ألومنيوم A1070: التركيب الكيميائي، الخصائص، دليل المعالجة الحرارية والتطبيقات

نظرة شاملة

الدرجة A1070 هي ألمنيوم نقي تجارياً من سلسلة 1xxx، يتميز بنسبة محتوى ألمنيوم لا تقل عادة عن 99.7%، وتصنف من أعلى سبائك الألمنيوم الصناعية نقاءً. تدل تسمية سلسلة 1xxx على وجود سبائك مقصودة قليلة جداً؛ حيث تشمل العناصر المتبقية النموذجية كميات صغيرة من Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn و Ti موجودة كشوائب محكومة وليست كإضافات تقوية.

يتم تحقيق التقوية في A1070 تقريباً فقط من خلال تقسية الشغل (تقسية الإجهاد) والتحكم في هيكل الحبوب بدلاً من المعالجة الحرارية بالترسيب. من الصفات الأساسية التوصيل الكهربائي والحراري الممتاز، مقاومة التآكل المتفوقة في العديد من البيئات، قابلية التشكيل الممتازة في الحالة المخدرة، وقابلية اللحام الجيدة؛ وقوة الشد منخفضة مقارنةً بالسلاسل السبائكية ولكن اللدونة والتوصيل من بين الأعلى في منتجات الألمنيوم الهيكلية.

تشمل الصناعات النموذجية لـ A1070 الموصلات الكهربائية، بطانات معدات العمليات الكيميائية، المكونات المعمارية، والمكونات التي تحتاج تكوين مكثف للسلع الاستهلاكية والصناعية. يختار المهندسون A1070 عندما تكون القابلية العالية للتوصيل، جودة السطح الممتازة، وأقصى قابلية للتشكيل مع مقاومة تآكل جيدة هي الأولوية بدلاً من أعلى قوة ميكانيكية.

يتم اختيار A1070 على غيره من السبائك عندما تكون الخصائص المعتمدة على النقاء مطلوبة، مثل التطبيقات الكهربائية أو التي تتصل بالمواد الكيميائية، أو حيث يلزم تشكّل بارد معقد دون مخاطر الهشاشة الناتجة عن إضافات السبائك. كما يُفضل في التطبيقات التي تستغل توافقه مع الطلاء، الأكسدة الأنودية، وعمليات الربط حيث يكون السلوك المتسق والمتوقع ضرورياً.

الدرجات الحرارية

الدرجة	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية (30–45%)	ممتازة	ممتازة	مخدر بالكامل، أقصى لدونة وتوصيل
H12	منخفضة–متوسطة	متوسطة (20–30%)	جيدة جداً	ممتازة	تقسية ربع صلبة بالتقسية المحدودة للإجهاد
H14	متوسطة	متوسطة (15–25%)	جيدة	ممتازة	درجة نصف صلبة نموذجية لتشكيل الألواح
H16	متوسطة–عالية	أدنى (10–20%)	متوسطة	ممتازة	ثلاثة أرباع صلبة، تستخدم حيث يلزم الارتداد
H18	عالية	منخفضة (5–12%)	محدودة	ممتازة	صلبة بالكامل بعمل بارد واسع، لدونة منخفضة
H111	منخفضة–متوسطة	متوسطة (20–30%)	جيدة جداً	ممتازة	تم تقسية إجهادياً قليلاً مع السماح بالشيخوخة الطبيعية

يؤثر اختيار الدرجة الحرارية بشكل واضح على التوازن بين القوة واللدونة في A1070؛ حيث توفر درجة O المخدرة أفضل قابلية تشكيل وأعلى توصيل كهربائي وحراري، بينما تضحي درجات H باللدونة مقابل زيادة تدريجية في القوة بسبب العمل البارد. يؤدي تقسية الشغل إلى زيادة مقاومة الخضوع ومقاومة الشد ولكن يقلل من الاستطالة وقابلية التشكيل؛ لذلك يجب أن يتوافق اختيار الدرجة الحرارية مع عمليات التشكيل ومتطلبات الاستخدام النهائي الميكانيكية.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة المئوية	ملاحظات
Si	≤ 0.25	شوائب؛ زيادة نسبته تقلل التوصيل وتزيد من الشوائب أثناء الصب/الدرفلة
Fe	≤ 0.40	شوائب شائعة؛ تشكل مركبات بينية تؤثر على القوة وجودة السطح
Mn	≤ 0.03	ضئيلة؛ غير عنصر تقوية مقصود في سبائك سلسلة 1xxx
Mg	≤ 0.03	شوائب محكومة؛ زيادة نسبته تخرج السبيكة من سلسلة 1xxx
Cu	≤ 0.05	قليل؛ يقلل مقاومة التآكل عند التركيزات العالية
Zn	≤ 0.03	قليل؛ عادة غير مقصود
Cr	≤ 0.03	نtrace; يمكن أن تؤثر على هيكل الحبوب إذا وجدت بكميات أكبر
Ti	≤ 0.02	مكرر حبيبات بكميات صغيرة عند إضافته عمداً
عناصر أخرى (كل واحدة)	≤ 0.05; الإجمالي ≤ 0.15	بما في ذلك Ni, Pb, Bi؛ تحافظ على مستويات منخفضة للحفاظ على التوصيل واللدونة

التركيب القريب من الألمنيوم النقي في A1070 مقصود: حيث تحافظ كمية السبائك الضئيلة على التوصيل الكهربائي والحراري العالي وتوفر مقاومة ممتازة للتآكل العام بسبب فيلم أكسيد موحد وملتصق. تنتج الشوائب المسببة لمركبات بينية منفصلة مثل Fe وSi زيادة طفيفة في القوة ولكنها قد تؤثر على جودة السطح، وقابلية التشكيل، والتوصيل عند وجودها بنسب أعلى.

الخصائص الميكانيكية

تُظهر A1070 سلوك الشد الكلاسيكي للألمنيوم الطري: حيث توفر الحالة المخدرة قوى خضوع وشد منخفضة مع استطالة عالية، بينما يزيد العمل البارد (درجات H) من قوة الخضوع والشّد على حساب اللدونة. يكون منحنى الخضوع تدريجيًا بدلاً من واضح الحافة في الألمنيوم النقي جداً؛ لذا يجب على المهندسين استخدام قيمة مقاومة الخضوع عند إزاحة 0.2% في التصميم وأخذ التفاوت في الاعتبار بسبب السمك وتاريخ المعالجة.

قِيَم الصلادة منخفضة في درجة O وتزداد بشكل متناسب مع العمل البارد. الأداء تحت الإجهاد الدوري محدود بسبب القوة المنخفضة وقابلية تشققات السطح للانطلاق تحت التحميل العكسي؛ ومع ذلك، تؤخر لدونة السبيكة بدء التصدعات عندما تكون الأجزاء مصقولة وخالية من الشقوق. يؤثر السمك وحالة السطح بشكل كبير على الخصائص الميكانيكية، حيث تظهر الأغشية الرقيقة عادة قوة مقاسة أعلى بعد الدرفلة الباردة وتجانسًا أفضل للمادة.

الخاصية	درجة O/مخدرة	درجة أساسية (مثال: H14)	ملاحظات
قوة الشد	65–95 MPa نموذجي	95–145 MPa نموذجي	القيم تعتمد على السمك ومستوى تقسية الإجهاد
مقاومة الخضوع	30–60 MPa نموذجي	60–120 MPa نموذجي	يستخدم مقاومة خضوع عند إزاحة 0.2%; العمل البارد يزيد مقاومة الخضوع أكثر من مقاومة الشد نسبياً
الاستطالة	30–45% نموذجي	15–25% نموذجي	الاستطالة تقل مع زيادة درجة التقسية؛ السمك يؤثر على القيم
الصلادة	15–30 HB	25–45 HB	الصلادة تتبع الدرجة و العمل البارد؛ يمكن قياسها بمقاييس برينل أو فيكرز

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 g/cm³	نموذجية للألمنيوم التجاري، تستخدم في حسابات الكتلة ونسبة القوة إلى الوزن
نطاق الانصهار	660–657 °C (النقطة الصلبة ≈ 660 °C)	نقطة انصهار ضيقة نموذجية للألمنيوم عالي النقاء
التوصيل الحراري	≈ 220–235 W/m·K (درجة حرارة الغرفة)	من الأعلى بين سبائك الألمنيوم؛ ممتاز للتبريد الحراري
التوصيل الكهربائي	≈ 58–64 % IACS	توصيل عالي جداً، قريب من معيار الألمنيوم النقي
السعة الحرارية النوعية	≈ 900 J/kg·K	مفيدة لحسابات الكتلة الحرارية في إدارة الحرارة
التمدد الحراري	≈ 23–24 ×10⁻⁶ /K (20–100 °C)	معامل تمدد حراري مرتفع نسبياً مقارنة بالصلب؛ مهم لتصميم التجميعات

الملف الفيزيائي لـ A1070 يجعله جذابًا حيث يكون نقل الحرارة أو التوصيل الكهربائي من العوامل الأساسية للتصميم. يجب على المهندسين الأخذ في الاعتبار معامل التمدد الحراري المرتفع نسبيًا للألمنيوم عند تركيب مكونات A1070 مع مواد مختلفة لتجنب إجهادات المشابك أثناء تغير درجات الحرارة.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	الدرجات الحرارية الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.2–6.0 mm	تزداد القوة مع الدرفلة الباردة	O, H12, H14, H16	تستخدم على نطاق واسع للسحب العميق والمنتجات المدرفلة
صفائح	6–25 mm	اتجاهات مشابهة؛ الصفائح السميكة قد تكون أقل تقسية	O, H111	أقل شيوعًا بسبب تركيز السبيكة على التطبيقات ذات السماكة الرقيقة
بثق	حتى مقاطع عرضية كبيرة	تعتمد الخصائص على التبريد والعمل اللاحق	O, H14	محدود مقارنة بسلسلة 6xxx لكن تستخدم حيث تكون النقاء ضرورية
أنابيب	أقطار وجدران متعددة	الخصائص الميكانيكية مماثلة للألواح ذات نفس العمل	O, H14, H16	جيدة للأنابيب الملحومة والممسوحة للاستخدام الكيميائي أو المعماري
أعمدة/قضبان	Ø 2–200 mm	قابلية التشغيل والقوة تختلف مع الدرجة	O, H14	تستخدم القضبان في تصنيع الموصلات والأجزاء المصنعة

يؤثر مسار المعالجة (الدرفلة مقابل البثق مقابل السحب) على هيكل الحبوب النهائية واللاتماثلية الميكانيكية في A1070. تستفيد الألواح الرقيقة أكثر من قابلية التشكيل للسبيكة للسحب العميق والختم المعقد، بينما تُختار البثائق حيث يكون نقاء المقطع السطحي وجودة السطح أهمية.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	A1070	الولايات المتحدة الأمريكية	تصنيف جمعية الألومنيوم الأصلية لسبائك 1070 عالية النقاء
EN AW	AW-1070	أوروبا	تصنيف EN متقارب إلى حد كبير؛ قد تحدد المعايير الأوروبية حدود شوائب مختلفة قليلاً
JIS	A1070	اليابان	المعيار الياباني يعادل عادةً لكنه يحتوي على تسامحات مواصفات محلية
GB/T	1070	الصين	المعيار الصيني مكافئ في التصنيف؛ يرجى مراجعة الجداول المحلية للحدود الدقيقة للتركيب الكيميائي

تُستخدم تسميات الدرجات المكافئة عبر المعايير لتمثيل نفس سلوك عائلة 1xxx عالية النقاء، لكن ممارسات مصانع الألواح وحدود الشوائب المسموح بها يمكن أن تختلف حسب المعيار. عند تحديد المكافئات عبر المعايير، يجب مراجعة الحدود الكيميائية والميكانيكية الفعلية في المواصفة المرجعية لضمان قابلية التبادل للخصائص الحيوية مثل التوصيل وجودة السطح.

مقاومة التآكل

تُظهر A1070 مقاومة ممتازة للتآكل الجوي العام بسبب تكوّن فيلم أكسيد الألمنيوم المستقر والسريع الذي يعزل السطح. في الأجواء الريفية والصناعية، يقدم السبيكة أداءً جيدًا وغالبًا ما يتفوق على السلاسل السبائكية حيث تحفز الشوائب أو الجسيمات الطور الثاني التآكل الموضعي.

في البيئات البحرية، تمتلك A1070 مقاومة جيدة للتآكل المنتظم لكنها قد تكون عرضة للتآكل الخدي والتآكل تحت الشقوق في بيئات كلوريد مركزة إذا تراكمت الرواسب على السطح وحدث نقص في الأكسجين. نادرًا ما يحدث تشقق التآكل الإجهادي في الألمنيوم عالي النقاء مقارنة بالسبائك المعالجة حراريًا؛ ومع ذلك، يجب تصميم المكونات المعرضة لإجهاد شد في بيئات كلوريدية بعناية وخضعها للاختبار.

يجب مراعاة التفاعل الجلفاني لأن A1070 أنودي مقارنة بالعديد من المعادن الشائعة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، النحاس، النحاس الأصفر؛ حيث يتآكل تفضيليًا عند اقترانه كهربائيًا في محلول إلكتروليتي ما لم يكن معزولًا كهربائيًا. مقارنة بسلسلة 5xxx (ألومنيوم-مغنيسيوم)، غالبًا ما تقدم A1070 توصيلاً كهربائيًا متفوقًا ومقاومة عامة مماثلة للتآكل، بينما يمكن لسبائك 5xxx أن تكون أكثر مقاومة للتآكل الموضعي في مياه البحر عند سبيكتها بشكل صحيح.

خواص التصنيع

قابلية اللحام

تلحم A1070 بسهولة بواسطة عمليات الانصهار الشائعة مثل TIG وMIG باستخدام الحماية والأسطح النظيفة؛ لا يتسبب اللحام في مشاكل صلابة كبيرة لأن السبيكة غير معالجة حراريًا. الأسلاك المضافة الموصى بها هي تلك التي تطابق أو تسبك الوصل (مثل ER1100 للحام مثل بمثل) أو أسلاك Al‑Mg للوصلات البحرية حيث يُرغب في مقاومة تآكل محسّنة؛ يجب مراعاة التوافق الجلفاني وخدمة الوصل. خطر التشقق الساخن منخفض عمومًا لكنه يعتمد على تصميم الوصل، النظافة والشوائب المتبقية؛ لا يلاحظ تليين منطقتي تأثير الحرارة كما في السبائك التي تتصلب بالتسقية لأن A1070 يكتسب القوة أساسًا بالتشكيل البارد.

قابلية التشغيل

قابلية التشغيل لـ A1070 متوسطة لكنها غالبًا أقل من بعض درجات السبائك المسبوكة بسبب نعومتها وميولها لتشكيل رقائق لزجة مستمرة في ظروف أدوات سيئة. تُحسن أدوات الكربيد ذات الزاوية الموجبة وكاسرات الرقائق الجيدة، معدلات التغذية العالية والتشحيم/التبريد الفعالة من جودة السطح وعمر الأداة. عادة ما يكون التشطيب السطحي والتحكم في الأبعاد جيدًا باستخدام أنظمة الأدوات المناسبة، لكن يجب احتساب ارتداد الزنبرك وتكوين الحواف في تخطيط العمليات.

قابلية التشكيل

قابلية التشكيل في حالة الأنويل O ممتازة: تُفضل A1070 لعمليات السحب العميق، الدرفلة، والانحناء بزوايا صغيرة مقارنة بالعديد من الدرجات السبائكية. يمكن أن تكون زوايا الانحناء صغيرة جدًا في الحالة O (أحيانًا أقل من 1× السماكة في التشوه الخفيف) لكنها تزداد مع حالات H حيث يقلل تقسية الاجهاد من اللدونة. لسلاسل التشكيل المعقدة، يُفضل البدء من حالة O أو استخدام أنوييل وسيطة لتجنب التشققات والحفاظ على التفاوتات الدقيقة.

سلوك المعالجة الحرارية

A1070 ليست سبيكة معالجة حراريًا؛ لا تستجيب للعلاج بالتسوية والشيخوخة الاصطناعية لتكوين ترسيبات مقوية. محاولات "شيخوخة" سبائك 1xxx لا تنتج زيادات ملحوظة في الصلابة والقوة كما في سبائك 2xxx–7xxx، لذلك تُستخدم العمليات الحرارية أساسًا للأنويل وتخفيف الإجهاد.

التقسية بالعمل الناتج عن التشوه البارد هي الطريقة الأساسية لتحسين القوة، ويمكن عكس هذا التأثير أو تقليله بالأنويل. عادة ما يتم الأنوييل الكامل عند درجات حرارة بين 350–415 °C لاستعادة اللدونة والتوصيل، يتبع ذلك تبريد بطيء لتجنب التدرجات الحرارية والتشوه الناتج.

الأداء في درجات الحرارة العالية

تفقد A1070 قوتها الميكانيكية بسرعة مع زيادة درجة الحرارة فوق درجة الحرارة المحيطة؛ رغم احتفاظها بقدرة محدودة على تحمل الأحمال حتى عدة مئات من الدرجات المئوية، فإن حدود التصميم العملية للصلابة والقوة الهيكلية عادة ما تُحدد تحت 100–150 °C للخدمة المستمرة. يكوّن الأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة طبقة أكسيد أسمك تظل عامة واقية، لكن التقشر والليونة قد يحدان من صلاحية الاستخدام في الخدمة الممتدة بدرجات حرارة عالية.

لا تعاني مناطق اللحام ومنطقة تأثير الحرارة من التليين المرتبط بالشيخوخة لكن ستظهر انخفاضًا في مقاومة الخضوع مقارنة بالمواد الأصلية المشغلة بباردة إذا كان العنصر يعتمد على تقسية الإجهاد لزيادة القوة. عند التعرض المتقطع لدرجات حرارة عالية، ينبغي للمصممين تقييم الزحف وانخفاض معامل المرونة لأداء طويل الأمد.

التطبيقات

الصناعة	مثال على الجزء	سبب استخدام A1070
الكهربائية	القضبان الناقلة، الموصلات، الرقائق	توصيل كهربائي عالٍ وقابلية تشكل جيدة
معالجة كيميائية	بطانات، خزانات، الوصلات	نقاء ومقاومة تآكل للعديد من المواد الكيميائية
العمارة	تكسية زخرفية، الواجهات	جودة تشطيب السطح، قابلية التشكيل، مقاومة التآكل
السلع الاستهلاكية	أدوات الطبخ، مكوناتها	توصيل حراري ومظهر سطح جيد
الإلكترونيات	موزعات الحرارة، الحواجز ضد التداخل الكهرومغناطيسي	توصيل حراري وكهربائي عالي وخفة الوزن

تُفضل A1070 حيث يتيح مزيج النقاء، التوصيل وقابلية التشكيل تصنيعًا موثوقًا ومنخفض التكلفة لأشكال معقدة. قدرة السبيكة على استقبال المعالجات السطحية مثل الأنودة واستجابتها المتناسقة في عمليات التشكيل واللحام تجعلها اختيارًا عمليًا في قطاعات متعددة.

نصائح الاختيار

تُعتبر A1070 خيارًا ممتازًا عندما تكون التوصيل الكهربائي أو الحراري وأقصى قابلية تشكيل أهم من القوة الميكانيكية القصوى؛ يُختار للسلكات، عناصر المبدد الحراري والمكونات المسحوبة عميقًا. مقارنةً بدرجات الألمنيوم التجاري النقي مثل 1100، تقدم A1070 عادة نقاءً أدنى مع توصيل أفضل قليلاً عند قابلية تشكيل مماثلة مقابل تنازل ضئيل في القوة لمزايا توصيلية محسنة.

مقارنة بالسبائك المقواة بالعمل مثل 3003 أو 5052، توفر A1070 غالبًا توصيلًا كهربائيًا متفوقًا وأحيانًا لدونة أفضل، بينما تقدم 3003/5052 قوة كعمل أعلى ومقاومة محسنة لأنواع معينة من التآكل الموضعي. مقارنةً بالسبائك الهيكلية المعالجة حراريًا مثل 6061 أو 6063، تُختار A1070 عندما تكون القابلية للتشكيل، التوصيل، مقاومة التآكل والتكلفة الأقل أكثر أهمية من الحاجة إلى قوى قصوى عالية قابلة للتحقيق في السبائك المقواة بالترسيب.

عند اتخاذ القرار، قارن أولويات التوصيل، التشكيل وجودة السطح مع متطلبات القوة والتوافر؛ حدد الحالة O للتشكيل المعقد وحالات H عندما تكون هناك حاجة لقوة إضافية من العمل البارد، وتأكد من حدود المعيار للتوصيل والشوائب للخدمات الكهربائية أو الكيميائية الحرجة.

الملخص النهائي

تظل A1070 ذات صلة لأنها تجمع بين نقاء ألمنيوم عالٍ جدًا وقابلية تشكيل ممتازة، وتوصيل حراري وكهربائي عالي، وأداء ثابت في مقاومة التآكل، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تعطى هذه السمات الأولوية على القوة الميكانيكية العالية. سلوكها المتوقع في التشكيل، اللحام والتشطيب السطحي يجعلها مادة مستخدمة على نطاق واسع في التطبيقات الكهربائية، الكيميائية، المعمارية وإدارة الحرارة.