ألمنيوم A384: التركيب، الخواص، دليل المعالجة والحالات، والتطبيقات

نظرة شاملة

يُصنّف A384 ضمن سلسة سبائك الألومنيوم 3xxx، وهي عائلة تتميز بمانع التآكل من المنغنيز كعنصر سبائكي رئيسي. هو سبيكة Al‑Mn مُشكّلة ميكانيكيًا لتحقيق توازن بين القوة المعتدلة، والليونة الممتازة، ومقاومة التآكل الجيدة، ويتم تقويتها بشكل أساسي من خلال العمل البارد بدلاً من المعالجة الحرارية التقليدية.

تشمل العناصر السبائكية الرئيسية الشائعة في A384 المنغنيز كإضافة مقصودة لمقاومة الشد واستقرار الحبوب، مع مستويات منخفضة من السيليكون والحديد والنحاس وعناصر أثرية أخرى. تقدم السبيكة مزيجًا متوقعًا من مقاومة شد معتدلة، ومرونة جيدة، وقابلية لحام مناسبة، وقدرة واسعة على التشكيل البارد تصلح للألواح والصفائح والمنتجات المسحوبة.

يُستخدم A384 في الصناعات التي تتطلب أجزاء ألومنيوم سهلة التشكيل بقوة معقولة ومقاومة جيدة للتآكل، مثل مكونات البناء وأنظمة التهوية وتكييف الهواء (HVAC)، وألواح النقل الخفيفة، والتطبيقات المعمارية العامة. يختار المهندسون A384 عندما تكون قابلية التشكيل واللحام أولويات أكثر من أقصى قوة تصلب بالعمر، وعندما تكون سبيكة Al‑Mn فعالة من حيث التكلفة ومتاحة بسهولة.

تُفضل هذه السبيكة على درجات الألومنيوم النقية لقوتها الميكانيكية الأعلى، وكذلك على بعض سبائك 5xxx أو السبائك المعالجة حراريًا عندما تكون سهولة التشكيل البارد، وانخفاض التكلفة، وسلوك التآكل المحدد أكثر أهمية من أعلى قوة ممكنة. سلوكها المتوقع في عمليات الدرفلة والتشكيل واللحام يجعلها خيارًا عمليًا للتصنيع بكميات كبيرة.

أنواع اللحامات

الدرجة	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	مرتفعة	ممتازة	ممتازة	حالة معالجة أُفرجت، الحد الأقصى للمرونة وقابلية التشكيل
H12	منخفضة–متوسطة	متوسطة	جيدة جدًا	ممتازة	مُصلّب جزئيًا عن طريق العمل البارد المحدود
H14	متوسطة	متوسطة–منخفضة	جيدة	ممتازة	درجة تجارية شائعة للقوة المتوسطة
H16	متوسطة	متوسطة	جيدة	ممتازة	مُصلّب لتصل قوة أعلى من H14
H18	متوسطة–عالية	منخفضة–متوسطة	مقبولة–جيدة	ممتازة	عمل بارد أكثر كثافة، تقليل الاستطالة
H22	متوسطة	متوسطة	جيدة	ممتازة	مُصلّب ومستقر عن طريق إزالة الإجهاد
H24	متوسطة–عالية	منخفضة–متوسطة	مقبولة	ممتازة	مُصلّب وجزئيًا مُفرج لتسهيل التشكيل
H32	متوسطة	متوسطة	جيدة	ممتازة	مُصلّب ومستقر بمعالجة حرارية متحكم بها

تؤثر درجة اللحام مباشرة وبشكل متوقع على خصائص A384، لأن هذه السبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية وتعتمد على كثافة الانزلاقات المُدخلة بواسطة العمل البارد. مع تقدم الدرجات من O إلى H18/H24، تزداد مقاومة الشد والخضوع بينما تقل الاستطالة وقابلية التشكيل، وتُختار درجات H لتحقيق توازن بين احتياجات التشكيل والقوة المطلوبة في الخدمة.

في التصنيع والاختيار، يعتبر اختيار درجة اللحام مسألة مقايضة: يُفضل O أو H12 للرسم العميق والعمليات التشكيلية الصعبة، بينما تُحدد سلسلة H14–H18 حيث تكون القوة بعد التصنيع أو الاستقرار الأبعادي أعلى مطلوب دون الحاجة إلى تغيير فئة السبيكة.

التركيب الكيميائي

العنصر	نسبة %	ملاحظات
Si	0.10–0.60	السيليكون منخفض؛ يحسن السائلة في السبائك المصهورة لكنه هنا مُقلل للحفاظ على الليونة
Fe	0.20–0.70	عنصر شوائب قد يقلل الليونة ويزيد من المركبات بين المعدن
Mn	0.60–1.50	عنصر رئيسي للتقوية والتحكم في إعادة التبلور لسبائك 3xxx
Mg	0.05–0.20	ثانوي؛ يمكن أن يساهم في القوة لكنه منخفض للحفاظ على قابلية التشكيل
Cu	0.05–0.20	محدود؛ كميات صغيرة تزيد القوة وقد تؤثر سلبًا على مقاومة التآكل
Zn	0.05–0.20	عادة منخفض؛ مستويات أعلى تعزز القوة لكنها تزيد من خطر التآكل تحت الإجهاد
Cr	0.01–0.10	نادرة؛ تحسن بنية الحبوب وتساعد في التحكم بإعادة التبلور
Ti	0.01–0.10	مكرر للحبوب في بعض طرق الإنتاج
عناصر أخرى	باقي النسبة إلى 100 (بقايا)	عناصر أثرية وبقايا تدار لمستويات منخفضة لتحصيل خصائص مستقرة

يركز التركيب الكيميائي لـ A384 على المنغنيز لتقوية الانزلاقات واستقرار الحبوب، مع تواجد منخفض من السيليكون والحديد والنحاس كشوائب أو معدلات أداء ثانوية. تؤثر التغييرات الطفيفة في محتوى Mn وCu بشكل كبير على مقاومة الخضوع، وسلوك التقسية بالشد، ومقاومة التآكل، لذا فإن ضبط التركيب ضروري لأداء متناسق في الألواح والمسحوبات.

الخصائص الميكانيكية

يظهر A384 سلوكًا شدياً نموذجيًا لسبائك Al‑Mn غير المعالجة حراريًا: مقاومة شد قصوى معتدلة مع مقاومة خضوع منخفضة نسبيًا في الحالة المعالجة أفرجت، وزيادات كبيرة في مقاومة الخضوع والشد مع العمل البارد. تكون الاستطالة عالية في درجة O لكنها تنخفض بشكل ملحوظ مع ارتفاع كثافة الانزلاقات في درجات H؛ على المصممين مراعاة تقليل مخزون التشكيل في حالات H18/H24.

تتوافق الصلادة مع الدرجة والعمل البارد: المادة المعالجة أفرجت تظهر صلادة منخفضة ولينة مع قابلية تمزيق منخفضة، بينما تصل الحالات المُصلّبة إلى قيم صلادة أعلى تؤثر على المقاومة للاهتراء والتشطيب السطحي. أداء الإجهاد مقبول للتحميلات الدورية المعتدلة؛ وحياة الإجهاد حساسة لحالة السطح والصلابة الناتجة عن العمل والإجهادات المتبقية الناتجة عن التشكيل أو اللحام.

تؤثر السماكة وشكل المنتج على الاستجابة الميكانيكية: الصفائح الرقيقة سهلة التقسية ويمكنها تحقيق قوة أعلى عند الدرفلة الباردة، في حين أن الصفائح السميكة أو المسحوبات تحمل بنية ميكروية أكثر خشونة ومعدل تقسية أقل لكل تمريرة معالجة. يجب على المصممين تحديد الدرجة والسماكة معًا لضمان هوامش تحمل استاتيكية وإجهادية مناسبة.

الخاصة	O/معالجة أفرجت	الدرجة الرئيسية (H14)	ملاحظات
مقاومة الشد	~90–120 MPa	~160–200 MPa	تعتمد مقاومة الشد في H14 على مستوى العمل البارد وسمك المنتج
مقاومة الخضوع	~30–50 MPa	~100–140 MPa	مقاومة الخضوع تزداد أسرع من المخطط الأقصى مع زيادة العمل البارد
الاستطالة	~30–40%	~8–18%	الاستطالة تنخفض مع زيادة التقسية بالشد
الصلادة (HB)	~25–40 HB	~55–75 HB	الصلادة تتبع تقريبًا خصائص الشد مع درجة اللحام

القيم تمثل نطاقات إرشادية للسمك التجاري والعمليات التصنيعية الشائعة؛ يجب استشارة الموردين للحصول على بيانات اختبار مصنع معتمدة لأشكال المنتجات ودرجات اللحام المحددة.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 g/cm³	قيمة نموذجية لسبائك الألومنيوم المشكّلة ميكانيكيًا؛ مهمة لحساب الوزن
نطاق الانصهار	~640–660 °C	نطاق العمل العملي، الصلبة قريبة من نقطة انصهار الألومنيوم النقي
الموصلية الحرارية	~130–150 W/m·K	السبائك تقلل الموصلية مقارنة بالألومنيوم النقي لكنها تظل عالية لتبديد الحرارة
الموصلية الكهربائية	~25–35 % IACS	أقل من الألومنيوم النقي؛ تتغير الموصلية حسب العمل البارد والتركيب
الحرارة النوعية	~0.90 J/g·K	قيمة تقريبية للحسابات الحرارية والكتلية
التمدد الحراري	~23–24 µm/m·K	معامل تمدد خطي مناسب للربط مع معادن هيكلية أخرى مع أخذ الأمر بالحسبان

تجعل الخصائص الفيزيائية لـ A384 منه مرشحًا جيدًا للتطبيقات التي تتطلب بنية خفيفة الوزن مع أداء حراري معقول. الموصلية الحرارية عالية مقارنة بالصلب، مما يجعل A384 مفضلًا للمكونات ذات الحاجة لتبديد الحرارة، ويجب مراعاة معامل التمدد الحراري عند التجميع مع مواد ذات معدلات تمدد مختلفة بشكل كبير.

الموصلية الكهربائية معتدلة، لذا لا يُعتبر A384 الخيار الأول للأشرطة الكهربائية عالية الكفاءة لكنه يُستخدم حيث تكون الخواص الميكانيكية أهم من الحد الأقصى للموصلية. تُستخدم قيم الكثافة والحرارة النوعية مباشرةً في حسابات الصلابة والكتلة الحرارية للأنظمة الهيكلية والحرارية.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	التمبرات الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.2–6.0 mm	تزداد القوة مع الدرفلة الباردة	O, H12, H14, H24	منتجة على نطاق واسع؛ تستخدم للألواح، الظرف، ومكونات HVAC
ألواح سميكة	6–25 mm	عمل بارد أقل لكل سماكة؛ قوة متوسطة	O, H22, H32	قطع هيكلية أثقل ولوحات الفرامل/الأغطية
بروفيلات بثق	حسب البروفيل	تختلف القوة حسب التمبر ونسبة البثق	O, H14, H18	بروفيلات للإطارات المعمارية والقنوات
أنابيب	Ø6–200 mm	السحب البارد أو البثق يؤثر على القوة النهائية	O, H14	تستخدم للمجاري، الأنابيب الهيكلية والأثاث
قضبان/عروق	Ø3–60 mm	تحمّل محدد للتصلب الناتج عن الشد؛ يعتمد على السحب	O, H12, H14	المثبتات، المكونات المشكّلة والقطع المشغّلة

تحدد طريقة المعالجة وشكل المنتج الخصائص الممكن تحقيقها: تستفيد الألواح من الدرفلة والعمل البارد بعد الدرفلة للوصول إلى تمبرات H، في حين تعتمد البثق والقضبان على معدلات التبريد أثناء البثق والعمل البارد اللاحق لتطوير القوة. تحد سماكة الألواح معدل العمل البارد وبالتالي أقصى تمبر H عملي.

يجب على التطبيقات تحديد شكل المنتج، التمبر، والتشطيب السطحي معاً لأن الأداء في التشكيل واللحام وتحمل التعب يتحدد هذه المعايير مجتمعاً. على سبيل المثال، يتم عادةً تزويد الألواح المسحوبة عميقاً بتمبر O أو H12 بدلاً من H18 للحفاظ على الدكتيلية.

المكافئات القياسية

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	A384	الولايات المتحدة الأمريكية	تسمية في قاعدة بيانات AA لهذا التركيب من ألومنيوم-Mn المشغول
EN AW	AW‑3xxx (الأقرب)	أوروبا	لا يوجد تطابق مباشر؛ AW‑3003/AW‑3004 هما الأقرب تجارياً
JIS	A3003 (الأقرب)	اليابان	سلسلة سبائك JIS A3003 مشابهة لدرجات ألومنيوم-Mn المشغولة
GB/T	سلسلة 3xxx (الأقرب)	الصين	المعايير الصينية تدرج سبائك ألومنيوم-Mn القريبة لعائلة 3003

غالباً لا يوجد تطابق دقيق واحد لواحد لأن التمبر، حدود الشوائب ومواصفات المعالجة تختلف بين المعايير والموردين. يجب على المهندسين مقارنة حدود الكيمياء المعتمدة، جداول الخواص الميكانيكية، وشهادات المعالجة بدلاً من الاعتماد فقط على اسم الدرجة الاسمي عند استبدال المواد.

عند التحويل بين المعايير، انتبه إلى مستويات الشوائب المسموح بها (Fe, Si)، التمبرات المفروضة، وممارسات الاختبار؛ لأن هذه الاختلافات قد تؤثر على سلوك التآكل وقابلية التشكيل في التطبيقات الحرجة.

مقاومة التآكل

يوفر A384 مقاومة جيدة للتآكل الجوي العام المميزة لسبائك الألومنيوم ذات محتوى معتدل من النحاس والزنك. في الأجواء الحضرية والصناعية، يشكل فيلم أكسيد واقٍ يحد من التآكل العام، ويمكن أن تحسن المعالجات السطحية الطفيفة أو الطلاءات التحويلية المظهر والأداء طويل الأمد بشكل كبير.

في البيئات البحرية أو عالية الكلوريد، يؤدي A384 أداءً مناسباً للتطبيقات المحمية أو المتعرضة بشكل دوري، لكنه ليس مقاومًا مثل سلسلة 5xxx (Al-Mg) أو 6xxx ذات محتوى النحاس المحكوم. قد تحدث حفر محلية على الأسطح الخشنة أو التالفة، لذلك يُنصح باستخدام الطلاءات الواقية أو التأكسد الكهربائي أو تدابير التصميم الكاثودية لحماية العمر التشغيلي في التعرض المالح العدواني.

مقاومة الشقوق الناتجة عن التآكل الإجهادي (SCC) منخفضة لسبائك Al-Mn مثل A384 مقارنة بسبيكة Al-Cu أو Al-Zn-Mg عالية القوة، لكن يجب تجنب الإجهادات المتبقية العالية مع الوسائط المسببة للتآكل. التفاعلات الجلفانية مع المعادن الأكثر نبلاً مثل الفولاذ المقاوم للصدأ يمكن أن تسرّع التآكل المحلي لـ A384؛ لذلك تعد العزل واختيار المثبتات المناسب اعتبارات تصميمية مهمة.

مقارنة مع عائلات السبائك الأخرى، يقدم A384 توازناً بين مقاومة التآكل وقابلية التشكيل مقابل سبائك 5xxx وقدرته على التقسية بالشيخوخة منخفضة مقارنة بسلسلة 6xxx/7xxx. تركيبة مقاومته المتوازنة وقابليته للتشكيل تجعله خياراً شائعاً للتطبيقات المعمارية وHVAC حيث يفضل التقليل من الصيانة المتكررة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

يلحم A384 بشكل جيد باستخدام عمليات الاندماج الشائعة مثل TIG (GTAW) وMIG (GMAW) مع سلك تعبئة ألومنيوم تقليدي مثل ER4043 (Al-Si) أو ER5356 (Al-Mg) حسب الخواص المطلوبة بعد اللحام. لا يحدث تطرية قوية في مناطق التأثير الحراري (HAZ) لأن السبائك غير قابلة للمعالجة الحرارية، لكن يجب التحكم بعناية في التشوه وتوافق السلك لتجنب مشاكل جلفانية أو تآكلية في اللحامات.

مخاطر التشقق الحراري منخفضة مقارنة بسبائك المعالجة الحرارية عالية القوة، لكنها قد تحدث إذا استُخدمت أسلاك تعبئة أو تصاميم وصلات غير مناسبة تسبب احتجاز الإجهادات وانكماش التصلب. نادراً ما تُطلب التسخين المسبق للأعمال ذات السماكة الرقيقة، لكن الأقسام الثقيلة المقيدة قد تستفيد من التحكم في درجات حرارة بين التمريرات لتقليل الإجهادات المتبقية.

قابلية التشغيل

تشغيل A384 بسيط باستخدام أدوات كربيد أو فولاذ سريع تقليدية. مؤشر قابلية التشغيل أقل من النحاس الحُر أو بعض سبائك الألومنيوم المحتوية على الرصاص، لكنه مقبول لمعظم التطبيقات الصناعية. الممارسات الموصى بها تشمل سرعات قطع متوسطة، أدوات ذات ضلع موجب، وإخلاء جيد للرقائق لتجنب تكوّن الحافة المجمعة وتصلب السطح أثناء التشغيل.

يمكن تحقيق جودة السطح والدقة الأبعاد مع سرعات تغذية تشغيل قياسية، لكن يجب الأخذ في الاعتبار ارتداد الينابيع وتكوين رقائق دكتيلية. مع استخدام تمبرات H ذات صلابة أعلى، تزداد معدلات استهلاك الأدوات ويجب تعديل استراتيجيات التبريد.

قابلية التشكيل

قابلية التشكيل لـ A384 ممتازة في التمبرات O والخفيفة من جهة العمل البارد، مما يتيح السحب العميق، الطي، والعمليات الانحنائية المعقدة. نصف قطر الانحناء الأدنى يعتمد على التمبر والسماكة وعادة ما يكون 1–3× السماكة في تمبر O ويزيد للتمبرات H؛ يجب استخدام التجارب العملية أو المحاكاة العنصرية لإنتاج أجزاء معقدة.

يزيد العمل البارد القوة لكنه يقلل من احتياطي التشكيل؛ التخمير الوسيط متاح لاستعادة الدكتيلية إذا كان هناك حاجة لخطوات تشكيل متعددة. ارتداد الينابيع قابل للتوقع والإدارة مع تصميم القوالب المناسب والتحكم في العمليات.

سلوك المعالجة الحرارية

كسبيكة من سلسلة 3xxx، A384 غير قابلة للمعالجة الحرارية ولا تستجيب للمعالجة بالحل والتقسية بالشيخوخة لزيادة القوة بشكل ملحوظ. محاولة تطبيق معالجات حرارية من نوع T لن تنتج التقسية الناتجة عن الترسيب كما في عائلات Al-Mg-Si أو Al-Cu.

تُطوَّر القوة وتُتحكم بها من خلال العمل الميكانيكي (الدرفلة الباردة، السحب) والتمبرات H اللاحقة. يتم التخمير (التليين الكامل لتمبر O) بالتسخين فوق درجة حرارة إعادة التبلور (عادة في نطاق 330–420 °C حسب حجم القسم وحالة السبيكة) يليها تبريد مسيطر للحصول على بنية مجهرية متبلورة بالكامل.

يمكن استخدام علاجات تثبيت مثل التعرض الحراري الخفيف (مثلاً H32) لتخفيف الإجهادات المتبقية دون تخمير كامل للمواد. لأجزاء الأبعاد الحرجة، يجب التحقق من دورات تخفيف الإجهاد لأنها قد تغير الخواص الميكانيكية بطرق دقيقة.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

يحافظ A384 على خواص ميكانيكية قابلة للاستخدام عند درجات حرارة مرتفعة معتدلة لكنه يعاني من فقد تدريجي في القوة مع زيادة درجة الحرارة. فوق ~100–150 °C يسبب التعرض المطول انخفاضاً ملحوظاً في مقاومة الخضوع والشد نتيجة التعافي واللين في البنية العاملة باردة.

الأكسدة قليلة مقارنة بالسبائك الحديدية بسبب فيلم الأكسيد الواقي للألومنيوم، لكن عند درجات حرارة أعلى قد تحدث تقشرات سطحية وهشاشة ناتجة عن تفاعلات السطح إذا توفرت بيئات عدوانية. للخدمة المستمرة فوق 150 °C، يجب على المصممين التحقق من سلوك الزحف والنظر في السبائك المصممة خصيصاً للاستقرار الحراري.

تحتاج اللحامات المعرضة لدرجات حرارة مرتفعة للانتباه إلى سلوك مناطق التأثير الحراري؛ حيث أن السبائك غير قابلة للمعالجة الحرارية، يلطف التطرية في HAZ لكنه قد يخفف من العمل البارد ويقلل القوة الموضعية مما يؤثر على مسارات التحميل.

التطبيقات

الصناعة	مكون مثال	سبب استخدام A384
السيارات	ألواح داخلية، دروع حرارية	قابلية تشكيل جيدة، قابلية لحام، فعالية من حيث التكلفة
البيئة البحرية	قنوات، حاويات غير هيكلية	مقاومة التآكل في أجواء بحرية جوية
الفضاء الجوي	وصلات غير حرجة، أغطية	نسبة قوة إلى وزن جيدة وسهولة التشكيل للهياكل الثانوية
الإلكترونيات	هياكل، ناشرات حرارة	موصلية حرارية وتصنيع جيد
البناء والتشييد	تغطية أسطح، تغليف الواجهات، المجاري	مقاومة الطقس، قابلية التشكيل، جودة التشطيب

يجمع A384 بين قابلية التشكيل واللحام والقوة المتوسطة مما يجعله مناسباً لمجموعة واسعة من المكونات غير عالية الإجهاد عبر صناعات متعددة. يُستخدم بشكل شائع حيث يتطلب الأمر تشكيل معقد، تشطيب سطحي جيد، ومقاومة التآكل بتكلفة معقولة.

رؤى الاختيار

اختر A384 عندما يكون التصميم يركز على قابلية التشكيل البارد العالية، قابلية اللحام الجيدة، والقوة المتوسطة مع توفر واسع وتكلفة منخفضة. هو مثالي للمكونات المطرزة أو المسحوبة، العناصر المعمارية والتصنيع العام حيث لا تتطلب قوة شد قصوى.

مقارنة بالألمنيوم التجاري النقي (1100)، يقدم A384 تنازلات بسيطة في التوصيل الكهربائي والحراري بعض الشيء وقابلية التشكيل لبعض المعدن النقي مقابل زيادة ملموسة في القوة واستقرار أبعادي أفضل أثناء التشكيل. مقارنة مع سبائك العمل المقسى الأخرى مثل 3003 أو 5052، يقع A384 في فئة مماثلة من القابلية للتشكيل ومقاومة التآكل، ولكنه يُختار عادةً عندما تلبي مزيج محدد من تقوية تعتمد على Mn وتوفر البائع احتياجات التصميم.

مقارنة بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061 أو 6063، يُختار A384 عندما تكون سهولة التشكيل واللحام، وتكلفة المادة الأقل، أهم من الحاجة لقوة تصلب عمر قصوى أعلى. إذا كانت القوة الثابتة أو مقاومة التعب الطويلة الأجل أعلى مطلوبة، قد يُفضل استخدام عائلة السبائك القابلة للمعالجة الحرارية بالرغم من تعقيد التصنيع المتزايد.

ملخص ختامي

يظل A384 سبيكة مصنوعة من الألمنيوم-منجنيز ذات صلة ومستخدمة على نطاق واسع لأنه يقدم بشكل موثوق