الألومنيوم هو المعدن الأكثر شيوعًا في العالم، لذا من المنطقي استخدامه على نطاق واسع في التصنيع وإنتاج القطع. ولكن هل يُستخدم بكثرة لمجرد سهولة العثور عليه؟ بالطبع لا! يتفوق الألومنيوم حتى على الفولاذ من حيث نسبة القوة إلى الوزن. تتميز سبائك الألومنيوم بمختلف أنواعها بالمرونة وسهولة المعالجة، ما يجعلها تُستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات.
كما ذكرنا سابقًا، هناك درجات مختلفة من الألومنيوم، ولكل منها خصائصها الخاصة. لذلك، تُعدّ هذه المقالة دليلًا لاختيار المادة المناسبة. أولًا، ستصف الدرجات المختلفة من معدن الألومنيوم، واستخداماتها، وكيفية عملها. بالإضافة إلى ذلك، ستصف أنواع تشغيل العينات المختلفة التي يمكن إجراؤها بكل درجة من الألومنيوم. انتقل لأسفل إلى النهاية لمعرفة كيفية اختيار أفضل درجة من المعدن لتصنيع الأجزاء بسرعة.
جدول المحتويات
خصائص الألومنيوم
تتكون سبائك الألومنيوم بشكل أساسي من الألومنيوم، ولكن يُضاف إليها أيضًا النحاس والزنك والمغنيسيوم والسيليكون لتحسين خصائص معينة. وتختلف درجات سبائك الألومنيوم باختلاف تركيبها الكيميائي، ولكل درجة مزاياها الخاصة في استخدامات مختلفة. ويُعد نوع سبيكة الألومنيوم المستخدمة بالغ الأهمية في النماذج الأولية السريعة، إذ يؤثر على فعالية النموذج الأولي النهائي وتكلفته ومدى مطابقته للمتطلبات.
- الخصائص الفيزيائية. الألومنيوم النقي معدن لين جدًا. ومع ذلك، فإن سبائك الألومنيوم معدن قوي جدًا. بفضل كثافتها المنخفضة نسبيًا، تتمتع سبائك الألومنيوم بأفضل نسبة قوة إلى وزن بين المعادن. كما أنها مقاومة للطقس البارد والتآكل.
- الخصائص الحرارية والكهربائية. يُعد الألومنيوم مادةً جيدةً لتصنيع مكونات التبادل الحراري في السيارات نظرًا لموصليته الحرارية العالية. إضافةً إلى ذلك، تتميز سبائك الألومنيوم المختلفة بقدرتها على توصيل ومقاومة الكهرباء. لذلك، تُستخدم بعض سبائك الألومنيوم في صناعة الأسلاك الكهربائية، بينما تُستخدم أخرى عند الحاجة إلى مقاومة كهربائية.
- الخصائص الميكانيكية. يمكن أن تكون قوة شد الألومنيوم عالية أو منخفضة، حسب نوع الألومنيوم. تصل قوة شد بعض أنواع الألومنيوم إلى 100 كيلو باسكال، بينما تصل قوة شد أنواع أخرى إلى 1.5 كيلو باسكال.
- الانعكاسية. إذا صُقِل الألومنيوم، يُمكن جعله ذا سطح شديد السطوع. ونتيجةً لذلك، تتميز سبائك الألومنيوم بقدرتها الممتازة على عكس الطاقة الإشعاعية، وهي ميزة مرغوبة في العديد من المصابيح والإكسسوارات الزخرفية.
مزايا وعيوب استخدام الألومنيوم في أغراض التصنيع
الألومنيوم معدن مفيد جدًا ويمكن استخدامه في العديد من المجالات. بعض خصائصه تجعله شائعًا جدًا في: التشغيل الآليومع ذلك، كما هو الحال مع جميع الأشياء الجيدة الأخرى، فإن الألومنيوم له مزايا وعيوب.
مزايا الألومنيوم في التصنيع
مقاومة التآكل
الألومنيوم مقاوم للصدأ والتآكل. تتشكل طبقة واقية من أكسيد الألومنيوم بسرعة على سطح سبائك الألومنيوم، مما يساعدها على مقاومة التآكل الناتج عن العوامل الجوية. إذا خضع الألومنيوم لمعالجة سطحية جيدة وصيانته بانتظام، فلن يتآكل حتى في أقسى البيئات. بفضل هذه الخاصية، يمكن استخدامه في تصنيع مكونات معرضة لظروف بيئية قاسية.
منخفضة التكلفة
ليس الألومنيوم هو الأقل تكلفةً في الإنتاج، ولكن عند أخذ مزاياه في الاعتبار، تُعتبر تكلفته منخفضةً جدًا. هذا يعني أنه أرخص من المعادن الأخرى ذات المزايا نفسها، ويُعدّ الخيار الأمثل في معظم الحالات.
قوي وخفيف الوزن
الألومنيوم هو المعدن الذي يتمتع بأفضل نسبة قوة إلى وزن، ولذلك فهو قوي جدًا. ولذلك، يمكن استخدامه عند الحاجة إلى قوة إضافية. تشير نسبة القوة إلى الوزن العالية إلى أن هذه القوة لا تأتي على حساب الوزن. تُستخدم سبائك الألومنيوم في الأجزاء الميكانيكية التي يجب أن تكون خفيفة الوزن قدر الإمكان مع الحفاظ على قوتها. وذلك لأن سبائك الألومنيوم أكثر كثافة من الفولاذ بثلاث مرات تقريبًا.
قابلية إعادة التدوير
يمكن إعادة تدوير الألومنيوم مرارًا وتكرارًا. كما أن إعادة تدويره أسهل من العديد من المعادن الأخرى، مما يجعله خيارًا جيدًا للبيئة.
يمكن استخدامها لصنع القالب السريع
أصبحت طريقة الإنتاج المعروفة باسم التشكيل السريع شائعة الاستخدام، وذلك لأنها توفر التكاليف وتُقلل من فترات التنفيذ. ويُعتبر الألومنيوم مادة شائعة الاستخدام في تصنيع القوالب السريعة. سبائك الألومنيوم سهلة التشكيل ولا تكلف الكثيرإن الأسباب التي تجعل الشركات المصنعة تفضلها واضحة.
لا حاجة للصيانة المفرطة
تحافظ قطع الألومنيوم على جودتها وأدائها حتى في أسوأ الظروف. لذا، تُعد خيارًا مثاليًا للقطع التي يصعب صيانتها بانتظام. بالإضافة إلى ذلك، يتحمل الألومنيوم درجات حرارة منخفضة للغاية دون أن ينكسر أو يتشقق.
قابلة للتخصيص
لأن الألومنيوم سهل الاستخدام، يُمكن تشكيله بأي شكل تقريبًا. لا يقتصر الأمر على جودة الطلاء فحسب، بل إن سطحه يتحمل معظم التشطيبات.
عيوب استخدام الألومنيوم في التصنيع
- موصلية سهلة. هذه ميزة وعيب في آنٍ واحد، حسب مكان استخدامها. ومع ذلك، فهذا يعني أنه لا يمكن استخدام سبائك الألومنيوم في بعض التطبيقات التي تتطلب مقاومة كهربائية.
- نقطة انصهار منخفضة. لأن الألومنيوم ذو درجة انصهار منخفضة، فهو غير مناسب للاستخدام في الأماكن ذات الحرارة العالية. ومع ذلك، هناك بعض سبائك الألومنيوم التي يمكنها حل هذه المشكلة.
درجات سبائك الألومنيوم
هناك نوعان رئيسيان من سبائك الألومنيوم: السبائك المطروقة والسبائك المصبوبة.
سبائك مزورة
في أغلب الأحيان، تُعد هذه الأنواع من سبائك الألومنيوم أقوى من المعادن المصبوبة. كما أنها تستخدم طريقة الأرقام الأربعة، ولكن بدون فاصلة عشرية. يشير الرقم الأول إلى عنصر السبائك الأساسي، تمامًا مثل اسم الحديد الزهر. إذا لم يكن صفرًا، فإن الرقم الثاني يشير إلى تغير السبيكة، بينما يشير الرقمان الأخيران إلى نوع السبيكة في السلسلة. فيما يلي قائمة بالسلاسل السبع من سبائك التشكيل:
سلسلة 1xxx
تُسمى سبائك الألومنيوم هذه أحيانًا "ألومنيوم نقي" لأنها يجب أن تحتوي على ألومنيوم 99% على الأقل. ورغم أنها ليست متينة جدًا، إلا أن الميكانيكيين يفضلون استخدامها، لأنها لا تصدأ وتتمتع بطاقة عالية. كما يمكن لحامها، ولكن يجب على الميكانيكي توخي الحذر الشديد نظرًا لانخفاض درجة انصهارها.
سلسلة 2xxx
النحاس هو العنصر الرئيسي في هذه السلسلة. أفضل طريقة لمعالجة هذه المعادن هي المعالجة الحرارية بالمحلول الصلب. ونتيجةً لذلك، تتميز سبائك هذه السلسلة بقوة وصلابة فائقتين، لكنها ليست مقاومة للتآكل مثل السلاسل الأخرى. لذلك، عند استخدام هذه السبائك في المناطق المعرضة للتآكل، عادةً ما يُطليها الميكانيكي أو يُغطيها بطبقة من معدن غير قابل للصدأ.
سلسلة 3xxx
المنغنيز هو العنصر الرئيسي في هذه السبائك. صحيح أنها ليست قوية جدًا، إلا أنها تتميز بمقاومة ممتازة للحرارة والصدأ، مما يجعلها مثالية للاستخدام في أدوات الطهي. تُستخدم هذه السبائك المصنوعة من الألومنيوم بشكل شائع في محطات الطاقة والسيارات كقطع غيار.
سلسلة 4xxx
تُستخدم سبائك سلسلة 4xxx كمعادن حشو في اللحام نظرًا لانخفاض درجة انصهارها. في هذه السلاسل، يُصنع المعدن من خليط من الألومنيوم والسيليكون.
سلسلة 5xxx
سبائك الألومنيوم هذه لا تُسخّن، لكنها تتمتع بأعلى قوة شد. عنصرها الرئيسي هو المغنيسيوم. ونتيجةً لذلك، فهي لا تصدأ وسهلة اللحام، مما يجعلها خيارًا مثاليًا للمركبات البحرية ومكونات المعدات. علاوةً على ذلك، تتراوح قوة شدها القصوى بين 18 و51 ألفًا لكل بوصة مربعة.
سلسلة 6xxx
تتميز سبائك هذه السلسلة بمقاومة جيدة للتآكل. تتراوح قوة شدها القصوى بين 18 و58 كيلوباسكال. يُعد المغنيسيوم والسيليكون العنصرين الرئيسيين في هذه التركيبة من الذهب. تُستخدم هذه السبائك في طلاء المعادن المعرضة للتآكل. تحتوي هذه المعادن أيضًا على المغنيسيوم والسيليكون، مما ينتج عنه سيليسيد المغنيسيوم. يمكن تسخين هذه المادة في محلول، مما يزيد من قوتها.
سلسلة 7xxx
الزنك هو العنصر الأساسي في سبائك الألومنيوم هذه. تتميز هذه السبائك بأعلى قوة شد بين جميع سبائك الألومنيوم، حيث تتراوح قوتها بين 32 و88 كيلوباسكال. يستخدم هذا النوع من المعادن من قبل الميكانيكيين في صناعة الأدوات وقطع التروس المعرضة لضغوط أعلى، مثل معدات الرياضة والطيران. بالإضافة إلى الألومنيوم، يمكن إضافة معادن أخرى مثل النحاس لتحسين طريقة عمل الألومنيوم المطاوع.
سبائك الصب
يمكن معالجة هذه السبائك بالحرارة أو بدونها. وتُستخدم طريقة الأرقام الأربعة، مع وضع فاصلة عشرية قبل الرقم الأخير. يُشير الرقم الأول إلى العناصر الرئيسية التي يتكون منها المعدن. ويشير الرقمان التاليان إلى نوع المادة، بينما يُشير الرقم بعد الفاصلة العشرية إلى ما إذا كانت سبيكة أم مسبوكة.
الفرق بين السبائك المطاوعة والمصبوبة
- عادة ما تكون قوة الشد للسبائك المصبوبة أقل من قوة الشد للسبائك المطروقة بسبب صعوبة إزالة العيوب أثناء عملية الصب.
- بالنسبة لنفس الوزن، تكلف السبائك المصبوبة أقل من السبائك المطروقة.
- تعتبر سبائك الألومنيوم المطاوع أسهل في التصنيع من المعادن المصبوبة.
- قد يكون للأجزاء المصنوعة من سبائك الألومنيوم المطاوع سطح نهائي أفضل من الأجزاء المصنوعة من المعدن المصبوب.
أنواع شائعة من الألومنيوم
الألومنيوم 6061-T6
تنتمي سبيكة الألومنيوم هذه إلى سلسلة 6xxx، كما يتضح من اسمها. وبما أن الرقم الثاني هو صفر، فإننا نعلم أن هذه السبيكة عبارة عن ألومنيوم صناعي يحتوي على شوائب متنوعة. يشير الرقمان الأخيران، 61، إلى تركيب هذا المعدن: 97.9% ألومنيوم، 0.6% سيليكون، 1.0% مغنيسيوم، 0.2% كروم، و0.28% نحاس.
في هذه الحالة، يشير T6 إلى المعالجة الحرارية للمحلول والشيخوخة. يتطلب شد ألومنيوم 6061 قوة 40 كيلو باسكال، و45 كيلو باسكال لفصله بالكامل. هذا يعني أن المعدن متين جدًا ويمكن استخدامه في هياكل البناء. ألومنيوم 6061 مقاوم للصدأ. يُستخدم بشكل رئيسي في تصنيع قطع غيار السيارات، والمبادلات الحرارية، والإلكترونيات.
الألومنيوم 7075-T6
يشير الرقم التسلسلي للألمنيوم 7075، 7xxx، إلى أن الزنك هو عنصر السبائك الرئيسي فيه، وأن هذا المعدن يتميز بقوة شد عالية. يتكون بشكل أساسي من الألومنيوم (90%)، والزنك (5.6%)، والمنجنيز (2.5%)، والنحاس (1.6%)، والمنجنيز (0.23%). يُعد الألومنيوم 7075 من أقوى وأخف سبائك الألومنيوم، حيث تبلغ كثافته 2.81 غ/سم3، وقوة شده القصوى 83 ksi. وبالطبع، يشير الرقم T6 إلى أنه معالج حرارياً. يُستخدم هذا المعدن بشكل شائع في تصنيع تروس أدوات الآلات ومكونات الطائرات.
الألومنيوم 5052
يتميز الألومنيوم 5052 بمتانته العالية ومقاومته الممتازة للتآكل. ونظرًا لعدم احتوائه على النحاس، فهو مفيد جدًا في تطبيقات المياه المالحة. ولأن هذا المعدن ينتمي إلى سلسلة 5xxx، فإنه لا يتأثر بالتسخين أو تغيير شكله. ويُستخدم هذا السبائك عادةً في تصنيع قطع غيار الأدوات البحرية.
الألومنيوم 6063
الألومنيوم 6063، المعروف أيضًا بالألومنيوم الزخرفي، هو سبيكة ألومنيوم مصنوعة من المغنيسيوم والسيليكون. تتميز هذه السبيكة بقوة وصلابة متوسطة، مما يجعلها مثالية لصنع القوالب. تتميز بمقاومتها العالية للتآكل، ويمكن استخدامها في الأماكن الخارجية نظرًا لانخفاض محتواها من النحاس وسيليسيد المغنيسيوم. يمكن استخدام المعدن المستخدم في صناعة هذه الأجزاء في مواد البناء، والأنابيب، والأثاث.
كيفية اختيار الدرجة المناسبة من الألومنيوم؟
يمكنك اختيار أنواع مختلفة من الألومنيوم. تتميز كل نوع بخصائص مختلفة، مثل قابلية اللحام، والمتانة، ومقاومة التآكل. يمكنك اختيار نوع الألومنيوم المناسب بناءً على الميزات المهمة التي تحتاجها في حالة استخدامك. قبل اتخاذ القرار، يجب مراعاة النقاط التالية.
فهم تصنيف قابلية التشغيل
يُعطيك تصنيف سهولة تشكيل سبائك الألومنيوم فكرةً عن مدى كفاءة هذه السبيكة مع آلات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC). تتميز سبائك الألومنيوم سهلة التشكيل بسهولة قطعها وتشطيبها، ما يُتيح استخدامها في تصنيع أجزاء آلات معقدة. على سبيل المثال، يتميز ألومنيوم 2011 بسهولة تشكيله.
التكلفة والتوافر
من أهم الاعتبارات عند اختيار درجة الألومنيوم المناسبة لأي مشروع تكلفة السبيكة. ومن الخطوات المهمة لبدء عملية الإنتاج إيجاد التوازن بين التكلفة المستهدفة وأفضل الخصائص ضمن هذا النطاق السعري. أما بالنسبة لتوافر درجة معدن الألومنيوم المختارة، فيعتمد ذلك أيضًا على سعرها. كما أن التوافر بالغ الأهمية، لأن سبائك الألومنيوم النادرة التي يصعب الحصول عليها قد تُبطئ عملية الإنتاج.
ما مدى عمليته؟
يشير هذا إلى سهولة تشكيل سبيكة ألومنيوم معينة. السبائك عالية اللدونة سهلة الاستخدام، وتُستخدم غالبًا حيثما تتطلب مقاومة التعب، كما هو الحال في مكونات الطائرات.
هل يمكن لحامه؟
من المهم مراعاة قابلية لحام السبيكة إذا كانت القطعة المصنعة بحاجة إلى لحام أجزاء أخرى. إذا كان اللحام ضروريًا، فإن معدن الألومنيوم 3003 خيار جيد.
مقاومة التآكل
يُحدد مكان استخدام القطعة مدى حاجتها إلى مقاومة التآكل. على سبيل المثال، يجب أن تكون القطع المستخدمة في البيئات الكيميائية أو البحرية مقاومةً للتآكل بدرجة عالية.
هل يمكن معالجته حراريا؟
تتضمن عملية تقسية معدن الألومنيوم تسخينه إلى درجات حرارة عالية جدًا أو منخفضة جدًا. تُسمى هذه العملية المعالجة الحرارية، مما يزيد من قوة معدن الألومنيوم. يُرجى ملاحظة أي سلسلة من سبائك الألومنيوم يمكن تسخينها وأيها لا يمكن.
ما مدى قوتها؟
تعتمد قوة تحمل السبيكة قبل تشوهها على متانتها. من الطبيعي استخدام معدن ألومنيوم عالي القوة للأجزاء المعرضة لقوى عالية.
حسب المشروع، قد تحتاج أيضًا إلى استخدام الفولاذ. فكيف تختار درجة الفولاذ المناسبة؟ يمكنك الرجوع إلى دليل اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 304 و 316 للحصول على مساعدة مهنية.
استخدامات مختلفة للألمنيوم
للألمنيوم استخدامات متعددة في صناعات متنوعة. فيما يلي بعض المجالات التي تُستخدم فيها منتجات الألمنيوم وأجزاؤه بشكل شائع:
المجال الطبي
تُستخدم قطع ومنتجات الألومنيوم بكثرة في الصناعات التي تتطلب النظافة والتوافق الحيوي. تُصنع الأدوات الطبية، مثل الأدوات الجراحية والعظام، من أنواع مختلفة من الألومنيوم. كما يُعدّ الألومنيوم مكونًا رئيسيًا في بعض الأدوات اليومية، مثل الصواني والدلاء.
الفضاء الجوي
يجب أن تكون المواد المستخدمة في بناء الطائرات خفيفة ومتينة. يُعد الألومنيوم مناسبًا تمامًا لهذه المهمة نظرًا لخفة وزنه ومتانته العالية. ونتيجةً لذلك، يمكنه تحمل نفس وزن المعادن الأقوى منه. بالإضافة إلى ذلك، ولأن الألومنيوم يتمتع بمقاومته العالية للتآكل، فإنه يساعد في حماية الطائرات من التلف عند تعرضها للعوامل الجوية القاسية.
الصناعة الكهربائية
تُستخدم سبائك الألومنيوم باستمرار من قِبل شركات تصنيع الإلكترونيات الاستهلاكية نظرًا لموصليتها الحرارية الممتازة. وتُستخدم سبائك الألومنيوم في المكونات الكهربائية، مثل المشعات ومكونات التبريد لأنظمة الرسومات.
صناعة السيارات
يجب أن تكون أفضل السيارات خفيفة الوزن، ومتينة، وصديقة للبيئة. وتستطيع سبائك الألومنيوم تحقيق ذلك بفضل خفة وزنها ومتانتها. وبالتالي، تتميز السيارات بالمرونة والقوة. كما أن أجزاء السيارات المصنوعة من الألومنيوم قابلة لإعادة التدوير، مما يجعلها أكثر صداقة للبيئة.
خاتمة
الألومنيوم معدن مرن للغاية، تتغير خصائصه عند خلطه مع عناصر أخرى. وتختلف أنواع الألومنيوم المناسبة لمختلف الأعمال التجارية نظرًا لاختلاف خصائصها. ومع ذلك، مع تنوع سبائك الألومنيوم المتاحة، قد يصعب عليك اختيار سبيكة الألومنيوم المناسبة لتصميم العينة.
في Yonglihao Machinery، يمكننا مساعدتك اختر أفضل المواد لأعمالك في مجال التصنيع. تواصل معنا اليوم وسنساعدك في اختيار المواد المناسبة. عند اختيار المواد، من المهم أيضًا فهم خصائص السبائك المختلفة وكيفية أدائها في مختلف التطبيقات. يمكنك الرجوع إلى الفولاذ المقاوم للصدأ 316 و 316L في النماذج الأولية السريعة لمزيد من المعلومات المتخصصة.