سبائك الألومنيوم A380: الخواص والتركيب والتطبيقات

دعنا نكتشف لماذا تُعد هذه السبيكة الخيار الأفضل. افهم كيف يمكنها إنتاج أجزاء موثوق بها، مع معرفة قابليتها للسبك واستخداماتها، إلى جانب خصائصها المحددة.

تركيب سبائك الألومنيوم A380 وخصائصها

1. التركيب الكيميائي

العناصر الأساسية:

السيليكون (Si):

العنصر الأساسي في سبيكة A380 هو السيليكون. وتبلغ نسبته حوالي 7.5 - 9.51 تيرابايت 4 تيرابايت. تخفض هذه الجسيمات درجة الانصهار، مما يخلق طورًا سهل الانصهار مع الألومنيوم.

السيليكون هش وصلب. ولهذا السبب يحسن السيولة ويقلل من الانكماش. ومع ذلك، فإن الكمية الزائدة (>9.5%) ليست مناسبة دائمًا. سيؤدي ذلك إلى تراكم الجسيمات الخشنة، مما يؤثر على الليونة

النحاس (النحاس):

يتم خلط 2.5-3.51 تيرابايت 4 تيرابايت من محتوى النحاس في معدن الألومنيوم في حالة إنتاج قوة عالية. تشكّل رواسب Al₂Cu أثناء التقادم.

تؤدي إضافة أكثر من 3.5% عنصر النحاس إلى حدوث مشكلة أثناء التصلب. يسبب التشقق الساخن.

الحديد (Fe):

تبلغ كمية الحديد في A380 حوالي 0.5-1.51 تيرابايت 4 تيرابايت. يمنع هذا المعدن السبائك المنصهرة من الالتصاق بالقالب. ويرجع ذلك إلى وجود مركبات AlFeSi. وهذا صعب التعامل معه. إن الإفراط في استخدام الحديد، فوق 1.5 %، يجعل هيكل الألفيزيوم الهشّ هشًا. يقلل من تأثير الصلابة.

المنجنيز (Mn):

تتألف سبيكة الألومنيوم A380 من 0.1-0.5% المنغنيز. وهي تبدل الطور الخطير من β-AlFeSi إلى α-AlFeMnSi الأقل ضررًا. كما أنها تصقل الحبيبات أثناء التصلب.

المغنيسيوم (Mg):

تتحد كمية المغنيسيوم (0.1-0.5%) مع محتوى السيليكون لإنتاج رواسب Mg₂Si. يزيد من الصلابة. ومع ذلك، تنخفض قابلية الصب مع زيادة ملغم عن 0.5%

الزنك (Zn):

يقلل 0.1-0.5% من سبائك الزنك من التأثير على معدن A380. وعلى الرغم من ذلك، فإنه يسبب انخفاضًا في مقاومة التآكل. يحدث هذا عادةً مع وجود الشوائب.

العناصر النزرة:

• ينتج ما يصل إلى 0.5% من النيكل ثباتًا أفضل في درجات الحرارة العالية. ويرجع ذلك إلى تكوين طور Al₃Ni.
• يحسّن وجود كل من القصدير (Sn) والرصاص (Pb) الأقل من 0.1% من قابلية التشغيل الآلي. ومع ذلك، فإنه يؤثر على قابلية اللحام.
• دمج <0.1% من الكروم (Cr) ينقي الحبوب.

المعايير:

في نموذج ASTM B85، تُظهر مواصفات سبيكة A380 حدودًا معينة. على سبيل المثال، Fe ≤1.5%، Cu ≤3.5%. وتنص على ضرورة اجتياز التركيب للاختبار الكيميائي من خلال قياس الطيف.

2. الخصائص الفيزيائية

• الكثافة: 2.7 جم/سم مكعب
• نطاق الذوبان: 565 درجة مئوية إلى 630 درجة مئوية
• الموصلية الحرارية: 100 واط/م كلفن عند 25 درجة مئوية
• التوصيل الكهربي: 35% IACS
• التمدد الحراري: 21.8 ميكرومتر/م-درجة مئوية (20-100 درجة مئوية)
• مقاومة التآكل: معتدلة

3. الخواص الميكانيكية

A. القوة والليونة:

كما هي مصبوبة (بدون معالجة حرارية):

• قوة الشد القصوى (UTS): 325 ميجا باسكال.
• قوة الخضوع (YS): 160 ميجا باسكال عند إزاحة 0.2%.
• الاستطالة: 3% (مقيد بمحتواه العالي من السيليكون بالإضافة إلى مرحلتي α-AlFeMnSi وβ-AlFeSi الهشتين).
• الصلابة: 80 HB (برينل).

مزاج T5

• التعتيق عند درجة حرارة 150-200 درجة مئوية لمدة 2-8 ساعات
• UTS 330 ميجا باسكال
• YS: 170 ميجا باسكال.
• الاستطالة: 2%
• الصلابة: 85 HB

T6 مزاج T6:

• محلول عند درجة حرارة 500 درجة مئوية لمدة 4-12 ساعة + معتق
• UTS 350 ميجا باسكال
• YS: 185 ميجا باسكال.
• الاستطالة: 2.5%
• الصلابة: 90 HB

B. البنية المجهرية:

ينتج عن سبيكة الألومنيوم A380 حجم حبيبات يتراوح بين 50 و200 ميكرومتر كمصفوفة أساسية.

الأطوار بين الفلزية:

• تعمل جسيمات α-AlFeFeMnSi الشبيهة بالصفائح ذات مقاومة التآكل المطورة التي يتراوح طول عمرها بين 5 و20 ميكرومتر.
• يظهر نوع من الأطوار على شكل إبرة (β-AlFeSi) حتى 10-30 ميكرومترًا مواقع تحريض التشقق.
• تعمل عناصر المنغنيز على تحسين حجم الحبيبات وتقليلها إلى أقل من 100 ميكرومتر. فهي تخلق صلابة أفضل.

C. الخصائص المتخصصة:

تتميّز سبيكة A380 بقوة إجهاد جيدة تتراوح بين 150 ميجا باسكال عند 10⁷ دورة (R = -1). هذه الجودة مفيدة لتصنيع أقواس المحرك.

علاوة على ذلك، تبلغ قوة القص لهذه السبيكة حوالي 200 ميجا باسكال. وهذا مهم جدًا لإنشاء الخيوط أو ربط التجميعات المختلفة.

إلى جانب كل ما سبق، تقتصر السبيكة على صلابتها في الصدمات (اختبار تشاربي)، والتي تبلغ 5 جول عند درجة حرارة 25 درجة مئوية. يقلل هذا الحد أيضًا من استخدامها عبر الأحمال الديناميكية.

D. تأثيرات درجة الحرارة:

يصبح ارتفاع درجات الحرارة سببًا في ترسيب الجسيمات الخشنة. وبسبب ذلك، ينخفض UTS إلى 260 ميجا باسكال (-20%).

عند درجة الحرارة المنخفضة التي تقل عن -50 درجة مئوية، يتسبب ذلك في ارتفاع مستوى الصلابة حوالي 88 HB (+10%). ويرجع ذلك إلى أن حركة الخلع تصبح أبطأ.

تطبيقات سبائك الألومنيوم A380

1. استخدامات صناعة السيارات

نسبة القوة إلى الوزن في سبيكة A380 تجعلها الخيار الأمثل. ولهذا السبب تستخدمه صناعة السيارات في مجموعة كبيرة ومتنوعة من التطبيقات.

المكونات والخصائص الرئيسية:

تحتوي قطع غيار السيارات، مثل الأقواس والعلب على قوة شد قصوى تبلغ حوالي 325 ميجا باسكال. كما أنها تضع حواجز ضد الحرارة الزائدة تصل إلى 200 درجة مئوية.

وهذا يعني أن الجزء لا يتطلب المزيد من الطاقة أو استهلاك الوقود مقارنةً بالكتل الحديدية القديمة.

المزايا الحرارية والميكانيكية:

يستفيد المصنعون من الموصلية الحرارية لسبائك A380 (100 واط/م-ك) في رؤوس الأسطوانات.

فهي تمتلك كفاءة في تبديد الحرارة. حيث تتدفق مادة السيليكون بسلاسة أثناء الصب لتتخذ أي شكل معقد.

المتانة والقيود:

ستكون علب علبة التروس بعد عملية التقسية T6 أكثر صلابة. يحقق صلابة 90 HB.

ومع ذلك، لا تتوافق الأجزاء مع احتياجات الليونة، مما يقيد استخدامها في التطبيقات عالية التأثير. لهذا، تستخدم سبائكها البديلة مثل A383 لتصنيع الأجزاء الحرجة.

التطبيقات الفضائية الجوية لسبائك الألومنيوم A380

استخدام المكونات غير الهيكلية:

ميزات القوة وقابلية الصب في سبيكة A380 تجعلها الأفضل. تستخدمه صناعات الطيران في تصنيع أغطية الجنيحات وأقواس الرفارف وحوامل الجنيحات.

درجة الحرارة وأداء القوة:

يمكن أن تتحمل هذه السبيكة درجات حرارة معتدلة (-50 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية). وتتمتع بقوة خضوع تبلغ 185 ميجا باسكال بعد مزاج T6. في حالة معدات التحكم في الطيران، تجعلها هذه المعالجة أكثر ملاءمة.

مزايا الصب الدقيق

توفر مادة A380 قابلية الصب المناسبة، حيث تأخذ أكثر الأشكال تعقيدًا. ولهذا السبب، يمكنك استخدامها لأشياء مثل مفصلات الدفة بدقة الأبعاد.

القيود والتحسينات:

على الرغم من أن السبيكة تقدم العديد من الصفات الاستثنائية، إلا أنها تفتقر إلى صفات سبيكة الفضاء الجوي (7075). على سبيل المثال، السبيكة المشغولة عالية القوة.

التحسين الذي يمكنك إجراؤه عليه هو المتانة في الظروف الرطبة. ويمكن أن يتم ذلك من خلال العملية الحرارية T6 أو الطلاءات المضادة للتآكل.

استخدامات صناعية أخرى لسبائك الألومنيوم A380

استخدامات قطاع الإنشاءات:

في قطاع الإنشاءات، يتم صب سبيكة A380 لتصنيع القوالب المعمارية وإطارات النوافذ.

تستفيد الصناعة من أفضل سماتها المثلى. هذا مع مقاومة التآكل والتفاوتات الضيقة للدقة.

التطبيقات البحرية:

تخلق متانة A380 أجزاءً قوية وطويلة الأمد لحوامل المحرك وتجهيزات سطح السفينة.

تضيف المعالجة، مثل الطلاء بأكسيد الألومنيوم، مقاومة أفضل ضد المياه المالحة.

مزايا الصناعة الكهربائية:

هذه المادة مفيدة لإنتاج المشتتات الحرارية ومبيت المحرك. فهي تمنحها IACS جيدة وموصلية حرارية جيدة. وهذا هو السبب في أن هذا الخيار يعد عرضًا جيدًا من حيث التكلفة والأداء.

المزايا الخاصة بالصناعة:

تشمل الخصائص الرئيسية التي يحتوي عليها A380، في الغالب، ثبات الأبعاد عبر البناء ومقاومة التآكل البحري.

وفي الوقت نفسه، فإن بدلات الإدارة الحرارية للأنظمة الكهربائية. وهذا يعني أن سبيكة A380 تندرج في فئة المعدن متعدد الاستخدامات.

خصائص الصب في سبائك الألومنيوم A380

عملية الصب

ونظرًا لأن سبيكة A380 تتمتع بسيولة أفضل بكثير، يتم صبها بمعايير عملية. وتشمل هذه المعلمات درجات انصهار تتراوح بين 660-680 درجة مئوية وضغوط حقن تتراوح بين 30-150 ميجا باسكال.

الصب بالقالب:

صب الألومنيوم بالقالب هي أفضل تقنية يمكن استخدامها. فهي تنتج نتائج الإخراج في غضون دقائق قليلة وتعطي تفاوتًا محكمًا. ومع ذلك، فإن هذه العملية تخاطر بالتصاق القالب بجزيئات الحديد.

الصب بالرمل:

في الصب بالرمل، ليست هناك حاجة لاستخدام الضغط العالي أو درجات الحرارة العالية. وذلك لأنها تشكّل شكلًا جانبيًا مع سبيكة منصهرة باستخدام كمية أقل (1-5 ضغط إلى 600-650 درجة مئوية).

يمكنك استخدام هذه العملية لصب أجزاء أطول مثل كتل المحرك. ومع ذلك، فهي بطيئة للغاية وتنتج أسطحًا خشنة.

صب القالب الدائم:

يوفر الصب الدائم للقالب فوائد متوازنة من حيث التكلفة إلى جانب النتائج الدقيقة.

يعمل عند درجة حرارة 630-670 درجة مئوية.

معدلات التبريد الصحيحة ضرورية فيما يتعلق بالتحكم في التصلب. سيقلل ذلك من خطر التمزقات الساخنة.

عيوب الصب

يمكن أن تتمثل عيوب الصب التي تحدث أثناء التصنيع في المسامية أو الانكماش أو الشوائب.

• المسامية: الهواء أو الغازات المختلطة في الصب تسبب المسامية. اكتشف ذلك من خلال الفحص بالأشعة السينية. للتحكم في ذلك، استخدم التفريغ بالتفريغ.
• الانكماش: ينتج عن التبريد غير المتساوي للصب انكماش في الأجزاء. يساعد برنامج المحاكاة الحرارية في تحليل النقاط الساخنة. معالجة هذه الأخطاء من خلال تصميمات مغذيات محسّنة.
• التضمين: يحدث بسبب وجود شوائب. قم بتصفية المعدن قبل الاستخدام لتقليل حجم الجسيمات. وأيضًا، اختر تقنيات التسخين المسبق للقالب.

المعالجة الحرارية

المعالجة الحرارية بالمحلول:

في هذا النوع من المعالجة، يقوم المصنعون بتسخين المعدن عند درجة حرارة 500 درجة مئوية لمدة 4-12 ساعة. بحيث تذيب رواسب Al₂Cu. ويتم ذلك عن طريق معدل تبريد >100 درجة مئوية/ثانية (ماء التبريد).

الشيخوخة الاصطناعية

يعمل التعتيق الاصطناعي، مثل تقنية المزاج T6، عند درجة حرارة 150-200 درجة مئوية لمدة 2-8 ساعات. وتنتج قوة مفرطة في السبائك. لهذا، فإنها تشكل مراحل Mg₂Si وAl₂Cu. كما أنها ترفع الصلابة.

ومع ذلك، فإن التقادم الزائد فوق 250 درجة مئوية يؤدي إلى ترسيب خشن. ونتيجة لذلك، فإنه يؤثر على القوة، مما يقلل من قوتها بنسبة تصل إلى 15 في المائة.

كما أن مزاج T6 يحسن من مقاومة التعب، مما يجعل البنية المجهرية المكررة. وعلى الرغم من ذلك، فإنه يقلل من معدل الاستطالة حتى 2.5%.

مقاومة سبائك الألومنيوم A380 للتآكل

آليات التآكل:

في طائرات A380، هناك احتمالات لحدوث تآكل في المناطق الغنية بالكلوريد مثل السواحل. وعلى غرار هذه المشكلة، يحدث التآكل الشقوق في البقع الراكدة (تحت البراغي).

التآكل الجلفاني يحدث عند حدوث اختلافات في الإمكانات الكهروكيميائية. كما أن محتوى الحديد والنحاس هو السبب في تفاقم التآكل.

الحماية من التآكل:

هناك العديد من الخيارات لحماية الأجزاء من التآكل. ومن بين هذه الخيارات، الطلاء بأكسيد الألومنيوم الذي يضيف طبقة أكسيد 10-25 ميكرومتر.

تساعد عملية الطلاء بالكروم في التخلص من الرطوبة أو مقاومة الملح. وفي الوقت نفسه، يزيد طلاء الطلاء (الإيبوكسي) من القوة عن طريق منع التعرض.

أما الخيارات الأخرى فهي الطلاء بالمسحوق ومانعات التسرب. وهي تعمل على تحسين أداء القطع البحرية أو السيارات وزيادة المتانة.

تصنيع سبائك الألومنيوم A380 وتصنيعها بالقطع والتصنيع

التصنيع الآلي:

مع تصنيف من 65 إلى 70%، فإن سبائك الألومنيوم a380 سهلة الاستخدام في الماكينة. هناك محتوى من العناصر الحليفة، والتي يمكن أن تكون صلبة، مثل جزيئات السيليكون. لهذا، يمكنك استخدام أدوات كربيد أو PCD لقطعها.

على سبيل المثال، تساعد زاوية أشعل النار بزاوية 15 درجة والحواف الحادة في عملية القطع. كما يظهر في الصورة، قطع عند 300-500 م/مي، وتغذية 0.5 مم/متر، وعمق ≤3.25 مم.

كما أن تقنيات معدل التبريد المناسبة يمكن أن تتجنب ارتفاع درجة حرارة الأدوات وتزيد من قابليتها للاستمرار.

التصنيع:

من الصعب جدًا لحام مادة A380. لأنها تتشقق. ولكن يمكنك استخدام اللحام بتقليب الاحتكاك. إنه يقوم بعمل رائع عند 500-1500 دورة في الدقيقة، 1-3 مم/ثانية.

كما يساعد أيضًا التسخين المسبق وحشو السيليكون المصنوع من الألومنيوم في عملية اللحام بالنحاس. للتثبيت أو التثبيت، يجب العمل يدويًا على الثقب أو استخدام مسامير برشام صلبة مثل 1-5 مم.

الخلاصة:

سبائك الألومنيوم A380 هي المعدن الأكثر أهمية. فهي تحتوي على محتوى أقل وزناً لكنها قوية. تسمح لك قابليتها الممتازة للسبك بتصنيع تطبيقات متعددة مع مقاومة رائعة للحرارة. إنها مزيج من الفعالية من حيث التكلفة والأداء المتوازن.

ومع ذلك، قد تعاني من ليونة منخفضة. يمكن لمزاج T6 المعالج والطلاء أن يحسن من متانته. ولهذا السبب فهو مهم لمعظم الصناعات الرئيسية، مثل صناعة السيارات والصناعية.