ألمنيوم EN AW-5754: التركيب الكيميائي، الخصائص، دليل المعالجات، والتطبيقات

نظرة شاملة

ينتمي EN AW-5754 إلى سلسلة السبائك الألومنيوم 5xxx، وهو على وجه التحديد من درجات Al–Mg ويُعرف عادةً بـ AlMg3 وفقًا للعديد من المعايير. تتميز هذه العائلة بأن المغنيسيوم هو عنصر السبائك الرئيسي، مما يوفر تقوية بالذوبان الصلب وتحسّن مقاومة التآكل مقارنة بسلسلة 1xxx و3xxx.

العناصر الرئيسية المسببة للسبائك في EN AW-5754 هي المغنيسيوم، مع إضافات قليلة من المنغنيز والكروم وشوائب ضئيلة مثل الحديد والسيليكون. يتحقق التقوية أساسًا من خلال التقسية بالتشغيل وتقوية بالذوبان الصلب من المغنيسيوم؛ لا يمكن معالجتها حراريًا لزيادة القوة عبر التقسية بالترسيب.

الصفات الرئيسية تشمل مزيجًا مناسبًا من القوة المتوسطة إلى العالية، مقاومة ممتازة للتآكل العام والمحلي في البيئات الجوية والبحرية، وقابلية لحام ممتازة مع اختيار اللحام المناسب. كما تتمتع بمرونة جيدة في العلاجات الملدنة ودرجات العمل الخفيفة، مما يجعل السبيكة جذابة للألواح المشكلة والمكونات المشكلة في العديد من الصناعات.

تطبيقات النموذجية تشمل هياكل وواجهات السيارات، القوارب البحرية والمعدات، أوعية الضغط، والتصنيع العام لمنتجات النقل والمستهلكين. يختار المهندسون غالبًا EN AW-5754 عندما يكون مطلوبًا توازن بين مقاومة التآكل، قابلية اللحام، والقوة المتوسطة إلى الوزن، وعندما لا تكون طرق المعالجة الحرارية عملية أو ضرورية.

الدرجات الحرارية (Temper Variants)

الدرجة الحرارية	مستوى القوة	التمدد	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية	ممتازة	ممتازة	حالة ملدنة بالكامل؛ أفضل قابلية للتشكيل
H111	منخفضة إلى متوسطة	عالية	جيدة جدًا	ممتازة	مشدودة بالتقسية قليلاً؛ جيدة للتشكيل المعقد
H14	متوسطة	متوسطة	جيدة	ممتازة	تقسية ربع شديدة؛ قوة محسنة
H22	متوسطة	متوسطة	متوسطة	جيدة	تقسية وملدنة جزئيًا لتحقيق توازن
H32	متوسطة إلى عالية	أقل	مخفضة	جيدة	تقسية ومثبتة؛ قوة أعلى، أقل ليونة

للمربع الحراري تأثير أساسي ومتوقع على EN AW-5754 من خلال تحريك السبيكة على منحنى التوازن بين قابلية التشكيل والقوة. حالة الملدن (O) تزيد اللدونة القصوى للرسم العميق والتشكيل بالطرق، في حين توفر درجات H زيادات محكومة في مقاومة الخضوع ومقاومة الشد عبر التقسية بالتشغيل البارد.

يجب اختيار الدرجة الحرارية مع مراعاة عمليات التشكيل النهائية، وعودة الزنبرك المطلوبة، والاستخدام المقصود للتجميعات الملحومة، لأن زيادة التقسية بالتشغيل تقلل من قابلية التشكيل وقد تزيد من انحناء الزنبرك ومقاومة الانحناء.

التركيب الكيميائي

العنصر	النطاق %	ملاحظات
Si	≤ 0.40	شائبة؛ تتحكم للحد من المركبات البينية والحفاظ على اللدونة
Fe	≤ 0.40	شائعة؛ تزيد القوة قليلاً لكنها قد تخفض مقاومة التآكل
Mn	0.50–1.00	تكرر البنية الحبيبية وتحسن القوة والمتانة
Mg	2.6–3.6	العنصر المقوي الرئيسي؛ يزيد مقاومة التآكل في البيئات البحرية
Cu	≤ 0.10	محفوظ بأدنى حد لتجنب تدهور مقاومة التآكل
Zn	≤ 0.20	شائبة طفيفة؛ تأثير ضئيل على القوة
Cr	0.05–0.25	يسيطر على الحبوب ومقاومة التحسس أثناء المعالجة
Ti	≤ 0.15	مكرر للحبوب في المنتج المصبوب/شبه المصنعة
العناصر الأخرى (لكل منها)	≤ 0.05	بقايا تشمل V، Zr؛ بإجمالي ≤ 0.15

تم تصميم الكيمياء الخاصة بـ EN AW-5754 لإعطاء الأولوية للمغنيسيوم للتقوية بالذوبان الصلب وأداء مقاومة التآكل مع الحفاظ على النحاس والحديد منخفضين لتجنب حساسية الغلفنة والتآكل الناتج عن المركبات البينية. يوفر المنغنيز والكروم تحكمًا في بنية الحبيبات واستقرارًا ضد إعادة التبلور أثناء العمليات الحرارية-الميكانيكية، مما يساعد على الحفاظ على خواص ميكانيكية متسقة عبر السماكات.

التحكم في السيليكون والحديد مهم بشكل خاص في المنتجات على شكل ألواح لأن المركبات البينية الخشنة يمكن أن تسبب هشاشة المادة أثناء الانحناء وتقلل من مقاومة التعب؛ لذلك غالبًا ما تتضمن المواصفات التصنيعية حدود جودة صارمة من حيث النظافة وحجم الشوائب.

الخصائص الميكانيكية

يُظهر EN AW-5754 سلوك شد يعتمد بشدة على الدرجة الحرارية ومستوى التقسية بالتشغيل البارد. في الحالة الملدنة، يظهر مقاومة خضوع منخفضة نسبيًا ومقاومة شد نهائية متوسطة مع استطالة عالية، مما يترجم إلى انكسار تدريجي وليِّن أثناء التحميل الزائد وامتصاص طاقة جيد أثناء عمليات التشكيل.

تزداد مقاومة الخضوع ومقاومة الشد بشكل كبير مع التقسية بالتشغيل البارد؛ حيث تُنتج درجات H عادةً عن طريق التدحرج البارد المحكوم أو التسوية بالشد لتحقيق مقاومات هدف مع الحفاظ على اللدونة الكافية للتشكيل. تتناسب الصلادة مع شدة التشغيل البارد وترتبط بزيادة مقاومة الخضوع ومقاومة الشد في الألواح والقطع المسحوبة.

سلوك التعب جيد عمومًا لسبائك 5xxx عند التشطيب السطحي الجيد وتجنب حفر التآكل؛ تؤثر السماكة على عمر التعب من خلال توزيع الإجهادات المتبقية وتدرجات البنية الدقيقة عبر السماكة الناتجة عن عمليات التدحرج. تميل الألواح السميكة إلى إظهار تشتت أعلى قليلًا في الخواص الميكانيكية بسبب تبريد أبطأ وإمكانية تطور التركيب، مما يجعل البيانات الخاصة بالسماكة ضرورية للتصميم.

الخاصية	O/ملدن	درجة حرارية رئيسية (مثلاً H32/H111)	ملاحظات
مقاومة شد (UTS)	95–145 MPa	160–260 MPa	تختلف القيم حسب الدرجة الحرارية والسماكة؛ الموردون يزودون بقيم معتمدة
مقاومة خضوع (0.2% proof)	35–85 MPa	120–240 MPa	زيادة القوة تعتمد على التشغيل البارد ومستوى التقسية
الاستطالة (A%)	20–35%	6–18%	الاستطالة تنخفض بشكل ملحوظ مع زيادة التقسية
الصلادة (HB)	20–40 HB	45–90 HB	تتوافق مع مقاومة الشد/الخضوع؛ تقاس برينل أو فيكرز حسب المواصفة

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.66 g/cm³	قيمة نموذجية لسبائك Al–Mg؛ تستخدم لحساب الكتلة والوزن
مدى الانصهار	~ 640–650 °C (من الصلبيد إلى السائل تقريبًا)	نطاق انصهار قريب من الألومنيوم النقي؛ يجب تجنب التسخين الزائد أثناء اللحام
التوصيل الحراري	~ 120–140 W/m·K	أقل قليلًا من الألومنيوم النقي بسبب السبائك؛ جيد لموزعات الحرارة
التوصيل الكهربائي	~ 30–38 % IACS	منخفض مقارنة بالألومنيوم النقي لكنه لا يزال موصلًا للاستخدامات الكهربائية والحافلات الكهربائية
السعة الحرارية النوعية	~ 900 J/kg·K	قيمة نموذجية عند 20–100 °C لسبائك الألومنيوم
التوسع الحراري	~ 23–24 µm/m·K (20–100 °C)	معامل تمدد حراري مرتفع نسبيًا يتطلب اهتمامًا في التصميم خلال دورات الحرارة

يحافظ EN AW-5754 على العديد من الخصائص الحرارية والكهربائية المفضلة للألومنيوم، رغم أن السبائك تقلل من التوصيل مقارنة بالألومنيوم النقي. بيانات التوصيل الحراري والتوسع مهمة لتطبيقات المبادلات الحرارية والإلكترونيات لأنها تؤثر على تدرجات الحرارة والقيود الميكانيكية أثناء التشغيل.

كما تؤثر خصائص الانصهار والسلوك الحراري في معاملات اللحام وعمليات اللحام بالبروز والتلوين، حيث تحدد درجات الصلبيد/السائل للنواة نطاقات المعالجة الآمنة لتجنب الانصهار المبكر أو نمو الحبيبات المفرط.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك المقاومة	التمبيرات الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.3–4.0 mm	مقاومة متجانسة عبر السماكات الرقيقة؛ العمل البارد يزيد من القوة	O, H111, H14, H32	مستخدمة على نطاق واسع لألواح الهيكل ومكونات بحرية
صفائح	>4.0–100+ mm	المنتج السميك قد يمتلك خصائص مختلفة قليلاً	O, H111, H32	تستخدم للمكونات الإنشائية حيث يتطلب الصلابة
بثق	بروفيلات حتى مقطع عرضي 200 mm	تتوقف القوة على الشيخوخة أو التشويه اللاحق	O, H32, H111	شائع للاسكِلة، الهياكل وبثقات إنشائية
أنابيب	القُطر الخارجي 6 mm–200 mm	استجابة ميكانيكية مماثلة للألواح/الصفائح ذات التمبر المعادل	O, H111, H32	مستخدمة على نطاق واسع في أنظمة تداول السوائل والأنابيب البحرية
قضبان/عصي	أقطار حتى 100 mm	قابلية التشغيل والقوة تعتمد على التمبر	O, H111	مستخدمة للتجهيزات، الأعمدة، والمكونات المخروطة

تؤثر مسارات المعالجة على التركيب المجهر النهائي، الاستقرار الأبعادي، والملمس. يتم إنتاج الألواح والصفائح عادة عبر الدرفلة الساخنة تليها دفعات من الدرفلة الباردة المتحكم بها لتحقيق التمبرات المطلوبة وجودة السطح. يتم تشكيل البثقات عبر عمليات بثق مباشرة أو غير مباشرة، وغالبًا ما تتبع بمعالجة التلدين (solutionizing) لقطع الكتل المصبوبة وتبريد متحكم به لإنتاج تركيبات مجهرية متجانسة.

يجب أن يعكس اختيار المنتج طريقة التشكيل واللحام المقصودة؛ على سبيل المثال، يجب تحديد الألواح المسحوبة عميقًا في تمبير O أو H111 بينما قد تُزوَّد البثقات الإنشائية التي تتطلب قوة ثابتة أعلى في تمبير H32 أو حالات العمل المتصلّب.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	5754	الولايات المتحدة الأمريكية	تسمية أمريكية شائعة متوافقة مع سلسلة 5xxx الدولية
EN AW	5754	أوروبا	تسمية أوروبية؛ التركيب والتمبيرات حسب معايير EN
JIS	A5054 (تقريبًا)	اليابان	توجد مكافئات JIS لكن يجب التحقق من المرجعية الدقيقة حسب المواصفات
GB/T	5754	الصين	المعيار الصيني يتماشى اسميًا مع تعيينات EN/AA لكن يجب مراجعة التحملات

المعايير بين المناطق متشابهة جدًا لسبائك Al–Mg، لكن قد تطرأ اختلافات طفيفة في نطاقات الخصائص الميكانيكية المضمونة، جودة السطح، والشوائب المسموح بها. عند الاستبدال بين المعايير، يجب مراجعة شهادات المواد وأرقام الحرارة لضمان الامتثال لمتطلبات شد الشد، الاستطالة واختبارات التآكل الخاصة بالمشروع.

بسبب هذه الفروق الصغيرة، يجب على مهندسي المشتريات طلب تحاليل تركيبية معتمدة وتقارير اختبارات ميكانيكية لتأكيد التكافؤ للتطبيقات الحرجة مثل أوعية الضغط أو التجهيزات البحرية.

مقاومة التآكل

يقدم EN AW-5754 مقاومة جيدة جدًا للتآكل الجوي وهو مقاوم بشكل خاص لتآكل الحفريات وتآكل الشقوق في البيئات الحاملة للكلوريد مقارنة بالعديد من السبائك القابلة للمعالجة الحرارية. يعزز محتوى المغنيسيوم استقرار الطبقة السالبة للسبائك في مياه البحر ويزيد المقاومة طويلة الأمد مقارنة بدرجات الألمنيوم شبه النقية.

في التطبيقات البحرية، يعمل 5754 بشكل جيد للألواح الخارجية، التجهيزات والمثبتات عند تنفيذ طبقات طلاء مناسبة واستراتيجيات الحماية الكاثودية. يمكن أن يحدث الهجوم الموضعي حيث يتضرر الطلاء أو توجد أزواج كهفائية ضارة؛ يحمي تحضير السطح وختم الوصلات من هذه المخاطر بشكل فعال.

مقاومة التشقق بالتآكل الإجهادي منخفضة بشكل عام لسبائك 5xxx ذات المعالجة الصحيحة المحتوية على مستويات معتدلة من المغنيسيوم مثل 5754، بشرط ألا يتم تجاوز زمن النضج وأن يتم التحكم في الضغوط الشدية المتبقية. يجب معالجة التفاعلات الكهفائية عبر عزل المعادن المختلفة واختيار مثبتات متوافقة؛ لأن الألومنيوم يعمل كمصعد لكثير من الفولاذ والسبائك المحتوية على النحاس.

عند المقارنة مع سبائك سلسلة 6xxx، يقدم EN AW-5754 عادة أداء فائق في بيئات الكلوريد لكنه يمتلك قوة قصوى أقل، بينما يقدم قوة أعلى مع انخفاض معتدل في الموصلية الكهربائية مقارنة بسلسلة 1xxx و 3xxx.

خصائص التصنيع

يتميز EN AW-5754 بسهولة التصنيع بواسطة تقنيات تشغيل المعادن التقليدية؛ يجمع المعدن بين الليونة وتقسية العمل مما يجعله مناسبًا للعمليات مثل الختم، الثني، تشكيل اللف، والتدوير. من نقاط قوته قابلية اللحام والتشكيل على البارد، لكن يجب ضبط معايير العمليات بحسب التمبر والسماكة لتجنب تليين منطقة التأثير الحراري أو رد الفعل الزائد في الارتداد.

قابلية اللحام

اللحام بتقنيتي TIG وMIG من العمليات المثبتة لـ EN AW-5754 وتنتج وصلات عالية الجودة مع مخاطر قليلة للتشققات الساخنة عند استخدام أسلاك حشو مناسبة. من الحشوات الشائعة 5356 و5183 (سبائك Al-Mg) لمطابقة أو زيادة محتوى المغنيسيوم قليلًا ولتقليل فقدان اللدونة في معدن اللحام؛ نادرًا ما يلزم التسخين المسبق لكن من المهم التحكم في كمية الحرارة لتقليل تليين منطقة التأثير الحراري والتشوه.

قابلية التشغيل

أداء التشغيل لـ 5754 متوسط وعادة ما يكون أقل من سبائك سلسلة 6xxx بسبب زيادة تقسية العمل وانخفاض ميل الكسر الرقائق. يوصى باستخدام أدوات كربيد، تثبيت صلب للعمل، وتوفير كمية كافية من التبريد؛ تقل سرعات التغذية عادة مقارنة بالسبائك الأكثر ليونة وينبغي الانتباه لإخلاء الرقائق لتجنب تكدس الحواف والتلطخ السطحي.

قابلية التشكيل

يوفر EN AW-5754 تشكيلاً باردًا ممتازًا في تمبير O وH111، حيث يسمح بنصف قطرات ثني ضيقة وأشكال معقدة مع ارتداد منخفض عند التلدين الصحيح. لعمليات الثني الشديد أو السحب العميق، يُفضل التمبر O أو تقسية عمل خفيفة جدًا، ويجب ضبط نصف أقطار الأدوات بشكل محافظ (نصف القطر الداخلي النموذجي ~ 1.5–3 × سماكة المادة حسب التمبر والنهاء).

سلوك المعالجة الحرارية

EN AW-5754 هو سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية، وتُحدث تغييرات الخصائص الميكانيكية أساسًا بواسطة العمل البارد (تقسية التشويه) والمعالجة الحرارية للتلدين. طرق المعالجة بالحل والنضج الشائعة في سلسلة 6xxx و7xxx غير فعالة لإنتاج تقوية ترسيب مستقرة في هذه السبيكة.

يتم إجراء التلدين الصناعي النموذجي لإعادة اللدونة الكاملة لـ 5754 في درجات حرارة تتراوح بين 300–415 °C يتبعها تبريد بالهواء؛ هذا يستعيد اللدونة ويقلل الإجهادات المتبقية لكنه يقلل القوة. تُستخدم عمليات التلدين المثبتة التي تخفف الإجهادات المتبقية دون التلدين الكامل في بعض التمبرات H لتوفير الاستقرار الأبعادي مع الاحتفاظ بجزء كبير من قوة العمل البارد.

بسبب طبيعته غير القابلة للمعالجة الحرارية، يجب على المصممين الاعتماد على مراقبة دقيقة للعملية في الدرفلة، التشكيل واللحام لتحقيق الخصائص الميكانيكية المطلوبة؛ غالبًا ما تُجرى عمليات التلدين بعد التصنيع لتحسين التشكيل أو لاستعادة الخصائص ولكن يجب جدولتها لتجنب فقدان الصلادة في المكونات الحرجة أثناء الخدمة.

الأداء في درجات الحرارة العالية

يبدأ EN AW-5754 بفقدان كبير في القوة الميكانيكية عند درجات حرارة أقل بكثير من نطاق انصهاره، مع انخفاضات ملحوظة في مقاومة الخضوع ومقاومة الشد فوق حوالي 100–150 °C حسب التمبر ومدة التحميل. للخدمة المستمرة في درجات حرارة مرتفعة، يجب على المهندسين التحقق من سلوك الزحف والخضوع لأن السبيكة غير محسنة للقوة الحرارية أو مقاومة الزحف طويلة الأمد.

الأكسدة ليست آلية فشل أساسية لأن الألومنيوم يشكل أكسيدًا وقائيًا، لكن ارتفاع درجات الحرارة قد يسرع التغيرات بين الحبيبات وتكبير المزايا المجهرية، مما يؤثر على عمر التعب والمتانة. في التجميعات الملحومة، يمكن أن تعاني مناطق التأثير الحراري من انخفاض القوة ويجب تقييمها للتعرض الحراري واحتمالية استعادة ما بعد اللحام إذا كانت درجات التشغيل مرتفعة.

يجب على المصممين تقييد درجات حرارة التشغيل ضمن نطاقات محافظة للمكونات الإنشائية، والنظر في سبائك بديلة أو فولاذ مقاوم للصدأ عند الحاجة إلى قوة مستدامة فوق 150 °C، أو تنفيذ نظم تبريد وحواجز حرارية لحماية مكونات الألومنيوم.

التطبيقات

الصناعة	مكون نموذجي	سبب استخدام EN AW-5754
السيارات	ألواح الهيكل، خزانات الوقود	قابلية تشكيل جيدة، قابلية لحام ومقاومة للتآكل
البحرية	صفائح الهيكل، تجهيزات السطح	مقاومة ممتازة للكلوريد وقابلية اللحام
الطيران	هياكل ثانوية، تجهيزات داخلية	نسبة قوة إلى وزن عالية وأداء جيد للتآكل
الإلكترونيات	موزعات حرارة، حاويات	موصلية حرارية ومناسبة للتشغيل
أوعية الضغط	خزانات وأنابيب	قابلية لحام جيدة وقوة متوسطة السماكة

غالبًا ما يتم اختيار EN AW-5754 عند الحاجة إلى توازن بين مقاومة التآكل، قابلية التصنيع، والقوة المعتدلة عبر مجموعة واسعة من السماكات. تناسب خصائصه المكونات التي تتطلب التشكيل والربط مع التشغيل في أجواء متآكلة أو حيث يكون تخفيض الوزن أمرًا مهمًا.

نصائح الاختيار

اختر EN AW-5754 عندما تحتاج إلى قوة أعلى ومقاومة تآكل أفضل من الألومنيوم التجاري النقي مع الحفاظ على قابلية جيدة للحام والتشكيل. إنها خيار مناسب للألواح الإنشائية والتجهيزات البحرية حيث لا تكون السبائك القابلة للمعالجة الحرارية ضرورية أو عملية.

بالمقارنة مع الألمنيوم النقي تجارياً (1100)، يتخلى 5754 عن بعض من الموصلية الكهربائية والحرارية ويقلل بشكل طفيف