الألومنيوم وسبائك الألومنيوم

الألومنيوم هو المعدن الأكثر استخداماً والمتوفر تجارياً. وهو خفيف الوزن ونسبة القوة إلى الوزن العالية تجعلها خيارًا جيدًا لكل شيء بدءًا من الطائرات إلى المصابيح اليدوية إلى الرقصات إلى أي شيء آخر يمكنك صنعه من المعدن. ألومنيوم نقيالتي تظهر بشكل أساسي في السلسلة 1xxx من المشغولات سبائك الألومنيوم، لديها قوة قليلة، ولكنها تمتلك موصلية كهربائية عالية وانعكاسية و مقاومة التآكل. لذلك تم تطوير مجموعة واسعة من سبائك الألومنيوم.

الألومنيوم هو معدن أبيض مائل إلى الفضة يتميز بمقاومة قوية لـ التآكل ومثل الذهب، فهو قابل للطرق إلى حد ما. وهو معدن خفيف نسبياً مقارنةً بمعادن مثل الفولاذ والنيكل, النحاس الأصفروالنحاس بثقل نوعي يبلغ 2.7، والألومنيوم قابل للتشغيل الآلي بسهولة، ويمكن أن يكون له مجموعة متنوعة من تشطيب السطح. كما أنها تتمتع بموصلات كهربائية وحرارية جيدة وهي عاكسة للحرارة والضوء بدرجة عالية. في درجات الحرارة المرتفعة للغاية (200-250 درجة مئوية) تميل سبائك الألومنيوم إلى فقدان بعض من قوتها. ومع ذلك، في درجات الحرارة تحت الصفر درجة الحرارة، تزداد قوتها مع الاحتفاظ بـ الليونةمما يجعل الألومنيوم سبيكة مفيدة للغاية في درجات الحرارة المنخفضة.

تتمتع سبائك الألومنيوم بمقاومة قوية لـ التآكل وهو نتيجة لجلد أكسيد يتكون نتيجة التفاعلات مع الغلاف الجوي. ويحمي هذا الجلد المتآكل الألمنيوم من معظم المواد الكيميائية والظروف الجوية وحتى العديد من الأحماض، إلا أنه من المعروف أن المواد القلوية تخترق الجلد الواقي وتسبب تآكل المعدن.

يتميز الألومنيوم أيضًا بتوصيلية كهربائية عالية إلى حد ما، مما يجعله مفيدًا كموصل. أما النحاس فهو الموصل الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، حيث تبلغ موصلية الألومنيوم حوالي 161%. تميل الموصلات المصنوعة من الألومنيوم إلى الارتخاء بعد الاستخدام المتكرر مما يؤدي إلى حدوث تقوس كهربائي وحريق، الأمر الذي يتطلب مزيداً من الاحتياطات والتصميم الخاص عند استخدام أسلاك الألومنيوم في المباني.

يُعد الألومنيوم معدن متعدد الاستخدامات ويمكن سبكه بأي شكل معروف. كما يمكن درفلته وختمه وسحبه وسحبه وغزله وتشكيله وطرْقه وسبكه. كما يمكن بثق المعدن في مجموعة متنوعة من الأشكال، ويمكن تقليبه، وطحنه، وثقبه في عملية التصنيع الآلي. يمكن تثبيت الألومنيوم أو لحامه أو لحامه أو لحامه بالنحاس أو ربطه بالراتنج. بالنسبة لمعظم التطبيقات، لا يحتاج الألومنيوم إلى طلاء واقي حيث يمكن تشطيبه ليبدو بمظهر جيد، إلا أنه غالباً ما يتم طلاؤه بأكسيد الألومنيوم لتحسين لونه وقوته.

1100 | 3003 | 5005 | 5052 | 5083 | 5086 | 5454 | 2011 | 2024 | 6061 | 6101 | 6063 | 6262 | 7075 | ألومنيوم | درجات حرارة الألومنيوم | تعريف CEN | ألومنيوم نقي | تشديد العمل | قابل للمعالجة بالحرارة | الخواص الميكانيكية لسبائك الألومنيوم | الخواص الفيزيائية لسبائك الألومنيوم | التركيب الكيميائي لسبائك الألومنيوم | المواصفات القياسية | مقاومة الألومنيوم للتآكل في المبادلات الحرارية ذات الزعانف اللوحية | قوة أنابيب الألومنيوم للميكانيكيين | جدول مقارنة سبائك الألومنيوم | كثافة الألومنيوم الثقل النوعي

السبائك غير القابلة للمعالجة الحرارية

1100 - ألومنيوم نقي تجاريًا. ممتاز مقاومة التآكلوقابلية التشغيل واللحام من 14,000 إلى 24,000 رطل لكل بوصة مربعة.

3003 - مخلوط بالمنجنيز 1,2%. قابلية تشغيل ولحام ومقاومة جيدة للغاية للتآكل. قوة الشد نطاق 17,000 إلى 30,000 رطل لكل بوصة مربعة.

5005 - مخلوط بالمغنيسيوم .8%. قابلية تشغيل ولحام ومقاومة ممتازة للتآكل. تتراوح قوة الشد من 18,000 إلى 30,000 رطل لكل بوصة مربعة.

5052 - مخلوط بالمغنيسيوم 2.5%. مقاومة جيدة جدًا للتآكل، وقابلية تشغيل جيدة، وقابلية لحام وقوة. قوة الشد بين 31,000 إلى 44,000 رطل لكل بوصة مربعة.

5083 - مخلوط بالمغنيسيوم 4.451 تيرابايت 3 تيرابايت، و .65 1 تيرابايت 3 تيرابايت منجنيز و .151 تيرابايت 3 تيرابايت كروم. قابلية لحام ممتازة ووزن خفيف ووزن جيد مقاومة التآكل = مقاومة التآكل. قوة الشد ما بين 40,000 إلى 59,000 رطل لكل بوصة مربعة.

5086 - مخلوط بالمغنيسيوم 4.01 تيرابايت 3 تيرابايت، و451 تيرابايت 3 تيرابايت منجنيز و151 تيرابايت 3 تيرابايت كروم. جيد جدًا مقاومة التآكلقابلية تشغيل جيدة. قوة الشد بين 40,000 إلى 54,000 رطل لكل بوصة مربعة.

5454 - سبائك من المغنيسيوم 2.71 تيرابايت 3 تيرابايت، و0.81 تيرابايت 3 تيرابايت من المنجنيز و0.121 تيرابايت 3 تيرابايت من الكروم. قابلية تشكيل جيدة، وقابلية لحام و مقاومة التآكل. غالباً ما تستخدم في أوعية الضغط. قوة الشد بين 36,000 إلى 47,000 رطل لكل بوصة مربعة.

السبائك القابلة للمعالجة الحرارية

2011- هي الأكثر قابلية للتشغيل الآلي من بين سبائك الألومنيوم المتاحة عادةً.

2024 - مسبوكة بالنحاس 4.5%. قابلية تشغيل عادلة و مقاومة التآكل. تستخدم للتطبيقات الهيكلية.  قوة الشد بين 30,000 إلى 63,000 رطل لكل بوصة مربعة.

6061 - مخلوط بالمغنيسيوم 1.0% والسيليكون 0.6%. قابلية تشكيل جيدة وقابلية لحام و مقاومة التآكل. قدرة آلية جيدة جداً.  العائد بين 7,000 إلى 39,000 رطل لكل بوصة مربعة.

6101 الأنسب للتطبيقات التي تنطوي على قوة معتدلة وأقصى قدر من التوصيل الكهربائي.

6063 - قابلية التشكيل الجيد، وغالباً ما يطلق عليه الألومنيوم المعماري

6262 صُممت سبيكة الألومنيوم للعمليات التي تتطلب تشغيل آلي كبير.

7075 - مخلوط بالزنك والمغنيسيوم, النحاس والكروم. قابلية تشكيل ضعيفة، قدرة جيدة للماكينة.  العائد بين 32,000 و76,000 رطل لكل بوصة مربعة.

إن الخصائص من الألومنيوم التي تساهم في انتشار استخدامه على نطاق واسع هي:

• الألومنيوم خفيف؛ حيث تبلغ كثافته ثلث كثافة الفولاذ فقط.
• الألومنيوم مقاوم للطقس والغازات الجوية الشائعة ومجموعة كبيرة من السوائل.
• يمكن استخدام الألومنيوم عند ملامسته لمجموعة كبيرة من المواد الغذائية.
• يتميز الألومنيوم بانعكاسية عالية، ونتيجة لذلك، يتم استخدامه في عدد من التطبيقات الزخرفية.
• يمكن أن تعادل سبائك الألومنيوم قوة فولاذ الإنشاءات العادي أو حتى تتجاوزها.
• يتميز الألومنيوم بمرونة عالية، وهي ميزة في الهياكل تحت أحمال الصدمات.
• يحافظ الألومنيوم على صلابته حتى درجات حرارة منخفضة للغاية، دون أن يصبح هشًا مثل الفولاذ الكربوني.
• يتم تشكيل الألومنيوم وتشكيله بسهولة، ويمكن دحرجته حتى يصبح رقيقًا جدًا المقياس.
• يوصل الألومنيوم الكهرباء و الحرارة تقريبًا مثل النحاس.

يتميز الألمنيوم النقي بنعومته وقابليته للسحب ومقاومته للتآكل وموصلية كهربائية عالية، انظر الجدول 1. ونتيجة لذلك يستخدم على نطاق واسع للرقائق المعدنية والكابلات الموصلة للكهرباء، ولكن خلطه بعناصر أخرى ضروري لتوفير المتانة العالية اللازمة للاستخدامات الأخرى.

الجدول 1. الخواص النموذجية للألومنيوم

تسميات سبائك الألومنيوم المشغول والمصبوب

عناصر السبائك الرئيسية هي النحاس والزنك والمغنيسيوم والسيليكون والمنجنيز والليثيوم. كما تُصنع إضافات صغيرة من الكروم والتيتانيوم والزركونيوم والرصاص والبزموت والنيكل، كما يوجد الحديد دائماً بكميات صغيرة. يوجد أكثر من 300 سبيكة مشغولة منها 50 سبيكة شائعة الاستخدام. وعادةً ما يتم تحديدها عادةً بنظام مكون من أربعة أرقام نشأ في الولايات المتحدة الأمريكية وهو الآن مقبول عالميًا. يصف الجدول 2 نظام السبائك المشغولة. السبائك المصبوبة لها تسميات مماثلة وتستخدم نظام مكون من خمسة أرقام (الجدول 2). يسرد الجدول 3 التسميات والخصائص والاستخدامات الشائعة وأشكال بعض السبائك المستخدمة على نطاق واسع.

الجدول 2. تسميات سبائك الألومنيوم المشغول والمسبوك المصنوعة من سبائك الألومنيوم.

الجدول 3. بعض سبائك الألومنيوم الشائعة وخصائصها واستخداماتها الشائعة.

حيث: * = السبائك الأكثر استخدامًا، S = صفيحة، P = لوحة، E = صفيحة و E = بثقالتسميات للسبائك المشغولة

تنقسم هذه السبائك إلى فئتين متميزتين

1. تلك التي تستمد خصائصها من تصلب العمل.
2. السبائك التي تعتمد على المعالجة الحرارية بالمحلول والتصلب العمري.

يتم تعديل خواص سبائك السلسلة 1000 و3000 و5000 عن طريق الشغل على البارد، وعادةً ما يكون ذلك عن طريق الدرفلة على البارد.

وتعتمد خواص هذه السبائك على درجة الشغل على البارد وما إذا كان هناك أي عملية تلدين أو معالجة حرارية للتثبيت بعد الشغل على البارد. وتُستخدم تسميات موحدة لوصف هذه الظروف.

يستخدم حرف O أو F أو F أو H متبوعًا برقم واحد أو أكثر. وهي معروضة بشكل موجز في الجدول 4 ومعرّفة في الجدول 6.

الجدول 4. التسميات القياسية لسبائك الألومنيوم المقواة أثناء العمل.

الجدول 5. توضيحات الرموز المستخدمة في الجدول 4.

لتوضيح ذلك، بالرجوع إلى الجدولين 2 و4، يمكننا أن نرى أن 3103-0 هي سبيكة ألومنيوم منجنيز في حالة التلدين الناعم و3103-H16 هي السبيكة نفسها في حالة الصلابة ثلاثة أرباعها.

وبفضل مرونة التركيبات ودرجة الشغل على البارد وتباين التلدين ودرجة الحرارة، يمكن تحقيق مجموعة واسعة من الخواص الميكانيكية خاصة في منتجات الألومنيوم المعالجة بالحرارة بالحل وسبائك الألومنيوم المصلدة بالسن

تستجيب سبائك السلسلة 2000 و4000 و6000 و6000 و7000 و8000 بهذه الطريقة.

يتيح الاختيار الواسع لتركيبات السبائك، ودرجات حرارة وأوقات المعالجة الحرارية للمحلول ومعدلات التبريد من درجة الحرارة، واختيار المعالجة الصناعية للشيخوخة ودرجة تشوه المنتج النهائي تحقيق مجموعة واسعة من الخواص. يتم استخدام نظام من التسميات القياسية، استنادًا إلى الحرف T متبوعًا برقم بعد تسمية السبيكة، لوصف الظروف المختلفة. وترد هذه التسميات في الجدول 6.

الجدول 6. تعريف تسميات المعالجة الحرارية للألومنيوم وسبائك الألومنيوم.