل Mg-Si وCu) التي توفر آلية التقوية الرئيسية، على الرغم من تصنيعها أيضًا في حالات مقواة ميكانيكيًا لعمليات التشكيل.

الصفات الرئيسية للسبائك 8009 تشمل مزيج متوازن من القوة المتوسطة إلى العالية في حالات T، ومقاومة جيدة للتآكل النموذجية للألومنيوم، وقابلية تشكيل معقولة في حالات الترسيخ اللينة. القابلية للحام جيدة عمومًا باستخدام عمليات قوس الألومنيوم النموذجية، ويتم اختيار السبيكة عندما يكون مطلوبًا الجمع بين القوة، مقاومة التآكل، وقابلية التشكيل مع كثافة نسبية منخفضة.

تستخدم السبيكة 8009 في صناعات متعددة مثل السيارات (مكونات هيكلية وهيكل الجسم)، التطبيقات النقلية وهيكل الشاسيه، بعض المكونات الفرعية للطيران، والمنتجات الاستهلاكية التي تتطلب خصائص مخصصة للصفائح أو البروفيلات المبثوقة. يختار المهندسون 8009 بدلاً من سبائك أخرى عند الحاجة إلى كيمياء خاصة توفر استجابة تقوية ترسيبية أفضل من سبائك 5xxx التقليدية مع احتفاظ بسلوك تآكل أفضل من العديد من الدرجات النحاسية العالية.

أنواع الحالات الحرارية (Temper Variants)

الحالة	مستوى القوة	التمدد	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية	ممتازة	ممتازة	حالة مخدرة بالكامل لأقصى ليونة
H14	منخفضة إلى متوسطة	متوسطة	جيدة	ممتازة	مقواة خفيفة، تستخدم لتشكيل متوسط
T4	متوسطة	متوسطة إلى عالية	جيدة	جيدة	معالجة حرارية محلول وبعدها تعتيق طبيعي
T5	متوسطة إلى عالية	متوسطة	متوسطة إلى جيدة	جيدة	مبردة من العمل الساخن ومعالجة تعتيق اصطناعية
T6	عالية	منخفضة إلى متوسطة	متوسطة	جيدة	معالجة حرارية محلول وتعتيق اصطناعي لأقصى قوة
T651	عالية	منخفضة إلى متوسطة	متوسطة	جيدة	T6 مع تحكم في تخفيف الإجهاد عن طريق التمدد بعد السقي
H111	متوسطة	متوسطة	جيدة	ممتازة	حالة استقرار للصفائح مع بعض العمل البارد

اختيار الحالة الحرارية يؤثر بشدة على التوازن بين القوة وقابلية التشكيل في 8009. الحالات المخدرة اللينة O والحالات H قليلة العمل مفضلة للسحب العميق والتشكيل المعقد، بينما يتم اختيار حالات T5/T6 عندما تكون هناك حاجة لقوة ثابتة وصلابة أعلى.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة %	ملاحظات
Si	0.2–0.9	يشجع ترسيب Mg2Si عند وجود المغنيسيوم؛ يتحكم في الصب وبنية الحبيبات
Fe	0.1–0.8	شائبة شائعة؛ يكون مركبات بين فلزية تؤثر على القوة وقابلية التشغيل
Mn	0.05–0.5	مُكرر الحبيبات ويساهم في القوة عبر المشتتات
Mg	0.3–1.2	العنصر الرئيسي في التقوية عبر ترسيبات Mg-Si؛ يؤثر على قابلية التقسية
Cu	0.05–0.6	يزيد القوة والاستجابة للعتيق؛ تركيزات أعلى قد تقلل مقاومة التآكل
Zn	0.05–0.4	مساهم ثانوي في القوة؛ يجب مراقبته لتجنب حساسية التشقق الحار
Cr	0.02–0.25	يُحكم إعادة التبلور ويحسن المتانة واستقرار منطقة التأثير الحراري (HAZ)
Ti	0.01–0.15	مُكرر الحبيبات، يُضاف بكميات صغيرة للتحكم بالصب والنبش
عناصر أخرى	باقي الألومنيوم، أثرية	إضافات أثرية (مثل Zr، Li في النسخ المتخصصة) لتعديل البنية المجهرية

العناصر المعروضة تمثل النطاقات النموذجية للصفائح والمقاطع المبثوقة 8009 التجارية. المغنيسيوم والسيليكون هما العنصران الرئيسيان للتقسية الترسيبية، النحاس يعدل القوة القصوى وحركية التعتيق، بينما الكروم والمنغنيز يتحكمان في بنية الحبيبات ومقاومة إعادة التبلور أثناء المعالجة.

الخواص الميكانيكية

في الحالة المخدرة، يظهر 8009 مقاومة خضوع وشد منخفضة نسبيًا لكن بتمدد عالي، مما يسهل عمليات التشكيل والسحب العميق. الانتقال إلى حالات T5/T6 عبر المعالجة بالحرارة والحل والتعتيق الصناعي يرفع مقاومة الخضوع والشد بشكل كبير؛ تظهر حالات T6 للعتيق الذروي عادةً أفضل مزيج من الصلابة والقوة الثابتة للمكونات الهيكلية.

أداء التحمل يعتمد على الحالة الحرارية، سطح التشطيب، والسمك؛ حالات العتيق الذروي تظهر حد تعب أعلى لكنها أكثر حساسية للعيوب السطحية ومناطق التأثير الحراري الناتجة عن اللحام. يؤثر كلٌ من السمك والعمل البارد على قيم مقاومة الخضوع والشّد الظاهرة من خلال التقييد والإجهادات المتبقية؛ تُظهر القطاعات السميكة قوة وتمدد أقل قليلاً نتيجة لبطء التبريد بعد المعالجة الحرارية.

الخاصية	الحالة O/المخدرة	الحالة الرئيسية (مثلًا T6)	ملاحظات
مقاومة الشد	100–140 MPa	260–340 MPa	مقاومة الشد تزيد نحو 2 إلى 3 أضعاف من الحالة المخدرة إلى ذروة العتيق
مقاومة الخضوع	35–70 MPa	180–280 MPa	مقاومة الخضوع تتغير بشكل كبير مع العتيق والعمل البارد؛ T651 توفر تحكمًا أفضل في الإجهادات المتبقية
التمدد	20–35%	8–15%	التمدد يقل مع زيادة القوة عبر التقسية الترسيبية
الصلادة	25–55 HB	80–120 HB	الصلادة تتبع مقاومة الشد؛ تزيد مع ترسيب Mg/Si

الخواص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.69–2.71 g/cm³	مألوفة لسبائك الألومنيوم المشغولة؛ توفر قوة نوعية عالية
نطاق الانصهار	~555–660 °C	يتغير السائل/الصلب قليلاً حسب التركيب؛ سلوك انصهار تقليدي للألومنيوم
الناقلية الحرارية	120–170 W/m·K	أقل من الألومنيوم النقي لكن لا تزال جيدة لتطبيقات إدارة الحرارة
الناقلية الكهربائية	~25–45 %IACS	منخفضة مقارنةً بالألومنيوم النقي بسبب السبائكية؛ تختلف مع الحالة والمعالجة
الحرارة النوعية	~0.90 J/g·K	مماثلة لمعظم سبائك الألومنيوم الأخرى عند درجة حرارة الغرفة
التمدد الحراري	22–24 µm/m·K (20–100 °C)	معامل مشابه لسبائك الألومنيوم الأخرى؛ مهم لتجميع أجزاء مختلفة

تحافظ سبائك 8009 على الخصائص الحرارية والكهربائية المفضلة للألومنيوم، ولكن السبائكية تقلل من الموصلية مقارنةً بمادة سلسلة 1xxx. يجب على المصممين اعتبار التمدد الحراري والموصلية عند دمج مواد مختلفة لتجنب الإجهادات الحرارية وتحديد مسارات تبديد الحرارة.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	الحالات الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.3–6.0 mm	تختلف القوة حسب الحالة؛ السماكات الرقيقة تبرد بسرعة لتحافظ على خصائص T5	O, H14, T4, T5, T6	تستخدم على نطاق واسع للألواح الهيكلية والمكونات المشكلة
لوح سميك	6–25 mm	الأقسام السميكة قد تعتيق بشكل غير موحد؛ قوة فعّالة أقل في الألواح السميكة	O, T4, T6	تستخدم حيث الحاجة للصلابة والسمك
بروفيلات بثق	مقاطع حتى ~250 mm	تستجيب قطاعات البثق جيدًا للعتيق بعد السقي	O, T5, T6, T651	مقاطع معقدة شائعة في الأعضاء الهيكلية والشاسيه
أنابيب	قطر 10–200 mm	تعتمد خصائص الأنابيب على العمل البارد والحالة النهائية	O, H111, T5	تستخدم في الأطر الخفيفة وهياكل النقل
قضبان/أعمدة	قطر 3–100 mm	يمكن سحب القضبان باردًا أو تقويتها بالعتيق	O, H14, T6	تستخدم لمكونات التشغيل والقطع السالبة

مسار المعالجة يحدد البنية المجهرية والأداء النهائي: تدحرج الصفائح ومعدلات تبريد محكومة ضروريان للاستجابة الترسيبية المتسقة، بينما يستفيد البثق من التبريد السريع والتعتيق اللاحق لتحقيق الحالة المرغوبة. تتطلب الألواح والقطاعات السميكة معالجة حرارية دقيقة لتجنب التدرجات التي تضر بالتجانس الميكانيكي.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	8009	USA	التصنيف في نظام Aluminum Association لهذه السبائكية الخاصة
EN AW	8009	أوروبا	EN AW 8009 مستخدمة في بعض المواصفات؛ تحقق من أوراق بيانات المورد للمطابقة الدقيقة
JIS	A8009	اليابان	يوجد تصنيف بنمط JIS لتركيبات مماثلة؛ تحقق من المواصفات الميكانيكية
GB/T	8009	الصين	قد تختلف حدود الشوائب ومسارات المعالجة قليلاً في المعايير الصينية

المعايير العالمية لدرجة 8009 متشابهة من حيث الغرض، لكنها قد تختلف في حدود التركيب، محامل الشوائب، والتبورات المسموح بها. يجب على المشترين التحقق من شهادات المورد وتقارير الاختبارات الميكانيكية عند استبدال المواد بين المناطق لضمان التكافؤ في التطبيقات الحرجة.

مقاومة التآكل

تُظهر درجة 8009 مقاومة عامة للتآكل متوقعة في سبائك الألومنيوم نتيجة لتكوّن طبقة أكسيد الألومنيوم السلبية. في البيئات الجوية النموذجية، تظهر السبائك مقاومة جيدة؛ قد تحدث هجمات موضعية في بيئات غنية بالكلوريدات إذا لم تُستخدم طبقات طلاء أو حماية تضحية.

في البيئات البحرية، تؤدي 8009 أداءً متوسطًا لكنها ليست مقاومة بطبيعتها مثل سبائك سلسلة 5xxx عالية المغنيسيوم؛ التآكل التفريقي وتآكل الشقوق هما الآليتان السائدتان في مياه البحر عند غياب التدابير الوقائية. إمكانية تعرضها للتشقق بالتآكل الإجهادي منخفضة إلى متوسطة وتزداد مع زيادة محتوى النحاس وارتفاع درجات التقسية؛ يجب على المصممين تجنب الإجهادات المتبقية الشَّدية والنظر في المعالجات اللاحقة للّحام للأجزاء الحساسة.

التفاعلات الجلفانية مشابهة لسبائك الألومنيوم الأخرى ويجب إدارتها عند ملامسة المواد النبيلة أكثر مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو النحاس كهربائياً. بالمقارنة مع عائلات 6xxx أو 7xxx، تقدم 8009 عادة توازنًا أفضل بين مقاومة التآكل والقوة مقارنة بسبائك النحاس أو الزنك العالية، مع أداء ميكانيكي محسّن مقارنةً بالمواد شبه النقية أو منخفضة السبائك من عائلتي 1xxx و3xxx.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

تُعتبر 8009 قابلة للمعالجة بواسطة عمليات اللحام الانصهاري الشائعة مثل MIG وTIG باستخدام أسلاك حشو قياسية من 4xxx و5xxx المتوافقة، حسب كيمياء السبيكة ومتطلبات الخدمة. خطر التشقق الساخن معتدل ويزداد مع ارتفاع محتوى السليكون والزنك، لذا تصميم وصلات اللحام والتحكم الحراري قبل وبعد اللحام مهمان لتقليل تليين منطقة تأثير الحرارة (HAZ) والتشقق. غالبًا ما تُستخدم المعالجة الحرارية الاصطناعية بعد اللحام أو علاجات تخفيف الإجهاد (مثل T651 تمديد) لاستعادة القوة وتقليل الإجهادات المتبقية في التجميعات الحرجة.

قابلية التشغيل

تُصنّف قابلية التشغيل لـ 8009 على أنها متوسطة؛ فهي تُشغل بسهولة أكثر من العديد من سبائك الألمنيوم عالية القوة لكنها ليست سهلة القطع مثل بعض السبائك المحتوية على الرصاص أو السبائك المخصصة للتشغيل. يُنصح باستخدام أدوات كربيد ذات هندسة حادة وزوايا قطع إيجابية، مع سرعات قطع متوسطة إلى عالية وتوفير تبريد كافٍ للتحكم في تراكم الحافة ولتحقيق سطح نهائي متسق. تختلف رقائق التشغيل بين المستمرة أو المجزأة بناءً على سرعة التغذية وعمق القطع؛ الجمع بين كاسرات الرقائق والسيطرة على التغذية يقلل من تلف الأدوات.

قابلية التشكيل

تتميز قابلية التشكيل في الحالات اللينة (O, H14) بكونها ممتازة للثني، السحب العميق، والتشكيل بالشد؛ تعتمد نصف أقطار الثني الموصى بها على السماكة لكنها عمومًا تتراوح بين 2–4× السماكة للثني الهوائي في الألواح الملدنة. يزيد الشغل البارد من مقاومة الخضوع ويقلل من اللدونة؛ للأشكال المعقدة يُفضل التشكيل في الحالة الملدنة أو شبه المشغولة قبل المعالجة الحرارية للحل والمعالجة النهائية للشيخوخة للحصول على القوة المستهدفة. التشكيل الحراري ممكن للملفات المعقدة المشغولة، لكنه يتطلب السيطرة العملية لتجنب نمو الحبوب المفرط.

سلوك المعالجة الحرارية

باعتبارها سبيكة قابلة للمعالجة حراريًا، تستجيب 8009 للمعالجة بالحل تليها التبريد السريع والشيخوخة الاصطناعية لتطوير تقسية بالترسيب. تتراوح درجات حرارة المعالجة بالحل النموذجية بين 520–560 °C مع تعديل أوقات النقع حسب سمك المقطع لإذابة المراحل القابلة للذوبان وتوحيد البنية المجهرية قبل التبريد.

بعد تبريد سريع إلى درجة حرارة الغرفة، تُستخدم الشيخوخة الاصطناعية عند درجات حرارة بين ~150–200 °C لترسيب مراحل دقيقة تحتوي على Mg-Si وCu ترفع مقاومة الخضوع ومقاومة الشد. يتم تحقيق انتقالات درجات T (مثل T4→T6) بالتحكم في وقت ودرجة حرارة الشيخوخة لتخصيص القوة مقابل المتانة وإدارة الإجهادات المتبقية؛ تؤدي الشيخوخة الزائدة إلى تقليل القوة القصوى لكنها تحسن اللدونة ومقاومة الكسر.

بالنسبة للمتغيرات المشغولة صلبًا، يتم تقويتُها عبر التشوه البلاستيكي والشغل البارد؛ يؤدي التلدين عند أو فوق 350–380 °C (حسب التركيب) إلى تليين السبيكة واستعادة قابلية التشكيل. يمكن للتحكم في تخفيف الإجهاد بالشد بعد التبريد (T651) تحسين الاستقرار الأبعادي وتقليل خطر التشوهات المرتبطة بالعمر.

الأداء في درجات الحرارة العالية

تُظهر 8009، كمعظم سبائك الألمنيوم، انخفاضاً كبيراً في مقاومة الخضوع ومقاومة الشد عند ارتفاع درجات الحرارة؛ تقل القوة الإنشائية المفيدة عامة فوق ~150 °C وتنخفض بسرعة بعد 200–250 °C. مقاومة الزحف معتدلة وغير مناسبة لتحمل الأحمال في درجات الحرارة العالية لفترات طويلة ما لم تتم هندستها بدقة مع مقاطع أكبر وضغوط أقل.

يمتد التأكسد إلى طبقة رقيقة من أكسيد الألمنيوم الواقية التي تظل مستقرة في درجات حرارة الخدمة النموذجية، لكن في درجات الحرارة الأعلى يمكن أن تؤدي التقشر والانتشار المعجل على حدود الحبوب إلى التأثير على الخواص. تتعرض منطقة تأثير الحرارة المجاورة للّحام للشيخوخة الزائدة والتليين التي تقلل القوة المحلية؛ يجب على المصممين مراعاة سلوك HAZ واستخدام الشيخوخة اللاحقة أو التعزيز الميكانيكي عند الضرورة.

التطبيقات

الصناعة	مكون نموذجي	سبب استخدام 8009
السيارات	ألواح الهيكل، العناصر الداخلية الهيكلية	قابلية تشكيل جيدة في درجات O/H وقوة عالية في درجات T لتقليل الوزن
البحرية	التركيبات غير الحرجة والتجهيزات	توازن بين مقاومة التآكل ونسبة القوة إلى الوزن المناسبة
الطيران	التجهيزات الثانوية والأغطية الهوائية	المعالجة الحرارية القابلة للتخصيص توفر قوة نوعية جيدة للأجزاء منخفضة الكتلة
الإلكترونيات	موصِّعات الحرارة والأغلفة	تكافؤ جيد بين الموصلية الحرارية والصلابة مع سهولة التشكيل

تُختار 8009 عندما يحتاج المصممون إلى توفيق بين قابلية التشكيل، القوة المكتسبة عبر الشيخوخة، وأداء مقاومة التآكل. يسمح استخدامها في الألواح، والبثق، والأشكال الأنبوبية للمهندسين بتطبيق كيمياء سبيكة متناسقة عبر مكونات متعددة مع الاستفادة من دورات الشيخوخة لتحقيق الخواص الميكانيكية المطلوبة.

نصائح للاختيار

عند اختيار 8009، اعتبرها خيارًا خاصًا قابلًا للمعالجة حراريًا يقدم قوة مكتسبة أعلى من الألمنيوم شبه النقي مع الحفاظ على قابلية تشكيل معقولة في الحالة الملدنة. استخدم 8009 عندما يكون مطلوبًا أداء يمكن تعزيزه بالترسيب مع مقاومة تآكل جيدة وعندما يكون من الممكن إجراء المعالجة الحرارية بعد التشكيل.

بالمقارنة مع الألمنيوم التجاري النقي (مثلاً 1100)، تقدم 8009 قوة أعلى وأداء هيكلي أفضل مقابل موصلية كهربائية وحرارية أقل قليلًا وقابلية تشكيل أكثر تقييدًا في درجات التقسية القصوى. بالمقارنة مع سبائك العمل البارد الشائعة مثل 3003 أو 5052، توفر 8009 قوة أعلى بعد الشيخوخة ولكن عادةً ما تقدم مقاومة تآكل عامة شبيهة أو أقل قليلاً في البيئات الغنية بالكلوريدات. بالمقارنة مع سبائك المعالجة الحرارية الشائعة مثل 6061 أو 6063، قد يتم اختيار 8009 عندما تمنح كيمياءها الخاصة أو مسار معالجتها السلوك المرغوب في مقاومة التعب، منطقة تأثير الحرارة أو القطع، رغم احتمال انخفاض القوة القصوى؛ كما يجب موازنة التكلفة وتوفر المادة.

ملخص ختامي

تظل 8009 سبيكة ألومنيوم متخصصة ذات صلة للمهندسين الذين يحتاجون لتوازن قابلية التشكيل، المقاومة للتآكل، وقوة التقسية بالترسيب. تجعل قدرتها على المعالجة في أشكال ومنحنيات مختلفة، مضافة إلى الاستجابة المتوقعة للمعالجة الحرارية، خيارًا عمليًا لمكونات هيكلية خفيفة الوزن ومشكَّلة عبر تطبيقات السيارات، النقل، والطيران المتخصصة.