ألمنيوم EN AW-5005: التركيب، الخواص، دليل التصلب والتطبيقات

نظرة شاملة

EN AW-5005 هو سبيكة ألومنيوم من سلسلة 5xxx (عائلة Al-Mg) يتميز بالمغنيسيوم كعنصر سبيكي رئيسي. عادةً ما يُشار إلى السبيكة بالرمز EN AW-5005 أو AlMg1 في التسمية الأوروبية، وهي سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية حيث يتم تحقيق قوتها الميكانيكية أساسًا بواسطة العمل البارد (تقسية الشد) بدلاً من التقسية الناتجة عن الترسيب.

محتوى المغنيسيوم النموذجي يتراوح بين 0.7 و1.1 wt%، مع وجود كميات قليلة من السيليكون (Si)، والحديد (Fe)، والنحاس (Cu)، والمنغنيز (Mn)، والكروم (Cr)، والزنك (Zn)، والتيتانيوم (Ti) والتي تظهر كشوائب متبقية أو مضبوطة. آلية التقوية تعتمد على تقوية بالصلابة الصلبة للذوبان بالتزامن مع تقسية الشد؛ ولا تستجيب هذه السبيكة لمعالجات الحرارة التقليدية كالمعالجة بالتسخين والشيخوخة كما هو الحال في سبائك 6xxx أو 2xxx.

يوفر EN AW-5005 توازنًا بين قوة متوسطة، مقاومة جيدة للتآكل (بما في ذلك أداء محسن بعد الأنودة)، قابلية تشكيل جيدة جدًا في درجات الطراوة اللينة، وقابلية لحام جيدة مقارنةً بالعديد من سبائك الألومنيوم-مغنيسيوم الأخرى. تجعل هذه الخصائص منه خيارًا شائعًا للواجهات المعمارية، العلامات الإعلانية، الزينة، الكسوات الداخلية والخارجية، والتطبيقات التي تكون فيها المظهر بعد الأنودة، الوزن الخفيف، والمتطلبات الميكانيكية المعتدلة هي العوامل الأساسية.

يختار المصممون 5005 عندما يحتاجون إلى قوة أعلى من الألومنيوم التجاري النقي مع الاحتفاظ بلمسة سطح ممتازة وخصائص أنودة مميزة، إلى جانب سهولة التصنيع باستخدام الثني والتشكيل واللحام. يُفضّل 5005 على السبائك ذات المغنيسيوم الأعلى (مثل 5052) عندما لا تكون هناك حاجة لمقاومة تآكل قصوى أو قوة أعلى، ويفضل على سبائك سلسلة 6xxx القابلة للمعالجة الحرارية عندما يكون مطلوبًا استجابة أعلى للتشكيل البارد والأنودة.

الفروق بين درجات الطراوة (التمبير)

التمبير	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	عالي	ممتاز	ممتاز	مطاوع بالكامل، أقصى درجة ليونة للتشكيل
H12	منخفض-متوسط	معتدل	جيد جدًا	ممتاز	عمل بارد خفيف، يحتفظ بقابلية تشكيل جيدة
H14	متوسط	منخفض-معتدل	جيد	ممتاز	حالة نصف صلبة، شائعة للألواح والصفائح
H16	متوسط-مرتفع	أقل	متوسط	ممتاز	زيادة العمل البارد لزيادة الصلابة والقوة
H18	مرتفع	منخفض	محدود	ممتاز	حالة صلبة كاملة، قدرة تشكيل محدودة
H111	منخفض-متوسط	معتدل	جيد جدًا	ممتاز	حالة إجهاد جزئي غير موحدة للفة مستمرة
H22 / H24 / H26	متفاوت بين متوسط-مرتفع	أقل	جيد-متوسط	ممتاز	درجات عمل بارد متوسطة تستخدم في التصنيع
T4 (نادر)	غير مطبق	غير متوفر	غير متوفر	غير متوفر	5005 غير قابل للمعالجة بالشيخوخة بشكل فعال؛ درجات T غير شائعة
T5 / T6 / T651	غير مطبق	غير متوفر	غير متوفر	غير متوفر	درجات المعالجة الحرارية عموماً لا تُستخدم مع 5005

لدرجات الطراوة تأثير مباشر وقابل للتنبؤ على الخصائص الميكانيكية وقابلية التشكيل: حيث توفر حالة التمبر O المنشّط أقصى استطالة للتشكيل العميق والأشكال المعقدة، بينما تتنازل درجات H عن اللدونة لصالح زيادات التدريجية في مقاومة الخضوع ومقاومة الشد من خلال العمل البارد المتحكم به. تبقى قابلية اللحام ممتازة عبر معظم درجات التمبر لأن السبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية ومنطقة اللحام عادةً ما تلين لتصل إلى مستوى قوة مماثل للنواة الأم؛ يجب على المصممين الأخذ في الاعتبار التليين المحلي بعد اللحام عند التصميمات الهيكلية.

التركيب الكيميائي

العنصر	النسبة المئوية	ملاحظات
Si	≤ 0.30	مضبوط للحفاظ على الحد من المركبات المعدنية الهشة وللحفاظ على مظهر الأنودة
Fe	≤ 0.70	شوائب شائعة؛ زيادة Fe تقلل من اللدونة وتؤثر على مظهر السطح
Mn	≤ 0.20	إضافات صغيرة تعمل على تحسين هيكل الحبوب؛ محدودة في 5005
Mg	0.7 – 1.1	العنصر الأساسي في التقوية؛ يوفر مقاومة التآكل وتقوية بالصلابة الصلبة
Cu	≤ 0.20	نسبة منخفضة لتجنب التأثر بالتآكل العام وتآكل الإجهاد التكسير السطحي (SCC)
Zn	≤ 0.20	مخفض للحفاظ على أداء الأنودة ومقاومة التآكل
Cr	≤ 0.10	مقادير أثرية تساعد في التحكم في نمو الحبوب أثناء المعالجة
Ti	≤ 0.10	عامل مزيل للأكسجين ومصغر حبيبات؛ متواجد بكميات صغيرة
العناصر الأخرى (لكل منها)	≤ 0.05	شوائب متبقية مثل V، Ni؛ إجمالي العوامل الأخرى غالبًا لا يتجاوز 0.15

المغنيسيوم هو المحدد الأساسي للسلوك الميكانيكي ومقاومة التآكل للسبيكة، حيث يوفر تقوية بالصلابة الصلبة وتحسين مقاومة تآكل مياه البحر والتآكل الجوي. تم التحكم بالسيليكون والحديد لتجنب تكوين مركبات بين فلزية خشنة تؤثر سلبًا على اللدونة ومظهر السطح، بينما حافظت نسب النحاس والزنك على انخفاضها للمحافظة على استجابة جيدة للأنودة وتقليل القابلية لتآكل موضعي.

الخصائص الميكانيكية

يعرض EN AW-5005 سلوك شد نموذجي لسبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية: تزيد القوة مع العمل البارد مرافقًا لانخفاض الاستطالة. في حالة التمبر O المعالجة حراريًا، تكون السبيكة طرية وذات لدونة عالية، مناسبة للتشكيل العميق والأشكال المعقدة، بينما ترفع درجات التمبر H (H12–H18) تدريجيًا من مقاومة الخضوع ومقاومة الشد مع تقليل اللدونة لتمكين تصنيع ألواح وزينة أكثر صلابة.

تعتمد قيم مقاومة الخضوع والشد اعتمادًا كبيرًا على التمبر وشكل المنتج؛ فزيادة سمك الصفيحة يمكن أن تزيد القدرة الحمولة المطلقة لكنها قد تقلل من نصف قطر الانحناء الممكن وقابلية التشكيل. أداء التحمل للإجهاد مناسب للعديد من التطبيقات المعمارية والاستهلاكية ذات الأحمال الخفيفة إلى المتوسطة، رغم أن حدود الإجهاد أقل من بعض السبائك القابلة للمعالجة الحرارية؛ لذلك فإن جودة السطح والإجهادات المتبقية الناتجة عن التشكيل أو اللحام مهمة لصلاحية حياة التحمل.

تتباين الصلادة مع التمبر: حيث تعطي حالة O الصلادة المنخفضة وفقًا لمقاييس برينل أو فيكرز متوافقة مع اللدونة العالية، في حين أن H18 توفر أعلى صلادة في حالات العمل البارد. تؤثر السمك، هيكل الحبوب، والمعالجة السابقة (مثل الدرفلة وجداول التلدين) على الخصائص الموضعية للشد والتحمل؛ لذا ينبغي أن تستند التصاميم إلى بيانات خاصة بكل تمبير مع الأخذ في الاعتبار مناطق تأثر اللحام.

الخاصة	حالة O / معالجة حرارية	تمبير رئيسي (مثلاً H14)	ملاحظات
مقاومة الشد	~90 – 130 MPa	~160 – 210 MPa	تتفاوت حسب العمل البارد، سماكة الصفيحة، وعمليات المورد
مقاومة الخضوع	~30 – 60 MPa	~110 – 160 MPa	زيادة كبيرة في مقاومة الخضوع مع درجات H؛ O عالية الدونة
الاستطالة	~25 – 35%	~6 – 12%	تقل الاستطالة مع زيادة العمل البارد؛ نمط الكسر يظل ليّنًا
الصلادة	~30 – 45 HB	~55 – 80 HB	تزداد الصلادة مع التمبر؛ وترتبط بالقوة ومقاومة التآكل

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 جرام/سم³	نموذجية لسبائك الألمنيوم؛ تستخدم في التصميمات الحساسة للوزن
نطاق الانصهار	~640 – 655 °C	تذوب السبيكة ضمن نطاق ضيق؛ لم تُستخدم بشكل رئيسي في الصب
التوصيل الحراري	~130 – 165 W/m·K	توصيل حراري جيد لكن أقل من الألمنيوم النقي بسبب السبائكية
التوصيل الكهربائي	~34 – 40 % IACS	أقل من الألمنيوم النقي؛ التوصيل ينخفض مع زيادة العمل البارد
السعة الحرارية النوعية	~900 J/kg·K	قيمة نموذجية للألمنيوم تستخدم في حسابات الكتلة الحرارية
التمدد الحراري	~23.8 ×10^-6 /K (20–100 °C)	معامل تمدد حراري مرتفع يجب أخذه في الاعتبار في التجميعات مع مواد غير متشابهة

يجمع 5005 بين التوصيل الحراري المرتفع نسبيًا والكثافة المنخفضة مما يجعله جاذبًا للاستخدام في المكونات التي تتطلب تبديد حراري ووزن منخفض، بينما لا يكون التوصيل الكهربائي النهائي أمراً حرجًا. يجب مراعاة التمدد الحراري عند الوصل مع الحديد أو المواد المركبة لتجنب الضغوط والتشوهات الحرارية.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	الدرجات الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.3 – 6.0 mm	يتم التحكم بها بواسطة الدرجة والخفض البارد	O, H12, H14, H16	تستخدم على نطاق واسع للحوائط، اللوحات الإعلانية، والتطبيقات الزخرفية
صفائح	6 – 25 mm	الأجزاء السميكة تظهر زيادة أقل في القوة الناتجة عن العمل البارد	O, H14, H16	تستخدم عند الحاجة إلى صلابة وأقسام مقطع أكبر
بثق	مقاطع عرضية متغيرة	تعتمد القوة على العمل البارد بعد البثق أو التلدين	O, H112	الملفات المجهّزة بالبثق غالبًا ما تتطلب التشيخ الصناعي فقط في السبائك القابلة للمعالجة الحرارية؛ 5005 عادة ما تستخدم في الحالة اللينة
أنابيب	جدار 0.5 – 6 mm	صُنعت من الألواح أو من مكابس بثق/أنابيب	O, H14	شائعة لأنابيب المعمارية والتشطيبات
قضبان/أعواد	Ø2 – 50 mm	التشغيل والتصنيع يحددان القوة النهائية	O, H12	أقل شيوعًا؛ تستخدم للتجهيزات الصغيرة والبراغي حيث يتطلب الأمر التشغيل

الألواح واللفائف هي الأشكال التجارية الأكثر شيوعًا وعادة ما تتم معالجتها عن طريق الدرفلة والتلطيف اللاحق بواسطة خفض بارد متحكم به. يمكن بثق 5005 لكن السبائك تُختار للبروفايلات حيث لا يتوقع العمل البارد اللاحق أو التشطيب أن يتطلب معالجة حرارية. الصفائح والأجزاء السميكة تظهر استجابات ميكانيكية مختلفة بسبب تراجع فرص تقسية العمل بعد التصنيع.

الدرجات المعادلة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	5005	الولايات المتحدة الأمريكية	تسمية شائعة في أمريكا الشمالية؛ أشكال المواد والدرجات موحدة حسب مواصفات AA
EN AW	5005	أوروبا	تسمية أوروبية (AlMg1) معادلة من حيث الكيمياء الاسمية والاستخدامات النموذجية
JIS	A5005 (تقريبًا)	اليابان	توجد مكافئات JIS لسبائك Al-Mg1؛ قد توجد اختلافات طفيفة في الكيمياء أو المعالجة
GB/T	3A21	الصين	3A21 (Al-Mg1) يُذكر عادة كمكافئ صيني لـ EN AW-5005

التكافؤ بين المعايير عادة ما يكون قريبًا في الكيمياء الاسمية، لكن يمكن للاختلافات في حدود الشوائب ومتطلبات التشطيب السطحي وتعريفات الدرجات أن تحدث فروقات طفيفة في الأداء. عند الاستبدال بين المعايير، يُرجى التحقق من شهادات المواد وتعريفات الدرجات لضمان مطابقة الخصائص الميكانيكية ومقاومة التآكل لمتطلبات التصميم.

مقاومة التآكل

تظهر EN AW-5005 مقاومة جيدة للتآكل الجوي وتؤدي أداءً جيدًا في البيئات الريفية والصناعية بفضل طبقة أكسيد الألمنيوم الواقية ووجود المغنيسيوم الذي يعزز مقاومة التآكل العام. يتحلل السبيكة إلى تشطيب مؤكسد جذاب وموحد، وهو سبب رئيسي لشيوع استخدامها في التطبيقات المعمارية والزخرفية.

في البيئات البحرية والساحلية، يظهر 5005 مقاومة معقولة للتآكل المحلي والثقوب، لكن السبائك ذات محتوى المغنيسيوم الأعلى (مثل 5052) توفر مقاومة أفضل لمياه البحر تحت بعض ظروف التعرض. تكون قابلية تشقق التآكل بالإجهاد (SCC) منخفضة في سبائك Al-Mg مثل 5005 ما لم تكن هناك كميات مرتفعة من النحاس أو عناصر مهيجة أخرى؛ بينما ظروف الخدمة النموذجية لا تعزز حدوث SCC في هذه السبيكة.

التفاعلات الجلفانية شائعة في سبائك الألمنيوم: عند اقترانها كهربائيًا مع معادن أكثر نبالة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو النحاس، يمكن أن تتعرض الألمنيوم لتآكل متسارع بوجود إلكتروليت. العزل المناسب، اختيار التثبيتات المتوافقة، والطلاءات الواقية أو التشطيب المؤكسد يقللون من مخاطر التآكل الجلفاني. مقارنةً بسلسلة 3xxx (Al-Mn)، يقدم 5005 قوة أعلى قليلاً ومقاومة تآكل مماثلة؛ بينما مقارنةً بالسبائك 5xxx ذات محتوى المغنيسيوم العالي، قد يكون أقل متانة في التعرضات البحرية الشديدة.

خصائص التصنيع

EN AW-5005 سهل التصنيع بالطرق الشائعة؛ طبيعته غير القابلة للمعالجة الحرارية تبسط المعالجة اللاحقة لأن القوة والليونة تتحكم بهما أساسًا عمليات العمل البارد وجداول التلدين. يؤثر التشطيب السطحي والنظافة قبل التشكيل أو اللحام بشكل كبير على المظهر النهائي المؤكسد وأداء مقاومة التآكل.

قابلية اللحام

تلحم EN AW-5005 بسهولة بعمليات TIG وMIG، وتظهر خصائص دمج جيدة مع ميل منخفض للتشقق الحراري مقارنة ببعض سبائك الألمنيوم عالية القوة. استخدام سبائك الحشو المطابقة أو الأدنى قوة (مثل 5356 أو 4043) شائع؛ وغالبًا ما يُختار 5356 من حيث القوة وأداء التآكل في عائلات Al-Mg.

مناطق تأثير الحرارة في اللحام ستطرى مقارنة بمادة الدرجة H الأصلية لأن السبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية، ويجب على المصممين اعتماد تخفيضات محلية في مقاومة الخضوع. قد يتطلب التشطيب اللاحق للحام واستعادة ميكانيكية محتملة (مثل العمل البارد) لإعادة المظهر الجمالي والصلابة في التطبيقات المعمارية.

قابلية التشغيل

قابلية التشغيل للـ5005 متوسطة إلى جيدة لكنها أقل من سبائك الألمنيوم سهلة التشغيل؛ يُشغل جيدًا بأدوات كاربيد على سرعات معتدلة. يجب أن تكون هندسة الأدوات مفضلة للحلاقة الإيجابية والتغذية العالية لإنتاج رقائق مستمرة، ويوصى باستخدام التبريد أو النفخ الهوائي لإدارة الحرارة والإخلاء الرقائق.

تُختار معدلات التغذية والسرعات لموازنة عمر الأداة وتشطيب السطح؛ بسبب أن 5005 لينة نسبيًا في درجة O، قد تكون الاهتزازات وتراكم الحافة السالبة مصدر قلق في الأقسام الرقيقة جدًا. التصلب المسبق (درجات H) يزيد قوى الأدوات ويغير سلوك الرقائق قليلاً لكن لا يغير استراتيجيات الأدوات القياسية بشكل كبير.

قابلية التشكيل

قابلية التشكيل في درجات O ودرجات H الخفيفة ممتازة للثني، السحب العميق، والتشكيل بالدرفلة؛ يمكن تحقيق أنصاف أقطار ثني ضيقة جدًا في درجة O بحسب هندسة وتكاثف قطعة العمل. بالنسبة إلى H14 وH16 يجب زيادة أنصاف الأقطار وأخذ ارتداد الربيع في الاعتبار؛ العمليات مثل الطي والقفل تُجرى عادة على صفائح H14.

نادراً ما يكون التشكيل الدافئ ضروريًا لـ5005 بسبب إمكانياته الجيدة في التشكيل البارد؛ مع ذلك يمكن استخدام التلدين الوسيط لاستعادة الليونة بعد عمل بارد طويل. يجب على المصممين الرجوع إلى جداول التشكيل الخاصة بالدرجات لتحديد أنصاف أقطار المثاقب والقوالب وضغوط حاملي اللّوح لضمان الإنتاجية الموثوقة.

سلوك المعالجة الحرارية

كسبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية، لا يطور EN AW-5005 زيادات مهمة في القوة من خلال المعالجة الحرارية بالذوبان أو التشيخ الصناعي. محاولات تطبيق معالجات T التقليدية لن تنتج تقسية بتكوين رسب كما في سبائك السلسلة 6xxx أو 2xxx.

يتم التلدين (التليين) بتسخين إلى درجات حرارة متوسطة (عادة في نطاق ~300–420 °C حسب شكل المنتج وتوصيات المورد) لاستعادة الليونة وإعادة تبلور البنية المجهرية. يمكن تحقيق مواد بدرجة O بتلدين فرن متحكم يليه تبريد بطيء مناسبة للسحب العميق.

التقسية الناتجة عن العمل تحدث بواسطة خفض بارد متحكم (درجات H)؛ يمكن تطبيق تلدينات وسيطة بين خطوات التشكيل لتعديل الخصائص. في التحكم الإنتاجي، نسبة العمل البارد ترتبط أفضل بخصائص الشد ومقاومة الخضوع من جداول المعالجة الحرارية.

الأداء في درجات الحرارة العالية

تتناقص الخصائص الميكانيكية لـ EN AW-5005 تدريجيًا مع ارتفاع درجة الحرارة؛ القوة الهيكلية الصالحة تُعتبر حتى حوالي 100–125 °C للأحمال المستمرة. فوق هذا النطاق تصبح انخفاضات القوة والزحف أكثر أهمية، مما يقيد الاستخدام طويل الأمد في درجات الحرارة العالية.

الأكسدة في الهواء تقتصر على تكوين طبقة أكسيد الألمنيوم المستقرة، والتي تحمي السبيكة عند درجات حرارة معتدلة، لكن التعرض المطول فوق ~200 °C قد يغير المظهر السطحي والخصائص الميكانيكية. في التركيبات الملحومة، قد يظهر منطقة تأثير الحرارة حبيبات متخشنة وانخفاضات موضعية في القوة عند التعرض لدرجات حرارة عالية؛ يجب على المصممين التحقق من أداء درجات الحرارة المرتفعة عبر اختبارات مستهدفة للأجزاء الحرجة.

التطبيقات

الصناعة	المكون النموذجي	سبب استخدام EN AW-5005
المعماري	ألواح الواجهات، الكسوة، التشطيبات	استجابة جيدة للتشطيب المؤكسد، مظهر جمالي، وقابلية تشكيل ممتازة
البحري والبحري العميق	عناصر هيكلية خفيفة، تشطيبات	مقاومة معقولة لتآكل مياه البحر ووزن خفيف
السيارات	تشطيبات داخلية، ألواح خارجية زخرفية	تشطيب سطح جيد، قوة متوسطة، وقابلية جيدة للحام
السلع الاستهلاكية	لوحات إعلانية، ألواح الأجهزة	مظهر مؤكسد، سهولة التصنيع
الإلكترونيات	الأغلفة، مبردات حرارية صغيرة	التوصيل الحراري ومقاومة التآكل للأغلفة

يُستخدم EN AW-5005 على نطاق واسع في الصناعات التي تتطلب مظهرًا سطحيًا جيدًا، قابلية تأكسد متفوقة، وتوازنًا بين قوة معتدلة وقابلية تشكيل وحام جيدة. نادرًا ما ينافس في التطبيقات التي تتطلب أعلى قوة أو متانة قصوى في التعرض البحري الشديد، لكنه اقتصادي وسهل المعالجة لكثير من تطبيقات الأداء المتوسط.

رؤى الاختيار

اختر EN AW-5005 عندما تحتاج إلى مادة خفيفة الوزن تتمتع باستجابة متفوقة للأنودة، ومقاومة جيدة للتآكل العام، وخصائص ممتازة للتشكيل البارد واللحام. وهي مناسبة بشكل خاص للأجزاء المعمارية والزخرفية والهياكل الخفيفة حيث تكون جودة السطح وقابلية التصنيع ذات أولوية.

مقارنة بالألومنيوم النقي تجارياً (1100)، يقدم 5005 قوة أعلى مع فقدان معتدل في التوصيل الكهربائي وتشكيل أقل قليلاً، مما يجعله خياراً هيكلياً أفضل عندما تكون هناك حاجة لبعض القدرات الميكانيكية. مقارنة بسبائك مقواة بالعمل مثل 3003 و5052، يقع 5005 عمومًا بينهما: أقوى وأفضل سطحاً من 3003 لكنه عادة ليس مقاومًا للتآكل أو قويًا مثل 5052 عالي المغنيسيوم في البيئات البحرية القاسية.

عند المقارنة مع السبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061 أو 6063، يفضل 5005 حيث تكون عملية السحب العميق، وتشطيب الأنودة المتفوق، أو التصنيع واللحام الأبسط أكثر أهمية من القوى القصوى الأعلى التي تحققها معالجات T6؛ كما أن التكلفة والتوافر يصبُون أيضاً في صالح 5005 للعديد من الاستخدامات المعمارية ذات السماكات الرقيقة.

الملخص الختامي

يبقى EN AW-5005 من الألومنيوم الهندسي المناسب لأنه يجمع بين قوة معتدلة، وقابلية تشكيل ممتازة، وسطح أنودة عالي الجودة في سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية وسهلة التصنيع. توازن خصائصه يجعله خيارًا موثوقًا واقتصاديًا للتطبيقات المعمارية والزخرفية والهياكل الخفيفة حيث يكون المظهر وقابلية اللحام وسهولة التصنيع من محركات التصميم الرئيسية.