الألومنيوم EN AW-6060: التركيب الكيميائي، الخصائص، دليل الحالة الحرارية والتطبيقات

نظرة شاملة

EN AW-6060 هو سبيكة ألومنيوم من سلسلة 6xxx (عائلة Al-Mg-Si) ويُشار إليها عادةً بـ 6060 في المعايير الأمريكية وبـ EN AW-6060 في الممارسات الأوروبية. تنتمي إلى سبائك الألومنيوم التي يمكن معالجتها حرارياً والمعتمدة على السليكون والمغنيسيوم، حيث تجمع بين متانة متوسطة وقابلية ممتازة للبثق وتشطيب سطحي عالي الجودة. العناصر الأساسية في السبائك هي السليكون والمغنيسيوم، اللذان يشكلان ترسبات Mg2Si أثناء المعالجة الحرارية لتعزيز القوة من خلال تقسية الترسيب. الخصائص النموذجية تشمل متانة متوسطة، مقاومة جيدة جدًا للتآكل في الظروف الجوية، قابلية جيدة للحام، وقابلية ممتازة للتشكيل في الحالات المخففة والمعتقة طبيعياً.

الصناعات التي تستخدم EN AW-6060 بشكل متكرر تشمل ببروزات معمارية، البناء والتشييد، أعضاء هيكلية ثانوية في السيارات، ومكونات هندسية عامة مثل المقاطع، الأنابيب، والقضبان. يتم اختيار هذه السبيكة عندما يكون هناك حاجة لموازنة بين قابلية البثق، سهولة التشغيل، جودة التشطيب السطحي (سلوك الأنودة)، ونسبة القوة إلى الوزن المقبولة. يفضل المصممون غالباً 6060 على السبائك ذات النقاء التجاري الأقل صلابة عند الحاجة إلى استقرار ميكانيكي، ويفضلونه على أنواع 6xxx الأعلى قوة حين تكون جودة سطح البثق، دقة الأبعاد، أو تحسين قابلية التشكيل ذات أولوية.

الأشكال الحرارية

الحالة	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفضة	عالية	ممتازة	ممتازة	مخفف بالكامل، أقصى دكتيلية وقابلية للتشكيل
H14	متوسطة-منخفضة	متوسطة	جيدة	ممتازة	مقسى بواسطة التشوه، تشكيل بارد محدود، يستخدم للأجزاء الخفيفة الوزن
T5	متوسطة	متوسطة	جيدة	جيدة	مبرد من حالة العمل الساخن ومعتق صناعياً، شائع للبروزات
T6	عالية	منخفضة-متوسطة	معقولة	متوسطة	معالجة محلول ثم تعتيق صناعي لأقصى قوة
T651	عالية	منخفضة-متوسطة	معقولة	متوسطة	معالجة محلول مع تخفيف الإجهاد عن طريق الشد، تستخدم للاستقرار الأبعادي

تؤثر الحالة الحرارية المختارة لـ EN AW-6060 بشكل كبير على السلوك الميكانيكي وقابلية التشكيل. حالات التليين (O) تقدم أفضل دكتيلية للثني والسحب العميق، بينما يوفر T6 أعلى مقاومات الخضوع والشد مقابل رضاعة واستطالة أقل عند التشكيل البارد.

الحالات القابلة للمعالجة الحرارية مثل T5 وT6 تؤثر أيضاً على الاستقرار الأبعادي وتشوه بعد التصنيع؛ وغالباً ما يحدد T651 حيث يجب تقليل الإجهادات المتبقية بعد المعالجة الحرارية والتبريد السريع.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة %	ملاحظات
Si	0.30–0.60	يساعد السليكون في تكوين Mg2Si ويحسن قابلية البثق والتشطيب السطحي.
Fe	≤0.15	الحديد هو شوائب يمكن أن تكون مركبات بينية؛ يحتفظ به منخفضاً للحفاظ على الدكتيلية والمظهر السطحي.
Mn	≤0.05	المنغنيز موجود بنسب قليلة؛ تأثيره على التقسية ضئيل.
Mg	0.35–0.50	المغنيسيوم يتحد مع السليكون لتكوين ترسبات Mg2Si لتقسية المعتقة.
Cu	≤0.05	النحاس منخفض للحد من فقد القوة في البيئات المسببة للتآكل.
Zn	≤0.10	الزنك مضبوط بإحكام؛ ليس عنصراً رئيسياً في تقوية السبيكة هنا.
Cr	≤0.05	الكروم محدود؛ يساعد في التحكم في بنية الحبيبات في بعض الأنواع.
Ti	≤0.10	التيتانيوم قد يكون موجوداً بآثار لتحسين تكرير الحبيبات في الصب أو السبائك.
عناصر أخرى (لكل منها)	≤0.05	الشوائب والعناصر النادرة محدودة للحفاظ على خصائص السبيكة.

نسبة Mg إلى Si حاسمة لأن ترسب Mg2Si هو الطور الرئيسي للتقسية بعد المعالجة الحرارية والتعتيق. يتم الحفاظ على انخفاض الحديد والشوائب الأخرى لحماية التشطيب السطحي وقابلية البثق والدكتيلية؛ كما أن محتوى السليكون يحسن من انسيابية السبيكة أثناء البثق ويعزز مظهر الأنودة.

الخصائص الميكانيكية

يعكس السلوك الشدّي في EN AW-6060 استجابة تقسية ترسيبية كلاسيكية: المواد ذات الحالة المخففة تظهر مقاومة خضوع منخفضة مع استطالة عالية منتظمة، بينما تظهر الحالات المعتقة بأعلى قوة شد وخضوع مع دكتيلية منخفضة. أماكن الخضوع حساسة إلى سمك المقطع وتاريخ المعالجة الحرارية؛ فالمقاطع الأرق والمعالجات الحرارية المضبوطة جيداً تعطي مقاومات خضوع وشد أعلى فعلياً. الصلادة تتبع حالة الترسيبات وبالتالي تستخدم كمقياس رقابي خلال عمليات التعتيق.

سلوك التعب معتدل في التطبيقات ذات الإجهاد المتوسط؛ حيث تتأثر مقاومة التعب بشدة بجودة التشطيب السطحي، عيوب الأنودة، وشكل المقطع المبثوق. تُقلل العناصر المحفورة أو المشغولة باردة من عمر التعب بشكل غير متناسب مقارنة بالعناصر الملساء بسبب تركيز الإجهادات. يغير سمك ومقطع العرض معدلات التبريد أثناء المعالجة الحرارية وبالتالي يؤثر على توزيع الترسيبات؛ عادةً ما تكون المقاطع الأثقل أقل قدرة على تحقيق أقصى قوة بسبب بطء التبريد وقد تتطلب دورات معالجة حرارية معدلة.

تتحكم الحالة الميكروهيكلية، بما في ذلك توزيع ترسيبات Mg2Si ووجود المركبات البينية الخشنة، في سلوك الكسر وتنقلات الدكتيلية بين الحالات. تظهر وصلات اللحام مناطق متأثرة بالحرارة مخففة مقارنة بالمادة الأم في حالة T6، ما يقلل القوة الموضعية والثباتة على التعب ما لم يتم القيام بمعالجة حرارية بعد اللحام أو اختيار معدن ملء مناسب.

الخاصية	O/مخففة	الحالة الأساسية (T6)	ملاحظات
قوة الشد	95–140 MPa	170–230 MPa	تعتمد القيم على سمك المقطع وممارسة التعتيق الدقيقة.
مقاومة الخضوع	35–80 MPa	110–170 MPa	مقاومة الخضوع قد تكون منخفضة جداً في حالة O وتزداد بشكل ملحوظ في T6.
الاستطالة	12–25%	6–12%	الاستطالة تقل مع حالات القوة الأعلى والمقاطع الأثخن.
الصلادة	~35–45 HV	~60–90 HV	الصلادة تتناسب مع حجم الترسيبات؛ تستخدم كفحص جودة.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 g/cm³	قيمة نموذجية لسبائك الألومنيوم المصنعة؛ مفيدة لحسابات التصميم التي تعتمد على الوزن.
نطاق الانصهار	~555–650 °C	فترة بين الحالة الصلبة والسائلة تعتمد على عناصر السبيكة والمكونات الثانوية.
التوصيل الحراري	~160–180 W/m·K	أقل من الألومنيوم النقي ولكن مرتفع مقارنة بالفولاذ؛ جيد لتبديد الحرارة.
التوصيل الكهربائي	~30–40 % IACS	منخفض مقارنة بالألومنيوم النقي بسبب السبائكية؛ كافٍ للاستخدامات غير الحرجة.
الحرارة النوعية	~900 J/kg·K	حرارة نوعية نموذجية لسبائك الألومنيوم في درجات الحرارة المحيطة.
التوسع الحراري	~23–24 ×10⁻⁶ /K	توسع حراري مرتفع نسبياً؛ مهم للتجميعات التي تجمع مواد مختلفة.

يجمع EN AW-6060 بين توصيل حراري جيد ووزن خفيف، ما يجعله مناسباً للمكونات التي تتطلب تبديد حرارة حيث يهم وزن الهيكل. التوصيل الكهربائي المتوسط يمنعه من الاستخدام حيث يلزم أقصى توصيل، لكنه يبقى مقبولاً للعديد من الأغلفة الإلكترونية والعناصر الهيكلية الموصلة.

نطاق الانصهار وخصائص التوسع الحراري تتطلب الحذر أثناء اللحام والمعالجة الحرارية لتفادي التشوه واختيار طرق الربط واستراتيجيات التثبيت المتوافقة للتجميعات التي تتضمن مواد مختلطة.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	الحالات الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.5–6 mm	قوة متناسقة، حساسة للتشكيل البارد	O, H14, T5	تُستخدم في الألواح، التغليف، والأجزاء المصنعة.
صفائح	>6–50 mm	قوة ذروة أقل بسبب تبريد أبطأ	O, T6 (محدود)	الصفائح الكبيرة أقل شيوعاً لكنها تستخدم للأجزاء الهيكلية.
بروزات (بثق)	جدران رقيقة إلى مقاطع معقدة	ممتازة، محسنة حسب الحالة	T5, T6, T651	الشكل التجاري الأساسي لـ EN AW-6060 بسبب تدفقه الجيد وجودة السطح.
أنابيب	سمك جدار 1–10 mm، أقطار متنوعة	مماثلة للبروزات، قد تُسحب باردة	O, T6	تُستخدم للحواجز، الهياكل، والتطبيقات ذات الضغط المنخفض.
قضبان/عصي	6–60 mm	استقرار أبعادي جيد	O, T6	مخزون تشغيل ومكونات مخرطة مصنوعة من القضبان.

يعد البثق الطريق التصنيعي السائد لـ EN AW-6060 لأن السبيكة تتدفق جيداً وتنتج جودة سطح ممتازة ودقة أبعاد محكمة. تتطلب عمليات الألواح والصفائح جداول تدحرج ومعالجات حرارية مختلفة لتحقيق توازن بين القوة وقابلية التشكيل، كما أن المقاطع السميكة أقل قدرة على الوصول لخصائص T6 القصوى دون استخدام ممارسات تبريد خاصة.

تعد عمليات العمل البارد وخطوات التصنيع الثانوية مثل الثني، الثقب، أو السحب أكثر فعالية في حالات O أو T4/T5؛ حيث غالبًا ما يتم تشغيل مكونات T6 أو تركها في الخدمة حيث يجب تعظيم الصلابة والقوة بدلاً من التشكيل العميق.

الدرجات المعادلة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	6060	الولايات المتحدة	تعيين شائع في الولايات المتحدة يتوافق مع تعريفات ASTM لسبائك 6xxx المطروقة.
EN AW	6060	أوروبا	EN AW-6060 هو التعيين الأوروبي حسب معايير EN؛ وغالبًا ما تُحدد الخواص الميكانيكية حسب الحالة.
JIS	A6060	اليابان	يستخدم JIS تركيبة كيميائية مماثلة لكن قد تختلف حدود الشوائب قليلاً.
GB/T	6060	الصين	المعيار الصيني المعادل؛ قد تختلف التسامحات قليلاً لمنتجات البثق.

الدرجات المعادلة عبر المعايير متشابهة عمومًا في التركيب الكيميائي لكن قد تختلف التسامحات والخصائص الميكانيكية المضمونة وفقًا لمواصفات البلد ونوعية المنتج (مقطع بثق مقابل لوح). يجب على المشتري التأكد من تعريفات الحالة ومتطلبات اختبار الدُفعات لأن مصطلحات مثل T6 أو T651 تُصنّف بشكل مختلف في متطلبات الشهادات والتسامحات الأبعاد في بعض المعايير.

مقاومة التآكل

يتمتع EN AW-6060 بمقاومة جيدة للتآكل العام في الجو نتيجة طبقة أكسيد الألومنيوم الحامية ومحتوى النحاس المنخفض نسبيًا في تركيبه الكيميائي. في البيئات الحضرية والرعوية يُظهر أداءً جيدًا، كما أن الأكسدة الأنودية تعزز المظهر ومقاومة التآكل للتطبيقات المعمارية والمرئية. وجود الماغنيسيوم والسيليكون لا يؤثران بشكل كبير على الأداء الحاجزي ضد التآكل؛ حيث يحدث الهجوم الموضعي عادةً عند عيوب السطح أو التلف الميكانيكي.

في البيئات البحرية، السبائك غير مقاومة بشكل كامل وقد تعاني من تآكل الحفر وتآكل الشقوق إذا تعرضت لفترات طويلة للأملاح مع تلف في الطلاءات الواقية. التصميم للاستخدام البحري يشمل عادةً الطلاءات الحامية، الأكسدة الأنودية، وتصريف المياه لتقليل تماس مياه البحر الراكد. التفاعل الجلفاني مع المعادن النبيلة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو السبائك المحتوية على النحاس قد يسرع من تآكل الألومنيوم عند وجود تماس كهربائي وإلكتروليت؛ لذا تتطلب العزل المناسب أو استراتيجيات الأنود التضحية.

مقاومة تشقق التآكل الإجهادي (SCC) منخفضة لسلسلة 6xxx مقارنة ببعض سبائك 2xxx و7xxx عالية القوة، خصوصًا في الحالات المستخدمة عادة للبثق. لكن يمكن حدوث SCC موضعي أو تقشر في بيئات شديدة مع إجهادات شد مستمرة؛ ويتم التخفيف من هذه المخاطر بمعالجات ما بعد اللحام وتصميم مناسب لتقليل إجهادات الشد المتبقية.

خواص التصنيع

القابلية للّحام

يلحَم EN AW-6060 بشكل جيد باستخدام طرائق TIG وMIG عند استخدام سبائك ملء وإجراءات صحيحة؛ حيث تتحكم كمية الحرارة وتجهيز المفصل في تقليل المسامية وتليين منطقة تأثير الحرارة (HAZ). تشمل مواد الملء الشائعة AlSi مثل 4043 وAlMgSi التي تصمم لمطابقة الخواص الميكانيكية وتقليل مخاطر التشقق الساخن؛ ويعتمد اختيار الملء على القوة المطلوبة بعد اللحام وبيئة الخدمة. مخاطر التشقق الساخن معتدلة لكنها قابلة للإدارة بتسلسل لحام مناسب، التسخين المسبق عند الحاجة، ومراقبة القيود؛ يجدر بالذكر أن مناطق اللحام من مادة T6 تميل لأن تكون أقل صلابة في HAZ بسبب ذوبان الراسبات.

قابلية التشغيل

تعد قابلية تشغيل EN AW-6060 جيدة عمومًا، أفضل من العديد من درجات الألومنيوم النقية بسبب وجود السيليكون الذي يحسن التحكم في رقائق القطع. توفر أدوات الكربيد ذات الهندسة الإيجابية الدقيقة وتبريد و/أو تزييت جيد أفضل جودة سطح وعمر للأداة؛ سرعات القطع الموصى بها معتدلة إلى عالية مع تغذية عالية للتشغيل الخشن وعمق قطع منخفض للتشغيل النهائي. تميل الرقائق إلى الاستمرارية وقد تلتصق؛ كما أن فواصل الرقائق واستراتيجيات التبريد مهمة لمنع انغلاق الأدوات وتحسين التحكم الأبعادي.

قابلية التشكيل

قابلية التشكيل ممتازة في حالات O أو T4، مما يسمح بالثني، السحب العميق، واللف بأقطار انحناء صغيرة نسبيًا وارتداد نابضي منخفض. تنخفض قابلية التشكيل بشكل ملحوظ في حالة T6، ولا يُنصَح بالطبع أو الثني الشديد دون تمليين محلي أو معالجة المعالجة الحرارية للحل. تكون أقطار الانحناء الداخلية الدنيا الموصى بها للوح في حالة O عادةً حوالي 1–1.5× السماكة للانحناءات البسيطة؛ وتتطلب عمليات السحب المعقدة أو التشكيل بالشد أدوات متوافقة وربما تسخين مسبق أو تزييت.

سلوك المعالجة الحرارية

EN AW-6060 هو سبيكة قابلة للمعالجة الحرارية حيث يتم تعزيزها رئيسيًا عبر تصلب بالترسيب بتشكيل Mg2Si. تُجرى المعالجة بالحل عادةً عند درجات حرارة تتراوح بين 520–550 °C لإذابة الراسبات الموجودة، تليها تبريد سريع للحفاظ على محلول صلب مشبع فوق النقطة. يتم إجراء التعتيق الاصطناعي (معالجة ترسيب حرارية) عادة بين 160–200 °C لأوقات تعتمد على القوة المطلوبة؛ تشير حالة T5 إلى التعتيق الاصطناعي دون معالجة حل مسبقة (عادة تُطبّق على منتجات البثق المبردة بعد العمل الساخن)، بينما T6 تعني معالجة حل متبوعة بتعتيق اصطناعي.

تُستخدم الانتقالات بين التعتيق الطبيعي (T4) والتعتيق الاصطناعي (T6) لضبط التوازن بين القوة والليونة؛ الناتج عن التعتيق الطبيعي قوة معتدلة بينما ينتج التعتيق الاصطناعي قوة ذروة أعلى. يؤدي الإفراط في التعتيق عند درجات حرارة مرتفعة إلى تآكل الراسبات وتقليل القوة لكنه يحسن مقاومة الكسر والاستقرار الأبعادي؛ لذلك يختار المصممون أحيانًا حالات وسطية لتقليل التشوه.

للتطبيقات التي يصعب فيها المعالجة الحرارية، يمكن للعمل البارد توفير تقوية محدودة لكنه ليس آلية التقوية الرئيسية لـ 6060؛ يعيد التمليين إلى حالة O المادة إلى أقصى ليونة للتشكيل والتشغيل لاحقًا.

الأداء في درجات الحرارة العالية

يفقد EN AW-6060 القوة تدريجيًا مع ارتفاع درجة الحرارة؛ يبدأ فقدان ملحوظ في مقاومة الخضوع والشد فوق حوالي 120–150 °C للخدمة المستمرة. يمكن تحمل التعرض القصير حتى حوالي 200 °C لكنه يسرع من تآكل الراسبات ويقلل من أداء حالة الذروة. تكون الأكسدة منخفضة عند هذه الدرجات بسبب فيلم الأكسيد الحامي، لكن تعرضًا طويل الأمد عند درجات حرارة مرتفعة سيغير الخواص الميكانيكية وقد يتطلب إعادة تأهيل.

تكون مناطق اللحام والمعالجة الحرارية حساسة بشكل خاص لدرجات حرارة الخدمة المرتفعة لأن استقرار الراسبات في HAZ والمعدن الأساسي يتحكم في السلوك الميكانيكي. في بيئات حرارية دورية، يجب احتساب التمدد المتفاوت وتغير المعامل في التركيبات المثبتة بالبراغي والتجميعات متعددة المواد لتجنب التعب أو الإرخاء.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام EN AW-6060
السيارات	التشطيبات، القضبان، مقاطع هيكلية غير حرجة	سهولة البثق، جودة السطح، وقوة كافية للهياكل الثانوية
البحرية	إطارات النوافذ، القضبان، التركيبات المعمارية	مقاومة التآكل والتوافق مع الأكسدة الأنودية للبيئات المكشوفة
الفضاء	التركيبات الداخلية، مقاطع هيكلية غير أساسية	خفيف الوزن وتحكم أبعاد جيد للمكونات الثانوية
الإلكترونيات	المشتتات الحرارية، الحاويات	التوصيل الحراري مع قابلية التشكيل وجودة السطح

يُختار EN AW-6060 أساسًا للمقاطع المبثوقة حيث يتطلب مظهر سطح جيد، جودة مقطع ثابتة، وقوة ميكانيكية معقولة. توازنه في الخواص يجعله خيارًا اقتصاديًا للعديد من التطبيقات المعمارية والنقلية حيث لا تكون القوة الفائقة مطلوبة.

نصائح اختيارية

EN AW-6060 خيار عملي عندما تحتاج إلى قوة أفضل من الألومنيوم التجاري النقي (1100) مع الحفاظ على قابلية جيدة للتشكيل وجودة سطح عالية. مقارنة بـ 1100، تضحي 6060 بخفض طفيف في الموصلية الكهربائية مقابل زيادة مهمة في مقاومة الشد والخضوع وتحسين خصائص البثق.

مقارنةً بالسبائك المقواة بالتشكيل مثل 3003 أو 5052، يقدم EN AW-6060 قوة ذروة أعلى بعد التعتيق ومظهر أكسدة أنودية متفوق؛ بينما قد توفر سبائك 3xxx و5xxx ليونة أفضل في التشكيل الثقيل ومقاومة أفضل لبعض أنواع التآكل البحري. مقارنةً بالسبائك المعالجة حراريًا ذات القوة الأعلى مثل 6061 أو أنواع 6xxx الأعلى، يُفضّل 6060 غالبًا للمقاطع المعقدة وجودة السطح الأفضل بالرغم من قلة قوة الذروة؛ لذا يُختار 6060 حيث تكون سهولة البثق، التشطيب، والتكلفة أولوية على القوة المطلقة.

عند اختيار المادة، قم بموازنة الحاجة للتشكيل العميق مقابل القوة النهائية: حدد حالة O أو T4/T5 لعمليات التشكيل وT6/T651 للأجزاء المنتهية التي تتطلب صلابة وقوة أعلى، مع الأخذ في الاعتبار مناطق تأثير اللحام والاحتمالات اللازمة للمعالجة بعد اللحام.

ملخص ختامي

يظل EN AW-6060 سبيكة ألومنيوم مستخدمة على نطاق واسع لأنه يوفر توازنًا متكاملاً بين أداء البثق، جودة السطح، مقاومة التآكل، وقوة التعتيق الكافية للعديد من التطبيقات الهيكلية والمعمارية. تنوعه عبر الحالات وأشكال المنتج يجعله خيارًا اقتصاديًا للمهندسين الباحثين عن أداء موثوق بدون تعقيدات أو تكاليف أنظمة الألومنيوم عالية القوة.