ألمنيوم EN AW-1100: التركيب، الخواص، دليل المعالجة، والتطبيقات

نظرة شاملة

ينتمي EN AW-1100 إلى سلسلة 1xxx من سبائك الألومنيوم المصنعة، ويمثل ألمنيومًا نقيًا تجاريًا بنسبة محتوى ألومنيوم لا تقل عن حوالي 99.0%. تتميز هذه السبيكة بانخفاض محتوى السبائك المقصود جدًا؛ حيث توجد عناصر أثرية مثل السيليكون والحديد بمستويات أقل من الواحد بالمئة وتتحكم في خصائص الأوساخ والشوائب.

يتم تقوية EN AW-1100 بشكل شبه كامل بواسطة التقسية بالتشوه (التصلب بالتشويه) وليس عن طريق المعالجة الحرارية، حيث إنها سبائك غير قابلة للمعالجة الحرارية. ونتيجة لذلك، فإن قوتها الميكانيكية معتدلة مقارنة بسلاسل 2xxx أو 6xxx أو 7xxx، لكنها توفر قابلية عالية للطرق، وتوصيل كهربائي وحراري عالٍ، ومقاومة ممتازة للتآكل، وقابلية تشكيل ممتازة.

تشمل السمات الرئيسية مقاومة التآكل العالية جدًا في البيئات الجوية والعديد من البيئات الكيميائية، قابلية لحام ممتازة وقابلية تشكيل جيدة جدًا في الحالة المعالجة حراريًا (المطيلة)؛ كما يمكن رفع قوتها عن طريق العمل البارد إلى درجات H لتطبيقات محددة. تشمل الصناعات النموذجية التي تستخدم EN AW-1100 المعالجة الكيميائية، معدات الأغذية والمشروبات، اللوحات الإعلانية والألواح التعريفية، مبادلات الحرارة، والموصلات الكهربائية حيث تكون القابلية للتوصيل والتشكيل أكثر أهمية من قوة الشد القصوى.

غالبًا ما يختار المهندسون EN AW-1100 عند الحاجة إلى أقصى توصيلية، أو جودة سطح، أو مقاومة للتآكل، وعندما تتطلب عمليات الانحناء الحادة أو السحب العميق مادة ذات قابلية طرق عالية جدًا. كما يفضّل حيث تكون بساطة التصنيع وإعادة التدوير مهمة، وحيث يكون الحساسية للتكلفة تميل إلى استخدام الألومنيوم منخفض السبيكة على أنظمة السبائك المعقدة.

أنواع العلاجات الحرارية (Temper)

العلاج	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	عالٍ (30–50%)	ممتاز	ممتاز	حالة مطيلة كاملة لأقصى دكتيلية
H12	منخفضة-متوسطة	متوسطة (20–35%)	جيدة جدًا	ممتاز	تصلب خفيف بالتشوه؛ يحتفظ بقابلية تشكيل جيدة
H14	متوسطة	منخفضة (10–30%)	جيدة	ممتاز	علاج شائع بالتشوه البارد لزيادة القوة
H16	متوسطة	أقل (5–20%)	متوسطة إلى جيدة	ممتاز	تصلب أعلى لأجزاء أقوى
H18	أعلى	منخفضة (3–10%)	محدودة	ممتاز	تصلب شديد بالتشوه للحد الأقصى من القوة دون معالجة حرارية
H112	متوسطة	متغيرة	جيدة	ممتاز	غير معالجة حراريًا، تصلبت بالتشوه عن طريق التحكم في العملية

يتم اختيار نوع العلاج في EN AW-1100 أساسًا على التوازن بين الدكتيلية والقوة التي يتم تحقيقها عبر مراحل العمل البارد المنضبطة. يعظّم علاج O المطيل القابلية للتشكيل وجودة السطح، في حين ترتفع درجات H تدريجيًا من حيث الشد ومقاومة الخضوع على حساب الاستطالة، دون تغيير في قدرة المعالجة الحرارية المعدنية.

التركيب الكيميائي

العنصر	النسبة %	ملاحظات
Si	≤ 0.95	شائبة؛ يتم التحكم فيها للحد من تأثيرها على التآكل وقابلية الصب
Fe	≤ 0.95	شائبة شائعة تقلل قليلاً من الدكتيلية والتوصيل
Mn	≤ 0.05	قليل جداً، تأثير تقوية ضئيل في 1100
Mg	≤ 0.05	مهمل؛ تساعد المستويات المنخفضة في منع تصلب الترسّب
Cu	≤ 0.05	محتوى منخفض للغاية للحفاظ على مقاومة التآكل
Zn	≤ 0.10	كميات صغيرة مقبولة؛ الكميات الأكبر تقلل المقاومة للتآكل
Cr	≤ 0.05	تحكم أثر لتحجيم التغيرات في البنية الحبيبية
Ti	≤ 0.03	مادة محببة; موجود بكميات أثرية
آخرون	≤ 0.15 مجتمعة	البقايا تشمل V, Ni، وغيرها؛ الألومنيوم يشكل الباقي (~99.0%)

تشير نقاوة EN AW-1100 إلى أن الخصائص الفيزيائية والكيميائية الكهربائية تهيمن عليها مصفوفة الألومنيوم أكثر من ترسّبات السبيكة. تؤثر العناصر الأثرية والبقايا بشكل رئيسي على التوصيل الكهربائي والحراري، وبنية الحبوب، وتفاوتات بسيطة في السلوك الميكانيكي؛ بالتالي يتركز التحكم في التركيب على إبقاء مستويات الشوائب منخفضة للحفاظ على خصائص السبيكة المميزة.

الخصائص الميكانيكية

يتميز سلوك الشد في EN AW-1100 بقوى قصوى وخضوع منخفضة في الحالة المطيلة مع استطالة خطية طويلة. نسب الخضوع منخفضة ويعد التصلب بالتشوه هو الوسيلة الرئيسية لزيادة القوة؛ يمكن للعمل البارد مثل الدرفلة والسحب أن يزيد من خصائص الشد بشكل كبير لكنه يقلل الدكتيلية. الصلادة مرتبطة بشكل مباشر بعلاج السبيكة، حيث تبقى قيم HB منخفضة في المادة المطيلة وتزداد مع علاجات H؛ وتكون مقاومة التعب معتدلة وتتأثر بقوة بجودة السطح والعمل البارد.

تؤثر سماكة المادة على الاستجابة الميكانيكية: يمكن للدروع الرفيعة أن تُدرفل باردًا إلى درجات H أعلى مع فقدان قليل للدكتيلية مقارنة بالأجزاء السميكة التي تختلف فيها توزيعات التشوه السطحي والداخلي. أداء التعب حساس للعيوب السطحية والتعرض للتآكل الكهروكيميائي؛ تحسن الأسطح المصقولة أو المؤكسدة حياة التعب. يبقى سلوك الكسر دكتيلياً مع تشوه بلاستيكي كبير قبل الفشل في المعالجات الدكتيلية، بينما تظهر الحالات المعالجة بالتشوه البارد الشديد صلابة أقل.

الخاصية	O/مطيلة	العلاج الرئيسي (مثل H14)	ملاحظات
قوة الشد	~65–95 MPa	~95–140 MPa	مجالات واسعة تعتمد على السماكة ومستوى العمل البارد الدقيق
مقاومة الخضوع	~25–45 MPa	~60–110 MPa	الخضوع يرتفع مع التصلب بالتشوه؛ القياس حساس لاتجاه العينة
الاستطالة	~30–50%	~10–30%	الاستطالة تنخفض مع زيادة درجة العلاج؛ غالبًا ما تحتفظ الدروع الرقيقة باستطالة أعلى
الصلادة	~20–30 HB	~35–60 HB	الصلادة تزداد مع صلابة العمل البارد؛ يمكن تحويلها إلى روكويل أو فيكرز

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.71 g/cm³	الكثافة النموذجية لسبائك الألومنيوم شبه النقية
مدى الانصهار	~ 640–660 °C	نطاق الصلب-السائل بالقرب من نقطة انصهار الألومنيوم النقي
التوصيل الحراري	~ 215–240 W/m·K (عند 25 °C)	عالي جدًا؛ ممتاز لتطبيقات انتقال الحرارة
التوصيل الكهربائي	~ 58–62 % IACS	توصيل كهربائي عالي؛ مناسب للموصلات والقضبان الناقلة
السعة الحرارية النوعية	~ 900 J/kg·K	مماثل للألومنيوم النقي؛ مفيد لحسابات الكتلة الحرارية
التوسع الحراري	~ 23.6 ×10⁻⁶ /K (20–100 °C)	معامل التمدد الحراري النموذجي للألومنيوم لتصميمات التحمل

تعتبر مجموعة الخصائص الفيزيائية لـ EN AW-1100 مركزة على انتقال الحرارة والشحنة بدلاً من القوة الميكانيكية العالية. تجعل التوصيلية الحرارية والسعة الحرارية النوعية هذا السبائك مثاليًا لألواح مبادلات الحرارة، والتكسية، والمشعات، بينما يدعم التوصيل الكهربائي قضبان التوصيل والموصلات ذات الجهد المنخفض. يجب على المصممين مراعاة التمدد الحراري العالي نسبيًا مقارنة بالصلب عند دمج أجزاء 1100 في مجموعات مواد مختلطة.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة / الحجم النموذجي	سلوك القوة	العلاجات الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.1–6.0 mm	دكتيلية؛ قابلة للعمل البارد بسهولة	O, H12, H14	مستخدمة على نطاق واسع للسحب العميق، التكسية، والتشطيبات الزخرفية
صفائح	>6.0 mm	إمكانات أقل للعمل البارد؛ الأجزاء السميكة أصعب في التشكيل	O, H112	تستخدم لخزانات الكيمياء والألواح الهيكلية حيث تكون التوصيلية مطلوبة
بروفيلات بثق	بروفيلات حتى مقاطع عرضية كبيرة	يمكن تصلبها بالتشوه أثناء البثق بدرجات H	O, H112	تركيب السبيكة البسيط يسمح ببث مستمر وأسطح ناعمة
أنابيب	أقطار وسماكات جدران متنوعة	مشكل بواسطة السحب/الدرفلة؛ يمكن تقسيته بالتشوه	O, H14	شائع لأنابيب مبادلات الحرارة والأنابيب المعمارية
قضبان / أعمدة	أقطار حتى 200 mm	عادة أقل نفاذية للتصلب بالتشوه	O, H16	قابلة للمعالجة في حالة O؛ يمكن تقويتها بالسحب البارد

توفر الألواح والرقائق الرقيقة أفضل قابلية للتشكيل وغالبًا ما تُسحب عميقًا أو تُكوَى على البارد؛ بينما تُعالج الصفائح والبروفيلات السميكة بشكل أكبر عن طريق القطع الميكانيكي واللحام. تستفيد معالجة البثق من التركيب البسيط للسبيكة للحصول على تدفق متناسق ونعومة سطح، في حين تُنتج الأنابيب والقضبان غالبًا بطرق غير ملحومة أو ملحومة تليها عمليات قياس ومعالجة حرارية للتحكم في الخصائص.

درجات مكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	1100	الولايات المتحدة الأمريكية	تسمية أمريكية شائعة للألمنيوم النقي تجارياً
EN AW	1100	أوروبا	سبائك أوروبية مكافئة؛ بادئة EN AW تشير إلى الألمنيوم المطروق
JIS	A1050	اليابان	مكافئ قريب مع حدود شوائب وخصائص مماثلة
GB/T	1100	الصين	المعيار الصيني يحدد تركيبة وخصائص متقاربة

الفروقات الدقيقة بين المعايير تكمن أساساً في حدود الشوائب المتبقية القصوى والعناصر النزرة المسموح بها، والتي قد تؤثر قليلاً على التوصيل والكفاءة ضد التآكل. كما أن تاريخ المعالجة والمواصفات الحرارية في كل منطقة يمكن أن تغير النطاقات الميكانيكية؛ لذلك على المهندسين التأكد من حالة المعالجة والخصائص المضمونة من شهادة المصنع بدلاً من الاعتماد فقط على المكافئة الاسمية للدرجة.

مقاومة التآكل

يظهر EN AW-1100 مقاومة ممتازة للتآكل الجوي بفضل محتواه العالي من الألمنيوم والاضافات السبائكية النشطة القليلة جداً. يتكون لديه طبقة أكسيد حماية طبيعية تقاوم التأكسد العام وتوفر أداءً جيدًا على المدى الطويل في البيئات الصناعية والحضرية الخارجية.

في البيئات البحرية، يقدم EN AW-1100 أداء جيداً ضد التآكل العام في الظروف غير المجهدة، لكن يجب الانتباه إلى التآكل الخلوي في البيئات المحتوية على الكلوريد والتآكل في الشقوق حيث يمكن أن يتجمع ماء البحر الراكد. تحسن عملية الأنودة والمعالجات السطحية المناسبة المظهر والمقاومة الموضعية للتآكل بشكل ملحوظ للاستخدام البحري.

حساسية الانشقاق الناتج عن التآكل بالتوتر (SCC) منخفضة في EN AW-1100 لأنه يرتبط عادة بسبائك أكثر قوة؛ ومع ذلك، الحالات المعالجة بالتشكيل البارد المكثف قد تزيد قليلاً من الحساسية تحت إجهاد الشد في الوسط التآكلي. التفاعل الكهروكيميائي مع المعادن النبيلة (مثل النحاس والفولاذ المقاوم للصدأ) قد يسرع التآكل الموضعي؛ لذلك يُنصح بالعزل الكهربائي أو استخدام مسامير متوافقة عند اتصال المعادن المختلفة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

يعتبر EN AW-1100 من أكثر سبائك الألمنيوم قابلية للحام ويستجيب جيداً لعمليات لحام TIG وMIG واللحام النقطي. تستخدم سبائك لحام مثل ER4043 (Al-Si) أو ER5356 (Al-Mg) تبعاً للمرونة والسلوك ضد التآكل المرغوب فيه؛ وقطع السمك الرفيعة تلحم مع تشويه ضئيل. مخاطر التشقق الحراري منخفضة مقارنة بالسبائك الأعلى قوة، ومنطقة التأثر بالحرارة تفقد قليلاً من الخواص الميكانيكية لأن السبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية.

قابلية التشغيل

تشغيل السبيكة في الحالة المعالجة (المطاولة) سهل بسبب المرونة العالية وميل منخفض لتصلب العمل؛ مؤشر التشغيل متوسط ويعد أفضل من العديد من درجات الألمنيوم النقي. ينصح باستخدام أدوات كربيد بزاوية قطع موجبة وسرعات تغذية عالية لتجنب تكوّن الحافة المتراكمة؛ معجب التحكم في الشريحة قد يكون تحدياً بسبب تكون شرائح طويلة ومترابطة إذا لم يتم تقطيعها. يعالج السطح إلى لمعان عالي لكن يجب مراعاة تصميم التثبيت بسبب انخفاض الصلابة بالمقارنة مع الفولاذ.

قابلية التشكيل

قابلية التشكيل ممتازة في الحالة O، مما يسمح بأنصاف أقطار ثني ضيقة جداً وعمليات السحب العميق بدون تشقق. أنصاف أقطار الثني المقترحة صغيرة—غالباً تصل إلى مرة واحدة سماكة اللوح أو أقل حسب tooling وحالة المعالجة الحرارية—بينما تتطلب حالات H أنصاف أقطار أكبر وخطوات تشكيل متدرجة أو عمليات تنعيم. الرجوع المرن متوسط وقابل للتنبؤ؛ يجب على المصممين احتسابه عند تصميم الأدوات أو إجراء معالجة لإزالة الاجهاد بعد التشكيل الثقيل.

سلوك المعالجة الحرارية

EN AW-1100 هو سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية؛ لا يستجيب لمعالجة التصلب بالترسيب أو التلدين الحلولي كما في سبائك السلسلة 6xxx أو 7xxx. تزداد الخواص الميكانيكية عبر التشكيل البارد (تصلب الإجهاد) وتُعاد إلى الحالة الأصلية عن طريق التلدين.

يتم التلدين عند درجات حرارة تقليدية بين 300–400 °C حسب سماكة المقطع والنعومة المطلوبة، مع تبريد بطيء لاستعادة المرونة الكاملة؛ هذه العملية تعيد المادة إلى حالة O. ونظراً لأن التقوية ميكانيكية، فإن دورات متكررة من التشكيل والتلدين الوسيط شائعة في تسلسل التصنيع لتحقيق أشكال معقدة بدون تشقق.

الأداء في درجات الحرارة العالية

في درجات الحرارة المرتفعة، يفقد EN AW-1100 قوته نسبياً بسرعة مقارنة بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية؛ حيث تكون درجات الحرارة الخدمة المستعملة محدودة عادة تحت 200 °C للتطبيقات الهيكلية. المقاومة للتأكسد جيدة نسبياً بسبب تكوين طبقة ألومينا حماية، لكن مقاومة الزحف ضعيفة مقارنة بالسبائك المتخصصة لدرجات الحرارة العالية.

تنتج دورات الحرارة الناتجة عن اللحام منطقة تأثر حرارية (HAZ) لكنها لا تسبب تلييناً بسبب الترسيب؛ ومع ذلك، التعرض المطول لدرجات حرارة مرتفعة قد يلغي تأثير التصلب البارد ويقلل الصلادة. للخدمات الحرارية المستمرة المرتفعة، يجب على المهندسين النظر في سبائك مصممة لمقاومة الزحف بدلاً من 1100.

التطبيقات

الصناعة	عنصر مثال	سبب استخدام EN AW-1100
السيارات	زخارف وألواح اسم	قابلية تشكيل ممتازة وتشطيب سطحي عالي الجودة
البحرية	مبادلات حرارية وتجهيزات غير هيكلية	مقاومة التآكل والتوصيل الحراري
الفضاء	حوامل داخلية وغطاءات	وزن منخفض وقابلية تشكيل جيدة لأجزاء غير هيكلية
الإلكترونيات	مشتتات حرارية وقضبان توصيل	توصيل حراري وكهربائي عالي

غالباً ما يتم اختيار EN AW-1100 حيث تكون التوصيلية الفائقة وقابلية التشكيل الأولويتين الرئيسيتين، وحيث تكون الأحمال الهيكلية منخفضة. كما أن سطحه النظيف وتوافقه مع عمليات التشطيب مثل الأنودة يجعله السبيكة المفضلة للمكونات المرئية والبيئات الكيميائية الحساسة.

نصائح الاختيار

عند اختيار EN AW-1100، يتم التركيز على التوصيل الكهربائي والحراري، وقابلية التشكيل الممتازة، وأعلى مقاومة للتآكل المتاحة في السبائك المطروقة الشائعة. اختر حالة O لأقصى مرونة وسحب عميق، وحالات H لتحقيق زيادات متواضعة في القوة عبر التشكيل البارد؛ دائماً تحقق من شهادات المصنع للموصلية والخواص الميكانيكية.

مقارنةً بالسبائك الشائعة المتصلدة مثل 3003 أو 5052، يقدم EN AW-1100 موصلية كهربائية وحرارية أعلى قليلاً وعادة تشطيب سطحي أفضل، لكنه يوفر قوة جوهرية أقل من 5052 التي تحتوي على المغنيسيوم لقوة أعلى. مقارنةً بالسبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061 أو 6063، يُفضل EN AW-1100 حين تكون التوصيلية، المقاومة للتآكل وقابلية التشكيل أهم من القوة القصوى؛ اختر 6061 عندما تكون القوة الهيكلية والصلادة ضرورية رغم انخفاض التوصيل.

ضع في اعتبارك التكلفة والتوفر: EN AW-1100 متوفر على نطاق واسع وعادة ما يكون أقل تكلفة من السبائك المتخصصة، لكن إذا تطلب التصميم قوة أعلى، عمر تعب مطول أو مقاومة لدرجات حرارة مرتفعة، فقد يكون اختيار مادة مختلفة أكثر فعالية من حيث التكلفة على المدى الطويل.

ملخص ختامي

يظل EN AW-1100 سبيكة أساسية للهندسة الحديثة حيث تكون الخصائص المستمدة من النقاء—توصل ممتاز، قابلية تشكيل متفوقة ومقاومة متينة للتآكل—مطلوبة أكثر من القوة العالية. وبفضل بساطته، فهو اقتصادي، عالي قابلية التدوير وسهل التصنيع عبر مجموعة واسعة من أشكال المنتجات، مما يضمن استمرارية أهميته في التطبيقات الكيميائية والكهربائية والاستهلاكية.