5/5 - (72 bình chọn)

Nhôm được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau nhờ vào tính nhẹ và khả năng chống ăn mòn vượt trội. Các ứng dụng phổ biến của nhôm bao gồm đóng tàu, bồn chứa, ô tô, hàng không và nhiều kết cấu khác. Để phù hợp với từng mục đích sử dụng cụ thể, ta cần lựa chọn loại nhôm phù hợp với đặc tính và thành phần hóa học khác nhau. Mỗi loại nhôm sẽ có các đặc tính và hành vi khi hàn riêng biệt. Do đó, việc phân loại nhôm để hiểu rõ từng loại là rất quan trọng, từ đó có thể lựa chọn vật liệu hàn phù hợp nhằm tạo ra mối hàn chất lượng như mong đợi. Bài viết này sản xuất nhôm đúc Hoàn Mỹ sẽ giải thích cách phân loại các nhóm hợp kim nhôm cơ bản và phổ biến, cùng với những tính chất đặc trưng của từng nhóm.

Mục lục

Đặc tính của các nguyên tố hợp kim

Các nguyên tố hợp kim cơ bản được sử dụng để cải thiện tính chất của hợp kim nhôm bao gồm đồng (Cu), silic (Si), mangan (Mn), magie (Mg) và kẽm (Zn). Dưới đây là các tính chất chính của từng nguyên tố:

Đồng (Cu): Cải thiện độ bền và khả năng tạo hình.
Silic (Si): Giảm nhiệt độ nóng chảy, tăng độ chảy loãng và cải thiện tính đúc.
Mangan (Mn): Tăng độ bền và độ dẻo dai.
Magie (Mg): Cải thiện độ bền và khả năng chống ăn mòn.
Magie/Silic (Mg/Si): Tăng độ bền, tính tạo hình và khả năng kéo.
Kẽm (Zn): Khi kết hợp với Magie và Đồng, giúp cải thiện độ bền.

Ngoài ra, các nguyên tố như Cr, Zr, V, Ni, Ti và Sc giúp làm mịn cấu trúc hạt. Nguyên tố Fe giúp giảm ứng suất dư. Các nguyên tố như Se, Bi, Pb và Sn cải thiện khả năng gia công cơ khí nhưng có thể làm giảm tính hàn của hợp kim.

PHÂN LOẠI HỢP KIM NHÔM

Trong quá trình sản xuất nhôm, các nhà chế tạo thường bổ sung các nguyên tố hợp kim như Đồng (Cu), Mangan (Mn), Magie (Mg), Silic (Si), Thủy ngân (Sn), Kẽm (Zn) nhằm cải thiện các đặc tính của sản phẩm cuối cùng. Tuy nhiên, dựa trên phương thức chế tạo và ứng dụng, hợp kim nhôm được phân thành hai nhóm chính: hợp kim nhôm rèn (Wrought aluminum alloy) và hợp kim nhôm đúc (Cast aluminum alloy).

Để phân biệt rõ ràng giữa hai nhóm này, hợp kim nhôm đúc được sản xuất bằng cách nung chảy quặng bô-xit (bauxite) trong lò luyện kim, sau đó nhôm nguyên chất được tách ra và đúc thành các phôi bằng cách thêm vào các nguyên tố hợp kim, quy trình này phức tạp và tốn năng lượng. Trái lại, hợp kim nhôm rèn được chế tạo bằng cách nấu chảy nhôm thỏi với các nguyên tố hợp kim, sau đó đúc thành các tấm lớn trước khi cán, rèn hoặc kéo thành các phôi với các hình dạng khác nhau. Hợp kim nhôm đúc thường chứa nhiều nguyên tố hợp kim hơn, có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn và độ bền cũng thấp hơn so với nhôm rèn do không loại bỏ hết được khuyết tật khi đúc. Do đó, khoảng 85% hợp kim sử dụng là hợp kim nhôm rèn trong thực tế sản xuất.

Hợp kim nhôm rèn (Wrought aluminum alloy)

Phôi nhôm rèn được chế tạo theo nhiều hình dáng khác nhau, bao gồm: tấm mỏng (sheet), tấm (plate), cuộn mỏng (foil), dây hoặc thanh (wire or rod), và các phôi kéo hoặc rèn…

Có tổng cộng 8 nhóm chính dựa trên thành phần nguyên tố hợp kim, như minh họa dưới đây. Trong số đó, nhóm 2, 6, 7, và 8 là các nhóm có khả năng nhiệt luyện (heat-treatable), có thể được điều chỉnh để cải thiện các tính chất cơ học. Nhóm 1, 3, 4, và 5 thuộc vào nhóm không có khả năng nhiệt luyện (Nonheat-treatable).

Ví dụ: Nhôm 5083 thuộc nhóm 5, là hợp kim nhôm-Magie (Al/Mg), phiên bản gốc (0), và số hợp kim là 83. Nhôm 5183 là biến thể đầu tiên của nhôm 5083.

Lưu ý: Đối với nhóm đặc biệt 1xxx là nhóm Nhôm nguyên chất, hai ký tự cuối cùng thường biểu thị phần trăm tối thiểu của nhôm trong hợp kim, ví dụ như Nhôm 1350 có tỷ lệ nhôm nguyên chất ít nhất 99.50%.

Hợp kim nhôm đúc (Cast aluminum alloy)

Như đã đề cập ở trên, hợp kim nhôm đúc được sản xuất từ quặng bô-xít. Quá trình đúc nhôm có thể được thực hiện thông qua các phương pháp như đúc cát (sand casting), đúc khuôn áp lực (die casting), hoặc đúc khuôn mẫu chảy (investment casting). Hợp kim nhôm đúc bao gồm 9 nhóm. Tương tự như hợp kim nhôm rèn, chia thành hai nhóm chính: Nhóm hợp kim nhôm đúc không thể nhiệt luyện bao gồm nhóm 2, 3, 4 và 7; Nhóm hợp kim nhôm đúc có thể nhiệt luyện bao gồm nhóm 1, 5, 8, 9. Các nhóm được phân loại dựa trên thành phần nguyên tố hợp kim cụ thể như minh họa bên dưới.

Ví dụ: Nhôm A356.0, trong đó ký tự “A” biểu thị đây là phiên bản đã được sửa đổi của nhôm 356.0. Số “3” chỉ đây là nhóm A3xx.x là hợp kim nhôm có Đồng và/hoặc Magie. Ký tự “56” chỉ tên nhóm trong nhóm hợp kim 3xx.x. Và ký tự “.0” chỉ rằng đây là phôi cuối cùng dạng phôi đúc chứ không phải là dạng thỏi/thanh.

Hệ thống ký hiệu hợp kim nhôm có thể nhiệt luyện và không thể nhiệt luyện

Với mỗi nhóm hợp kim nhôm, hệ thống ký hiệu được áp dụng để phân biệt và mô tả các tính chất của từng loại hợp kim. Đối với các nhóm nhôm, thường có sự kết hợp các ký tự “F”, “O”, “T” hoặc “H” để làm rõ thêm về chủng loại và quá trình chế tạo của nhôm.

Cụ thể:

XXXX-F: Đại diện cho hợp kim nhôm có độ bền theo nhà sản xuất hoặc quá trình chế tạo.
XXXX-O: Đại diện cho hợp kim nhôm thuộc nhóm ủ. Đây thường là nhóm có độ bền thấp nhất.
XXXX-Txx: Đại diện cho hợp kim nhôm có thể nhiệt luyện (heat treatable).
XXXX-Hxx: Đại diện cho hợp kim nhôm đã được biến cứng nguội và không thể nhiệt luyện.

Hợp kim nhôm rèn và hợp kim nhôm đúc sử dụng chung hệ thống ký hiệu để phân loại nhóm hợp kim nhôm không thể nhiệt luyện và có thể nhiệt luyện. Cụ thể như sau:

Hợp kim nhôm không thể nhiệt luyện (Non-heat-treatable aluminum alloy)

Các nhóm hợp kim nhôm không thể nhiệt luyện có độ bền ban đầu phụ thuộc vào thành phần nguyên tố hợp kim. Sau đó, độ bền có thể được tăng lên (nhưng đồng thời giảm độ dẻo) thông qua quá trình gia công tạo hình ở trạng thái nguội như cán, rèn hoặc kéo, hay được biết đến là quá trình biến cứng (cold-working, strain-hardening). Các hợp kim này có thể có ký hiệu kết thúc bằng “F” (as-fabricated). Tuy nhiên, một số hợp kim này cũng có thể được gia nhiệt đến một nhiệt độ ổn định để duy trì cơ tính không đổi theo thời gian (thường gọi là temper stabilizing), và trong trường hợp này sẽ kết thúc bằng chữ “O” (annealed).

Khi hàn các hợp kim này, vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) sẽ bị ủ do tác động của nhiệt hồ quang, dẫn đến sự giảm cơ tính của vùng này. Nếu sau khi hàn mà thực hiện gia nhiệt, có thể ảnh hưởng đến độ bền do quá trình biến cứng, vì ở nhiệt độ cao có thể xảy ra các hiện tượng như: phục hồi cấu trúc (recovery), tinh thể lại (recrystallization) và sự phát triển tinh thể (grain growth). Vì lý do này, không khuyến khích sử dụng xử lý nhiệt sau khi hàn đối với nhóm hợp kim này.

Các nhóm hợp kim nhôm không thể nhiệt luyện thường được ký hiệu là: XXXX-Hxx

Trong ký hiệu:

Ký tự “H” chỉ rằng nhôm đã trải qua quá trình biến cứng (strain-hardening) trong quá trình chế tạo.
Con số ngay sau ký tự “H” chỉ phương pháp xử lý cụ thể trong hoặc sau khi biến cứng, cụ thể:
- H1: Chỉ biến cứng (Strain Hardened only).
- H2: Biến cứng và được ủ một phần (Strain Hardened and partially annealed).
- H3: Biến cứng và ổn định hóa (Strain hardened and stabilized).
- Các con số thứ hai sau ký tự “H” chỉ mức độ biến cứng (degree of strain hardening), ví dụ Hx2 (biến cứng ¼), Hx4 (biến cứng ½), Hx6 (biến cứng ¾), Hx8 (biến cứng hoàn toàn), Hx9 (biến cứng bổ sung).

Hợp kim nhôm có thể nhiệt luyện (Heat-treatable aluminum alloy)

Các nhóm hợp kim nhôm có thể nhiệt luyện (heat-treatable) có độ bền được cải thiện bởi quá trình hợp kim hóa các nguyên tố hợp kim với nhôm nguyên chất. Các nguyên tố hợp kim có thể hoạt động độc lập hoặc phối hợp với nhau để tan chảy thành dung dịch rắn với nhôm khi nâng cao nhiệt độ. Tuy nhiên, các hợp kim này rất nhạy cảm với nhiệt độ, và giữ ở nhiệt độ cao trong thời gian dài có thể dẫn đến giảm độ bền đáng kể. Do đó, khi hàn cần phải kiểm soát nghiêm ngặt nhiệt độ và năng lượng vào mối hàn thông qua quản lý gia nhiệt, năng lượng và nhiệt độ giữa các lớp hàn. Điều này là cần thiết để có thể tối ưu hóa độ bền của các hợp kim nhôm nhóm heat-treatable bằng cách nhiệt luyện ở nhiệt độ cao (từ 480 – 560 oC, tuỳ từng loại hợp kim), để tăng khả năng hòa tan các nguyên tố hợp kim vào nhôm thành dung dịch rắn, và sau đó làm nguội nhanh (thường là trong nước) để giữ nguyên trạng thái hòa tan của các nguyên tố hợp kim. Tùy vào từng trường hợp, sau khi nhiệt luyện, có thể thực hiện xử lý nhiệt biến cứng kết tủa (precipitation heat-treatment) hay còn gọi là già hóa nhân tạo (artificial aging), bằng cách nung ở nhiệt độ kiểm soát từ 120 – 200 oC, giúp tăng và ổn định độ bền cho hợp kim nhôm. Lưu ý rằng, khi xem xét xử lý nhiệt sau khi hàn, việc lựa chọn vật liệu hàn phù hợp có khả năng phối hợp với xử lý nhiệt sau khi hàn là vô cùng quan trọng.

Các nhóm hợp kim nhôm có thể nhiệt luyện thường được ký hiệu là: XXXX-Txxx

Trong ký hiệu:

Ký tự “T” theo sau chỉ rằng nhóm này có khả năng nhiệt luyện.
Con số sau ký tự “T” có ý nghĩa cụ thể như sau:
- T1: Được già hóa tự nhiên (ở nhiệt độ phòng) sau khi làm nguội nhanh (quench) từ nhiệt độ cao trong quá trình tạo hình.
- T2: Được biến cứng sau khi làm nguội nhanh từ nhiệt độ cao trong quá trình tạo hình, sau đó là già hóa tự nhiên.
- T3: Được xử lý nhiệt, sau đó là biến cứng và già hóa tự nhiên.
- T4: Được xử lý nhiệt và già hóa tự nhiên.
- T5: Được già hóa nhân tạo sau khi làm nguội nhanh từ nhiệt độ cao trong quá trình tạo hình.
- T6: Được xử lý nhiệt sau đó là già hóa nhân tạo.
- T7: Được xử lý nhiệt sau đó là ủ ổn định tổ chức.
- T8: Được xử lý nhiệt, biến cứng và già hóa nhân tạo.
- T9: Được xử lý nhiệt, già hóa nhân tạo sau đó biến cứng.
- T10: Được xử lý nhiệt, sau đó là biến cứng và già hóa nhân tạo.

Các ký tự thứ hai và thứ ba ngay sau ký tự “T” có thể được sử dụng để làm rõ phương thức xử lý nhiệt cụ thể.

Trên đây là những chia sẻ của chúng tôi hy vọng giúp ích đến mọi người. Khách hàng có nhu cầu mua sản phẩm nhôm đúc cao cấp hãy liên hệ ngay cho Sản xuất nhôm đúc Hoàn Mỹ.

Mời các bạn tham khảo 1 số mẫu cổng mà Sản Xuất Nhôm Đúc Hoàn Mỹ đang bán sau để lựa chọn đặt hàng để lắp đặt cho ngôi nhà của mình sau đây: