مسبوكات الألومنيوم

Waleed Khalifa.jpg وليد خليفة
ساهم بشكل رئيسي في تحرير هذا المقال
قوالب ألومنيوم معدة للشحن في أحد الموانئ

تسمى مسبوكات الألومنيوم أيضا بمصبوبات اﻷلومنيوم (Aluminum Castings) و هى منتجات من سبائك الألومنيوم تصنع بصب (سباكة) السبيكة المصهورة في قالب تجويفه على شكل المنتج المطلوب.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تاريخ مسبوكات الألومنيوم

عجلة سيارة مسبوكة من الألومنيوم لأحد سيارات تويوتا

شكلت مسبوكات الألومنيوم السوق الرئيسى للألومنيوم بعد انتشار عملية اختزال الألومنيوم بطريقة "هول-هيرولت" على نطاق تجارى ، و اقتصرت مسبوكات الألومنيوم في ذلك الوقت على الأشياء الملفتة للنظر: مثل أرقام المنازل و مرايات اليد و الأمشاط و الفرش و دبابيس القبعات و لمبات الزينة المنزلية و غيرها من المصنوعات المتطلبة للون الفضى اللامع و خفة الوزن.

وحلت بعد ذلك مسبوكات الألومنيوم محل النحاس و الحديد الزهر في صناعة أوانى المطبخ كالأباريق و الأواني 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 و خاصة بعد التطور المستمر في سبائك الألومنيوم و ما رافقه من طرح سبائك جديدة و استنباط تطبيقات جديدة. و مما ساهم في زيادة الطلب على مسبوكات الألومنيوم تطوير أسلوبى سباكة القوالب الدائمة و سباكة إسطمبات الضغط كبديلين للسباكة الرملية. و رافق ذلك تطوير موازٍ للسبائك الملائمة لهذه الأساليب الحديثة ، ومما زاد أيضا في توسع أسواق مسبوكات الألومنيوم التطور في تقنية إعادة التدوير و غير ذلك.


نقاط تميز مسبوكات الألومنيوم

فرشة المحرك (قاعدة الإسطوانات) مسبوكة من الألومنيوم لأحد السيارات

من نقاط تميز مسبوكات الألومنيو م أنها تنتج من عدد كبير من السبائك تصل إلى أكثر من 100 تركيب كيميائى طبقا لجمعية الألومنيوم و أكثر من 300 سبيكة صب على النطاق الدولى ، و تنحصر خواص هذه المسبوكات في الحدود الآتية:

جسم (كتلة) محرك ذو ستة إسطوانات (V6) مسبوك من الألومنيوم لأحد سيارات تويوتا

و من مميزات مسبوكات الألومنيوم القدرة على إنتاج أجزاء دقيقة الشكل و الأبعاد تكاد تقترب من الأبعاد النهائية المطلوبة مما يقلل من الحاجة لعمليات التشغيل و التشطيب ، و القدرة على التحكم في جودة السطح و سبك الأشكال المعقدة المحتوية على مسارات و فجوات داخلية ، و فوق ذلك تتماشى خواصها مع المتطلبات الهندسية لهذه المنتجات ، و مما يعزز أيضا من انتشار مسبوكات الألومنيوم أنها تسبك بكل طرق السباكة المعروفة و تتجمد سبائكها في نطاق الظروف السائدة في المسابك دون الحاجة لأى ظروف خاصة ، و يتميز العديد من هذه السبائك بالسيولة العالية مما يعطيها القدرة على ملىء القطاعات الرقيقة بالإضافة إلى انخفاض درجات حرارة انصهارها (نسبياً) و يضاف 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 و إلى عدم تجانس في البنية الدقيقة مما يؤدى إلى تفاوت الجودة و الخواص من موضع لآخر داخل المسبوك.


قابلية السبك

الفارق بين سبائك الألومنيوم المطاوعة و سبائك الصب هو قابلية السبك ، و تعنى بشكل عام القدرة على ملىء القالب و التفاصيل الدقيقة فيه بالفلز المنصهر ، و هذا بدوره يعتمد على سيولة السبيكة المنصهرة فكلما زادت السيولة زادت قابلية السبك و من معايير قابلية السبك أيضا قلة العيوب الداخلية و السطحية و انخفاض نسبة الانكماش عند التجمد.

سبائك الصب

رأس الإسطوانات (غطاء المحرك) في محرك رباعى الإسطوانات مسبوك من الألومنيوم

يرمز لسبائك مسبوكات الألومنيوم وفقا لجمعية الألومنيوم بأربعة أرقام ، يفصل بين الثالث منها و الرابع فاصلة ، و تدل هذه اﻷرقام على:

  • الرقم الأول يشير إلى العنصر السبائكى الرئيسى ،
  • الرقمان الثانى و الثالث هما رقم السبيكة و ليس لهم أى دلالة عددية
  • الرقم الرابع يمكن أن يكون صفر في حالة المسبوكات و 1 أو 2 في حالة الصبات.


أما التغييرات الطفيفة في التركيب الكيميائى التى لا تستدعى تغيير رقم السبيكة فيعبر عنها باستخدام حروف مثل A و B و D و C و غيرها تسبق رمز السبيكة. و تنقسم سبائك الصب تبعا للعنصر السبائكى الرئيسى إلى:


  • 1XX.X ألومنيوم نقى (99,00% أو أكثر)
  • 2XX.X سبائك ألومنيوم-نحاس
  • 3XX.X سبائك ألومنيوم-سيليكون بالإضافة للنحاس و / أو المغنسيوم
  • 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
محرك مهجن يعمل بالكهرباء و الوقود، به نسبة كبيرة من مسبوكات الألومنيوم، عرضته شركة تويوتا في المؤتمر الأسيوى العاشر للسباكة - منظر أمامى


السبيكة طريقة السباكة نحاس مغنسيوم منجنيز سيليكون أخرى
206.0 رملية و دائمة 4.6 0.25 0.35 0.1 0,22 تيتانيوم و 0.15 حديد
319.0 رملية و دائمة 3.5 6
A356.0 رملية و دائمة 0.2 0.35 0.1 7 0.1 خارصين و 0.2 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



مسبوكات ألومنيوم متنوعة تستخدم في صناعة السيارات، مصنوعة بأسلوب سباكة القوالب المنخفضة الضغط، المجموعة من معروضات المؤتمر الأسيوى العاشر للسباكة


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

استخدام الألومنيوم في صناعة السيارات

محرك مهجن يعمل بالكهرباء و الوقود، به نسبة كبيرة من مسبوكات الألومنيوم، عرضته شركة تويوتا في المؤتمر الأسيوى العاشر للسباكة - منظر خلفى


دفعت الحاجة لتوفير الوقود في المركبات و سيارات 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 نحو استخدام 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 و رؤوس 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 و صمامات الفرامل والدوارات و غيرها. 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. و بالنسبة 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 و 61% سبائك ثانوية (مستعملة). و تتوزع كمية الألومنيوم المستخدمة حسب احصائيات سنة 2002 كالآتى: 101.4 رطل مسبوكات اسطمبات و 100.6 رطل مسبوكات قوالب دائمة و 29.4 رطل مدرفلات مسطحة و 18.5 رطل مبثوقات و مسحوبات و 6.1 رطل مطروقات ومكبوسات و 17.5 رطل مسبوكات رملية و دقيقة (مسبوكات الرغوة المفقودة) ومعصورة ونصف صلبة.

انظر أيضاً

المصادر

  • J.Kaufman and E. Rooy, “Aluminum Alloy Castings: Properties, Processes and Applications”, American Foundry Society and American Society for Metals, 2004