سلسة سبائك الالومنيوم4XXX : Al-Si خصائصها واستخداماتها ومميزاتها وعيوبها

 

** سلسلة سبائك الألومنيوم  4XXX:

 هي مجموعة من سبائك الألومنيوم التي تحتوي على نسبة عالية من السليكون. يُستخدم السليكون لتحسين خاصية السريان ومقاومة التآكل، كما أنه يعطيها خصائص معالجة حرارية أفضل من سبائك الألومنيوم الأخرى. 

العناصر الأساسية في سبائك سلسلة xxx4 هي السيليكون، والذي يمكن إضافته بكميات كافية (حتى 12%) لتخفيض درجة الانصهار بشكل كبير دون التسبب في الهشاشة.

لهذا السبب، تُستخدم سبائك الألومنيوم والسيليكون في أسلاك اللحام وكمواد اللحام المتداخل.

·         سبائك سلسلة 4xxx هي نوع من سبائك الألومنيوم التي تحتوي على نسبة عالية من السيليكون.

·         السيليكون هو عنصر يجعل الألومنيوم أكثر صلابة وأكثر مقاومة للتآكل.

·         ميزة سبائك الألومنيوم والسيليكون هي أن لديها درجة انصهار منخفضة نسبياً. وهذا يجعلها مناسبة للاستخدام في اللحام والترابط المعدني.

·         أسلاك اللحام هي أسلاك مصنوعة من سبائك الألومنيوم والسيليكون تُستخدم في لحام الألومنيوم. 

·         تُستخدم سبائك سلسلة 4xxx بشكل أساسي في تطبيقات اللحام والترابط المعدني للألومنيوم، حيث تكون هناك حاجة إلى درجة انصهار أقل من درجة انصهار المعدن الأساسي.

·         معظم السبائك في هذه السلسلة غير قابلة للمعالجة الحرارة، مما يعني أنه لا يمكن تحسين خصائصها الميكانيكية من خلال المعالجة الحرارية. ومع ذلك، عند استخدامها في لحام السبائك القابلة للتحسين بالمعالجة الحرارية، فإنها تلتقط بعض مكونات السبائك من الأخيرة وبالتالي تستجيب للتحسين بالمعالجة الحرارية إلى حد محدود..

·         السبائك التي تحتوي على كميات كبيرة من السيليكون تصبح رمادية أو سوداء اللون عند تطبيق تشطيبات الأكسيد الأنودية عليها.

·          تشطيبات الأكسدة الأنودية هي طبقات رقيقة من أكسيد الألومنيوم تُشكل على سطح المعدن عن طريق التحليل الكهربائي. وهي تُستخدم لحماية المعدن من التآكل وتحسين مظهره. السبائك الرمادية أو السوداء مطلوبة في التطبيقات المعمارية، حيث يعتبر المظهر الجمالي عاملاً مهمًا.

·         سبيكة 4032 تتميز بمعامل تمدد حراري منخفض ومقاومة عالية للتآكل.

·         تتمـيز سبيكة 4032 بمعامل تمدد حراري منخفض، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في التطبيقات التي تتطلب درجة عالية من الاستقرار الأبعادي.

·          معامل التمدد الحراري هو مقياس لمدى تمدد أو انكماش مادة عندما تتغير درجة حرارتها. 

·          مقاومة التآكل هي مقياس لمدى مقاومة مادة للتآكل. تتميز سبيكة 4032 بمقاومة عالية للتآكل،

·         مكبس المحركات بالحدادة (علي الساخن ) هي نوع من مكابس المحركات يتم تصنيعها عن طريق التشكيل بالضغط..

  تاثير اضافة السيلكون للالومنيوم :

* السيليكون، بعد الحديد، هو أعلى مستوى من الشوائب في الألومنيوم التجاري الكهربي (0.01 إلى 0.15٪).

 في السبائك المشغولة- wrought alloys يستخدم السيليكون مع المغنيسيوم بمستويات تصل إلى 1.5٪ لإنتاج Mg2Si في سلسلة  6xxx من السبائك القابلة للمعالجة الحرارية.

*سبائك الألومنيوم- السيليكون ذات النقاء العالي تكون Short hot حتى   ٪Si 3، والنطاق الأكثر أهمية هو 0.17 إلى 0.8٪ Si، ولكن إضافات السيليكون (0.5 إلى 4.0٪) تقلل من ميل التشقق في سبائك الألومنيوم- النحاس- المغنيسيوم.

*ستجعل الكميات الصغيرة من المغنيسيوم المضافة إلى أي سبيكة تحتوي على السيليكون قابلة للمعالجة الحرارية، ولكن العكس ليس صحيحًا لأن الفائض من المغنيسيوم على المطلوب لتشكيل Mg2Si  يقلل بشكل حاد من الذوبان الصلب لهذا المركب.

*يمكن تحقيق تعديل السيليكون من خلال إضافة الصوديوم في السبائك الإشبعاعية وتحت الإشبعاع ومن خلال الفوسفور في السبائك فوق الإشبعاع  Hypereutectic alloys.. تضاف ما يصل إلى 12٪ Si في السبائك المشغولة المستخدمة ككسوة لصفيحة اللحام Cladding for Brazing Sheet  .  

 تحتوي سبائك الصب فوق الإشبعاع المستخدمة في تطبيقات التآكل على ما يصل إلى 23٪ Si.  وتكتسب السبائك التي تحتوي على حوالي 5٪  Si لونًا أسود عند الأكسدة الحفزية وتستخدم لأغراض الزينة الموجودة في المنتجات التجارية , والسيليكون هو عنصر شائع الاستخدام في سبائك الألومنيوم التجارية.

 يتكون مرحلتان ثلاثيتان ، هما Al12Fe3Si المكعبي و β-Al9Fe2Si2 أحادي الميل ، عن طريق تفاعل Eutectic. عند محتويات منخفضة من السيليكون ، يكون كل الحديد تقريبًا موجودًا كـ Al3Fe. مع زيادة محتويات السيليكون ، تظهر أولاً مرحلة α- ثم مرحلة β-Al-Fe-Si. قد تكون المراحل محتاجة لحرارة عالية المطلوبة للوصول إلى التوازن.

 يحسن السيليكون من قابلية الصب والسيولة. وبالتالي ، يتم استخدامه في صفائح اللحام 4xxx وفي سبائك الصب 3xx.x و 4xx.x.  

يتراوح السيليكون من حوالي 5 إلى 20% في سبائك الصب. تُستخدم سبائك Hypereutectic (تلك التي تحتوي على> 12.6% Si ، التركيب Eutectic) في كتل المحرك لأن جزيئات السيليكون الأولية مقاومة للتاكل الميكانيكي.

تحتوي بعض سبائك الصب  3xx.x على إضافات صغيرة من المغنيسيوم لجعلها قادرة على التصلب مع تقدم العمر.

يضاف السيليكون عمداً إلى بعض السبائك المحتوية على المغنيسيوم لتوفير التصلب بالترسب.

نظام Al-Mg-Si هو أساس السبائك 6xxx  عند محتويات منخفضة من المغنيسيوم ، قد يكون السيليكون العنصري موجودًا كجزيئات الطور الثاني. مع زيادة المغنيسيوم ، قد توجد كل من جزيئات السيليكون ومكونات Mg2Si السداسية المتوازنة.

عند محتويات أعلى من المغنيسيوم ، يوجد Mg2Si فقط. يتم تقوية السبائك الثلاثية عن طريق ترسب النواة غير المستقرة إلى Mg2Si. مع إضافة النحاس ، يمكن أن تتشكل مرحلة Al4CuMg5Si4 الرباعية المعقدة.

إن مقدمة لهذه المرحلة الرباعية تقوي سبائك Al-Cu-Mg-Si.

سلسلة الالومنيوم المسبوك 4xx.x

سبائك المجموعة 4xx.x، القائمة على نظام " الألومنيوم - سيليكون " الثنائي والتي تحتوي على ما يتراوح من 5 إلى 12% من السيليكون، تجد العديد من التطبيقات حيث تكون التوليفات من القوة المتوسطة والليونة العالية ومقاومة التأثير مطلوبة. 

وتُعد مسبوكات دعم درابزين الجسر او الكباري مثالاً نموذجياً.

·         السيليكون هو عنصر يجعل الألومنيوم أكثر صلابة وأكثر مقاومة للتآكل.

·         ميزة سبائك الألومنيوم والسيليكون هي أنها تتمتع بمزيج جيد من القوة المتوسطة والليونة ومقاومة الكسر عند التعرض للصدمات.

·         هذا المزيج من الخصائص يجعلها مناسبة للاستخدام في العديد من التطبيقات، مثل:

o        مسبوكات دعم درابزين الجسر

o        مكونات هياكل الطائرات

o        مكونات السيارات

o        مكونات الأجهزة الإلكترونية

o        مكونات الأجهزة المنزلية

 استخدامات سلسلة سبائك الألومنيوم 4XXX :

تستخدم في مجموعة متنوعة من التطبيقات،كما يلي:

• صناعة السيارات: تُستخدم سبائك سلسلة 4XXX في تصنيع أجزاء السيارات، مثل كتل المحركات ورؤوسها والمكابح.
• صناعة الطائرات: تُستخدم في تصنيع أجزاء الطائرات، مثل الأجنحة والجسم والمحرك.
• صناعة البناء: تُستخدم في تصنيع الهياكل الإنشائية، مثل المباني والجسور.
• صناعة الأجهزة الإلكترونية: تُستخدم في تصنيع الأجهزة الإلكترونية، مثل أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية.
• صناعة الأدوات الرياضية: تُستخدم في تصنيع الأدوات الرياضية، مثل الدراجات الهوائية والسكاكين.
• الملء الدقيق والكامل للقوالب المعقدة: نتيجة النسبة العالية للسيلكون في السبيكة ويؤدى إلي نفس أنواع التطبيقات.في حالة  المطروقات فان السريان الجيد يضمن الملء الدقيق والكامل للقوالب المعقدة.  

واليك بعض استخدامات اخري لسلسلة سبائك الألومنيوم 4XXX :

1. إطارات الدراجات                2. إطارات السيارات 

3. أجزاء الطائرات                  4. الهياكل والأطر الهيكلية   

5. السيور والسلاسل                6. المسامير والبراغي  

7. المقابض والأذرعة               8. المواسير والأنابيب

9. المفاصل والمشابك              10. العجلات      

11. الألواح والصفائح              12. الأسلاك والكابلات      

13. السقالات                        14. الخزانات

15. إطارات الأبواب والنوافذ       16. أجزاء الأدوات الرياضية      

17. أجزاء السيارات الكهربائية    18. الإطارات 

19. لوحات الإرشاد                 20. العلامات واللوحات الإشارية

هذه بعض الاستخدامات الشائعة لسلسلة الألومنيوم 4XXX، التي تستخدم لصناعة منتجات تتطلب الخفة، القوة المتوسطة إلى العالية ومقاومة التآكل.

 

خصائص سبائك الألومنيوم سلسلة4XXX :

          تتمتع سبائك الالومنيوم سلسلة 4XXX بمجموعة متنوعة من الخصائص المفيدة، كالاتي :

• خفيفة الوزن: سبائك سلسلة 4XXX أخف من العديد من المعادن الأخرى، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب وزنًا منخفضًا.
• قوية: هي سبائك قوية نسبيًا، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية.
• مقاومة التآكل: هي سبائك مقاومة للتآكل، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتعرض للعوامل الجوية أو للمواد الكيميائية.
• قابلة للتشكيل: هي سبائك قابلة للتشكيل بسهولة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب تصنيع أجزاء معقدة.

 

* غيرقابلة للمعالجة الحرارية.

 *لديها خصائص سريان جيدة. 

 *قوة متوسطة.

 *سهلة الربط باللحام بالنحاس أو القصدير. 

سبائك الألومنيوم والسيليكون ذات نقطة انصهار منخفضة بسبب وجود السيليكون، وهي المادة الوحيدة التي تجعل هذه السبائك مناسبة لإنتاج أسلاك اللحام. تستخدم هذه السبائك كمواد مالئة ، ولكن إذا تم استخدامها كمعدن أساسي ، فإن الحشو المناسب لها هو سبيكة 4043

تُستخدم هذه السلسلة من سبائك الألومنيوم بشكل أساسي في تصنيع إضافات اللحام، مثل ألواح اللحام، وقضبان اللحام، وسلك اللحام

* المدى القياسي لأقصي إجهاد لها يتراوح من)  380  إلي ( 175  MPa 

 

* مميزات سبائك الألومنيوم سلسلة4XXX :

تتمتع سبائك سلسلة 4XXX بالعديد من المزايا، مما يجعلها خيارًا شائعًا للعديد من التطبيقات. ومع ذلك، فهي أيضًا تتمتع ببعض العيوب، بما في ذلك:

• تكلفة عالية: هي سبائك أكثر تكلفة من بعض سبائك الألومنيوم الأخرى.
• معالجة حرارية معقدة: هي سبائك تتطلب معالجة حرارية معقدة، مما قد يحد من استخدامها في بعض التطبيقات , لانها غير قابلة للمعالجة الحرارية ( التعتيق ).

اشهر سبائك الألمنيوم سلسلة 4XXX :

تتمتع سبائك سلسلة 4XXX  بمجموعة متنوعة من الخصائص المفيدة، مما يجعلها خيارًا شائعًا للعديد من التطبيقات. ومع ذلك، فهي أيضًا تتمتع ببعض العيوب، بما في ذلك التكلفة العالية .

			فيما يلي بعض من أشهر سبائك الالومنيوم سلسلة 4XXX:
			م السبائك الاستخدامات المميزات العيوب 1 4043 صناعة الطائرات، صناعة السيارات، صناعة الأجهزة الإلكترونية، صناعة الأدوات الرياضية، صناعة الخزانات، صناعة الأنابيب، صناعة المباني، صناعة الجسور، صناعة الآلات خفيفة الوزن، قابلة للتشكيل، قابلة للحام، غيرقابلة للمعالجة الحرارية تكلفة عالية، تحتاج إلى معالجة حرارية معقدة 2 4052 3 4061 4 4063 5 4032 صناعة السيارات والطائرات والمركبات البحرية. تصنيع البساتم  و     6 4042 7 4051 صناعة السيارات والأجهزة الإلكترونية والمنتجات المنزلية. قوية، مقاومة التآكل، خفيفة الوزن، قابلة للتشكيل، قابلة للحام، غير قابلة للمعالجة الحرارية تكلفة عالية، وتحتاج إلى معالجة حرارية معقدة 8 4062 صناعة السيارات والطائرات والمركبات البحرية. 9 4031 صناعة السيارات والأجهزة الإلكترونية والمنتجات المنزلية. 10 4071 صناعة السيارات، صناعة البناء، صناعة الأدوات الرياضية، صناعة الخزانات، صناعة الأنابيب، صناعة المباني، صناعة الجسور، صناعة الآلات 11 4083 12 4092 13 4102 14 4145 15 4154
			التركيب الكيميائي لبعض السبائك
			م السبيكة Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti اخري Al 1 4032 11-13.5 1 1.3-0.5 - 1.3-0.8 0.1 0.25 - 0.05 Rest 2 4A11 11.5-13.5 1 1.3-0.5 0.2 1.3-0.8 0.1 0.25 0.15 0.05 Rest 3 4A13 6.8-8.2 0.5 0.15 0.5 0.05 - - 0.15 0.05 Rest 4 4A17 11-12.5 0.5 0.15 0.5 0.05 - - 0.15 0.05 Rest 5 4043 4.5-6 0.8 03 0.05 0.05 - 0.1 0.2 0.05 Rest 6 4004 9-10.5 0.8 0.25 0.1 1 - 2 - 0.2 - 0.05 Rest   Series 4000 aluminium alloy nominal  composition %) weight) and applications  Series 4000 aluminium alloy nominal composition ( % weight) and   applications     Alloy Al contents Alloying elements Uses and refs 4006 98.3 Si 1.0; Fe 0.65 Work-hardened   4007 96.3 Si 1.4; Mn 1.2; Fe 0.7; Ni 0.3; Cr 0.1 Work-hardened 4015 96.8 Si 2.0; Mn 1.0; Mg 0.2 Work-hardened 4032 85 Si 12.2; Cu 0.9; Mg 1; Ni 0.9; Forgings 4043 94.8 Si 5.2 Rod, Welding Filler, Brazing Filler 4047 85.5 Si 12.0; Fe 0.8; Cu 0.3; Zn 0.2; Mn 0.15; Mg 0.1 Sheet, cladding, fillers 4543 93.7 Si 6.0; Mg 0.3 architectural extrusions 4643 93.7 Si 4.1; Fe 0.8; Mg 0.2; Zn 0.1 Welding filler for 6000 series المعالجة الحرارية : هناك العديد من عمليات المعالجة الحرارية المختلفة التي يمكن استخدامها على سبائك سلسلة 4000، اعتمادًا على التطبيق المطلوب.  بعض العمليات الشائعة تشمل: التخمير: تسخين السبيكة إلى درجة حرارة بين 490 و 538 درجة مئوية، ثم تبريدها ببطء في الهواء. المعالجة المحلولية: تسخين السبيكة إلى درجة حرارة بين 510 و 565 درجة مئوية، ثم تبريدها في الماء.                     التعتيق: ( لا تتم الا اذا وجد ماغنسيوم اثناء اللحام مع  السليكون)  وعندها يتم تسخين السبيكة إلى درجة حرارة بين 150 و 230 درجة مئوية، ثم تبريدها ببطء في الهواء.

******