ليس للألومنيوم قيمة صلادة واحدة. إذ تعتمد صلادته على السبيكة والحالة وشكل المنتج وطريقة الاختبار. وفي بيانات المنتجين، تتراوح قيم برينل النموذجية من 23 HB لأنبوب 1100-O إلى 150 HB لقضبان وأعمدة 7075-T6/T651. وتبلغ صلادة القضبان والأعمدة الشائعة من 6061-T6/T651 نحو 95 HB في حالة الاختبار نفسها.
هذه الأرقام قيم مرجعية وليست حدود قبول عامة. وما يزال الرسم أو مواصفة الشراء بحاجة إلى تحديد حالة المادة واختبار الصلادة.
مرجع سريع
- الألومنيوم النقي أو ذو النقاء التجاري لين نسبيًا، لكن التشغيل على البارد يمكن أن يزيد صلادته.
- تزداد صلادة السبائك القابلة للمعالجة الحرارية، مثل 6061 و2024 و7075، من خلال المعالجة الحرارية بالمحلول والتعتيق بصورة مضبوطة.
- ينبغي عدم مقارنة نتائج برينل وروكويل وفيكرز كما لو كانت الوحدة نفسها.
جدول صلادة الألومنيوم حسب السبيكة والحالة
القيم التالية مأخوذة من أوراق فنية للمنتجين. وتصف كل ورقة هذه القيم بأنها خواص ميكانيكية نموذجية وتستخدم حملًا قدره 500 كغ مع كرة قطرها 10 مم. وقد أُدرج شكل المنتج لأن قيمة الخاصية من دون الشكل والحالة قد تكون مضللة.
| السبيكة والحالة | شكل المنتج في المصدر | صلادة برينل النموذجية |
|---|---|---|
| 1100-O | أنبوب ومواسير | 23 HB |
| 1100-H14 | أنبوب ومواسير | 32 HB |
| 1100-H18 | أنبوب ومواسير | 44 HB |
| 3003-O | أنبوب ومواسير | 28 HB |
| 3003-H14 | أنبوب ومواسير | 40 HB |
| 5052-O | أنبوب ومواسير | 47 HB |
| 5052-H32 | أنبوب ومواسير | 60 HB |
| 5052-H34 | أنبوب ومواسير | 68 HB |
| 6061-O | قضيب وعمود | 30 HB |
| 6061-T4/T451 | قضيب وعمود | 65 HB |
| 6061-T6/T651 | قضيب وعمود | 95 HB |
| 6063-O | أنبوب ومواسير | 25 HB |
| 6063-T5 | أنبوب ومواسير | 60 HB |
| 6063-T6 | أنبوب ومواسير | 73 HB |
| 2024-O | قضيب وعمود | 47 HB |
| 2024-T4/T351 | قضيب وعمود | 120 HB |
| 2024-T6 | قضيب وعمود | 125 HB |
| 2024-T851 | قضيب وعمود | 128 HB |
| 7075-O | قضيب وعمود | 60 HB |
| 7075-T6/T651 | قضيب وعمود | 150 HB |
يوضح الجدول تأثيرين مختلفين. أولًا، يمكن أن يؤدي تغيير الحالة إلى زيادة الصلادة من دون تغيير تسمية السبيكة. ثانيًا، يحدد التركيب الكيميائي للسبيكة نطاق استجابة مختلفًا. ولهذا لا تُعد عبارة «صلادة الألومنيوم» وحدها توصيفًا كافيًا للمادة.
لماذا تختلف صلادة الألومنيوم
تركيب السبيكة
يحتوي 1100 ذو النقاء التجاري على عوائق قليلة أمام حركة الانخلاعات، ولذلك يبقى لينًا وقابلًا للتشكيل. ويقوّي المغنيسيوم في 5052 السبيكة بتأثيرات المحلول الصلب والتقسية بالتشوه. كما يمكن للأنظمة المحتوية على المغنيسيوم-السيليكون أو النحاس أو الزنك أن تستجيب للتقسية بالترسيب، فتنتج قيمًا أعلى بكثير في حالات محددة.
رقم السبيكة مهم، لكنه لا يُكمل الوصف. فالسبيكتان 6061-O و6061-T6 تنتميان إلى عائلة السبيكة نفسها، لكنهما في حالتين ميتالورجيتين مختلفتين جدًا.
الحالة والمعالجة الحرارية
الحالة O هي الحالة الملدنة. وتشير حالات H إلى حالات مقساة بالتشوه، وقد تُجمع أحيانًا مع تلدين جزئي أو تثبيت. أما حالات T فتصف حالات معالجة حراريًا، وغالبًا ما تشمل المعالجة بالمحلول والتعتيق الطبيعي أو الاصطناعي.
فعلى سبيل المثال، تنتقل صلادة قضبان وأعمدة 6061 في بيانات المنتج أعلاه من 30 HB في الحالة O إلى 95 HB في الحالة T6/T651. وتنتج القيمة الأعلى من الحالة المضبوطة، لا من سبيكة اسمية مختلفة.
شكل المنتج وتاريخ التصنيع
قد يغيّر البثق والدرفلة والسحب والطرق واللحام والتسخين الموضعي البنية المجهرية أو الانفعال المتبقي. ولا ينبغي إسناد قيمة أُبلغ عنها لقضبان وأعمدة تلقائيًا إلى صفائح أو ألواح أو مصبوبات أو مجموعة ملحومة نهائية.
قد تختلف الصلادة أيضًا عبر القطعة نفسها. وقد لا تمثل المنطقة المتأثرة بالحرارة أو الحافة شديدة التشغيل أو الميزة الرقيقة حالة الكتلة. ولذلك يجب إدراج موقع الاختبار في خطة الفحص.
برينل أم روكويل أم فيكرز: أي اختبار يناسب الألومنيوم؟
تُحدث الطرق الهندسية الشائعة الثلاث انطباعًا، لكنها تقيسه بطرق مختلفة. وتعتمد الطريقة المناسبة على نطاق الصلادة والسُمك وحالة السطح ومنطقة الاختبار والمواصفة الحاكمة.
| الطريقة | ما الذي تقيسه | الملاءمة العملية للألومنيوم | التحذير الرئيسي |
|---|---|---|---|
| برينل | قطر الانطباع الناتج عن كرة | المادة الكتلية والمقاطع الأكثر سُمكًا؛ إذ يأخذ الانطباع الأكبر متوسط مساحة أوسع | يتطلب سُمكًا كافيًا ومساحة للانطباع |
| روكويل | عمق الاختراق الإضافي تحت حمل رئيسي | فحوص إنتاج سريعة عند تحديد مقياس روكويل الصحيح | عبارة «روكويل» غير مكتملة من دون المقياس؛ ومقياس HRC غير مناسب عمومًا للألومنيوم اللين |
| فيكرز | قطرا انطباع هرمي ماسي | المناطق الصغيرة والمقاطع الرقيقة والتدرجات وأعمال الطلاء أو الصلادة المجهرية | يؤثر تحضير السطح والقياس البصري بشدة في النتائج |
| موس | مقارنة بالخدش | مقارنة تقريبية على نمط المعادن فقط | ليس اختبار قبول هندسيًا لقطع الألومنيوم |
تدرج ASTM حاليًا E10 لبرينل, E18 لروكويل، و E92 إضافة إلى E384 لأعمال الانطباع الكبير والمجهري بطريقة فيكرز/كنوب. وينبغي أن يحدد متطلب الشراء الطريقة والمقياس والإصدار المتفق عليه.
بالنسبة إلى ألومنيوم الإنتاج، يجيب اختبار برينل أو مقياس روكويل كروي مناسب غالبًا عن سؤال متعلق بالمادة الكتلية. وقد يناسب HRB حالات الألومنيوم الأعلى صلادة، بينما قد يناسب HRE أو مقياس كروي سطحي نطاقات أخرى أو عينات أرق. ويجب أن يطابق المقياس المختار نطاق المادة والسُمك والمواصفة الحاكمة.
يكون فيكرز أفضل عندما تكون منطقة الاختبار صغيرة أو عندما تتغير الصلادة المتوقعة خلال مسافة قصيرة. وقد يشوّه الانحناء أو الجدار الرقيق غير المدعوم أو الحافة أو الانطباع القريب النتيجة. استخدم موقع اختبار مُحضّرًا واتبع قواعد التباعد والسُمك والدعم في الطريقة المختارة.
هل يمكن التحويل بين HB وHRB وHV؟
يمكن تقدير قيمة على مقياس آخر، لكن التحويل ليس قياسًا جديدًا. ويتضمن ASTM E140 جدول تحويل لمنتجات الألومنيوم المشغولة. كما يحذر من أن السبيكة وبنية الحبيبات والمعالجة الحرارية تؤثر في العلاقة.
استخدم التحويلات للتواصل أو المقارنة الأولية. وفي اختبارات القبول، أبلغ عن المقياس الذي قيس فعليًا كلما أمكن. وإذا طلب الرسم قيمة محولة، فحدد أساس التحويل وقاعدة التقريب.
وهذا مهم خصوصًا على الإنترنت. فقد تسرد صفحة الرقم «95» من دون بيان ما إذا كان يعني HB أو HRB أو HV. وقد تبدو الأرقام متشابهة بينما تمثل إجراءات اختبار مختلفة.
هل تجعل الأنودة الألومنيوم أكثر صلادة؟
تحوّل الأنودة الألومنيوم عند السطح إلى طبقة متكاملة من أكسيد الألومنيوم. ويمكن أن تحسن هذه الطبقة مقاومة السحج والتآكل، خصوصًا في عمليات الأنودة الصلبة. لكنها لا تحول كامل مقطع الألومنيوم إلى حالة أشد صلادة.
يصف مجلس مؤنِّدي الألومنيوم الأنودة الصلبة بأنها أكسيد أنودي أكثر سُمكًا وذو مقاومة قوية للسحج. ويشير أيضًا إلى أن الطلاء الصلب ما يزال يعتمد على الركيزة الأكثر ليونة تحت التحميل النقطي. كما أن دليل تطبيق الأنودة الصلبة يفصل التقييم المرتبط بالصلادة عن اختبار التآكل لأن الصلادة وحدها لا تثبت أداء مقاومة السحج.
حدد الطبقة والقلب كلًا على حدة:
- بالنسبة إلى الركيزة، حدد السبيكة والحالة وشكل المنتج وطريقة قياس صلادة الكتلة.
- بالنسبة إلى التشطيب، حدد نوع الأنودة وسُمك الطلاء وحالة الإغلاق أو الصبغ واختبار التآكل أو التآكل الكيميائي أو الطلاء المطلوب.
- بيّن ما إذا كانت قراءة الصلادة تُؤخذ قبل التشطيب أو بعده، وحدد موقع سطح الاختبار.
يمنع هذا الفصل استخدام قراءة السطح الصلب دليلًا على أن القطعة الموجودة تحته تتمتع بالحالة أو خواص تحمل الأحمال المطلوبة.
الصلادة ليست المقاومة أو الجساءة أو عمر التآكل
تقيس الصلادة مقاومة التشوه الدائم الموضعي. وتصف مقاومة الشد الإجهاد الذي تتحمله المادة قبل حدث خضوع أو كسر محدد. وتصف الجساءة التشوه المرن ويحكمها معامل المرونة. أما عمر التآكل فيعتمد على ضغط التلامس والتزييت والسطح المقابل والحطام والحركة والطلاء ودعم الركيزة.
قد تتحرك هذه الخواص معًا في نظام سبيكة مضبوط، لكنها ليست قابلة للتبادل. وتحتاج مقاومة شد الألومنيوم إلى سياقها الخاص من حيث شكل المنتج والاختبار. ويمكن لفحص الصلادة أن يساعد في فرز حالة المادة، لكنه لا يحل محل بيانات التصميم الإنشائي.
ينطبق التقييد نفسه على قرارات التصنيع. فقد تقاوم الحالة الأعلى صلادة الانبعاج وتغيّر تكوّن الرايش، لكن قابلية التشغيل تعتمد أيضًا على تركيب السبيكة وهندسة الأداة وإزالة الحرارة والتزييت وصلابة القطعة. اختر السبيكة والحالة وفق المتطلبات الكاملة، لا وفق أعلى رقم للصلادة.
كيفية تحديد صلادة الألومنيوم في الرسم أو طلب عرض السعر
متطلب الصلادة المفيد قابل للتكرار. فهو يخبر المورد بالمادة التي ستُختبر وكيف ستُختبر وما الذي يشكل القبول.
أدرج الحقول التالية:
- السبيكة والحالة: مثل 6061-T6 بدل 6061 فقط.
- شكل المنتج ومواصفة المادة الحاكمة: بثق أو صفيحة أو لوح أو قضيب أو أنبوب أو مطروق أو مصبوب.
- طريقة الصلادة والمقياس الدقيق: برينل ASTM E10 أو HRB وفق ASTM E18 أو حالة فيكرز متفق عليها.
- حالة الاختبار: عند الاستلام أو بعد المعالجة الحرارية أو بعد التشغيل أو قبل الطلاء أو على القطعة النهائية.
- موقع الاختبار وتحضير السطح: حدد منطقة مستوية ومدعومة وممثلة وأي مناطق مستبعدة.
- قاعدة أخذ العينات والقبول: عدد القراءات لكل قطعة أو دفعة، وقاعدة المتوسط، والنطاق المسموح، والتعامل مع القيمة الشاذة.
- القيمة المقاسة مقابل المحولة: بيّن ما إذا كان التحويل مسموحًا وأي جدول يحكمه.
قالب واضح غير رقمي هو:
بثق 6061-T6؛ تُختبر الصلادة على السطح المستوي غير المطلي المحدد في مرحلة العملية المذكورة؛ الطريقة والمقياس وأخذ العينات ونطاق القبول وفق الرسم ومواصفة الشراء؛ تُسجّل القيم المقاسة فعليًا.
يجب أن يأتي النطاق الرقمي النهائي من المواصفة الحاكمة أو متطلب رسم تم التحقق منه أو تأهيل مادة/عملية متفق عليه. لا تنسخ قيمة عامة من الويب إلى بند قبول حرج.
للفحص المتعلق بالبثق، يغطي دليل Zheng Ji بشأن اختبار الصلادة ومراقبة جودة قطاعات الألومنيوم المبثوقة التحقق من الإنتاج بمزيد من التفصيل.
الخلاصة
تكون الصلادة أكثر فائدة بوصفها جزءًا من قرار مادة مضبوط. ابدأ بالحمل والبيئة والتشكيل والتشغيل والوصل والتشطيب والمظهر المطلوب. ثم اختر سبيكة وحالة توازنان هذه المتطلبات.
عندما تكون الصلادة خاصية قبول، اطلب من المورد مواءمة شهادة المصنع وشكل المنتج وحالة المعالجة الحرارية وسجل الفحص. وقد تكشف قيمة بلا تتبع عن عدم تطابق، لكنها لا تثبت مواصفة المادة الكاملة بمفردها.
تدعم Zheng Ji Aluminum بثق الألومنيوم المخصص, تشغيل الألومنيوم باستخدام CNC، والتشطيب السطحي والفحص ضمن سير تصنيع واحد. أرسل الرسم والسبيكة والحالة وشكل المنتج والتشطيب وموقع الاختبار ومتطلب القبول مع طلب عرض السعر. فهذا يمنح الفريق الهندسي معلومات كافية لمراجعة قابلية التصنيع واقتراح خطة فحص مضبوطة.
الأسئلة الشائعة
هل الألومنيوم معدن صلب أم لين؟
الألومنيوم ذو النقاء التجاري لين نسبيًا. ويمكن أن تزيد الإضافة السبائكية والتشغيل على البارد والتقسية بالترسيب الصلادة بدرجة كبيرة. ولا تكتمل الإجابة من دون تحديد السبيكة والحالة ومقياس الاختبار.
ما صلادة الألومنيوم 6061؟
في بيانات المنتج المشار إليها للقضبان والأعمدة، تبلغ صلادة 6061-O مقدار 30 HB، و6061-T4/T451 مقدار 65 HB، و6061-T6/T651 مقدار 95 HB. وهذه قيم نموذجية في حالة برينل المذكورة وليست حدودًا دنيا عامة.
هل الألومنيوم 7075 أصلد من 6061؟
في بيانات متقاربة لقضبان وأعمدة T6/T651 من المنتج نفسه، تبلغ صلادة 7075 مقدار 150 HB و6061 مقدار 95 HB. وليست السبيكة الأصلد الخيار الأفضل تلقائيًا؛ إذ تهم أيضًا مقاومة التآكل والوصل والتكلفة والمتانة وتوافر المنتج.
هل يمكن تقسية الألومنيوم بعد التشكيل؟
يعتمد ذلك على السبيكة. تُقوّى السبائك غير القابلة للمعالجة الحرارية أساسًا بالتقسية بالتشوه. أما السبائك القابلة للمعالجة الحرارية فتستخدم المعالجة بالمحلول والتبريد السريع والتعتيق بصورة مضبوطة. ويجب أن يتوافق المسار مع السبيكة والخواص النهائية المطلوبة.
هل تزيد الأنودة الصلبة صلادة الألومنيوم في كامل الكتلة؟
لا. فهي تنشئ طبقة أكسيد صلبة ومقاومة للتآكل عند السطح. وتحافظ الركيزة على السبيكة والحالة اللتين تدعمان الطلاء، ولذلك ينبغي تحديد متطلبات الطلاء والقلب بصورة منفصلة.
