سبائك الألومنيوم 5xxx:Al-Mg مميزاتها وعيوبها والتركيب الكيميائي واستخداماتها

 سبائك الألومنيوم سلسلة 5xxx هي سبائك من الألومنيوم والمغنيسيوم:

سبائك الألومنيوم 5000 هي سبائك من الألومنيوم والمغنيسيوم، وتحتوي على نسبة من المغنيسيوم تتراوح بين 3-5%.

 https://www.youtube.com/watch?v=r9eOlHrApxc&t=26s

 

 

 تتميز هذه السبائك بقوتها العالية ومقاومة التآكل وقابليتها للتشكيل الجيد.

  

 وقابلة للتصلد بالتشكيل، ولديها قوة معتدلة ، ومقاومة عالية ضد التآكل حتى في المياه المالحة، بالإضافة إلى صلابتها العالية جدا حتى في درجات الحرارة القريبة من الصفر المطلق-273 °C)  ) .

يمكن لحامها بواسطة مجموعة متنوعة من التقنيات، ولكن اللحام بالقوس الكهربائي هو الخيار الأفضل لإنشاء طبقات لحام بسمك يصل إلى 20 سم (8 بوصة).

    التركيب الكيميائي لسبائك الألومنيوم 5xxx  

يعتمد التركيب الكيميائي لسبائك الألومنيوم 5xxx على نوع السبيكة، ولكن بشكل عام تحتوي هذه السبائك على العناصر التالية:

• الألومنيوم  : 95-97%
• المغنيسيوم : 3-5%
• النحاس     : 0.1-0.5%
• الزنك        : 0.1-0.5%
• المنجنيز    : 0.1-0.5%
• السيليكون  : 0.1-0.5%
• النيكل        : 0.1-0.5 %

Series 5000 alloys (strain-hardening) Aluminum-magnesium alloys
AA	World	Europe	France	Germany	Germany		USA
Alloy n°	ISO	EN 573	NFA	Old	DIN	WNR	ASTM
5005	AlMg1(B)	AW-AlMg1(B)	5005	AG0,6	AlMg1	3.3315	5005
5005A	AlMg1(C)	AW-AlMg1(C)	5005A	-	-	-	5005A
5010	AlMg0,5Mn	AW-AlMg0,5Mn	-	-	-	-	-
5018	AlMg3Mn0,4	AW-AlMg3Mn0,4	-	-	-	-	-
5019	AlMg5	AW-AlMg5	5019	-	-	-	5019
5040	AlMg1,5Mn	AW-AlMg1,5Mn	-	-	-	-	-
5042	AlMg3,5Mn	AW-AlMg3,5Mn	-	-	-	-	-
5049	AlMg2Mn0,8	AW-AlMg2Mn0,8	5049	-	AlMg2Mn0,8	3.3527	5049
5050	AlMg1,5(C)	AW-AlMg1,5(C)	5050	AG1	AlMg1,5	3.3316	5050
5050A	AlMg1,5(D)	AW-AlMg1,5(D)	-	-	-	-	-
5051A	AlMg2(B)	AW-AlMg2(B)	-	-	-	-	-
5052	AlMg2,5	AW-AlMg2,5	5052	AG2,5C	AlMg2,5	3.3523	5052
5058	AlMg5Pb1,5	AW-AlMg5Pb1,5	-	-	-	-	-
5082	AlMg4,5	AW-AlMg4,5	5082	AG4,5	AlMg4,5	3.3345	5082
5083	AlMg4,5Mn0,7	AW-AlMg4,5Mn0,7	5083	AG4,5MC	AlMg4,5Mn	3.3547	5083
5086	AlMg4	AW-AlMg4	5086	AG4MC	AlMg4Mn	3.3545	5086
5087	AlMg4,5MnZr	AW-AlMg4,5MnZr	-	-	-	-	-
5110	Al99,85Mg0,5	AW-Al99,85Mg0,5	-	-	-	-	-
5119	AlMg5(A)	AW-AlMg5(A)	-	-	-	-	-
5149	AlMg2Mn0,8(A)	AW-AlMg2Mn0,8(A)	-	-	-	-	-
5154A	AlMg3,5(A)	AW-AlMg3,5(A)	5154A	AG3	-	-	5154A
5154B	AlMg3,5Mn0,3	AW-AlMg3,5Mn0,3	-	-	-	-	-
5182	AlMg4,5Mn0,4	AW-AlMg4,5Mn0,4	5182	-	AlMg5Mn	3.3549	5182
5183	AlMg4,5Mn0,7	AW-AlMg4,5Mn0,7	5183	-	S-AlMg4,5Mn	3.3548	5183
5210	Al99,9Mg0,5	AW-Al99,9Mg0,5	-	-	-	-	-
5249	AlMg2Mn0,8Zr	AW-AlMg2Mn0,8Zr	-	-	-	-	-
5251	AlMg2	AW-AlMg2	5251	AG2M	AlMg2Mn0,3	3.3525	5251
5252	AlMg2,5(B)	AW-AlMg2,5(B)	-	-	-	-	-
5283A	AlMg4,5Mn0,7(B)	AW-AlMg4,5Mn0,7(B)	-	-	-	-	-
5305	Al99,85Mg1	AW-Al99,85Mg1	-	-	-	-	-
5310	Al99,98Mg0,5	AW-Al99,98Mg0,5	-	-	-	-	-
5352	AlMg2,5(A)	AW-AlMg2,5(A)	-	-	-	-	-
5354	AlMg2,5MnZr	AW-AlMg2,5MnZr	-	-	-	-	-
5356	AlMg5Cr(A)	AW-AlMg5Cr(A)	5356	-	S-AlMg5	3.3556	5356
5454	AlMg3Mn	AW-AlMg3Mn	5454	AG2,5MC	AlMg2,7Mn	3.3537	5454
5456A	AlMg5Mn1(A)	AW-AlMg5Mn1(A)	-	-	-	-	-
5505	Al99,9Mg1	AW-Al99,9Mg1	-	-	-	-	-
5554	AlMg3Mn(A)	AW-AlMg3Mn(A)	-	-	-	-	-
5556A	AlMg5Mn	AW-AlMg5Mn	-	-	-	-	-
5605	Al99,98Mg1	AW-Al99,98Mg1	-	-	-	-	-
5654	AlMg3,5Cr	AW-AlMg3,5Cr	-	-	-	-	-
5657	Al99,85Mg1(A)	AW-Al99,85Mg1(A)	-	-	-	-	-
5754	AlMg3	AW-AlMg3	5754	AG3M	AlMg3	3.3535	5754

**ميزات سبائك الألومنيوم : 5xxx

تتميز هذه السبائك بالمميزات التالية:

• قوة عالية:  

تتمتع سبائك الألومنيوم 5xxx بقوة عالية، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية مثل الهياكل والأنظمة الإنشائية.

• مقاومة التآكل:

 تتميز سبائك الألومنيوم 5xxx بمقاومة عالية للتآكل، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتعرض للبيئات المسببة للتآكل مثل المياه المالحة.

• قابلية التشكيل الجيد:

تتميز سبائك الألومنيوم 5xxx بقابلية تشكيل جيدة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب تصنيع أجزاء معقدة.

عيوب سبائك الألومنيوم 5xxx

على الرغم من مميزاتها العديدة، إلا أن بها بعض العيوب التالية:

• مقاومة منخفضة للحرارة:

 تتمتع سبائك الألومنيوم 5xxx بمقاومة منخفضة للحرارة، مما يحد من استخدامها في التطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية.

• تكلفة أعلى

تتمتع سبائك الألومنيوم 5xxx بتكلفة أعلى من سبائك الألومنيوم الأخرى.

 بعض سبائك الألومنيوم 5xxx المشهورة :

فيما يلي بعض سبائك الألومنيوم 5xxx المشهورة:

• 5052 :  سبيكة ذات قوة متوسطة ومقاومة عالية للتآكل. تستخدم في صناعة الهياكل الإنشائية، والسيارات، وخزانات المياه.

- تنتمي لفائف الألمنيوم إلى سبيكة سلسلة Al-Mg ولها مجموعة واسعة من التطبيقات وهي أكثر سبائك الألومنيوم الواعدة مقاومة جيدة للتآكل ، قابلية لحام ممتازة ، قابلية تشغيل جيدة على البارد ، وقوة معتدلة من سبائك الألومنيوم 5052 لديها قوة عالية ، وخاصة قوة التعب العالية ، اللدونة العالية ومقاومة التآكل ، قابلية اللحام الجيدة ، أداء القطع الضعيف ، ويمكن صقلها.

•  5083:  لفائف الألمنيوم هي السبائك الواعدة ، ومقاومتها الممتازة للتآكل تجعل 5083 لفائف ألمنيوم تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات البحرية مثل السفن ، والسيارات ، وأجزاء لحام الطائرات ، والسكك الحديدية الخفيفة لمترو الأنفاق ، وما إلى ذلك ، بالإضافة إلى أوعية الضغط التي تحتاج إلى وقاية صارمة من الحرائق (مثل ناقلة سائلة ، شاحنات مبردة ، حاويات مبردة) ، معدات التبريد ، أبراج التلفزيون ، معدات الحفر ، الألومنيوم للنقل وما إلى ذلك

سبيكة ذات قوة عالية ومقاومة عالية للتآكل. تستخدم في صناعة الطائرات، والسفن، والمعدات الصناعية.

• 5182  : هذه سبيكة شائعة الاستخدام في صناعة العبوات الغذائية والمشروبات. تتميز بالقوة وقابلية اللحام.

• 5754 :  سبيكة ذات قوة عالية وقابلية تشكيل جيدة. تستخدم في صناعة الهياكل الإنشائية، والخزانات، والمركبات الفضائية.

استخدامات سبائك الألومنيوم 5xxx

    تستخدم سبائك الألومنيوم 5xxx في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:

• صناعة السيارات والسفن
• صناعة الطائرات
• صناعة الهياكل والإنشاءات
• صناعة العبوات الغذائية والمشروبات
• صناعة الأجهزة الكهربائية
• صناعة الآلات والمعدات الصناعية .
• خزانات المياه
• المركبات الفضائية
• هياكل الكباري ومستودعات التخذين.
• اوعية الضغط وصهاريج التبريد،
• وانظمة لدرجات الحرارة المنخفضة التي تصل احيانا إلى -270 °C أو تقترب من الصفر المطلق.
•  التطبيقات البحرية.

سبائك 5052، 5086، و 5083 هي الأكثر استخداما من وجهة النظر الانشائية .

ان زيادة محتوى المغنيسيوم في سبائك الألومنيوم مجموعة 5182 تؤدي إلى زيادة القوة بشكل فريد، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية مثل ألواح جسم السيارة والإطارات.

  وتستخدم ايضا السبائك 5754 لالواح جسم السيارة والإطار،

 اما السبائك 5252، 5457، و 5657 فهي تستخدم في التطبيقات ذات المظهر اللامع ومن ضمنها زخرفة السيارات .

ويجب الحرص على تجنب استخدام سبائك 5xxx  مع محتوى المغنيسيوم أكثر من 3٪ في التطبيقات حيث التعرض المستمر لدرجات حرارة تتجاوز C°100، قد تصبح هذه السبائك حساسة وعرضة لل .SCC.

 لهذا السبب، سبائك الألومنيوم 5454 و 5754 هي السبائك التي تحافظ على قوتها وخصائصها الأخرى عند تعرضها لدرجات الحرارة المرتفعة لذلك ينصح باستخدامها.

 ملحوظة:

عني هذا النص أن سبائك الألومنيوم 5xxx التي تحتوي على نسبة مغنيسيوم أكثر من 3٪  قد تكون عرضة للتآكل الكيميائي المسرطن (SCC) عند تعرضها لفترات طويلة لدرجات حرارة تتجاوز 100 درجة مئوية.

يحدث SCC, or Stress Corrosion Cracking, أوالتقشير الكيميائي المائي 

او التاكل التشققي  او التصدع الناتج عن التآكل والإجهاد (SCC)

عندما تتفاعل السبائك مع مركبات كيميائية معينة، مثل الكلوريدات، في وجود ماء. يؤدي هذا التفاعل إلى تكوين طبقة رقيقة من السيليكات على سطح السبائك، والتي يمكن أن تتسبب في تشققات وتشوهات في السبائك.

SCC, or Stress Corrosion Cracking :التاكل التشققي  او التصدع الناتج عن التآكل والإجهاد

  يُعرف التصدع الناتج عن التآكل والإجهاد (SCC) بأنه نوع من التصدع الذي يحدث في المواد المعدنية نتيجة لتفاعل عاملين هما: 

- التآكل .

- واجهاد الشد المستمر. 

ويستبعد هذا التعريف حالات التآكل التي تضعف المادة المعدنية وتؤدي إلى كسرها السريع. 

كما يستبعد أيضًا أنواع التآكل التي تحدث داخل حبيبات المعدن أو عبرها، والتي يمكن أن تؤدي إلى تآكل وتفكك السبيكة المعدنية بدون الحاجة إلى وجود إجهاد تطبيقي أو متبقٍ.

 وقد يحدث التصدع الناتج عن التآكل والإجهاد بالتزامن مع هشاشة الهيدروجين، وهي حالة تقل فيها قدرة المعدن على تحمل الإجهاد بسبب امتصاصه للهيدروجين

وهو نوع من التآكل يحدث عندما يتعرض المعدن لبيئة كيميائية عدوانية ورطبة. يمكن أن يحدث SCC في مجموعة متنوعة من المعادن، مثل :

• الألومنيوم
• النحاس
• النيكل
• الفولاذ المقاوم للصدأ
• التيتانيوم
• الزنك
• النحاس الأصفر
• البرونز

تعتمد قابلية المعدن للتآكل الشقي على عوامل عديدة، منها :

• نوع المعدن : بعض المعادن أكثر عرضة لـ SCC من غيرها.
• حالة سطح المعدن
• درجة الحرارة
• الضغط
• التركيب الكيميائي للمعدن: يمكن أن تؤثر الإضافات الموجودة في المعدن على قابليته لـ SCC.
• البنية البلورية للمعدن: يمكن أن تؤثر بنية المعدن البلورية على قابليته لـ SCC.
• الخصائص الفيزيائية للمعدن: يمكن أن تؤثر خصائص المعدن الفيزيائية، مثل الصلابة والمرونة، على قابليته لـ SCC.
• البيئة المحيطة بالمعدن: يمكن أن تؤثر البيئة المحيطة بالمعدن، مثل درجة الحرارة والضغط والتعرض للمواد الكيميائية، على قابليته لـ SCC.

ما الذي يسبب التصدع الناتج عن الإجهاد والتآكل؟

ينتج التصدع الناتج عن الإجهاد والتآكل (SCC) عن التفاعل المشترك لثلاثة عناصر:

 (1) مادة قابلة للتأثر؛ 

(2) نوع محدد من المواد الكيميائية (البيئة)؛

 (3) إجهاد شد. على سبيل المثال، النحاس وسبائكه حساسة لمركبات الأمونيا، والصلب الطري حساس للقلويات، والفولاذ المقاوم للصدأ حساس للكلوريدات.

لا يوجد نموذج موحد لتفسير آلية التصدع الناتج عن الإجهاد والتآكل في المراجع العلمية. وقد تم اقتراح نماذج مختلفة، بما في ذلك:

• نموذج الامتصاص: يمتص نوع كيميائي محدد على سطح الشق ويخفض جهد الكسر.

• نموذج تمزق الغشاء: يكسر الإجهاد الغشاء السلبي محليًا ويخلق خلية نشطة وسلبية. يتمزق الغشاء السلبي حديث التكوين مرة أخرى تحت الضغط وتستمر الدورة حتى حدوث الفشل.

• نموذج المسار النشط الموجود مسبقًا: مسار موجود مسبقًا مثل حدود الحبوب حيث تتكون المعادن البينية والمركبات.

• نموذج الهشاشة: يعد هشاشة الهيدروجين آلية رئيسية لـ SCC للصلب وسبائك أخرى مثل التيتانيوم. تنتشر ذرات الهيدروجين إلى طرف الشق وتجعل المعدن هشًا.

  من المهم اتخاذ خطوات لتقليل مخاطر حدوث SCC. يمكن تحقيق ذلك من خلال:

• استخدام المعادن المقاومة للتآكل الشقي
• تقليل تعرض المعدن للعوامل الكيميائية التي يمكن أن تسبب SCC
• مراقبة المعدن بانتظام بحثًا عن علامات التآكل الشقي          
  

  كيف تمنع التصدع الناتج عن الإجهاد والتآكل؟

يمكن منع التصدع الناتج عن الإجهاد والتآكل (SCC) من خلال عدة طرق:

1. تجنب المكونات الكيميائية التي تسبب SCC: حدد المادة الكيميائية التي تسبب التصدع وتجنب استخدامها في بيئة المعدن المعرض للخطر.
2. السيطرة على الصلابة ومستوى الإجهاد (المتبقي أو الحمل): تأكد من أن المعدن لا يتعرض لدرجات عالية من الصلابة والإجهاد، حيث يمكن أن يزيد ذلك من قابليته للتصدع.
   
3. إدخال إجهاد ضاغط باستخدام التبرير بالرصاص (shot-peening): هذا الإجراء يخلق ضغطاً مضاداً للإجهاد الشد، مما يقلل من خطر التصدع.
4. استخدام مواد معروفة بمقاومتها للتصدع في البيئة المحددة: اختر أنواعاً من المعادن التي أثبتت مقاومتها للتصدع في بيئة العمل الخاصة بك.
5. السيطرة على درجة الحرارة التشغيلية/ والجهد الكهروكيميائي للسبائك: تجنب درجات الحرارة المرتفعة والجهد الكهروكيميائي العالي، حيث يمكن أن تزيد من معدل التآكل وحساسية التصدع.

 

أشكال شائعة للتصدع الناتج عن الإجهاد والتآكل (SCC) في صناعات التكرير والبتروكيماويات:

هناك العديد من أشكال SCC التي تصيب عادةً معدات الضغط في صناعات تكرير النفط والبتروكيماويات وغيرها من الصناعات الثقيلة، بما في ذلك (على سبيل المثال لا الحصر):

• تصدع الإجهاد بفعل الأمينات (Amine SCC): يحدث في بيئات تحتوي على الأمينات، ويؤثر بشكل كبير على النحاس وسبائكه، والألومنيوم، والفولاذ المقاوم للصدأ.
• تصدع الإجهاد بفعل الأمونيا (Ammonia SCC): يحدث في بيئات تحتوي على الأمونيا، ويؤثر بشكل كبير على الفولاذ الكربوني، والفولاذ منخفض الكربون، والفولاذ المقاوم للصدأ.
• تصدع الإجهاد بفعل الكربونات (Carbonate SCC): يحدث في بيئات تحتوي على الكربونات، ويؤثر بشكل كبير على الفولاذ الكربوني، والفولاذ الكربوني منخفض القوة، والفولاذ منخفض الكربون.
• تصدع الإجهاد بفعل القلويات (Caustic SCC): يحدث في بيئات تحتوي على القلويات، ويؤثر بشكل كبير على الفولاذ الكربوني، والفولاذ منخفض الكربون، والفولاذ المقاوم للصدأ.
• تصدع الإجهاد بفعل الكلوريد (Chloride SCC): يحدث في بيئات تحتوي على الكلوريدات، ويؤثر بشكل كبير على الفولاذ المقاوم للصدأ، والألومنيوم، والنيكل، والنحاس.
• تصدع الإجهاد بفعل حمض البوليثيونيك (Polythionic Acid SCC): يحدث في بيئات تحتوي على حمض البوليثيونيك، ويؤثر بشكل كبير على الفولاذ المقاوم للصدأ، والنحاس.

 

 من الأمثلة على هذه التطبيقات:

• خطوط الأنابيب التي تنقل المياه الساخنة.
• المبادلات الحرارية التي تنقل الحرارة من السوائل الساخنة إلى السوائل الباردة.
• أجزاء الآلات التي تعمل في درجات حرارة عالية.

في هذه التطبيقات، يجب استخدام سبائك الألومنيوم  5xxx التي تحتوي على نسبة مغنيسيوم أقل من 3٪ حيث يترسب Al8Mg5 داخل الحبوب يكون مانعا لانتشار التآكل عند درجات الحرارة العالية .   

الترسبات Al8Mg5داخل الحبوب مهمة لأنها تمنع انتشار التآكل. عندما يتعرض المعدن للتآكل، يبدأ التآكل في الانتشار من سطح المعدن إلى الداخل. تساعد الترسبات داخل الحبوب على منع انتشار التآكل عن طريق تشكيل حاجز بين سطح المعدن والمواد المسببة للتآكل.

المعالجة الحرارية :

     تستخدم سبائك الألومنيوم 5xxx في شكلها الطري أو الشبه صلب أو الصلب. يمكن تحسين خصائص السبائك من خلال المعالجة الحرارية.

• التسخين والتبريد البطيء : يحسن من الخواص الميكانيكية مثل مقاومة الشد والتآكل        .

المعالجة الحرارية لتشكيل البارد

       تستخدم هذه المعالجة الحرارية لتحسين قابلية التشغيل الحراري لسبائك الألومنيوم  ) 5xxx (  تم تسخين السبائك إلى درجة حرارة 250-300 درجة مئوية، ثم تبريدها بسرعة.

المعالجة الحرارية لتحسين الخصائص الميكانيكية

تستخدم هذه المعالجة الحرارية لتحسين القوة والصلابة لسبائك الألومنيوم 5xxx. يتم تسخين السبائك إلى درجة حرارة 400-500 درجة مئوية، ثم تبريدها ببطء 

 

 

 

.

تركيب كيميائي لسبائك الألومنيوم والمغنيسيوم:

يوضح الجدول التالي التركيبات الكيميائية لبعض سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم:

السبيكة	العنصر	النسبة المئوية
5052	Al	94.5
5083	Al	94.35
5754	Al	94.5
5005	Al	94.35
5086	Al	94.35
5182	Al	94.5

 

                                       

 

 

 

 

 

 

                  

مميزات وعيوب بعض السبائك المشهورة ((Al-Mg الألومنيوم والمغنيسيوم :

فيما يلي شرح لبعض سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم، مع توضيح مميزاتها وعيوبها:

5052

• مميزات:   قوة عالية، مقاومة التآكل متوسطة، قابلية اللحام عالية

• عيوب :    انخفاض قابلية التشغيل الحراري، انخفاض مقاومة الشد عند

                     درجات الحرارة العالية.

• استخدامات:  صناعة السيارات، صناعة الطائرات، صناعة الهياكل والإنشاءات

5083

• مميزات :   قوة عالية، مقاومة التآكل عالية، قابلية اللحام عالية
• عيوب:      انخفاض قابلية التشغيل الحراري، انخفاض مقاومة الشد عند درجات

               الحرارة العالية

• استخدامات : صناعة الهياكل والإنشاءات، صناعة العبوات الغذائية والمشروبات، صناعة الأجهزة الكهربائية

5754

• مميزات : قوة عالية، مقاومة التآكل عالية، قابلية التشغيل الحراري جيدة
• عيوب:  انخفاض مقاومة الشد عند درجات الحرارة العالية
• استخدامات:  صناعة الطائرات، صناعة الهياكل والإنشاءات

5005

• مميزات : قوة عالية، مقاومة التآكل عالية، قابلية اللحام عالية
• عيوب :   انخفاض قابلية التشغيل الحراري

                    أقل قوة وصلابة من سبائك Al-Mg الأخرى

• استخدامات : صناعة الطائرات، صناعة الهياكل والإنشاءات

 

5086

• مميزات:  قوة عالية، مقاومة التآكل عالية، قابلية التشغيل الحراري جيدة
• عيوب:   انخفاض مقاومة الشد عند درجات الحرارة العالية
• استخداما ت : صناعة الطائرات، صناعة الهياكل والإنشاءات

5182

• مميزات:  قوة عالية، مقاومة التآكل عالية، قابلية اللحام عالية
• عيوب:    انخفاض قابلية التشغيل الحراري
• استخدامات :صناعة العبوات الغذائية والمشروبات