الألمنيوم A6063: التركيب، الخواص، دليل المعالجة، والتطبيقات

نظرة شاملة

يُعد A6063 من سبائك الألومنيوم سلسلة 6xxx، وهي من عائلة Al-Mg-Si التي يتم تقويتها أساسًا بواسطة الترسيب الجزئي (precipitation hardening). العناصر الرئيسية للسبائك هي السيليكون والمغنيسيوم، اللذان يشكلان ترسبات Mg2Si أثناء المعالجة الحرارية؛ كما يتم التحكم في كميات ضئيلة من الحديد، والنحاس، والكروم، والزنك، والتيتانيوم لتحقيق توازن بين المتانة، وقابلية البثق، وجودة السطح.

يُعتبر A6063 سبيكة قابلة للمعالجة الحرارية (تقسية بالترسيب/الشيخوخة) بدلاً من أن يكون سبيكة تصلب بالعمل فقط؛ لذلك يحقق قوة أعلى من خلال معالجة محلول الحرارة والشيخوخة الصناعية أو الطبيعية. تشمل الخصائص النموذجية مقاومة شد ومقاومة خضوع من متوسطة إلى جيدة، قابلية بثق ممتازة وجودة سطح عالية، مقاومة جيدة للتآكل في أجواء عديدة، وخصائص تأكسد (أنودة) ممتازة جداً.

تُستخدم سبائك A6063 عادة في صناعات البثق المعماري والإنشائي (إطارات النوافذ، الجدران الستائرية)، البناء والتشييد، مكونات السيارات غير الإنشائية، وبعض التطبيقات الكهربائية/الحرارية التي تتطلب جودة سطح جيدة وقوة متوسطة. يختار المهندسون A6063 على غيره من السبائك عندما تكون المتطلبات المتوازنة لقابلية البثق، ومظهر التأكسد، ومقاومة التآكل، والتكلفة أهم من تحقيق أقصى قوة قصوى.

أنواع المعالجات الحرارية (Temper)

التعزيز	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	مرتفعة (12–18%)	ممتازة	ممتازة	مخمرة بالكامل، أفضل قابلية للتشكيل والدكتيلة
H14	منخفضة إلى متوسطة	متوسطة	جيدة جداً	جيدة جداً	تقسية بواسطة الإجهاد البسيط، تستخدم للبثق الذي يحتاج قوة متوسطة
T4	متوسطة	متوسطة إلى مرتفعة	جيدة	جيدة	معالجة محلول الحرارة وشيخوخة طبيعية، قابلة للتشكيل بشكل جيد مع بعض القوة
T5	متوسطة إلى مرتفعة	متوسطة	جيدة	جيدة	تبريد من العمل الحار وشيخوخة صناعية، شائع للبثق
T6	عالية	متوسطة إلى منخفضة (8–14%)	متوسطة	جيدة	معالجة محلول الحرارة وشيخوخة صناعية تقارب القوة القصوى
T651	عالية	متوسطة إلى منخفضة	متوسطة	جيدة	T6 مع تخفيف الإجهاد عن طريق شد متحكم به، شائع للبثق الإنشائي

اختيار النوع (Temper) يُعدل التوازن بين الدكتيلية، وقوة الخضوع، وقوة الشد؛ درجات O وH تفضل عمليات التشكيل والثني، في حين تعطي T5/T6 قوى ثابتة أعلى للعمل في الخدمة. تُستخدم T6 وT651 على نطاق واسع حيث يُطلب استقرار الأبعاد وقوة خضوع أعلى، لكنهما يقللان من قابلية الانثناء ويزيدان من الارتداد مقارنة بالدرجات المخمرة (Annealed).

التركيب الكيميائي

العنصر	النطاق النسبي (%)	ملاحظات
Si	0.2–0.6	العنصر الأساسي في التقسية جنباً إلى جنب مع Mg لتكوين ترسبات Mg2Si
Fe	≤0.35	شوائب؛ ارتفاع نسبة الحديد يقلل من قابلية البثق وجودة السطح
Mn	≤0.10	كميات قليلة قد تحسن القوة هامشياً
Mg	0.45–0.9	شريك السيليكون في ترسيب Mg2Si؛ يتحكم في قدرة القوة القصوى
Cu	≤0.1	كميات صغيرة قد ترفع القوة لكنها تقلل مقاومة التآكل
Zn	≤0.1	يُحافظ عليها منخفضة لتجنب التآكل الغلفاني
Cr	≤0.05	يتحكم في بنية الحبوب ويحسن المتانة أحياناً
Ti	≤0.1	مُحسن بنية الحبوب؛ يستخدم بمستويات متحكم بها لتحسين الميكروستركشر
عناصر أخرى	≤0.15 إجمالاً	كل عنصر ≤0.05 عادةً؛ الباقي ألمنيوم

نسبة Si إلى Mg والمحتوى المطلق لـMg تحدد بشكل رئيسي ديناميكية الترسيب والقوة الممكن تحقيقها بعد الشيخوخة. المستويات المنخفضة المتحكم بها من Fe، Cu وZn تحافظ على جودة السطح واتساق التأكسد، في حين يستخدم التيتانيوم والكروم بكميات ضئيلة لتحسين حبيبات المعدن وتقليل الهشاشة الحرارية الناتجة أثناء المعالجة.

الخصائص الميكانيكية

يظهر A6063 سلوكاً ميكانيكياً يعتمد بشكل كبير على نوع المعالجة الحرارية وسمك المقطع؛ حيث يمكن للبثقات ذات الجدران الرقيقة في حالة T6 تحقيق قوة مفيدة مع احتفاظ جيد بجودة السطح. مقاومة الخضوع في الحالة المخمرة منخفضة نسبياً، مما يسمح بتشوه بلاستيكي كبير للتشكيل، وبعد معالجة محلول الحرارة والشيخوخة الصناعية، توفر ترسبات Mg2Si مقاومة خضوع وقوة شد أعلى بكثير. تقل الاستطالة والدكتيلية مع زيادة القوة؛ حيث تعطي T6 قوى أعلى لكنها تقلل الاستطالة وتزيد من ارتداد الثني أثناء التشكيل.

تتبع الصلادة حالة الشيخوخة حيث تُسجّل السبائك المخمرة صلادة منخفضة وفق مقياس برينل/كنوب، وتنتقل مواد T6 إلى نطاق متوسط من الصلادة؛ وهذا يؤثر على مقاومة التآكل واستجابة التشغيل. أداء مقاومة التعب مناسب للتطبيقات الدورية غير الحرجة لكنه حساس لحالة السطح، عيوب البثق، والضعف الناتج عن اللحام في مناطق التأثير الحراري. يؤثر سمك المقطع على استجابة التبريد والقوة الممكن تحقيقها: فالمقاطع السميكة تبرد أبطأ بعد المعالجة بالمحلول وبالتالي قد لا تصل إلى أقصى صلادة ذروة دون شيخوخة مطولة أو معالجة معدلة.

الخاصية	الحالة O/المخمرة	الدرجة الرئيسية (مثل T6/T651)	ملاحظات
قوة الشد	~110–155 MPa	~160–230 MPa	نطاق واسع بسبب حجم المقطع، النوع، وجدول الشيخوخة
قوة الخضوع	~60–95 MPa	~120–180 MPa	تُبلغ قيم T6/T651 عادة بين 120–160 MPa للبثق العادي
الاستطالة	~12–18%	~8–14%	تقل الاستطالة مع زيادة درجة المعالجة وسمك المقطع
الصلادة (HB)	~35–50 HB	~60–75 HB	تقريب مقياس برينل متأثر بالشيخوخة والبنية الدقيقة

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 g/cm³	نمطي لسبائك Al-Mg-Si يوفر نسبة قوة إلى وزن جيدة
مدى الانصهار	~582–652 °C	سبائك تهبط وتوسع مدى الانصهار مقارنة بالألمنيوم النقي
التوصيل الحراري	~160 W/m·K	توصيل حراري جيد؛ أقل قليلاً من الألمنيوم النقي وسلسلة 1xxx
التوصيل الكهربائي	~30–36 %IACS	توصيل كهربائي متوسط، منخفض عن الألمنيوم النقي تجارياً
السعة الحرارية النوعية	~900 J/kg·K	قيمة نموذجية لسبائك الألومنيوم تستخدم في الحسابات الحرارية
معامل التمدد الحراري	~23–24 µm/m·K	معامل متوسط؛ مهم لاستقرار الأبعاد في دورات التحميل الحراري

توصيل A6063 الحراري والكهربائي يجعله مناسباً لبعض الاستخدامات لإدارة الحرارة، لكنه أقل توصيلاً من سبائك سلسلة 1xxx. معامل التمدد الحراري المرتفع نسبياً يستوجب الحذر في التجميع مع مواد مختلفة خلال دورات التحميل الحراري أو حيث تتطلب التحملات الدقيقة.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	شائع في الدرجات	ملاحظات
ألواح	0.5–6.0 mm	متوسطة؛ تعتمد على المورد	O, Hxx, T4, T5	تستخدم للألواح الخفيفة والمكونات المشكّلة
صفائح	>6.0 mm	قمة القوة أقل بسبب قيود التبريد	O, T4, T6 (محدودة)	الأقسام السميكة قد لا تحقق كامل خصائص T6 بدون معالجة خاصة
بثق	جدران رقيقة إلى مقاطع كبيرة	مصممة لقوى موحدة عبر المقطع العرضي	T5, T6, T651	A6063 محسن للبثق—جودة سطح ممتازة وتحكم أبعاد دقيق
أنابيب	أقطار وسماكات مختلفة	القوة تختلف مع سماكة الجدار والنوع	O, T4, T5	شائع للتطبيقات المعمارية والإنشائية
قضبان/أعمدة	أحجام صغيرة إلى كبيرة	قابلة للتشغيل جيداً في O وT4	O, T6	تُستخدم للمكونات المشغولة والأجزاء المصنعة

يُعد البثق الطريق التصنيعي السائد لـA6063؛ حيث يتم ضبط التركيب الكيميائي والمعالجة الحرارية الميكانيكية لتوفير تدفق ناعم، تعبئة قالب ممتازة، ومظهر سطح فائق للتأكسد (الأنودة). تُستخدم الألواح والصفائح حيثما يلزم تخزين مسطح، لكن يجب الانتباه لحساسية الشيخوخة والتبريد حسب السماكة عند استهداف درجات حرارة عالية.

الدرجات المعادلة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	A6063	الولايات المتحدة الأمريكية	تعيين ASTM/AA شائع الاستخدام في أمريكا الشمالية
EN AW	6063	أوروبا	EN AW-6063 غالبًا ما يُحدد مع لاحقات معالجة حرارية إضافية
JIS	A6063	اليابان	JIS يعترف بتراكيب ألومنيوم-مغنيسيوم-سيليكون مماثلة مع معايير معالجة محلية
GB/T	6063	الصين	يُستخدم 6063 وفق GB/T بشكل شائع في المواصفات الصينية

على الرغم من أن أرقام الكتالوج تبدو متناسقة عبر المناطق، إلا أن المواصفات قد تختلف في حدود الشوائب المسموح بها ومتطلبات اختبار الخواص الميكانيكية وتعريفات درجات المعالجة القياسية. يجب على المهندسين مراجعة المعايير الوطنية ذات الصلة وشهادات المطحنة لمزود المواد للحصول على تفاصيل حدود الكيمياء، اختبار الخواص الميكانيكية وضوابط العمليات قبل التحديد.

مقاومة التآكل

تُظهر A6063 مقاومة جيدة لتآكل الغلاف الجوي في البيئات الحضرية والريفية بسبب تكون طبقة مستقرة من أكسيد الألومنيوم ومحتواها المعتدل من السبائك. مستويات النحاس والحديد المنخفضة نسبيًا تساعد في الحفاظ على مقاومة التآكل، كما أنها تؤكسد جيدًا لإنتاج طبقة أكسيد واقية وزخرفية متينة تُستخدم في التطبيقات المعمارية.

في البيئات البحرية، الأداء مقبول للعديد من الاستخدامات، لكن الأجواء الغنية بالكلوريدات تسرع من التآكل الموضعي والتبقع، خاصة إذا تلف الطلاء المؤكسد. عند الاستخدام في بيئات بحرية أو تعرضات كلوريدية عدوانية، يحدد المهندسون عادة تشطيبات واقية، أنودات فدية، أو يختارون سبائك بديلة ذات محتوى مغنيسيوم أعلى أو كيميائيات مقاومة للتآكل مضافة.

خطر تشقق التآكل الناتج عن الإجهاد (SCC) لفئة 6xxx منخفض عادة عند درجات حرارة الغرفة ولكنه قد يزداد تحت تحميل شد مستمر، رطوبة مرتفعة وظروف معالجة حرارية معينة؛ درجات T6 قد تكون أكثر عرضة من الدرجات المعالجة حراريًا بالكامل (المخففة). يجب إدارة التفاعلات الكلفانية—تكون A6063 أنودية بالنسبة للعديد من الفولاذ المقاوم للصدأ ولكن كاثودية بالنسبة للمغنيسيوم؛ العزل المناسب، اختيار البراغي، والطلاءات تقلل من التآكل الكلفاني في التجميعات المعدنية المختلطة.

خواص التصنيع

قابلية اللحام

يمكن لحام A6063 بسهولة بعمليات الانصهار الشائعة مثل TIG وMIG مع سلوك متوقع، بالرغم من حدوث تليين في منطقة تأثر الحرارة في درجات المعالجة المكهربة. الحشوات الشائعة تشمل ER4043 (ألومنيوم-سيليكون) لتحسين السيولة والمظهر، أو ER5356 (ألومنيوم-مغنيسيوم) عندما تكون هناك حاجة لقوة بعد اللحام ومقاومة التآكل أعلى؛ يعتمد الاختيار على الخواص المطلوبة بعد اللحام واعتبارات الأكسدة. القابلية للتشقق الساخن منخفضة نسبيًا، لكن تصميم وصلات اللحام، النظافة والمعالجات الحرارية قبل وبعد اللحام تؤثر على معدل العيوب والإجهادات المتبقية.

قابلية التشغيل

قابلية تشغيل A6063 متوسطة—أفضل من العديد من سبائك 5xxx لكنها ليست سهلة القطع كالسبائك الخاصة مثل 2011. أدوات كربيد وأجهزة ثابتة مع مواد تزليق مناسبة توفر أفضل عمر للأداة؛ معلمات التشغيل المعتادة تتماشى مع ممارسات تشغيل الألومنيوم القياسية (سرعة دوران عالية، تغذية معتدلة، إبعاد رقائق عدواني). تُعتبر جودة السطح والتحكم في النتوءات ممتازة غالبًا بفضل ليونة السبيكة، لكن درجة المعالجة الحرارية والمعالجات السابقة تؤثر على شكل الرقاقات وتآكل الأدوات.

قابلية التشكيل

تتميز A6063 بقابلية تشكيل باردة ممتازة في درجات المعالجة اللينة (O, Hxx, T4) ويمكن ثنيها، تشكيلها بالدحرجة وسحبها بنطاقات انحناء ضيقة عند إدارتها بشكل مناسب. مع زيادة درجة المعالجة (T5, T6)، يزداد الارتداد وقطر انحناء الحد الأدنى؛ تحديد T4 أو O للتشكيل يليها تعتيق ما بعد التشكيل استراتيجية شائعة. البروفيلات المعقدة ذات الجدران الرقيقة من نقاط قوة السبيكة، وتصميم القوالب بالإضافة إلى التزليق يحسن قابلية التشكيل وجودة السطح.

سلوك المعالجة الحرارية

تُعالج A6063 حراريًا بالمعالجة بالذوبان، التبريد والشيخوخة لإنتاج حالة تقوية عبر ترسيب ثاني أكسيد المغنيسيوم Mg2Si. يتم عادةً عمل المعالجة بالذوبان عند 520–545 °C لإذابة الأطوار الذائبة، يليها تبريد سريع للاحتفاظ بمحلول صلب فوق المشبع؛ معدلات التبريد وسماكة القطاع تؤثر بشكل كبير على الخواص النهائية. تختلف جداول الشيخوخة الصناعية: تعتيق T5 (تبريد من العمل الساخن ثم تعتيق) يستخدم درجات حرارة ~150–200 °C لعدة ساعات، بينما T6 (معالجة بالذوبان ثم تعتيق صناعي) تستخدم درجات حرارة مماثلة بعد المعالجة بالذوبان لتحقيق قوة أعلى.

تُعد انتقالات الدرجات أدوات عملية: قد يتم بثق المكونات في حالة استقرار حراري، تشكيلها في T4 أو O لتعظيم الليونة، ثم تعتيقها صناعيًا لتحقيق القوة المطلوبة للخدمة. التعتيق الزائد يقلل القوة لكنه يحسن المطيلية ومقاومة تشقق التآكل الناتج عن الإجهاد، لذا يتم اختيار جداول التعتيق لتحقيق توازن بين الخواص الميكانيكية، الاستقرار الأبعادي والأداء المقاوم للتآكل. تحتاج القطاعات السميكة إلى عناية خاصة حيث قد تمنع حساسية التبريد تصلبًا كاملاً؛ في هذه الحالات، يتم تعديل التعتيق أو التصميم لتقليل تس梯 الخواص.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

تحافظ A6063 على خواص ميكانيكية معقولة حتى درجات حرارة مرتفعة معتدلة، لكن يحدث انخفاض كبير في مقاومة الخضوع والشد فوق حوالي 150–175 °C. التعرض المطول لدرجات حرارة أعلى من نطاقات الشيخوخة يمكن أن يؤدي إلى تكبير حجم الجزيئات المقوية، مما يسبب تليين وفقدان الاستقرار الأبعادي؛ يجب على المصممين تجنب الخدمة المستمرة عند درجات حرارة تقارب أو تتجاوز درجات حرارة الشيخوخة الصناعية. الأكسدة طفيفة مقارنة بالسبائك الحديدية، لكن التعرض للحرارة بدون أغطية واقية قد يضر بجودة السطح وطبقات الأكسدة.

مناطق تأثر الحرارة المجاورة للحامات قد تعاني من تليين بسبب التعتيق الزائد أو الذوبان، مما يقلل القوة المحلية؛ في التطبيقات الحرجة قد يُطلب معالجة حرارية بعد اللحام أو تعديلات تصميمية. يمكن للتدوير الحراري أن يزيد من التعب والانحراف الأبعادي في التجميعات المضغوطة أو المقيدة، لذا من المهم أخذ التمدد الحراري والزحف المحتمل على المدى الطويل في درجات الحرارة المرتفعة بعين الاعتبار لضمان أداء موثوق.

التطبيقات

الصناعة	المكون النموذجي	سبب استخدام A6063
العمارة/البناء	إطارات النوافذ، بروفيلات الجدران الستائرية	سهولة البثق الممتازة، تشطيب الأكسدة، وقوة كافية
السيارات	الزينة، قضبان السقف، القضبان غير الهيكلية	جودة سطح جيدة، مقاومة التآكل، وبثقة اقتصادية
البحرية	الصواري، درابزين، الزينة	مقاومة التآكل والأكسدة للمظهر
الإلكترونيات	الأغطية، مشتتات حرارة ذات أداء متوسط	التوصيل الحراري وقابلية التشغيل مع تشطيب جيد
الأثاث والتجهيزات	حوامل الإضاءة، نظم العرض	التكلفة، قابلية التشكيل، والقدرة على التشطيب السطحي

تتميز A6063 بسطوتها خاصة حيثما توجد بروفيلات معقدة مُبثقة مع تحكم أبعاد محكم وتشطيبات سطح عالية الجودة. مزيج السبيكة من سهولة البثق، القوة المعقولة واستجابة الأكسدة يجعلها شائعة للمكونات المعمارية المرئية والأجزاء المصنّعة ذات الحساسية للتكلفة.

نصائح للاختيار

يفَضّل استخدام A6063 عند الحاجة إلى بثقات عالية الجودة، مظهر سطحي ممتاز بعد الأكسدة، وقوة متوسطة. اختر A6063 على سبائك 1xxx اللينة (مثل 1100) عندما تحتاج قوة محسنة مع الحفاظ على قابلية التشكيل والتوصيل الجيدين؛ ستقايض بعض التوصيل الكهربائي/الحراري مقابل زيادات كبيرة في القوة.

بالمقارنة مع السبائك المشغولة مثل 3003 أو 5052، تقدم A6063 قوة أعلى يمكن تحقيقها بعد المعالجة الحرارية ونتائج أكسدة أفضل، بينما تحتفظ سبائك 3xxx/5xxx بمرونة أفضل وأحيانًا مقاومة تآكل متفوقة في البيئات البحرية العدوانية جدًا. مقارنة بـ6061، توفر A6063 عادة بثقاً متفوقاً، تشطيبًا سطحيًا أكثر نعومة ومظهرًا مؤكسدًا أفضل، على حساب قوة قصوى أقل، لذا يتم اختيار A6063 للبثقات المعمارية المعقدة أما 6061 فيُفضل للأجزاء الهيكلية عالية القوة أو المحملة بكثافة.

اختر A6063 عندما تشمل أولويات التصميم بثقات بروفايل محكمة، تشطيبات زخرفية، تحميل متوسط وقابلية تصنيع جيدة؛ تجنبها عندما يكون أعلى قوة أو أقصى توصيل كهربائي هو المتطلب الأساسي. دائمًا أكد على درجة المعالجة، سماكة القطاع وخطط ما بعد المعالجة مع الموردين لضمان أن المنتج النهائي يلبي نية التصميم.

خلاصة

تظل A6063 سبيكة ألومنيوم متعددة الاستخدامات للهندسة الحديثة لأنها تجمع بشكل فريد بين سهولة البثق، قدرة الأكسدة، مقاومة التآكل والقوة المتوسطة بحزمة اقتصادية. يعود اعتمادها الواسع في المكونات المعمارية والمصنعة إلى سلوكيات المعالجة المتوقعة والقدرة على تكييف الخواص من خلال المعالجة الحرارية والتعتيق لتلبية الاحتياجات التطبيقية المتنوعة.