ألمنيوم AlZnMgCu: التركيب، الخصائص، دليل التصلب والتطبيقات

نظرة شاملة

تنتمي سبائك AlZnMgCu إلى سلسلة 7xxx من سبائك الألومنيوم، حيث يعد الزنك العنصر الرئيسي للسبائك، بينما المغنيسيوم والنحاس عناصر ثانوية مهمة. هذه السبائك قابلة للمعالجة الحرارية وتعتمد قوتها بشكل رئيسي على التصلب الناتج عن ترسيب المواد الصلبة من خلال معالجة في المحلول، التبريد السريع، والتقادم الصناعي. توفر أنواع القوة العالية النموذجية من هذه العائلة مثل AA 7075 بعضًا من أعلى نسب القوة إلى الوزن بين سبائك الألومنيوم المشغولة، مع ملاحظة التضحية بمقاومة التآكل المطلقة وسهولة اللحام مقارنة بالسلاسل ذات القوة الأقل. تُستخدم هذه السبائك على نطاق واسع في الطيران، الدفاع، معدات الرياضة ذات الأداء العالي، وبعض التطبيقات الهيكلية في السيارات حيث تعد القوة الساكنة أو مقاومة التعب أمرًا حاسمًا في التصميم.

العناصر الرئيسية للسبائك في أنظمة Al–Zn–Mg–Cu هي الزنك (يسهم في تشكيل ترسبات تصلب التقادم)، المغنيسيوم (يشكل ترسبات مقوية مع الزنك)، والنحاس (يزيد القوة لكنه قد يقلل مقاومة التآكل ويزيد قابلية التشقق بالإجهاد، SCC). تضاف كميات صغيرة من الكروم والزركونيوم لتحسين تنعيم الحبوب والتحكم في إعادة التبلور للحفاظ على القوة في المنتجات المعالجة حراريًا وميكانيكيًا. تُختار هذه السبائك على حساب سلسلة 6xxx أو 5xxx عندما يكون الوصول إلى أقصى قوة ومتانة لكل وحدة وزن هو الهدف، وكبديل للفولاذ المقاوم عندما يكون تقليل الوزن مع ثبات مرن وأداء تعب مماثل مرغوبًا. غالبًا ما يخضع اختيار السبائك لمقايضة بين الأداء الميكانيكي (القوة، الصلادة، التعب) وضرورة تطبيق تدابير مكافحة التآكل مثل الطلاء، التبطين، أو المعالجة بالشيخوخة الزائدة.

تؤثر اعتبارات التصنيع بشكل كبير على اختيار الدرجة ونوع المعالجة الحرارية لسبائك AlZnMgCu. تحدد قدرة المعالجة الحرارية، التوفر في أشكال المنتجات (ألواح، صفائح، مقاطع مصدورة)، وإمكانية إجراء المعالجات اللاحقة للّحام أو التشكيل ما إذا كان يمكن للمكوّن استغلال الإمكانات الكاملة للسبائك. يجمع هذا النوع من السبائك بين القوة العالية، قابلية تشغيل معقولة، والتوافق مع عمليات ربط وتشطيب الألومنيوم القياسية، مما يجعلها خيارًا عمليًا للهياكل المصممة التي تتطلب كفاءة عالية في تقليل الوزن.

يجب على المصممين أيضًا مراعاة الظروف البيئية وقيود دورة الحياة عند تحديد سبائك AlZnMgCu. تشمل عوامل الاختيار استراتيجيات الحماية من التآكل، قابلية التشقق بالإجهاد (SCC) تحت الإجهادات الشدية وأنواع المعالجة المختلفة، وحساسية الخواص لسماكة المنتج والتاريخ الحراري. النتيجة النهائية هي عائلة سبائك عالية الأداء لا غنى عنها عندما يكون الهدف تصميمًا حساسًا للوزن مع وجود تدابير ملائمة للحد من التآكل وسهولة اللحام.

أنواع المعالجة الحرارية (Temper)

نوع المعالجة	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية	ممتازة	ممتازة	حالة التلدين الكامل؛ الحد الأقصى من اللدونة وقابلية التشكيل
T4	منخفضة-متوسطة	متوسطة	جيدة	جيدة	معالجة في المحلول ومعتقة طبيعيًا؛ حالة وسطية
T6	عالية	منخفضة-متوسطة	مقبولة	سيئة-مقبولة	معالجة في المحلول ومعتقة صناعيًا لأقصى قوة
T73 / T76	متوسطة-عالية	متوسطة	محسنة	أفضل من T6	معالجات الشيخوخة الزائدة لتحسين مقاومة التشقق والتصلب
T651	عالية	منخفضة-متوسطة	مقبولة	سيئة-مقبولة	T6 مع معالجة تخفيف الإجهاد بواسطة الشد أو الضغط
H112 / H116	متغيرة	متغيرة	متغيرة	متغيرة	معالجات تجارية محكومة للتحكم الجزئي بالخواص
H14	متوسطة	منخفضة	مقبولة	سيئة-مقبولة	مقواة بالتشوه ومعتقلة جزئيًا؛ تستخدم للمقذوفات والصفائح

للحالة الحرارية تأثير قوي على الأداء الميكانيكي، مقاومة التآكل، وسلوك التشكيل لسبائك AlZnMgCu. تضاعف حالات الشيخوخة القصوى مثل T6 مقاومات الشد والخضوع بشكل كبير لكنها تقلل بشكل ملحوظ من اللدونة وتجعل التشكيل واللحام أكثر تحديًا دون إعادة معالجة لاحقة.

الشيخوخة الزائدة في T73/T76 تقلل من قوة دفع التشقق بالإجهاد وتحسن المقاومة للتقشير والهجوم بين الحبيبات، على حساب انخفاض ملموس في مقاومة الخضوع ومقاومة الشد القصوى. لذا، يكون اختيار نوع المعالجة توازنًا بين القوة القصوى المطلوبة وتحمل الظروف البيئية.

التركيب الكيميائي

العنصر	النسبة %	ملاحظات
Si	≤ 0.40	شائبة؛ تعزز السيولة في الصب وقد تشكل مركبات بين فلزية تقلل المتانة
Fe	≤ 0.50	شائبة؛ تكون مركبات بين فلزية هشة تقلل اللدونة ومقاومة التآكل
Mn	≤ 0.30	معدل ثانوي لهياكل الحبوب؛ محدود في سلسلة 7xxx لتجنب مركبات بين فلزية ضارة
Mg	1.5 – 3.0	مساهم في القوة؛ يشكل ترسبات MgZn2 مع الزنك أثناء الشيخوخة
Cu	0.5 – 2.5	يزيد القوة والمتانة، لكنه يزيد قابلية التآكل وSCC
Zn	3.5 – 8.0	عنصر تقوية رئيسي؛ كلما زاد الزنك زادت القوة القصوى عبر الترسيب
Cr	0.04 – 0.35	يُتحكم في إعادة التبلور وبنية الحبوب، يحسن المتانة ويمنع نمو الحبوب
Ti	≤ 0.20	مُنعِّم للحبوب أثناء التصلب والمعالجة الحرارية-الميكانيكية
أخرى	الباقي Al + أثر	إضافات أثرية وبقايا (مثل Zr) للتحكم في الحبوب وتعديل التركيب

تم تحسين كيمياء سبائك Al–Zn–Mg–Cu لتعزيز تشكيل مناطق GP الدقيقة وترسبات MgZn2 (η′/η) خلال الشيخوخة، وهي المصادر الأساسية للتصلب. يعد النحاس عامل تعديل في تسلسل الترسيب ويساهم في زيادة القوة القصوى والمتانة، لكنه يغير السلوك الكهروكيميائي ويزيد احتمال التآكل المحلي وSCC ما لم يتم التخفيف عبر اختيار النوع المناسب للمعالجة الحرارية أو التبطين.

تُضاف عناصر أثرية مثل الكروم والزركونيوم عمدًا كميكروسبائك للتحكم في حواف الحبوب وإعادة التبلور أثناء العمل الساخن والدورات الحرارية. التحكم في الشوائب مثل الحديد والسيليكون ضروري، حيث تعد مركباتها البينية مواقع لبداية الشقوق والتآكل المحلي خاصة في حالات المعالجة الحرارية ذات القوة العالية.

الخصائص الميكانيكية

تعرض سبائك AlZnMgCu نطاقًا واسعًا من السلوك الميكانيكي اعتمادًا على نوع المعالجة الحرارية، شكل المنتج، والسماكة. في حالة الشيخوخة القصوى T6، تظهر هذه السبائك مقاومة شد قصوى عالية ومقاومة خضوع مرتفعة، مع استطالة عادة في مدى أحادي الرقم أو منخفض من خانتين عشريتين بالنسبة المئوية. في حالات التلدين أو المعالجة في المحلول، تظهر السبائك استطالة أعلى بكثير ومقاومة خضوع أقل، مما يمكّن من عمليات التشكيل التي تكون مستحيلة في حالة T6.

سلوك التعب جيد عمومًا لسبائك AlZnMgCu عند تصنيعها مع تحكم في بنية الحبوب وتقليل العيوب السطحية، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات التحميل الدوري. مع ذلك، فإن التعب ومتانة الكسر حساسة للإجهادات الشدية المتبقية وعدم تجانس البنية المجهرية؛ يمكن للشيخوخة الزائدة (T73/T76) تحسين مقاومة نمو شقوق التعب على حساب تقليل القوة الساكنة. تؤثر السماكة بشكل ملحوظ؛ حيث تُظهر القطع السميكة غالبًا قوة منخفضة بسبب تبريد أبطأ وتوزيعات ترسيب أكثر خشونة، مما يستلزم إجراءات تحكم في المعالجة مثل موانع التبريد السريع أو دورات تقادم مصممة خصيصًا.

تتبع الصلادة سلوك الشد، حيث تظهر حالات الشيخوخة القصوى صلادات أعلى بكثير من الحالات المتلدنة أو المعتقة طبيعيًا. يؤدي إدخال حرارة اللحام أو العمليات الحرارية المحلية العالية إلى تكوين مناطق رخوة (HAZ) عبر إذابة أو تكبير الترسبات المقوية، مما يقلل من مقاومة الخضوع وقوة التعب المحلية وغالبًا ما يتطلب معالجة حرارية بعد اللحام أو تعويضات تصميمية.

الخَصِيصة	الحالة المليّنة/المطهية (O/Annealed)	التمبَر الرئيسي (مثلاً: T6/T651)	ملاحظات
مقاومة الشد	250 – 350 MPa	480 – 620 MPa	نطاق واسع يعتمد على نوع السبيكة والسماكة؛ T6 قريب من القيم القصوى
مقاومة الخضوع	120 – 300 MPa	410 – 540 MPa	تزيد مقاومة الخضوع بشكل ملحوظ مع المعالجة الحرارية؛ نسبة الخضوع/الشد تختلف حسب التمبَر
الاستطالة	12 – 20%	5 – 15%	الليونة تقل في حالة المعالجة الحرارية القصوى؛ التشكيل أسهل في حالات O/T4
الصلادة	60 – 95 HB	135 – 165 HB	تعتمد الصلادة على كثافة الركائز والتمبَر؛ القيم المقاسة تعتمد على مقياس الصلادة المستخدم

الخصائص الفيزيائية

الخَصِيصة	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.78 – 2.82 g/cm³	أقل قليلاً من الفولاذ؛ كفاءة كتلة ممتازة للأجزاء الهيكلية
نطاق الانصهار	~480 – 635 °C	فترة الصلادة−السائلة تعتمد على محتوى الزنك والنحاس؛ تجنب التعرض للخدمة قرب انصهار الإيوتيكتك
موصلية حرارية	120 – 160 W/m·K	أدنى من الألمنيوم النقي لكنها مرتفعة مقارنة بالفولاذ؛ مفيدة في تصميم مسارات الحرارة
الموصلية الكهربائية	20 – 35 % IACS	مخفضة مقارنة بالألمنيوم النقي بسبب السبائك؛ السماكة والتمبَر لهما تأثير بسيط
السعة الحرارية النوعية	~870 – 910 J/kg·K	قيمة تقريبية قرب درجة حرارة الغرفة لتصميم الكتلة الحرارية
التمدد الحراري	23–24 µm/m·K (20–100 °C)	تمدد نموذجي للألمنيوم؛ مهم في تصميم وصلات المواد المتعددة

تحتفظ سبائك AlZnMgCu بالعديد من الخصائص الفيزيائية المفضلة للألمنيوم، خصوصاً الكثافة المنخفضة والموصلية الحرارية النسبية العالية مقارنة بالمواد الحديدية. هذه الخصائص تجعلها جذابة للتطبيقات التي تتطلب إدارة حرارية وأعضاء هيكلية خفيفة الوزن، لكن يجب على المصممين مراعاة الموصلية الكهربائية الأقل مقارنة بالألمنيوم النقي عند التحديد للتطبيقات الكهربائية.

تحدد الاستقرار الحراري وخصائص الانصهار حدوداً عملية للتعرض الحراري أثناء التصنيع والخدمة. الهيكل المُقوى بالترسيب حساس للحرارة: التعرض المطول فوق حوالي ثلث إلى نصف درجة حرارة الانصهار (على المقياس المطلق) يؤدي إلى تليين وفقدان التكامل الميكانيكي، وهذا مهم خاصة للحام واللحام الصلب والخدمة عند درجات حرارة عالية.

الأشكال التجارية

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك المقاومة	التمبَر الشائع	ملاحظات
ألواح	0.4 – 6.0 mm	مطلوب تحكم جيد في السماكة للألواح السميكة	T6, T651, T73	شائع للواجهات والألواح الهيكلية؛ حساسية التبريد تؤثر على المقاطع السميكة
صفائح (Plate)	6 – 200 mm	قد تنخفض المقاومة مع السماكة بسبب تبريد أبطأ	T6, T651, T73	الألواح الثقيلة تتطلب تبريد وتمبَر محكم للحفاظ على الخصائص
بروفايلات بثق (Extrusion)	بروفايلات معقدة، سماكات جدران مختلفة	الهيكل المعالج بالبثق يستفيد من المعالجة الحرارية بعد البثق	T6, T73, H112	تستخدم للبروفايلات الهيكلية عالية المقاومة والتجهيزات
أنابيب	جدران رقيقة إلى سميكة	التلحيم والتشكيل يؤثران على الخواص المحلية؛ قدرة ضغط عالية في T6	T6, T73	مبادلات حرارية وأنابيب هيكلية حيث تكون نسبة المقاومة إلى الوزن حاسمة
قضبان/عصي	أقطار حتى عدة مئات من mm	قابلية التشغيل جيدة؛ المقاطع الكبيرة تحتاج إلى معالجة حرارية	T6, O, T73	تستخدم للحدادات والمكونات المشغولة وتجهيزات الطيران

تختلف مسارات المعالجة حسب شكل المنتج: الألواح والصفائح عادة ما تُعالج بالحل ثم تبرد وتعالج حرارياً على نطاق الإنتاج، أما البثق فيتطلب تحكم دقيق في معدلات التبريد وأحياناً معالجة حرارية مباشرة لتحقيق التركيبة المطلوبة من الخواص. سماكة الصفائح وقابلية التبريد تعتبر من عوامل التصميم الحرجة؛ وعندما يكون مطلوب أقصى تجانس في التمبَر، قد يُفضل استخدام مقاطع أرق أو معالجة توحيد لاحقة.

تؤثر التطبيقات على اختيار شكل المنتج والتمبَر؛ مثلاً، تستخدم أغطية الطائرات الهيكلية صفائح مدحرجة في T6/T651 مع تغليف أو حماية من التآكل، بينما تستخدم الأعضاء الهيكلية البحرية تمبرات مفرطة المعالجة وطبقات تغليف. كما تؤثر سماحات التشغيل والتحكم في التشوه على اختيار شكل المنتج والتمبَر.

الدرجات المماثلة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	7075 / AlZnMgCu	الولايات المتحدة الأمريكية	درجة 7075 هي الممثل التجاري الأكثر شيوعاً لسبائك Al–Zn–Mg–Cu عالية المقاومة
EN AW	7075	أوروبا	EN AW-7075 تتوافق مع ترقيم السبائك الأوروبية؛ كيميائيات وتمبرات مشابهة
JIS	A7075	اليابان	التسمية اليابانية لعائلة 7075 مع تباينات تصنيع خاصة بالمنطقة
GB/T	7075	الصين	المعيار الصيني يشمل مكافئات 7075 ومواصفات المعالجة الحرارية

الفروق الدقيقة بين المعايير تنتج من تفاوتات الشوائب، ونوافذ التركيب الكيميائي الدقيقة، ونطاقات الخصائص الميكانيكية المسموح بها في كل تمبَر. للمكونات الحرجة في الطيران أو السلامة الحياتية، تستند مواصفات الشراء إلى معيار وتمبَر محدد مع متطلبات اختبار واعتماد لضمان التوافق والأداء المستقر.

ممارسات المعالجة الحرارية الإقليمية والتمبرات المسموح بها (مثل التمييز بين T651 وT6511 وT73) قد تفرض فروقاً في التحكم بالإجهاد المتبقي وأهداف الاستطالة حتى للسبائك ذات الكيمياويات المتطابقة اسميًا. دائماً راجع تعليمات الرسم مع شهادات المطحنة وتقارير الاختبار.

مقاومة التآكل

تُظهر سبائك AlZnMgCu مقاومة معتدلة للتآكل العام في البيئات الجوية، لكنها أكثر عرضة للتآكل الموضعي (التآكل الحُفْري ومتقشر) وتصدع التآكل الإجهادي مقارنة بسلسلة 5xxx وبعض سبائك 6xxx. وجود النحاس ونسبة Zn:Mg العالية تزيد من التغاير الكهروكيميائي وتحفز الهجوم الموضعي عند التعرض لبيئات حاملة للكلوريد، مما يجعل الطلاءات الواقية، والتغليف (Alclad)، أو الإجراءات الأنودية الفُدية شائعة في التطبيقات البحرية والساحلية. المعالجة فوق السن مثل T73/T76 أو التغليف بطبقات ألمنيوم عالية النقاء تحسن بشكل ملحوظ مقاومة التقشر وتصدع التآكل الإجهادي، رغم تخفيض قوة الذروة الممكنة.

يتطلب التعرض البحري تحوطات دقيقة: في مياه البحر والمناطق الرذاذية، يمكن أن تفقد سبائك AlZnMgCu عالية المقاومة أداؤها بسرعة بسبب التآكل الحفري وتصدع التآكل الإجهادي إذا تواجدت إجهادات شد. تشمل طرق التصميم استخدام طلاءات فُدية، الحماية الكاثودية، اختيار تمبرات مفرطة المعالجة، وتجنب الأشكال التي تخلق جيوب. غالباً ما تُعزل التوصيلات والمثبتات عن المعادن غير المتجانسة أو تستخدم قطع تثبيت مقاومة للتآكل لمنع تسريع التآكل الكهروكيميائي للألمنيوم.

تصدع التآكل الإجهادي هو وضع فشل ملحوظ للتمبرات عالية المقاومة تحت إجهاد شد مستمر في بيئات كلوريدية متآكلة. يمكن تقليل القابلية بتخفيض مقاومة الخضوع (المعالجة فوق السن)، تطبيق إجهادات ضغط سطحية (تنفيش)، أو تعديل كيمياء السبيكة. مقارنة بسلسلة 6xxx (مثلاً 6061)، تتمتع سبائك 7xxx بقوة أعلى لكنها تتطلب سيطرة بيئية وتصميمية أكثر صرامة لتفادي فشل مرتبط بتصدع التآكل الإجهادي.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

لحام سبائك AlZnMgCu يمثل تحدياً في التمبرات القصوى لأن حرارة اللحام تذيب أو تغير شكل ركائز التقوية، مما ينتج منطقة متأثرة حرارياً ملينة تعاني من نقصان كبير في مقاومة الخضوع وقوة التعب. طرق اللحام بالاندماج مثل TIG وMIG ممكنة للإصلاح والتصنيع، لكن يكون معدن اللحام والمنطقة المتأثرة أضعف عادةً من المادة الأصلية في حالة T6 ما لم يُجرَ علاج حراري للحل وبعد اللحام، وهو غالباً غير عملي للهياكل المُجمعة. سبائك الحشو مثل 5356 أو 4043 تُستخدم شائعاً؛ ولكن 5356 (Al–Mg) يوفر قوة أفضل، وقد تُستخدم خليطات حشو معدة خصيصاً لسبائك 7xxx لتقليل التباين الكهروكيميائي والقوة. خطر التشقق الساخن موجود عند لحام سبائك عالية الزنك، لذا التحضير المسبق، تصميم الوصلات، والتحكم بالحرارة أمر حاسم.

قابلية التشغيل (التشغيل الميكانيكي)

تشغيل سبائك AlZnMgCu جيد عمومًا مقارنة بالفولاذ، مع تكوين رقائق متوقعة ودرجات حرارة قطع منخفضة، لكن القوة والصلادة العالية في التمبرات المعالجة حرارياً تزيد من تآكل الأدوات مقارنة بسبائك الألمنيوم الأخف. يُفضل استخدام أدوات من الكربيد ذات هندسة حادة وزوايا قطع موجبة لإدارة إزالة الرقائق وتقليل الحواف المتراكمة؛ سرعات القطع أعلى من الفولاذ لكنها تظل محدودة لتجنب ارتفاع درجة حرارة السطح التي تغير التمبَر المحلي. لمكونات الطيران ذات التسامحات الضيقة، يجب الأخذ في الاعتبار تخفيف الإجهاد والتحكم في التشوه أثناء التشغيل والتشطيب لاحقاً للحفاظ على الثبات الأبعاد والأداء الميكانيكي.

قابلية التشكيل

التشكيل البارد يكون أكثر فاعلية في الحالات O, T4، أو الحلات المعالجة جزئياً بالتلدين حيث تكون الليونة كافية لعمليات الثني والسحب العميق، في حين أن الحلات T6 و H14 أقل قابلية للتشكيل وأكثر عرضة للتشقق أثناء الثنيات الحادة. تحدد نصف أقطار الثني الدنيا حسب الحالة الحرارية والسماكة؛ وقاعدة متحفظة لألواح T6 هي استخدام نصف قطر ثني داخلي لا يقل عن 1–2× السماكة، بينما الحلات اللينة قد تسمح بنصف أقطار أقرب إلى أو أقل من 1× السماكة حسب أدوات التشكيل والاحتفاظ بالقطعة. إذا كانت الأشكال معقدة مطلوبة، يُفضل التشكيل في الحلات اللينة يتبعها معالجة حرارية مضبوطة لاستعادة الصلابة، أو التصميم مع تضمين الطيات والتشكيل التدريجي لتجنب فشل القطعة.

سلوك المعالجة الحرارية

سبائك AlZnMgCu هي سبائك تقليدية قابلة للمعالجة الحرارية؛ تشمل خطوات المعالجة الحرارية الأساسية المعالجة بالإنحلال، التبريد السريع، والشيخوخة الاصطناعية. عادةً ما تتم المعالجة بالإنحلال عند درجات حرارة قريبة من 470–480 °C لإذابة الزنك والمغنيسيوم القابلين للذوبان في محلول صلب مشبع فوق اللازم، يتبعها تبريد سريع (تبريد بالماء أو بوليمر) للحفاظ على حالة التشبع هذه. تتم عملية الشيخوخة الاصطناعية (T6) عند درجات حرارة حوالي 120–160 °C لفترات زمنية محددة لترسيب جسيمات دقيقة من نوع η′ ومناطق GP التي توفر أقصى صلابة وقوة.

الشيخوخة الطبيعية (T4) يمكن أن توفر قوة متوسطة وهي نقطة البداية لبعض تسلسلات التصنيع، في حين أن المعالجات التي تؤدي إلى الشيخوخة الزائدة (T7/T73/T76) تقوم بتكبير حجم الجسيمات عمدًا لتقليل القابلية للتآكل بالإجهاد وتحسين مقاومة الكسر والاستقرار البعدي. يشير التمييز T651 إلى حالة T6 مع تخفيف إجهادات مُتحكم بها (تمديد أو معالجة ضغطية) بعد التبريد السريع، مما يخفف من التشوهات للمكونات الدقيقة. يعد التحكم في معدل التبريد أمرًا حيويًا؛ حيث أن الأجزاء السميكة التي تبرد ببطء قد لا تحقق نفس مستوى التشبع وبالتالي تظهر قوة أقل.

السلوك غير القابل للمعالجة الحرارية في الحلات H يعتمد على تقسية العمل الناتجة عن الإجهاد؛ ومع ذلك، فإن عائلة سبائك AlZnMgCu عالية القوة عادةً ما تُصمم بالاعتماد على المعالجة الحرارية بدلاً من تقسية الإجهاد لتطوير القوة. يقوم التلدين باستعادة الليونة من خلال إعادة التبلور وذوبان المراحل المقوية، مما يتيح عمليات التشكيل قبل إعادة التشيخ الطبيعي.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

تتناقص قوة سبائك AlZnMgCu بسرعة مع ارتفاع درجة الحرارة؛ يُلاحظ فقدان كبير في القوة عند درجات حرارة تزيد عن ~100 °C، وعادةً ما تكون الفائدة من التطبيق الحامل للأحمال فوق ~150 °C محدودة. حيث تتكبر أو تذوب الجسيمات المسؤولة عن التقسية عند درجات حرارة مرتفعة، مما يؤدي إلى تليين وتقليل في مقاومة الخضوع والتعب. الأكسدة عند درجات حرارة متوسطة تعتبر ضئيلة للألمنيوم مقارنة بالصلب، لكن الأفلام المؤكسدة الواقية لا تمنع التكبير الهيكلي الدقيق.

بالنسبة للمكونات الملحومة، فإن سلوك منطقة التأثير الحراري (HAZ) عند درجات الحرارة المرتفعة هو مصدر قلق رئيسي: فإن الشيخوخة الزائدة المحلية أو ذوبان الجسيمات المقوية يسبب مناطق ضعيفة متكررة قد تُسبب فشلًا في دورات درجات الحرارة العالية أو تطبيقات الزحف. يتطلب التصميم للتعرض لدرجات حرارة مرتفعة اختيار سبائك أكثر استقرارًا حراريًا أو دمج حواجز حرارية وفواصل تفتيش منتظمة.

التطبيقات

الصناعة	المكون النموذجي	سبب استخدام AlZnMgCu
الفضاء الجوي	أغطية الأجنحة، إطارات الهيكل، التجهيزات	نسبة قوة إلى وزن استثنائية ومقاومة لصدمات الكسر في العناصر الهيكلية
البحرية	تجهيزات هيكلية عالية القوة، السوامات	قوة استاتيكية عالية مع تدابير مقاومة التآكل؛ وتقليل الوزن أمر حاسم
السيارات	مكونات هيكل عالية الأداء، أجزاء التعليق	تقليل الوزن وزيادة الصلابة حيث تحسن كفاءة الكتلة من الديناميكيات
الدفاع	أغطية الدروع، هياكل الصواريخ	حلول هيكلية عالية القوة وخفيفة الوزن لكفاءة الحمولة
الرياضة والترفيه	هياكل دراجات عالية الجودة، معدات التسلق	قوة نوعية عالية ومقاومة التعب لمعدات الأداء العالي

تظل سبائك AlZnMgCu هي الخيار المفضل عندما يكون الهدف التصميمي هو تحقيق أقصى كفاءة هيكلية لكل وحدة وزن، وحيث يمكن توظيف ممارسات تصنيع محكمة وتدابير مقاومة التآكل. تدعم العائلة السبائكية مكونات حرجة عبر الصناعات حيث تسود أحمال ثابتة ومتكررة في متطلبات التصميم.

رؤى الاختيار

عند اختيار AlZnMgCu لمكون معين، فضّل استخدامه عندما تكون متطلبات نسبة القوة إلى الوزن ومقاومة التعب هي الأولوية، وعندما يكون التصنيع قادرًا على استيعاب المعالجة الحرارية وحماية التآكل. إذا كانت القصوى مطلوبة في الليونة، التوصيلية، وسهولة اللحام، فإن الألمنيوم التجاري النقي (مثل 1100) سيتفوق في هذه الجوانب على AlZnMgCu لكنه يقل في القدرة الهيكلية.

مقارنة بالسبائك المعالجة بالتقسية الميكانيكية مثل 3003 أو 5052، يقدم AlZnMgCu قوة ثابتة وتعب أعلى بكثير لكنه يحتاج عادة إلى حماية تآكل أقوى وقابلية تشكيل أقل في الحلات الذروية. مقارنة بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية الشائعة مثل 6061 أو 6063، يقدم AlZnMgCu قوة ذروة أعلى وغالبًا أداء تعب أفضل، لكنه قد يكون أكثر تكلفة، وأقل لحامًا دون معالجة ما بعد اللحام، وأكثر عرضة لتآكل الإجهاد بدون معالجة الشيخوخة الزائدة أو إجراءات الحماية.

استخدم AlZnMgCu عندما تفوق متطلبات عمر التصميم تحت التحميل الدوري والصلابة نسبة للوزن وتقليل وزن القطعة على زيادة تكاليف التشطيب والسيطرة على التآكل. اختر الحلات المتشابكة أو المغلفة للبيئات العدوانية، واحتفظ بالحالات المراهقة الذروية للمكونات التي يكون التعرض التآكلي أثناء الخدمة محدودًا أو خاضعًا للرقابة الجيدة.

ملخص الختام

تجمع سبائك AlZnMgCu بين بعض أعلى مستويات القوة وخصائص التعب المواتية المتوفرة بين سبائك الألمنيوم المصهورة، مما يجعلها لا غنى عنها للتطبيقات الهندسية ذات الوزن الحرج والأداء العالي. يتطلب الاستخدام المسؤول الانتباه لاختيار الحالة الحرارية، تدابير مقاومة التآكل، وضوابط التصنيع لتحقيق أداء السبيكة دون التضحية بالمتانة أثناء الخدمة.