مسبوكات الألومنيوم
| وليد خليفة |
| ساهم بشكل رئيسي في تحرير هذا الموضوع |
تسمى مسبوكات الألومنيوم أيضا بمصبوبات اﻷلومنيوم (Aluminum Castings) وهى منتجات من سبائك الألومنيوم تصنع بصب (سباكة) السبيكة المصهورة في نطقب تجويفه على شكل المنتج المطلوب.
تاريخ مسبوكات الألومنيوم
شكلت مسبوكات الألومنيوم السوق الرئيسى للألومنيوم بعد انتشار عملية اختزال الألومنيوم بطريقة "هول-هيرولت" على نطاق تجارى ، واقتصرت مسبوكات الألومنيوم في ذلك الوقت على الأمور الملفتة للنظر: مثل أرقام المنازل ومرايات اليد والأمشاط والفرش ودبابيس القبعات ولمبات الزينة المنزلية وغيرها من المصنوعات المتطلبة للون الفضى اللامع وخفة الوزن.
وحلت بعد ذلك مسبوكات الألومنيوم محل النحاس والحديد الزهر في صناعة أوانى المطبخ كالأباريق والأواني والغلايات وغيرها. وانخفضت أسعار الألومنيوم بشكل كبير في نهاية القرن التاسع عشر الميلادى (بداية القرن الرابع عشر الهجرى)، وأصبح من المجدي اقتصادياً التصنيع باستخدام الألومنيوم، وغزت مسبوكات الألومنيوم أسواقاً جديدة واستخدمت في تطبيقات متنوعة منذ ذلك الحين وخاصة بعد التطور المستمر في سبائك الألومنيوم وما رافقه من طرح سبائك جديدة واستنباط تطبيقات جديدة. ومما ساهم في زيادة الطلب على مسبوكات الألومنيوم تطوير أسلوبى سباكة القوالب الدائمة وسباكة إسطمبات الضغط كبديلين للسباكة الرملية. ورافق ذلك تطوير موازٍ للسبائك الملائمة لهذه الأساليب الحديثة ، ومما زاد أيضا في توسع أسواق مسبوكات الألومنيوم التطور في تقنية إعادة التدوير وغير ذلك.
نقاط تميز مسبوكات الألومنيوم
من نقاط تميز مسبوكات الألومنيوم أنها تنتج من عدد كبير من السبائك تصل إلى أكثر من 100 هجريب كيميائى طبقا لجمعية الألومنيوم وأكثر من 300 سبيكة صب على النطاق الدولى ، وتنحصر خواص هذه المسبوكات في الحدود الآتية:
- مقاومة الشد من 70 إلى 505 مليون بسكال
- مقاومة الخضوع من 20 إلى 455 مليون بسكال
- نسبة الاستطالة من < 1 إلى 30%
- الصلادة من 30 إلى 150 مقياس برينل
- حد الكلال من 55 إلى 145 مليون بسكال
- مقاومة القص من 42 إلى 325 مليون بسكال
- معامل المرونة من 65 إلى 80 مليار بسكال
- الوزن النوعى من 2,57 إلى 2,95
ومن مميزات مسبوكات الألومنيوم القدرة على إنتاج أجزاء دقيقة الشكل والأبعاد تكاد تقترب من الأبعاد النهائية المطلوبة مما يقلل من الحاجة لعمليات التشغيل والتشطيب ، والقدرة على التحكم في جودة السطح وسبك الأشكال المعقدة المحتوية على مسارات وفجوات داخلية ، وفوق ذلك تتماشى خواصها مع المتطلبات الهندسية لهذه المنتجات ، ومما يؤيد أيضا من انتشار مسبوكات الألومنيوم أنها تسبك بكل طرق السباكة المعروفة وتتجمد سبائكها في نطاق الظروف السائدة في المسابك دون الحاجة لأى ظروف خاصة ، ويتميز الكثير من هذه السبائك بالسيولة العالية مما يعطيها القدرة على ملىء القطاعات الرقيقة بالإضافة إلى انخفاض درجات حرارة انصهارها (نسبياً) ويضاف أيضا لمميزات مسبوكات الألومنيوم القدرة على ميكنة عمليات سباكتها.
نقاط قصور مسبوكات الألومنيوم
- صعوبة سباكة المقاطع الرفيعة جداً.
- وجود حدود قصوى لحجم المسبوك يعتمد على طريقة السباكة.
- قد يتسبب التجمد أثناء سباكة الأشكال المعقدة إلى تكون بعض العيوب السطحية وإلى عدم تجانس في البنية الدقيقة مما يؤدى إلى تفاوت الجودة والخواص من موضع لآخر داخل المسبوك.
قابلية السبك
الفارق بين سبائك الألومنيوم المطاوعة وسبائك الصب هوقابلية السبك ، وتعنى بشكل عام القدرة على ملىء النطقب والتفاصيل الدقيقة فيه بالفلز المنصهر ، وهذا بدوره يعتمد على سيولة السبيكة المنصهرة فحدثا زادت السيولة زادت قابلية السبك ومن معايير قابلية السبك أيضا قلة العيوب الداخلية والسطحية وانخفاض نسبة الانكماش عند التجمد.
سبائك الصب
يرمز لسبائك مسبوكات الألومنيوم وفقا لجمعية الألومنيوم بأربعة أرقام ، يفصل بين الثالث منها والرابع فاصلة ، وتدل هذه اﻷرقام على:
- الرقم الأول يشير إلى العنصر السبائكى الرئيسى ،
- الرقمان الثانى والثالث هما رقم السبيكة وليس لهم أى دلالة عددية
- الرقم الرابع يمكن حتىقد يكون صفر في حالة المسبوكات و1 أو2 في حالة الصبات.
أما التغييرات الطفيفة في الهجريب الكيميائى التى لا تستدعى تغيير رقم السبيكة فيعبر عنها باستخدام حروف مثل A وB وD وC وغيرها تسبق رمز السبيكة. وتنقسم سبائك الصب تبعا للعنصر السبائكى الرئيسى إلى:
- 1XX.X ألومنيوم نقى (99,00% أوأكثر)
- 2XX.X سبائك ألومنيوم-نحاس
- 3XX.X سبائك ألومنيوم-سيليكون بالإضافة للنحاس و/ أوالمغنسيوم
- 4XX.X سبائك ألومنيوم-سيليكون
- 5XX.X سبائك ألومنيوم-مغنسيوم
- 7XX.X سبائك ألومنيوم-خارصين
- 8XX.X سبائك ألومنيوم-قصدير
- 9XX.X سبائك ألومنيوم مع إضافات أخرى غير السابقة
- 6XX.X هذه الرموز غير مستخدمة
| السبيكة | طريقة السباكة | نحاس | مغنسيوم | منجنيز | سيليكون | أخرى |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 206.0 | رملية ودائمة | 4.6 | 0.25 | 0.35 | 0.1 | 0,22 تيتانيوم و0.15 حديد |
| 319.0 | رملية ودائمة | 3.5 | 6 | |||
| A356.0 | رملية ودائمة | 0.2 | 0.35 | 0.1 | 7 | 0.1 خارصين و0.2 حديد |
| A380.0 | إسطمبات | 3.5 | 8.5 | 1.3 حديد | ||
| 390.0 | إسطمبات | 4.5 | 0.6 | 17 | 1.3 خارصين | |
| 413.0 A | إسطمبات | 12 | 1.3 حديد | |||
| 535.0 | رملية | 6.8 | 0.18 | 0.18 تيتانيوم |
استخدام الألومنيوم في صناعة السيارات
دفعت الحاجة لتوفير الوقود في المركبات وسيارات الركاب إلى العمل على خفض وزن هذه المركبات بالزيادة المستمرة في استخدام المواد الخفيفة مثل الألومنيوم والمغنسيوم بدلا من المواد الثقيلة كالصلب والحديد الزهر. ففى الولايات المتحدة الأمريكية تم التعاون بين مصنعى السيارات والصناعات المغذية المرتبطة بها من ناحية ووزارة الطاقة الأمريكية من ناحية أخرى في توصيف المواد وتطويرها، وتطوير أساليب تصنيع ذات امكانيات جديدة. وهدف هذا التعاون إلى التحول نحواستخدام المواد الخفيفة وزيادة كفاءة الوقود مع الاحتفاظ بالأمان دون تأثير ملحوظ على التكلفة.
أدى ذلك إلى زيادة مضطردة لإنتاج واستخدام مسبوكات الألومنيوم، فزاد الطلب عليها من 1,306 مليون كجم سنة 1994 إلى 2,341 مليون كجم عام 2005. وأثبتت مسبوكات الألومنيوم جدارتها في تصنيع أجزاء المحركات مثل جسم المحرك ورؤوس الاسطوانات والكباسات وصندوق تغيير السرعة ومخازن الزيوت وغير ذلك. وما زال أمام مسبوكات الألومنيوم مجال واسع لتحل محل بعض الأجزاء الحرجة مثل أذرع التعليق والتحكم وصمامات الفرامل والدوارات وغيرها. وقد ارتفعت نسبة محتوى الألومنيوم في سيارات الركاب من 86.5 كجم في السيارة سنة 1991 إلى 121 كجم سنة 2002 (أكثر من 40% زيادة). أما في الشاحنات فقد زادت نسبة محتوى الألومنيوم من 75 كجم في الشاحنة سنة 1991 إلى 126 كجم سنة 2002. وبالنسبة للسيارات الخفيفة فتدرج استخدام الألومنيوم من 81 رطل لكل سيارة سنة 1973 إلى 135 رطل سنة 1983 إلى 192 رطل سنة 1993 إلى 274 رطل في سنة 2003 . أما بالنسبة لنوعية منتجات الألومنيوم المستخدمة فمنها 39% سبائك أولية و61% سبائك ثانوية (مستعملة). وتتوزع كمية الألومنيوم المستخدمة حسب احصائيات سنة 2002 كالآتى: 101.4 رطل مسبوكات اسطمبات و100.6 رطل مسبوكات قوالب دائمة و29.4 رطل مدرفلات مسطحة و18.5 رطل مبثوقات ومسحوبات و6.1 رطل مطروقات ومكبوسات و17.5 رطل مسبوكات رملية ودقيقة (مسبوكات الرغوة المفقودة) ومعصورة ونصف صلبة.
انظر أيضاً
- سبائك الألومنيوم
- مسبك
- صب
- مسبوك
المصادر
- J.Kaufman and E. Rooy, “Aluminum Alloy Castings: Properties, Processes and Applications”, American Foundry Society and American Society for Metals, 2004
