ألمنيوم EN AW-5052: التركيب الكيميائي، الخواص، دليل المعالجة الحرارية، والتطبيقات

نظرة شاملة

EN AW-5052 هو عضو في سلسلة سبائك الألومنيوم 5xxx التي يتميز فيها المغنيسيوم كعنصر سبائكي رئيسي. هذه السلسلة غير قابلة للمعالجة بالحرارة وتتلقى تقويتها الأساسية من خلال سبك المذاب الصلب مع المغنيسيوم والتقسية بالعمل، وليس من خلال المعالجة الحرارية بالتساقط.

العناصر السبائكية الرئيسية في 5052 تشمل المغنيسيوم (بنسبة حوالي 2.2–2.8%) مع الكروم كإضافة ثانوية (حوالي 0.15–0.35%) للتحكم في هيكل الحبوب وتحسين مقاومة التآكل. تقدم السبائك مجموعة متوازنة من الخواص: قوة متوسطة بين سبائك الألومنيوم المشغولة، مقاومة تآكل ممتازة (خصوصاً في البيئات البحرية والملوثة بالكلوريدات)، قابلية جيدة للحام بواسطة طرق الانصهار والمقاومة الشائعة، وقابلية تشكيل بالبرد مقبولة حسب درجة التسخين.

الصناعات النموذجية التي تستخدم EN AW-5052 تشمل الهياكل البحرية والبُنى الخارجية في البحر، وشاحنات النقل وأجسام المركبات، وأوعية الضغط، وخزانات الوقود، والمكونات المعمارية حيث من المتوقع التعرض لأجواء تآكلية أو رذاذ مالح. يختار المهندسون 5052 عندما يكون مطلوباً الجمع بين قوة أعلى من الألومنيوم الخالص، ومقاومة تفوق العديد من السبائك الأخرى ضد التآكل، وقابلية تشكيل وحام جيدة بتكلفة معقولة.

بالمقارنة مع العديد من السبائك القابلة للمعالجة الحرارية، يقدّم 5052 استقراراً أفضل في مقاومة التآكل وسهولة أكبر في المعالجة على حساب أعلى قوة ذروة. وغالباً ما يتم اختياره بناءً على متطلبات التعرض البيئي، المتطلبات الحامّية والتشكيلية، والحاجة لتجنب دورات التقسية التي قد تعقد التصنيع أو تسبب تشوهات.

أنواع التسخين (Temper)

النوع	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية (12–25%)	ممتازة	ممتازة	مهدئ بالكامل؛ أقصى ليونة للتشكيل الشديد.
H14	متوسطة	متوسطة (8–15%)	جيدة	ممتازة	حالة نصف تقسية بالتشكيل البارد؛ شائعة للألواح ذات القوة المعتدلة.
H16	متوسطة-عالية	متوسطة (6–12%)	جيدة	ممتازة	تقسية نتيجة تشويه أعلى من H14؛ توازن بين التشكيل والقوة.
H18	عالية	منخفضة (3–8%)	مقبولة	ممتازة	تقسية كاملة بالتشكيل البارد؛ أعلى قوة تشكيل بارد مع ليونة مخفضة.
H32	متوسطة-عالية	منخفضة-متوسطة (4–10%)	جيدة	ممتازة	تقسية وتثبيت تشويه؛ نوع شائع للألواح والصفائح 5052.
H34	عالية	منخفضة (3–8%)	مقبولة	ممتازة	تقسية أثقل من H32؛ تستخدم حينما تكون هناك حاجة لقوة أعلى بحالة الدرفلة.
H111	متغيرة	متغيرة	متغيرة	ممتازة	حالة غير متأثرة حرارياً مع خصائص تعتمد على تاريخ المعالجة؛ تستخدم لتشكيل محدود حيث مطلوب قوة متسقة.

النوع (temper) يتحكم بشكل مباشر في الموازنة بين القوة والليونة في EN AW-5052. الحالة المهدئة O توفر أقصى قابلية تشكيل للرسم العميق والتشكيل المعقد، في حين أن أنواع H تضيف كثافة الانزلاقات لزيادة مقاومة الخضوع ومقاومة الشد على حساب الاستطالة.

يجب أن تأخذ عملية اختيار النوع في الاعتبار العمليات التالية: الأنواع المشددة بالتشكيل البارد تكون أقوى لكنها أكثر عرضة للارتداد والتشقق أثناء التشكيل بانحناءات ضيقة، بينما حالات O والتنقية الخفيفة يمكن أن تلحم وتتشكّل مع تقليل خطر تشقق الحواف.

التركيب الكيميائي

العنصر	النسبة المئوية	ملاحظات
Si	≤ 0.25	شوائب من الذوبان؛ السيليكون المنخفض يحافظ على الليونة وقابلية التشكيل.
Fe	≤ 0.4	شوائب نموذجية؛ الحديد الزائد يشكل مركبات بين معدنية تقلل من المتانة والليونة.
Mn	≤ 0.1	كميات صغيرة مقبولة؛ Mn عالي ليس من خصائص 5052.
Mg	2.2–2.8	عنصر تقوية رئيسي؛ يزيد القوة ويحسن مقاومة التآكل في البيئات المحتوية على كلوريدات.
Cu	≤ 0.1	محافظ على مستوى منخفض جداً للحفاظ على مقاومة التآكل؛ زيادة النحاس تقلل مقاومة تكسير الإجهاد الناتج عن التآكل (SCC).
Zn	≤ 0.1	زنك منخفض لتجنب الإضرار بمقاومة التآكل والحفاظ على قابلية اللحام.
Cr	0.15–0.35	محسن لحجم الحبوب ومقاومة التآكل؛ يتحكم في إعادة البلورة ويحافظ على القوة بعد التشكيل.
Ti	≤ 0.15	إضافة أثرية أحياناً للتحكم في الحبوب، عادة منخفضة.
عناصر أخرى (لكل عنصر)	≤ 0.05	عناصر أثرية وبقايا؛ التوازن ألومنيوم

المغنيسيوم هو العنصر المحدد في تركيب 5052: يرفع القوة عند درجة حرارة الغرفة من خلال سبك المذاب ويُحسن مقاومة التآكل الناتج عن الحفر في البيئات المحتوية على الكلوريد. الكروم يعمل على تثبيت حدود الحبوب ومنع إعادة البلورة أثناء التهدئة والتشكيل، مما يحافظ على المزيج المرغوب بين القوة والليونة.

مستويات النحاس، الزنك والحديد المنخفضة مقصودة لتجنب الإضرار بالمقاومة العامة للتآكل أو السلوك الجلفاني؛ أما التوازن بالألومنيوم فيضمن توصيلية كهربائية جيدة وكثافة منخفضة مناسبة للهياكل التي تتطلب خفة الوزن.

الخواص الميكانيكية

EN AW-5052 يظهر سلوك شد يهيمن عليه تقوية سبك المذاب والتقسية بالعمل. في الحالة المهدئة، تقدم السبائك خضوعاً وتمددًا منتظمين مع استطالة مرتفعة نسبياً، مما يجعلها مناسبة للرسم العميق والأشكال المعقدة. التقسية بالعمل ترفع مقاومة الخضوع والشد لكنها تقلل من مدى الاستطالة المنتظمة والكاملة، ما يزيد من قابلية الارتداد أثناء التشكيل.

قيم مقاومة الخضوع ومقاومة الشد النهائية تعتمد على السماكة والنوع؛ الألواح الرقيقة ذات درجات H تظهر مقاومة خضوع أعلى مقارنة بالألواح السميكة المعالجة بنفس الدرجات. الصلادة ترتبط بالتشكيل البارد وترتبط بالقوة؛ أداء التحمل في التعب جيد بشكل عام لسبائك الألومنيوم في هذه الفئة لكنه حساس لنعومة السطح، الإجهادات المتبقية، والتعرض للكلوريدات التي قد تسرع من بداية التشقق.

عمر التعب يقل مع زيادة الإجهاد المتوسط ووجود إجهاد شد متبق ناتج عن التشكيل أو اللحام. يؤثر السماكة على الخصائص الميكانيكية من خلال نسيج المعدن وتوزيع الإجهاد من عملية الدرفلة؛ الأجزاء الرفيعة عادة تحقق قوة أعلى مرتبطة بالتقسية بالعمل لنفس النوع الاسمي.

الخاصية	O/مهدئة	درجة رئيسية (مثل H32/H34)	ملاحظات
مقاومة الشد	110–155 MPa	200–260 MPa	القيم تعتمد على السماكة والتشكيل البارد؛ درجات H أقوى بشكل كبير.
مقاومة الخضوع	35–85 MPa	120–210 MPa	مقاومة الخضوع تزداد بشكل ملحوظ مع التقسية بالتشويه؛ تعريف الخضوع يعتمد على نسبة الإزاحة المحددة.
الاستطالة	12–25%	3–12%	الليونة تنخفض مع زيادة التقسية؛ المادة المهدئة أفضل للرسم العميق.
الصلادة	~25–50 HB	~60–95 HB	صلادة برينل تزيد مع التقسية بالعمل وترتبط بزيادة مقاومة الشد.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.68 جم/سم³	نموذجية لسبائك الألومنيوم المشغولة؛ توفر قوة نوعية عالية مقارنة بالصلب.
مدى الانصهار	~605–645 °C	نطاق الصلبوس/الليكويدوس يختلف قليلاً حسب السبيكة؛ يتطلب الحذر في اللحام بالانصهار والبروز.
التوصيلية الحرارية	~120–135 W/m·K	أقل من الألومنيوم الخالص لكنها جيدة لإبعاد الحرارة؛ مفيدة في مكونات إدارة الحرارة.
التوصيلية الكهربائية	~34–38 % IACS	مخفضة من الألومنيوم الخالص بسبب المغنيسيوم؛ مقبولة لأشرطة التوصيل والتأريض حيث التوصيلية العالية ليست حرجة.
السعة الحرارية النوعية	~880–900 J/kg·K	مماثلة لسبائك الألومنيوم الأخرى؛ مفيدة لحسابات الكتلة الحرارية.
التمدّد الحراري	~23–24 ×10⁻⁶ /°C	معامل تمدد عالي مقارنة بالصلب؛ يجب مراعاة التمدد التفريقي في المفاصل مع المعادن المختلفة.

الجمع بين الكثافة المنخفضة والتوصيلية الحرارية المتوسطة يجعل من 5052 خياراً جذاباً للهياكل خفيفة الوزن التي تتطلب أيضاً توزيعاً حرارياً جيداً. يجب إدخال معاملات التمدد والتوصيلية الحرارية ضمن تصميم المفاصل عند الاقتران مع مواد لها خصائص حرارية مختلفة بشكل ملحوظ.

التوصيلية الكهربائية ملائمة للعديد من تطبيقات الهياكل أو التأريض لكن أقل من السبائك الأنقى المستخدمة خصيصاً للموصلات؛ يجب على المصممين مراعاة المتطلبات الميكانيكية والكهربائية عند اختيار 5052 لغلافات الإلكترونيات.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك المقاومة	التمبيرات الشائعة	ملاحظات
ألواح (Sheet)	0.2–6.0 mm	نسبة جيدة بين القوة والسماكة؛ تستجيب جيداً للعمل البارد	O, H14, H16, H32	شائعة الاستخدام في الألواح والأجزاء المشكلة؛ متوفرة بلفائف وأحجام مقطوعة.
صفائح (Plate)	6–200 mm	معدل تقسية منخفض للسمك الكبير؛ تُنتج بالتدوير المتحكم به	O, H111, H32	تستخدم عند الحاجة لخصائص عبر السماكة وصلابة الانثناء.
بروفيلات البثق (Extrusion)	بروفيلات بأقسام كبيرة	تعتمد القوة على التمبير بعد البثق والعمل البارد	O, H32	أشكال بثق للهياكل الإطارية والشاصي.
أنابيب (Tube)	قطر خارجي وجدار يعتمد على المقطع	سلوك مشابه للصفائح حسب طريقة التصنيع	O, H32	أنابيب بدون درز أو ملحومة تستخدم في خطوط الوقود والهياكل.
قضبان/عصي (Bar/Rod)	3–200 mm	الخصائص الميكانيكية العامة تتأثر بالمعالجة السابقة	O, H111	تستخدم للأجزاء المجهزة والمكونات الهيكلية.

تؤثر طرق المعالجة على الأداء النهائي: تصنيع الألواح والصفائح ينتج نسيج التدوير الذي يؤثر على القابلية للتشكيل والخواص الاتجاهية، في حين يمكن تصميم عمليات البثق لتحسين قوة المقطع العرضي. قد تتطلب مدخلات الحرارة أثناء اللحام والعمل البارد اللاحق للثني أو التشكيل اختيار تمبيرات محددة لتجنب تدهور الخواص.

يتوفر في سلسلة التوريد عادة الألواح واللفائف من 5052 في العديد من الأسواق، وتتوفر عمليات معالجة السبائك المخصصة (مثل الأكسدة الكهربائية، اللحام بالتيار النبضي) للعملاء في المجالات البحرية والمعمارية.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	5052	الولايات المتحدة الأمريكية	تعيين شائع من جمعية الألمنيوم لسبائك المعالجة
EN AW	5052	أوروبا	EN AW-5052 هو التعيين الأوروبي المطابق لتركيبة AA5052
JIS	A5052	اليابان	معادل عام بحدود تركيب مماثلة وتمبيرات مقبولة
GB/T	5182-5052	الصين	مواصفة GB/T لسبائك مغنيسيوم مماثلة؛ قد توجد اختلافات طفيفة في المعالجة أو التحملات.

المواصفات المكافئة عادةً ما تكون قابلة للتبادل للأغراض الهندسية العامة، لكن تحمّلات المصنع، حالة السطح، ومستويات الشوائب المسموح بها قد تختلف. ينبغي على المشترين التحقق من أرقام المواصفة والتمبيرات المحددة عند شراء المواد لتطبيقات حرجة أو عند الحاجة إلى إمكانية تتبع إلى مواصفة معينة.

قد تحدد المواصفات الإقليمية أشكال منتجات مختلفة، ومتطلبات اختبار، أو نطاقات مسموح بها للعناصر الثانوية التي تؤثر على مقاومة التآكل أو سلوك التشكيل؛ تأكد دائماً من الشهادات للاختبار والقبول.

مقاومة التآكل

EN AW-5052 تظهر مقاومة ممتازة للتآكل العام في البيئات الجوية والبحرية المتعددة. يزيد المغنيسيوم من مقاومة الخدوش في الأوساط الحاملة للكلوريد، ويساعد وجود الكروم على تثبيت طبقة الأكسيد الواقية، مما يجعل 5052 الخيار المفضل لهياكل السفن، والأسطح، والعناصر المعمارية الخارجية المعرضة لرذاذ الملح.

في حالة الغمر الطويل في مياه البحر ومناطق الرش، يقدم 5052 أداءً أفضل بشكل ملحوظ من سبائك السلسلتين 2xxx و7xxx التي تكون عرضة للخدوش وتشققات التآكل بالإجهاد. ومع ذلك، في البيئات شديدة الحموضة أو القلوية قد يحدث هجوم موضعي، لذا يُنصح بإجراء اختبارات خاصة بالبيئة للمكونات الحرجة.

حساسية التآكل بالإجهاد (SCC) في 5052 منخفضة مقارنة بالسبائك عالية القوة والقابلة للمعالجة الحرارية؛ ومع ذلك، يمكن أن تؤدي الإجهادات الشدية المتبقية العالية مع العوامل المسببة للتآكل إلى حدوث SCC في أي فئة سبيكة. التفاعل الكهروكيميائي مع المواد النبيلة مثل النحاس وبعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ يمكن أن يسرّع من تآكل 5052، لذلك يلزم استخدام مواد عازلة أو تصميم مناسب للواجهات الرطبة والجافة.

مقارنة مع سبائك السلسلة 3003 و1100، يقدم 5052 قوة أعلى ومقاومة محسنة ضد الخدش بسبب محتوى Mg؛ مقارنة مع سلاسل 6xxx أو 7xxx، يضحي 5052 بأقصى قوة ميكانيكية لكنه يحقق أداءً أفضل في مقاومة التآكل البحري وقابلية اللحام.

خواص التصنيع

اللحام

يمكن لحام EN AW-5052 بسهولة بواسطة TIG, MIG/GMAW، واللحام بالتيار المقاوم مع انخفاض احتمالية حدوث تشققات ساخنة. تشمل مواد الحشو الموصى بها سلسلتي 5183 و5556 للحامات التي تتطلب أداءً متقارباً في المقاومة للتآكل والقوة؛ غالبًا ما تستخدم حشوات 5356 للوصلات العامة. ستشهد مناطق تأثر الحرارة تلييناً موضعياً إذا كان المعدن الأساسي في تمبير العمل البارد، لذا قد تحتاج قطع حرارية إلى تخفيف إجهاد بعد اللحام أو إعادة معالجة للحفاظ على دقة الأبعاد الحرجة.

قابلية التشغيل

قيّمت قابلية تشغيل 5052 بأنها متوسطة إلى جيدة وأقل من سبائك الألمنيوم سهلة التشغيل؛ يجب استخدام أدوات كاربيد أو أدوات فولاذ عالية السرعة مطلية بزوايا قطع موجبة. سرعات القطع متوسطة ويمكن التحكم في التحكم بالرؤوس الناتجة باستخدام معدلات تغذية وجيومتريا الأدوات المناسبة؛ قد يظهر تكلس على الحافة إذا كانت السرعات منخفضة جداً أو التزييت غير كافٍ. للأجزاء الدقيقة، ينبغي التفكير في المعالجة المسبقة أو تحديد تمبيرات تقلل التشوه أثناء التشغيل.

قابلية التشكيل

أداء التشكيل ممتاز في تمبير الأنسنة O وجيد في التمبيرات الخفيفة العمل مثل H14 وH32؛ السبائك تدعم السحب العميق، الثني، التشكيل بالشد، والتشكيل بالدحرجة. يعتمد الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء على التمبير والسماكة لكن الألواح الأنسنة تقبل انثناءات ضيقة نسبياً (حوالي 0.5–1.0× السماكة للعديد من العمليات)، في حين قد تتطلب التمبيرات الصلبة بالكامل أنصاف أقطار أكبر وفترات أنسنة وسطية لتجنب تشقق الحواف. يجب مراقبة التقسية الناتجة عن العمل أثناء عمليات التشكيل المتكررة لمنع الفشل الهش في التسلسلات المعقدة.

سلوك المعالجة الحرارية

EN AW-5052 هو سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية؛ لا تنتج دورات الحرارة ترسيبات تقوية كما في سلاسل 6xxx أو 7xxx. تزداد القوة بشكل رئيسي من خلال العمل البارد (التقسية بالانفعال) وعن طريق التحكم في إعادة التبلور بواسطة إضافات صغيرة من الكروم.

يتم الإنجاز (تمبير O) عن طريق نقع بدرجة حرارة مرتفعة (عادة بين 345–415 °C اعتماداً على الشكل والحجم) يليها تبريد متحكم لاستعادة اللدونة وتقليل الإجهادات المتبقية. تنتج التمبيرات المستقرة مثل H32 بواسطة تقسية بالانفعال تليها تثبيت حراري خفيف للحد من التليين اللاحق خلال درجات حرارة الخدمة المعتدلة.

لأن التقسية بالترسيب غير ممكنة، يجب على المصممين استخدام طرق المعالجة الميكانيكية (العمل البارد، التدوير المتحكم والتحكم في تمبير السبيكة) لتحقيق متطلبات القوة واللدونة بدلاً من دورات الحل والشيخوخة.

الأداء في درجات الحرارة العالية

عند درجات الحرارة المرتفعة، يتعرض EN AW-5052 لفقد تدريجي في مقاومة الخضوع ومقاومة الشد مع انخفاض فعالية تقوية محلول الصلبة وحدوث عمليات التعافي الحرارية. درجات حرارة الخدمة المستمرة تصل إلى حوالي 100–125 °C شائعة دون تدهور حاد، لكن التعرض المطول فوق 150 °C سيقلل بشكل كبير من القوة والاستقرار الأبعادي.

مقاومة الأكسدة جيدة بفضل الطبقة الطبيعية من Al2O3 الواقية، لكن مقاومة التقشر العالي الحرارة ليست من الفوائد التصميمية الرئيسية لهذه السبيكة. مناطق اللحام ومناطق التأثر بالحرارة حساسة بشكل خاص لتقليل القوة عند التعرض لدورات حرارية، وينبغي توخي الحذر عندما تواجه الأجزاء درجات حرارة دورية أو تدرجات حرارية.

مقاومة الزحف محدودة مقارنة مع سبائك الألمنيوم والفولاذ المقاومة للحرارة العالية؛ ينبغي على المصممين تجنب الاعتماد على 5052 في المكونات الحاملة للأحمال بدرجات حرارة مرتفعة دون اختبارات محددة للحرارة العالية.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	لماذا يُستخدم EN AW-5052
السيارات	خزانات الوقود، هياكل الشاحنات، الألواح	مقاومة جيدة للتآكل، قابلية التشكيل، وسهولة اللحام مع قوة متوسطة.
البحرية	هياكل السفن، أغطية القوارب، الحواجز	مقاومة الخدوش في المياه المالحة ونسبة قوة إلى وزن جيدة.
الفضاء	تجهيزات داخلية، أغطية	مقاومة التآكل، سهولة التصنيع، وقوة مقبولة للهياكل الثانوية.
الإلكترونيات	أغلفة، مشتتات حرارة	موصلية حرارية مع مقاومة التآكل وقابلية التشكيل.
العمارة	أسقف، تغطية، مزاريب	مقاومة للعوامل الجوية، تشطيبات جمالية، وسهولة التصنيع.

غالباً ما يُختار EN AW-5052 للمكونات التي تجمع بين التعرض للبيئات التآكلية والحاجة للتشكيل واللحام، مثل تجهيزات أسطح السفن وأنظمة الوقود للنقل. تجعل مجموعة الخواص المتوازنة لهذه السبيكة خياراً متعدد الاستخدامات في صناعات عدة حيث حدث الفشل الكارثي غير محتمل ويُعطى الأولوية لأداء مقاومة التآكل.

نصائح للاختيار

عند اختيار EN AW-5052، ضع في الاعتبار مقاومة التآكل في الأجواء الحاملة للكلوريد، وقابلية اللحام الجيدة، والقوة الهيكلية المتوسطة مع الحفاظ على الوزن منخفضًا. إذا كان من المطلوب تحقيق أقصى توصيل كهربائي أو أعلى قابلية للطرق الممكنة، فقد يكون الألمنيوم النقي (1100) أو السبائك المعالجة خصيصًا أكثر ملاءمة، ولكن هذه ستتمتع بقوة أقل بكثير من 5052.

مقارنة مع 3003، يقدم 5052 قوة أعلى ومقاومة أفضل بكثير لتآكل الحفر بالكلوريد بفضل محتواه العالي من المغنيسيوم؛ اختر 5052 عندما تكون القوة الإضافية ومقاومة التآكل البحري أكبر أهمية من تراجع بسيط في قابلية التشكيل. وبالمقارنة مع السبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061، يتخلى 5052 عن القوة القصوى لصالح أداء تآكل أفضل وتصنيع أبسط (لا تتطلب معالجة التذويب/الشيخوخة)، مما يجعله مفضلاً لتطبيقات اللحام البحرية أو المعمارية.

للمشترين، يجب موازنة التكلفة والتوافر مع بيئة الخدمة المطلوبة: يتوفر 5052 بكثرة في شكل ألواح، صفائح، وأنابيب وغالبًا ما يقدم أفضل تركيبة عملية من الخواص للاستخدامات البحرية والنقل والمعمارية حيث تكون مقاومة التآكل وقابلية اللحام عوامل تصميم رئيسية.

ملخص ختامي

يبقى EN AW-5052 سبيكة هندسية ذات أهمية كبيرة لأنه يجمع بشكل فريد بين القوة الناتجة عن المغنيسيوم، ومقاومة ممتازة للتآكل في البيئات الحاملة للكلوريد، وقابلية تصنيع واسعة من خلال التشكيل واللحام. طبيعة السبائك غير القابلة للمعالجة الحرارية تبسط عمليات التصنيع مع توفير خدمة متينة في التطبيقات البحرية والنقل والمعمارية حيث يكون التوازن الموثوق للخواص ضروريًا.