يقذف الألومنيوم تعتبر السبائك من المواد المحورية في صناعة السيارات, الفضاء الجوي, الآلات الصناعية, والإلكترونيات الاستهلاكية, تقدر قيمتها لخصائصها خفيفة الوزن (الكثافة 2.5-2.8 جم/سم3), قابلية ممتازة, والأداء الميكانيكي القابل للضبط.
استنادا إلى عناصر صناعة السبائك الأساسية, يتم تصنيف سبائك الألومنيوم المصبوبة دوليًا إلى أربعة أنظمة أساسية: الساي (الألومنيوم والسيليكون), آل النحاس (الألومنيوم والنحاس), المجل (الألومنيوم والمغنيسيوم), و الزنك (الألومنيوم والزنك).
يعرض كل نظام خصائص مميزة مصممة خصيصًا لمتطلبات التطبيق المحددة, من مكونات الفضاء الجوية عالية القوة إلى الأجزاء البحرية المقاومة للتآكل.
تقدم هذه المقالة تحليلا شاملا لتصنيفها, الخصائص الرئيسية, آليات صناعة السبائك, والتطبيقات الصناعية - ترتكز على ASTM B179, ISO 3116, وغيرها من المعايير الدولية.
1. تصنيف: أربع عائلات رئيسية من سبائك الألومنيوم المصبوبة
| عائلة | تكوين نموذجي (بالوزن ٪) | الخصائص الرئيسية | التطبيقات النموذجية |
| آل - نعم (الألومنيوم – السيليكون) | و ≈ 7-12 ٪; + ملغ طفيفة (≈0.2–0.6%), اختياري مع (ما يصل إلى ~ 4%) | سيولة ممتازة وانكماش التصلب المنخفض; قابلية جيدة وقابلية للآلات; تآكل جيد واستقرار حراري (وخاصة فرط التوتر); يتصلب بالعمر إذا كان الماغنيسيوم موجودا | كتل المحرك, رؤوس الأسطوانة, علب النقل, المسبوكات الهيكلية, مكونات الصب, المكابس (مفرط النشاط للتمدد الحراري المنخفض) |
| كال (الألومنيوم والنحاس) | النحاس ≈ 3-10 ٪; سي منخفض (≥ ~2%); إضافات Mg/Mn ممكنة | قوة صب عالية وقابلة للعلاج بالحرارة; قوة متفوقة في درجات الحرارة المرتفعة ومقاومة الزحف (تقوية الهطول عبر Al₂Cu) | مكونات المحرك الساخنة, مقاعد الصمام, المسبوكات الهيكلية عالية التحميل والأجزاء التي تعمل في درجات حرارة مرتفعة |
| آل (الألومنيوم - المغنيسيوم) | ملغ ≈ 3-6 ٪; سي صغير (≈0.5–1.0%) اختياري للمساعدة في castability | مقاومة جيدة للتآكل (ممتاز في مياه البحر); كثافة منخفضة وصلابة جيدة; الهياكل المجهرية أحادية الطور أو شبه أحادية الطور ممكنة | الأجهزة البحرية, المساكن تحت سطح البحر, الأجزاء الهيكلية خفيفة الوزن حيث تكون مقاومة التآكل والكتلة المنخفضة أمرًا بالغ الأهمية |
| آل / Al -Zn -Mg (الأنظمة الحاملة للزنك) | Zn عدة٪ بالوزن مع وجود Mg (الزنك والمغنيسيوم مجتمعين للتصلب بالترسيب) | قوة عالية جدًا يمكن تحقيقها بعد معالجة المحلول + شيخوخة (T6); قوة محددة جيدة | دقة, المكونات والأجزاء الهيكلية عالية القوة التي سيتم معالجتها بالمحلول وتقادمها (تستخدم عندما تكون هناك حاجة إلى أقصى قدر من القوة الساكنة) |
2. العائلة المهيمنة في مجال الصب – سبائك السي
تكوين نموذجي & البنية المجهرية
- و: عادة 7–12% بالوزن في العديد من درجات الصب; شبه سهل الانصهار (~12.6% بالوزن سي) تُظهر التراكيب أفضل سيولة وأقل انكماش في الصب.
- وغيرها من الإضافات الهادفة: ملغ (≈0.3–0.6% في A356) لتصلب السن (يترسب Mg₂Si); النحاس (في المكبس أو السبائك ذات درجة الحرارة العالية) لقوة درجة الحرارة المرتفعة;
في في الخدمة ذات درجة الحرارة العالية والسبائك شديدة الحساسية للتحكم في هشاشة السيليكون. - البنية المجهرية المصبوبة: أساسي α-Al التشعبات بالإضافة إلى السيليكون سهل الانصهار (أ + و).
في السبائك غير المعدلة، يكون Si سهل الانصهار خشنًا ويشبه الصفائح; بعد التعديل يصبح Si ناعمًا وليفيًا.
تعديل سهل الانصهار (الغرض والوكلاء)
هدف: تحويل الخشنة, Platey Si إلى مورفولوجيا ليفية دقيقة تعمل على تحسين الليونة, القدرة على الماكينات ومقاومة التعب.
- الصوديوم (نا) - معدل فعال للغاية ولكنه متقلب; يتطلب جرعات مختومة ومراقبة دقيقة.
- السترونتيوم (ريال) - المعدل التجاري الأكثر استخدامًا; الجرعات النموذجية 0.015–0.03% بالوزن; الجرعة الزائدة غير فعالة ويمكن أن تكون ضارة.
- الأنتيمون (SB) - يستخدم مع Sr في بعض الأنظمة لتثبيت التعديل.
- أرض نادرة — يمكن للإضافات الصغيرة تثبيت وإطالة تأثيرات التعديل في بعض السبائك.
الشوائب الضارة والسيطرة عليها
- حديد (Fe) — نجاسة متشرد شائعة تتشكل بقوة, الفلزات الهشة (على سبيل المثال, FeAl₃, Al₉Fe₂Si₂) التي تؤدي إلى هشاشة المسبوكات وتدهور تشطيب السطح ومقاومة التآكل.
التخفيف: يضيف MN (≈0.3–0.5%) أو كر (≈0.1–0.2%) لتعديل مراحل الحديد إلى أشكال أقل ضررا (آل₆(Fe,MN)), ومراقبة المواد الخام الخردة. - الفسفور (ص) - يتفاعل مع Na ويتحلل التعديل; تحكم محكم في محتوى شحن الفرن P.
- القصدير / الرصاص - تشكل مواد سهلة الانصهار منخفضة الذوبان تسبب قصرًا ساخنًا وحرقًا; يحفظ < ~0.05% إن أمكن.
- الكالسيوم (كاليفورنيا) - يمكن أن تشكل مركبات عالية الانصهار تقلل من السيولة وتعزز الانكماش; التحكم كا < ~0.05% لقابلية صب جيدة.
ممثل آل سي سبائك الصب وتطبيقاتها
- A356.0 / و AC-alsi7mg (≈سي 7.0-7.5%, ملغ 0.3-0.5%) — الرمال المستخدمة على نطاق واسع & سبائك القالب الدائم; معالجة بالحرارة (T6); التطبيقات: كتل المحرك, المساكن الهيكلية, عجلات.
- A357 - يشبه A356 ولكن مع تحكم أكثر صرامة في الحديد وخواص ميكانيكية أعلى.
- A319 / A380 (عائلات الصب) — سبائك Al–Si–Cu المسبوكة المستخدمة في علب مضخات السيارات, محاور العجلات, علب علبة التروس.
- فرط الحساسية آل سي (و > 12%) - يستخدم للمكابس والتطبيقات المنزلقة بسبب التمدد الحراري المنخفض للغاية وسلوك التآكل الجيد (غالبًا ما تكون مخلوطة بأتربة ني/نادرة لتقليل الهشاشة). تكوين المثال: AlSi12Cu2Mg لسبائك المكبس ذات درجة الحرارة العالية.
3. سبائك النحاس المصبوبة – قوة عالية وقدرة على تحمل درجات الحرارة المرتفعة
المعادن & أداء
- القوة تستمد من al₂cu (ذ) رواسب تشكلت على الشيخوخة; يعزز النحاس قوة الصب العالية والمعالجة بالحرارة ومقاومة الزحف الجيدة في درجات الحرارة المرتفعة.
- التنازل عن ميزة ممن أجل الحصول على أخرى: يزيد النحاس من ميل الضيق الساخن, الفصل والانكماش أثناء التصلب; يجب أن تعالج ممارسة الصب هذه الأمور.
التراكيب النموذجية & يستخدم
- سبائك مصبوبة عالية النحاس (على سبيل المثال, آل النحاس مع 3-10% النحاس): تستخدم للصمامات, مقاعد, والمكونات التي تتطلب الاستقرار الحراري والقوة الميكانيكية عند درجة حرارة مرتفعة.
- تعزيز متعدد المكونات (إضافة من, ملغ, إلخ.) يمكن أن تنتج تشتتات معقدة تعمل على تحسين القوة وقابلية التشغيل على الساخن.
4. سبائك Al-Mg المصبوبة – مقاومة للتآكل وخفيفة الوزن
السمات الرئيسية
- ملغ 3-6% بالوزن في المتغيرات المصبوبة تنتج مراحل Al₃Mg₂; عند معالجتها بشكل صحيح, تتميز العديد من سبائك Al-Mg بمقاومة ممتازة للتآكل (وخاصة في البحرية, البيئات الحاملة للكلوريد) وكثافة أقل من سبائك الصب التقليدية.
- تشطيب السطح وجودة الأكسيد مهمان; المغنيسيوم عرضة للأكسدة أثناء الذوبان لذا فإن التحكم في الذوبان أمر بالغ الأهمية.
التطبيقات النموذجية
- المكونات البحرية, الهياكل المزدهرة, العلب المقاومة للتآكل والأجزاء خفيفة الوزن حيث تتطلب مقاومة عالية للتآكل وقوة معتدلة.
معالجة الملاحظات
- استخدام الجو الخاضع للرقابة أو التدفق, تقليل الاضطراب للحد من الخبث والتقاط الهيدروجين, وغالبًا ما تضيف Si صغيرًا لتحسين القدرة على الصب.
5. آل (بما في ذلك Al-Zn-Mg) سبائك الزهر - قوة عالية بعد المعالجة الحرارية
صفات
- Zn (غالبًا ما يقترن بـ Mg) يوفر نظامًا من السبائك يستجيب جيدًا لمعالجة المحلول والشيخوخة (T6) إنتاج إنتاجية عالية جدًا وقوة شد.
- تعتبر قابلية التصنيع المصبوبة أقل ودية (ميل أكبر إلى المسامية والتمزق الساخن) هناك حاجة إلى تحكم دقيق في البوابات والتصلب.
التطبيقات
- دقة, الأجزاء عالية القوة حيث تكون المعالجة الحرارية بعد الصب مقبولة - تجهيزات الفضاء الجوي وبعض مكونات الأجهزة الدقيقة.
6. القدرة على الصب المقارنة وتوجيه الاختيار
| عائلة سبائك | قابلية القابلية | القوة النموذجية (كما / T6) | تآكل | أفضل الاستخدامات النموذجية |
| آل - نعم | ممتاز (أفضل) | معتدل → جيد (يتحسن T6) | جيد | المسبوكات العامة, كتل المحرك, العلب, عجلات |
| كال | عادل → تحدي | عالي; قوة مرتفعة جيدة | معتدل | مكونات المحرك, الصمامات, أجزاء العمل الساخنة |
| آل | معتدل (السيطرة على ذوبان اللازمة) | معتدل | ممتاز (البحرية) | البحرية, خفيف الوزن, أجزاء مقاومة للتآكل |
| آل / Al -Zn -Mg | معتدلة إلى سيئة كما يلقي; أفضل بعد المعالجة الحرارية | مرتفع جدًا بعد T6 | عامل; في كثير من الأحيان أقل من Al-Mg | دقة, أجزاء عالية القوة بعد الشيخوخة |
7. المعالجة الحرارية للألمنيوم المصبوب – القواعد العملية
المعالجة الحرارية هي الأداة الرئيسية لتحويل البنية المجهرية المصنوعة من الألومنيوم المصبوب إلى بنية يمكن التحكم فيها, حالة صالحة للخدمة.
لسبائك الزهر, الأهداف المشتركة هي:
(1) زيادة القوة عن طريق العلاج بالحل + إخماد + شيخوخة (علاجات T);
(2) تقليل الفصل وعدم التجانس الكيميائي عن طريق التجانس;
(3) تخفيف ضغوط الصب واستعادة الليونة عن طريق التلدين;
(4) استقرار البنية المجهرية لتحقيق الاستقرار الأبعاد في الخدمة.
نوافذ المعالجة النموذجية (مرجع عملي)
(القيم هي التوجيه الهندسي; تحقق مع مورد السبائك ومعيار المنتج للأنظمة الدقيقة.)
| علاج | درجة الحرارة النموذجية (درجة مئوية) | وقت النقع النموذجي | السبائك النموذجية / ملحوظات |
| التجانس | 420-520 درجة مئوية | 2-12 ساعة (سمك يعتمد) | مفيد في مصبوبات Al–Cu الكبيرة وبعض سبائك Al–Si عالية النحاس |
| علاج الحل | 480-520 درجة مئوية | 1–6 ساعات (يعتمد القسم) | آل سي ملغ (A356/A357): ~495 درجة مئوية; سبائك النحاس في كثير من الأحيان ~ 495-505 درجة مئوية |
| إخماد | ماء (~20-40 درجة مئوية) أو إخماد البوليمر | مباشر; تقليل الوقت بين الفرن والإرواء | إخماد شدة حرجة للاستجابة T6; الأقسام الثقيلة تحتاج إلى نمذجة الإخماد |
الشيخوخة الاصطناعية (T6) |
150-185 درجة مئوية | 4-12 ساعة (يعتمد على السبائك & الخصائص المطلوبة) | A356 T6: نموذجي 160-180 درجة مئوية لمدة 4-8 ساعات; تختلف سبائك Al – Zn – Mg – اتبع المواصفات |
| استقرار / T7 (فوق السن) | 170-200 درجة مئوية | شيخوخة أطول (على سبيل المثال, 8-24 ساعة) | يستخدم حيث الاستقرار الحراري > درجة حرارة الخدمة ذات أولوية (قوة ذروة أقل, مزيد من الاستقرار) |
| يصلب / تخفيف الإجهاد | 300-400 درجة مئوية (قليل) | 0.5-2 ح | لاستعادة ليونة وتخفيف التوتر; تجنب الخوض في نطاقات تشكيل سيجما (لا ينطبق على معظم آل) |
مهم: نقع مقياس مرات مع حجم القسم. استخدم حسابات الكتلة الحرارية أو مخططات الموردين لتحديد أوقات الانتظار لمقاطع عرضية محددة للصب.
عيوب المعالجة الحرارية الشائعة والوقاية منها
- حل غير كاف (درجة حرارة منخفضة / وقت قصير) → الذوبان غير الكامل للمراحل القابلة للذوبان; يؤدي إلى انخفاض الاستجابة للعمر وضعف الخواص الميكانيكية.
وقاية: اتبع ملفات تعريف درجة الحرارة والوقت المعدلة لحجم القسم; استخدم المزدوجات الحرارية أو المحاكاة للتحقق من النقع. - الإفراط في الحلول (درجة الحرارة مرتفعة جدا / الوقت طويل جدًا) → الذوبان الأولي للمراحل سهلة الانصهار منخفضة الذوبان (وخاصة في السبائك عالية النحاس) وخشونة الحبوب.
وقاية: الالتزام بالحد الأقصى T وتجنب ارتفاع درجة الحرارة; استخدام التحكم في الفرن & الرسوم البيانية. - إخماد التكسير / تشويه → التدرج الحراري المفرط أو ضبط النفس أثناء التبريد.
وقاية: تركيبات التصميم, استخدم الإخماد المرحلي أو الإخماد البوليمري للأجزاء الكبيرة جدًا; السماح باستخراج الحرارة الخاضعة للرقابة. - تليين العمر في الخدمة → إذا اقتربت الخدمة من درجة حرارة الشيخوخة, يحدث تليين سابق لأوانه.
وقاية: اختر T7/حالة تجاوز السن, أو اختر سبيكة أكثر استقرارًا حراريًا (ني استقرت) لارتفاع T. - التآكل السطحي بعد المعالجة الحرارية ← يمكن لبقايا أملاح التبريد أو المياه الملوثة أن تهاجم الألومنيوم.
وقاية: تنظيف شامل فوري (الماء منزوع الأيونات), تحييد أملاح الإرواء, وتطبيق التحويل أو الطلاءات الواقية.
اعتبارات خاصة من قبل عائلة السبائك
- آل سي ملغ (على سبيل المثال, A356/A357): T6 المشترك: الحل ~ 495 درجة مئوية, إخماد, العمر 160-180 درجة مئوية.
عرضة لآثار المسامية; تعمل المعالجة الحرارية على تحسين القوة ولكن الغاز المحبوس يمكن أن يقلل من الكفاءة الميكانيكية. - سبائك النحاس: تتطلب التجانس للمسبوكات الكبيرة لتقليل الفصل قبل الحل; التحكم الدقيق لتجنب الذوبان الأولي للمكونات منخفضة الذوبان.
- سبائك آل-زنك-مغنيسيوم: يستجيب بدرجة عالية لـ T6 ولكنه حساس للغاية للإخماد; خطر حدوث تشققات بسبب التآكل الإجهادي في حالة وجود تسلسل غير مناسب للتقادم/الإخماد والضغوط المتبقية - التحكم في مستويات الشوائب وتخفيف الإجهاد.
- سبائك آل-مغ: الكثير منها غير قابل للتصلب بسبب هطول الأمطار (أو الحد الأدنى فقط); تركز المعالجة الحرارية على التلدين/تخفيف الضغط بدلاً من تقوية T6.
8. أمثلة عملية للسبائك ومطابقتها للتطبيقات
- الهيكلية العامة, المسبوكات القابلة للعلاج بالحرارة: A356/A357 (آل سي ملغ) - علب المحرك, التروس, أجزاء العجلة.
- الأجزاء الهيكلية المصبوبة (السيارات): A380 / عائلة A319 (قالب صب آل سي كو) - مساكن المضخة, حالات علبة التروس, محاور العجلات.
- مكابس ذات درجة حرارة عالية / أجزاء منخفضة التوسع: فرط الحساسية آل سي (سي 12-18٪ بالوزن) مع إضافات Ni/RE — المكابس, محامل الدقة.
- البحرية / التآكل الحرجة: Al-Mg يلقي المتغيرات (ملغ 3-6% بالوزن) - تجهيزات مياه البحر والمساكن.
- قوة عالية, الأجزاء المعالجة بالحرارة: سبائك ال-زنك-المغنيسيوم المصبوبة (يخضع للعلاج T6) — مكونات دقيقة تتطلب قوة ثابتة عالية.
9. الاستنتاجات
سبائك الألومنيوم المصبوبة هي عائلة متعددة الاستخدامات يمكن ضبطها على نطاق واسع من العمليات الميكانيكية, الأداء الحراري والتآكل من خلال الاختيار الحكيم للسبائك, يذوب الممارسة, تعديل, المعالجة الحرارية والتشكيل.
سبائك السي هي العمود الفقري لعالم الألمنيوم المصبوب لأنها تمزج بين قابلية الصب الفائقة والأداء الميكانيكي الجيد والاستجابة للمعالجة الحرارية.
كال و آل توفر الأنظمة قوة أعلى ومقاومة للحرارة على حساب قابلية الصب; آل لا يمكن الاستغناء عن السبائك حيث تكون مقاومة التآكل والكثافة المنخفضة ذات أهمية قصوى.
للحصول على أداء موثوق للمكونات, الزوجين اختيار سبيكة مناسبة (استخدام التسميات الدولية المعترف بها مثل A356/A357, A319/A380, AlSi12Cu2Mg إلخ.) مع رقابة صارمة على الشوائب, ممارسة التعديل الصحيح لعائلات السي (السيد / نا) وطريق الصب/المعالجة الحرارية الصحيح.
الأسئلة الشائعة
ما هي سبائك الألومنيوم الزهر الأكثر استخداما?
A356.0 (السلسلة) هو الأكثر شيوعا, تمثل حوالي 40% من الإنتاج العالمي للألمنيوم المصبوب بسبب قابليتها للصب المتوازنة, قوة, ومقاومة التآكل.
ما هي سبائك الألومنيوم المصبوبة الأفضل للتطبيقات البحرية?
535.0 (سلسلة المغ) يوفر مقاومة استثنائية للتآكل بمياه البحر (معدل التآكل <0.005 مم/سنة) وخصائص خفيفة الوزن, مما يجعلها مثالية للمعدات البحرية.
هل يمكن استخدام سبائك النحاس في المسبوكات المعقدة؟?
لا، تتميز سبائك النحاس بقابلية صب ضعيفة (سيولة منخفضة, انكماش مرتفع) وغير مناسبة للهندسة المعقدة. استخدم A356.0 أو A380.0 للأجزاء المعقدة التي تتطلب قوة عالية.
ما هي المعالجة الحرارية المطلوبة لسبائك الزنك والمغنيسيوم?
سبائك الزنك والمغنيسيوم (على سبيل المثال, 712.0) تتطلب المعالجة الحرارية T6 (علاج الحل + الشيخوخة الاصطناعية) للحصول على قوة عالية - القوة في حالة الصب منخفضة جدًا (~180 ميجا باسكال) وغير مناسب للتطبيقات العملية.
كيفية تحسين قابلية الصب لسبائك الماغنيسيوم?
أضف 0.5-1.0% Si لتكوين مراحل سهلة الانصهار, تعزيز السيولة, واستخدام التدريع الغاز الخامل أثناء الذوبان لمنع أكسدة المغنيسيوم.
