ألمنيوم 8011: التركيب، الخواص، دليل التصلب، والتطبيقات

نظرة شاملة

8011 هو سبائك ألومنيوم من سلسلة 8xxx يُستخدم أساسًا في تطبيقات التعبئة والتغليف ورقائق الألمنيوم. تجمع سلسلة 8xxx سبائك الألومنيوم التي تحتوي على عناصر "أخرى" — عادة مستويات أعلى من الحديد والسيليكون بالإضافة إلى المنغنيز المسيطر عليه — والتي يتم اختيارها لتعزيز القوة وخصائص المعالجة للمنتجات ذات السماكة الرقيقة.

العناصر الرئيسية المسببة للسبائكية في 8011 هي الحديد والسيليكون، مع إضافات متواضعة من المنغنيز ومستويات أثرية من عناصر أخرى مثل الكروم والتيتانيوم للتحكم في البنية الحبيبية. آلية التقوية تعتمد بشكل رئيسي على تأثيرات المحلول الصلب مع تقوية بالعمل؛ حيث يُعتبر 8011 سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية ويتم تعديل الخواص الميكانيكية عن طريق العمل البارد والتلطيف بدلاً من تقسية الترسيب.

الصفات الرئيسية لـ 8011 تشمل قابلية تشكيل جيدة في المضاعفات اللينة، مقاومة مقبولة للتآكل في البيئات الجوية وبيئات التغليف، وقوة نسبية عالية لسمك القِطع الرقيق. قابلية اللحام في القطاعات السميكة محدودة بسبب كيمياء السبيكة وطبيعة المنتج رقيق السماكة، في حين تبرز جودة السطح، الاستقرار الأبعاد، وقابلية التشغيل أثناء الدرفلة/التمهيد كخصائص بارزة للصناعة.

الصناعات النموذجية التي تعتمد على 8011 تشمل التعبئة والتغليف (رقة الأسرة، مواد الإغلاق)، تعليب المواد الغذائية والمشروبات، بعض مكونات التبادل الحراري وإدارة الحرارة، ومنتجات البناء حيث تكون الألواح أو الرقائق رقيقة السماكة مطلوبة. يختار المهندسون 8011 بدلاً من السبائك ذات النقاء التجاري الأكثر شيوعًا عندما تكون القوة الأعلى في السماكات الرقيقة، الاستقرار الأبعادي أثناء الدرفلة، أو التوافق مع خطوط معالجة الرقائق ضرورية.

أنواع التلطيف

التلطيف	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	عالية	ممتازة	ممتازة	مطلي بالكامل؛ الأفضل للاختام العميق والتشكيل
H12	منخفض-متوسط	معتدلة	جيدة جدًا	جيدة	تقسية عمل خفيفة؛ تحافظ على قابلية تشكيل جيدة
H14	متوسط	معتدلة-منخفضة	جيدة	مقبولة	طلاء نموذجي للقوة المعتدلة في الرقائق والألواح
H18	متوسط-عالي	منخفضة	محدودة	ضعيفة	صلبة بالكامل؛ تستخدم لرقائق الإغلاق الصلبة
H19	عالية	منخفضة جدًا	ضعيفة	ضعيفة	أقصى عمل بارد للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في السماكة
T4 (إذا تم تطبيقه)	متوسط	معتدلة	جيدة	مقبولة	بعض التقدم الطبيعي بالعمر بعد التمويه؛ غير شائع لل8011
T6-شبه (نادر)	أعلى	أقل	ضعيفة	ضعيفة	معالجات ملكية قد تزيد الصلادة؛ غير قياسي

يُتحكم بالتلطيف بشكل قوي في التوازن بين القوة وقابلية التشكيل في 8011. تلطيفات اللينة (O، H12) تزيد من اللدونة وتسمح بالاختام العميق والاستطالة العالية، ولهذا تُستخدم لرقائق الأعمال المنزلية وأغطية الأشكال المعقدة.

تُستخدم التلطيفات الصلبة (H18، H19) حيث تكون الصلابة والتحكم الأبعادي في السماكات الدقيقة ضروريين، لكن هذه التلطيفات تقلل بشكل كبير من قابلية الانثناء والتشكيل وتجعل عمليات اللحام أو التشكيل بعد التصنيع صعبة.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة المئوية	ملاحظات
Si	0.2–1.3	السيليكون يساعد في السيولة ويتحكم في القوة في السماكة الرقيقة؛ تختلف الحدود حسب الصانع.
Fe	0.4–1.6	الحديد مساهم أساسي في القوة ويحسن الدرفلة وقابلية التشغيل؛ زيادة كميته تعزز الهشاشة.
Mn	0.2–0.8	المنغنيز يصغر حجم الحبيبات ويُحسن القوة ومقاومة التآكل.
Mg	0.00–0.2	المغنيسيوم عادة منخفض؛ ليس عامل تقوية رئيسي في 8011.
Cu	≤0.10	النحاس محدود عمدًا لتجنب زيادة الحساسية للتآكل والحفاظ على قابلية التشكيل.
Zn	≤0.25	الزنك منخفض؛ ارتفاع الزنك سيجعل السبيكة قابلة للمعالجة الحرارية ويغير خواصها.
Cr	≤0.05	الكروم موجود بكميات أثرية للتحكم في إعادة التبلور ونمو الحبيبات.
Ti	≤0.10	التيتانيوم يُستخدم فقط بكميات أثرية لتحسين البنية الحبيبية في عمليات الصب والسباكة.
عناصر أخرى (بما في ذلك باقي الألمنيوم)	الباقي	الإضافات الصغيرة والمتبقيات تدار بسياسات المصنع؛ يتم ضبط التركيب النهائي حسب شكل المنتج.

تركيبة 8011 تركز عمدًا على Fe وSi لتعطي استقرارًا أثناء الدرفلة وقوة في السماكات الرقيقة جدًا مع تقليل العناصر التي تؤدي إلى تقسية الترسيب. المنغنيز يحسن القوة وأداء التآكل دون تحويل السبيكة إلى صنف قابل للمعالجة الحرارية. العناصر الأثرية والتحكم الدقيق في الشوائب حيوية لتطبيقات الرقائق التي تتطلب جودة سطح واستطالة عالية.

الخواص الميكانيكية

يعتمد سلوك الشد لـ 8011 بشكل كبير على التلطيف والسماكة. في التلطيفات الممطلة والخفيفة العمل، تظهر السبيكة مقاومة خضوع منخفضة واستطالة عالية مناسبة للاختام العميق والتشكيل؛ بينما في التلطيفات التي عمل عليها بجد يزيد مقاومة الشد والخضوع بشكل ملحوظ على حساب اللدونة. يتأثر سلوك السماكة الرقيقة بتاريخ الدرفلة وحجم الحبيبات؛ الرقائق فائقة الرقة ستُظهر منحنيات إجهاد-إجهاد هندسية مختلفة عن الألواح السميكة بسبب الملمس وتقسية العمل.

قيم مقاومة الخضوع والشد تغطي مدى واسع. قد تظهر الألواح الممطلة مقاومة خضوع في عشرات قليلة من MPa وقوة شد تحت 150 MPa، بينما تظهر تلطيفات H14–H19 مقاومات خضوع تقترب أو تتجاوز 150–220 MPa وقوة شد تصل إلى 250 MPa في المخزون المعالج ببرودة محسنة. تزداد الصلادة مع العمل البارد؛ يمكن أن تصل الرقائق الرقيقة في حالة الصلابة الكاملة إلى صلادات أعلى بشكل ملحوظ من الألواح الممطلة السميكة.

أداء التعب يعتمد على حالة السطح والإجهادات المتبقية من الدرفلة والتلطيف؛ حياة التعب في السماكة الرقيقة عادة ما تحكمها عيوب السطح والنتوءات. تؤثر السماكة تأثيرًا قويًا على الاستطالة المقاسة واللدونة الظاهرة؛ مع انخفاض السماكة، يميل الماده إلى إظهار استطالة هندسية أقل وسلوك أكثر لاتجاهية نتيجة للملمس الناتج عن الدرفلة.

الخاصية	O/مطلي	تلطيف رئيسي (مثال: H14/H18)	ملاحظات
قوة الشد	~70–150 MPa	~120–250 MPa	القيم الواسعة تعكس العمل البارد والسماكة؛ الرقائق تحقق قوة أعلى بعد التلطيف.
مقاومة الخضوع	~30–90 MPa	~90–220 MPa	تزداد مقاومة الخضوع بسرعة مع العمل البارد؛ H18/H19 أعلى بكثير.
الاستطالة	20–35%	1–10%	التلطيفات المطيلة تقدم لدونة عالية؛ الصلابة الكاملة لها استطالة منخفضة جدًا.
الصلادة	25–45 HV	40–95 HV	الصلادة تتبع التلطيف؛ التلطيفات الصلبة الرقيقة هي أكثر صلادة بشكل ملحوظ من المخزون المطيل السميك.

الخواص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 g/cm³	نموذجي لسبائك الألومنيوم؛ تباين طفيف مع إضافات السبائكية.
نطاق الانصهار	~600–660 °C	النقطة الصلبة قريبة من الألمنيوم النقي؛ مجال الانصهار يعتمد على السبائك والشوائب.
التوصيل الحراري	120–180 W/m·K	السبائك تقلل الموصلية مقارنة بالألمنيوم النقي؛ السماكة الرقيقة تحسن نقل الحرارة لكل وحدة سمك.
التوصيل الكهربائي	~20–40 %IACS	أقل من الألمنيوم النقي وبعض السبائك المصنعة بسبب Fe/Si؛ تعتمد على التلطيف والتركيب الكيميائي.
السعة الحرارية النوعية	~880–920 J/kg·K	مماثلة لسبائك الألومنيوم الأخرى؛ مفيدة للحسابات الحرارية المؤقتة.
التوسع الحراري	23–24 ×10⁻⁶ /K	توسع حراري خطي مشابه لسبائك الألومنيوم الأخرى؛ يُراعى التصميم للاختلاف في التوسع مع المعادن المختلفة.

تعكس الخواص الفيزيائية السلوك النموذجي للألومنيوم مع تعديلات نتيجة السبائكية. التوصيل الحراري والكهربائي منخفضان مقارنة بالألمنيوم التجاري النقي، لكنهما يبقيان مرتفعين بشكل كافٍ للعديد من تطبيقات تبديد الحرارة وحماية التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).

التوسع الحراري والسعة الحرارية النوعية قريبة من سبائك الألومنيوم المصنعة الشائعة، مما يبسط الاستبدال للتطبيقات التي لا تتطلب توافقًا حراريًا صارمًا، مع ضرورة الانتباه للتوصيل الغلفاني وتصميم المفاصل عند الاقتران مع معادن مختلفة.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	المعالجات الحرارية الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.2–6.0 mm	تختلف القوة حسب المعالجة؛ تُستخدم الألواح السميكة للوح الإنشائية	O, H12, H14	تستخدم على نطاق واسع لمخزون الإغلاق والعناصر الإنشائية الرقيقة
رقائق	0.006–0.2 mm	قوة ظاهرية عالية جداً في المعالجات الصلبة بسبب العمل البارد	H14, H18, H19	التطبيق الأساسي لـ 8011؛ يتطلب تحكماً دقيقاً للغاية في السماكة
ألواح سميكة	>6 mm (نادرة)	غير شائعة؛ تختلف الخواص الميكانيكية بسبب طرق الدرفلة	O, H12 (محدودة)	الإنتاج بدرجة ألواح غير شائع لكيمياء 8011
بروفيلات بعملية الدرفلة الخارجية (Extrusion)	بروفيلات حتى مقاطع عرض معتدلة (محدودة)	يُحتمل السلوك المناسب للدرفلة الخارجية لكن غير نمطي للسبائك المخصصة للرقائق	O, H12	يستخدم الموردون عائلات ألومنيوم أخرى للدرفلة الخارجية؛ بروفيلات 8011 نادرة
أنابيب	أنابيب بجدران رقيقة لاستخدامات حرارية/تغليفية	خصائص الجدران الرقيقة تتبع معالجات الألواح والرقائق	O, H14	تُستخدم عندما تكون الحاجة لمكونات جدران رقيقة ومستمرة
قضبان/أعمدة	أقطار صغيرة فقط (نادرة)	السلوك الميكانيكي يعتمد على السحب والعمل البارد	H12, H14	ليست شكل المنتج الأساسي لـ 8011 مقارنة بالسبائك المشغولة الأخرى

تم تحسين 8011 لإنتاج الألواح والرقائق؛ جداول الدرفلة، دورات التخمير، وعلاجات طبقة السطح معدّلة للوصول إلى السماكة النهائية وتشطيب السطح المطلوب. الاختلافات في المعالجة بين الرقائق والألواح السميكة تتحكم بشكل رئيسي في البنية الدقيقة والخاصية الاتجاهية، لذا يجب أن يأخذ اختيار المنتج في الاعتبار طريقة التصنيع وكذلك الاستخدام النهائي.

يعتبر استخدام 8011 في الدرفلة الخارجية أو الألواح السميكة غير شائع نسبياً، لأن السبائك البديلة من عائلات 6xxx و5xxx تقدم خصائص واقتصاد أفضل للدرفلة الخارجية والصفائح والقضبان الهيكلية.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	8011	الولايات المتحدة الأمريكية	تعيين Aluminum Association المستخدم شائعًا في أمريكا الشمالية للرقائق ومخزون الإغلاق.
EN AW	لا يوجد مكافئ مباشر واحد	أوروبا	تصنع سبائك سلسلة 8xxx، لكن رقم EN AW مباشر لـ 8011 ليس موحدًا؛ تحقق من مواصفات المورد.
JIS	لا يوجد مكافئ مباشر واحد	اليابان	قد تستخدم المعايير اليابانية تسميات خاصة لكيميائيات مماثلة؛ يتطلب التحقق المقطعي.
GB/T	لا يوجد مكافئ مباشر واحد	الصين	يورد المنتجون الصينيون كيميائيات 8xxx مماثلة؛ تحقق من التركيب والمعالجة مقابل AA 8011.

لا يوجد مكافئ معتمد عالمياً وذو علاقة واحد لواحد لـ 8011 عبر جميع المعايير الإقليمية، لأن سبائك 8xxx غالباً ما تكون ملكية خاصة ومصممة لعمليات الطاحونة. يجب على المصنعين والمشترين دائماً التأكد من المواصفات الكيميائية والميكانيكية بدلاً من الاعتماد فقط على أسماء الدرجات عند التحويل بين المعايير أو التوريد عالميًا. تغيرات طفيفة في مستويات Fe/Si/Mn عبر المناطق تؤثر على قابلية التشكيل والتشغيل في السماكات الرقيقة.

مقاومة التآكل

يوفر 8011 عادة مقاومة جيدة للتآكل الجوي في البيئات الخالية من الكلوريد بفضل طبقة أكسيد الألومنيوم الواقية والكيمياء المتحكم بها للسبائك. في تطبيقات التغليف ورقائق الاستخدام المنزلي يقدم أداءً جيدًا، لأن السماكة الرقيقة وطبقة الأكسيد تحد من الهجوم؛ مع ذلك، تؤثر نظافة السطح والأملاح المتبقية من العمليات بشدة على الأداء في الواقع.

في البيئات البحرية أو الغنية بالكلوريد يكون 8011 أكثر عرضة للتآكل النخري مقارنة بسبائك 5xxx العالية بالماجنيزيوم ويفتقر لسلوك التضحية للأنظمة الغنية بالزنك. للاستخدام الهيكلي البحري طويل الأمد يفضل عادة سبائك 5xxx أو السبائك المعالجة خصيصًا؛ يمكن استخدام 8011 في التطبيقات غير الهيكلية أو المطلية مع مراعاة السمح بالمقاومة للتآكل المناسبة.

تشقق الإجهاد بالتآكل (SCC) أقل إشكالية في 8011 بالمقارنة مع بعض السبائك ذات مقاومة الحرارة العالية، لكن القابلية للتشقق تزداد مع العمل البارد والضغوط المتبقية الشدّية الناتجة عن التشكيل. يجب النظر في التفاعلات الجلفانية عند التوصيل مع معادن مختلفة؛ حيث يعمل 8011 كأنود بالنسبة للصلب وسبائك النحاس، مما يسرّع التآكل المحلي ما لم يُعزل كهربائيًا أو يُغطّى بطبقة واقية.

بالمقارنة مع سبائك سلسلة 1xxx (النقية تجارياً) يقدم 8011 توازنًا بين مقاومة التآكل المطلقة الأقل قليلاً مقابل القوة الأعلى والقدرة الأفضل على المعالجة. مقابل سلسلة 5xxx يوفر 8011 قابلية تشغيل أفضل في السماكات الرقيقة لكن مقاومة نخَر أقل في البيئات المحتوية على الكلوريد.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام
تقيّد قابلية لحام 8011 استخدام السبائك في السماكات الرقيقة واحتوائه على الحديد والسيليكون مما قد يعزز تشكل مركبات بين معدنية هشة في منطقة الحياكة (HAZ). اللحام بالقوس الكهربائي (TIG وMIG) ممكن على الألواح السميكة مع تسخين مبدئي مناسب وتصميم المفصل وتقنيات إدخال حرارة منخفضة، لكن قابلية اللحام أقل من 5xxx أو 6xxx. فلزات الحشو الموصى بها هي Al-Si (4xxx) أو Al-Mg حسب متطلبات مقاومة التآكل؛ اللحام يسبب تطرية المنطقة المتأثرة بالحرارة وقد يتطلب عمل بارد لاحق أو تدعيم ميكانيكي.

قابلية التشغيل
لا تُعد قابلية التشغيل ميزة رئيسية في 8011 لأن معظم المكونات تُنتج بالدرفلة والتشكيل والقطع بدلاً من التشغيل الثقيل. عند الحاجة للقطع، يُقطع السبائك بشكل مقبول لكنها قد تسبب تراكم الحد على الأدوات بسبب الليونة؛ الأدوات المناسبة هي أدوات قطع الألومنيوم (HSS أو كربيد مع طلاءات مناسبة) وسرعات سطح متوسطة إلى عالية مع هندسة ساطعة موجبة.

قابلية التشكيل
تعد قابلية التشكيل واحدة من نقاط القوة في 8011 في الدرجات المختمرة خفيفًا أو المعاد تخميرها، مما يتيح السحب العميق والتشكيل المعقد وتحكم جيد في ارتداد الزنبركية للرقائق ومخزون الإغلاق. يجب اختيار أنصاف أقطار الانحناء حسب الدرجة والسماكة؛ تسمح الدرجات اللينة بأنصاف أقطار ضيقة بينما تحتاج الدرجات الصلبة إلى أنصاف أقطار أكبر أو تشكيل مرحلي. يزيد العمل البارد من القوة لكنه يقلل بسرعة من قابلية التشكيل، لذا غالبًا ما تتضمن عمليات الإنتاج دورات تخمير وسطية لاستعادة اللدونة للعمليات متعددة المراحل.

سلوك المعالجة الحرارية

8011 ليس من السبائك القابلة للمعالجة الحرارية؛ يحصل على تقوية عامة من خلال العمل البارد والتحكم في المعالجة وليس من خلال المعالجة الحرارية بالحل والترسيب. يتم التخمير (درجة O) لإعادة التبلور وتعظيم اللدونة، وهو جوهري للسحب العميق أو درفلة الرقائق لاحقًا.

التقادم الصناعي أو المعالجات من النوع T ليست طرقاً قياسية لتحسين الخصائص في 8011؛ حيث أن أي تعرض حراري فوق درجات التخمير النموذجية يتسبب أساسًا في التطرية وتكبير البنية الدقيقة بدلاً من ترسيب مفيد. لذلك تتم إدارة تغيرات المعالجة من خلال جداول العمل البارد ودورات التخمير الضابطة للوصول للخصائص الميكانيكية والفيزيائية المستهدفة.

الأداء في درجات الحرارة العالية

يختبر 8011 فقدًا في القوة عند درجات حرارة مرتفعة، مع بدء التطرية الملحوظة قبل نطاق الإنصهار بكثير؛ يتدهور الأداء الهيكلي فوق ما يقارب 150–200 °C حسب درجة التصلب والتحميل. التأكسد في درجات الخدمة محدود بطبقة الأكسيد الواقية الطبيعية، لكن التعرض الطويل للحرارة يمكن أن يكبر بنية السبائك الدقيقة ويقلل من عمر التعب.

يتسم منطقة التأثير الحراري للحام (HAZ) بتطرية موضعية وتغيرات محتملة في مقاومة التعب والتآكل؛ قد يتطلب الأمر تدعيمًا ميكانيكيًا أو معالجات سطحية بعد العملية للتطبيقات الحرجة. للخدمة المستمرة على درجات حرارة مرتفعة يفضل استخدام سبائك مصممة خصيصًا للزحف أو الاستقرار الحراري بدلاً من 8011.

التطبيقات

الصناعة	مثال المكون	سبب استخدام 8011
التغليف	رقائق منزلية، تغليف الطعام، مخزون الإغلاق	قابلية تشكيل ممتازة في السماكات الرقيقة، جودة السطح وقابلية التشغيل
الأغذية والمشروبات	أغطية وقواعد العلب	ثبات الأبعاد وتوافق مع عمليات التشكيل/الكبّ
البناء	طبقات الواجهة أو العزل بالرشاقة	حماية ضد التآكل في السماكات الرقيقة وعاكسية حرارية
إدارة الحرارة	رقائق ناشرة حرارية رقيقة	موصلية حرارية عالية في صيغة خفيفة الوزن ورقيقة
السلع الاستهلاكية	أغلفة مرنة، رقائق متعددة الطبقات	قابلية التكيف، خصائص الحاجز وخفة الوزن

يمثل 8011 تخصصًا في المنتج - رقائق وألواح رقيقة عالية الجودة - يجعله لا غنى عنه لصناعات التعبئة والإغلاق حيث يتطلب الجمع بين قابلية التشكيل، جودة السطح، وقوة مقبولة. يعود استمراره للاستخدام إلى سلاسل التوريد والمعدات المصممة خصيصًا لسلوك الدرفلة والتخمير لهذه السبائك.

نصائح الاختيار

عند اختيار 8011، عطي الأولوية للتطبيقات التي تتطلب ألواح أو رقائق رفيعة عالية الجودة حيث تكون قابلية التشكيل والسيطرة على الأبعاد ذات أهمية. اختر الدرجات اللينة للسحب العميق والإغلاقات، والدرجات الصلبة للسمك الرقيق جداً الصلب حيث تكون الصلابة مطلوبة.

مقارنةً بالألومنيوم النقي تجارياً (1100)، يوفر 8011 قوة أعلى وقابلية تشغيل أفضل في السماكات الرقيقة على حساب بعض الموصلية الكهربائية والحرارية. مقارنة بالسبائك المعالجة بالتصلب مثل 3003 أو 5052، يقدم 8011 عادةً قابلية تشغيل أفضل وهو مخصص لإنتاج الرقائق؛ ومع ذلك، تتفوق سبائك 5xxx على 8011 في مقاومة التآكل الناتج عن الكلوريدات وقابلية اللحام. مقارنة بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061/6063، يمتلك 8011 مقاومة شد قصوى أقل، لكنه مفضل حيث تكون قابلية التشكيل في السماكات الرقيقة وجودة سطح الرقائق حاسمة.

ضع في اعتبارك التكلفة، التوفر، توافق معدات المعالجة، وبيئة الاستخدام النهائية (وخاصة التعرض للكلوريدات والحاجة إلى قابلية اللحام) عند اختيار 8011 بدلاً من العائلات المجاورة.

الملخص الختامي

يظل 8011 سبائك هندسية ذات صلة أساساً لأنه مخصص لإنتاج الصفائح الرقيقة والرقائق حيث يتطلب توازن مخصص بين القوة وقابلية التشكيل وجودة السطح. تدعم تركيبته الكيميائية وخيارات الحالة الحرارية عمليات التصنيع عالية الحجم للتغليف والأغطية، مما يجعله خياراً عملياً عندما تكون مواصفات أداء رقائق الألومنيوم والتحكم الأبعاد ضرورية.