Phân tích toàn diện một số vật liệu nhôm thông dụng

Giới thiệu

Nhôm và hợp kim nhôm đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện đại và cuộc sống hàng ngày do mật độ thấp, độ bền cao, khả năng chống ăn mòn tốt, hiệu suất xử lý tuyệt vời và nhiều ưu điểm khác. 6061-T6, 6063, 7075 và 5083 là một số vật liệu nhôm tiêu biểu, mỗi loại có đặc tính hiệu suất riêng và phù hợp với các tình huống ứng dụng khác nhau.

Nhôm 6061-T6

Thành phần hóa học

• Các nguyên tố hợp kim chính của hợp kim nhôm 6061 là magiê (Mg) và silicon (Si), ngoài ra nó còn chứa một lượng nhỏ đồng (Cu), mangan (Mn), crom (Cr) và kẽm (Zn). Trong số đó, magiê và silicon tạo thành pha tăng cường Mg₂Si, đóng vai trò chính trong việc cải thiện độ bền của hợp kim.

Tính chất vật lý

• Mật độ của nó là khoảng 2,7g/cm3³, và nó có độ dẫn nhiệt và điện tốt, cũng như hệ số giãn nở nhiệt tương đối thấp, giúp nó ổn định kích thước tốt trong môi trường có sự thay đổi nhiệt độ lớn.

Tính chất cơ học

• Sức lực: Ở trạng thái 6061-T6, độ bền kéo có thể đạt khoảng 310MPa và cường độ năng suất khoảng 276MPa. Nó có độ bền cao và có thể chịu được tải trọng nhất định.
• Độ cứng: Độ cứng Brinell thường khoảng 95HB, có thể đáp ứng yêu cầu về độ cứng của nhiều ứng dụng gia công cơ khí và kết cấu.
• độ dẻo dai: Nó có độ dẻo dai tốt, không dễ bị gãy giòn khi va đập và có thể hấp thụ năng lượng một cách hiệu quả.

Đặc điểm xử lý

• Cắt: Nó có hiệu suất cắt tốt và dễ dàng xử lý bằng cách sử dụng các quy trình cắt thông thường khác nhau, chẳng hạn như tiện, phay, khoan, v.v. và có thể đạt được bề mặt hoàn thiện tốt.
• hình thành: Nó có thể được xử lý thành nhiều hình dạng khác nhau như hồ sơ, ống, thanh và tấm thông qua các quá trình tạo hình như ép đùn, rèn và cán. Trong quá trình ép đùn, nó có khả năng biến dạng mạnh và có thể tạo ra các sản phẩm có hình dạng mặt cắt phức tạp.

Quá trình xử lý nhiệt

• Quá trình xử lý nhiệt T6 bao gồm xử lý dung dịch và xử lý lão hóa nhân tạo. Việc xử lý bằng dung dịch rắn thường được thực hiện ở khoảng 530°C. Hợp kim được nung nóng đến nhiệt độ này và duy trì trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó được làm nguội nhanh chóng để các nguyên tố hợp kim hòa tan hoàn toàn vào ma trận nhôm. Sau đó, điều trị lão hóa nhân tạo được thực hiện. Nhiệt độ lão hóa khoảng 180°C và thời gian lão hóa là vài giờ. Thông qua quá trình xử lý lão hóa, hợp kim kết tủa giai đoạn tăng cường, từ đó cải thiện đáng kể độ bền và độ cứng của hợp kim.

Chống ăn mòn

• 6061-T6 có khả năng chống ăn mòn nói chung tốt và có thể duy trì sự ổn định tốt trong khí quyển, nước ngọt và các môi trường khác. Màng oxit hình thành trên bề mặt của nó có thể đóng một vai trò bảo vệ nhất định, nhưng trong một số môi trường khắc nghiệt có axit mạnh, kiềm hoặc độ mặn cao, mức độ ăn mòn nhất định có thể xảy ra. Nguyên tố crom trong hợp kim giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn và làm cho nó chống lại sự ăn mòn cục bộ, chẳng hạn như rỗ, ở một mức độ nhất định.

Lĩnh vực ứng dụng

• Nó được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, sản xuất ô tô, gia công cơ khí, trang trí kiến ​​trúc và các lĩnh vực khác. Trong hàng không vũ trụ, nó thường được sử dụng để sản xuất các bộ phận kết cấu máy bay, bộ phận thiết bị hạ cánh, v.v.; trong lĩnh vực ô tô, nó có thể được sử dụng để sản xuất khung thân xe, bánh xe, v.v.; trong gia công cơ khí, nó được sử dụng để sản xuất các bộ phận cơ khí khác nhau, đồ gá dụng cụ, v.v.; trong trang trí kiến ​​trúc, nó thường được gia công thành các mặt cắt cửa và cửa sổ, khung tường rèm, v.v.

6063 Nhôm

Thành phần hóa học

• Các nguyên tố hợp kim chính là magiê và silicon. Thành phần hóa học của nó tương tự như 6061, nhưng hàm lượng của từng nguyên tố hơi khác nhau. Nói một cách tương đối, hàm lượng silicon trong 6063 cao hơn một chút và hàm lượng magiê thấp hơn một chút.

Tính chất vật lý

• Mật độ cũng khoảng 2,7g/cm³. Nó có độ dẫn nhiệt tốt và hệ số giãn nở nhiệt thấp. Nó có độ bóng tốt và dễ dàng anod hóa để có được bề mặt đẹp và chống ăn mòn.

Tính chất cơ học

• Sức lực: Độ bền kéo thường nằm trong khoảng từ 200 đến 250MPa và cường độ năng suất khoảng 180MPa, thấp hơn một chút so với 6061-T6.
• Độ cứng: Độ cứng Brinell khoảng 70HB, tương đối nhỏ.
• độ dẻo dai: Độ dẻo dai tốt và có thể đáp ứng một số trường hợp ứng dụng không yêu cầu cường độ đặc biệt cao nhưng có yêu cầu về khả năng định hình và hình thức.

Đặc điểm xử lý

• Đúc đùn: Nó có hiệu suất ép đùn tuyệt vời, có thể ép đùn các cấu hình có hình dạng phức tạp và độ chính xác kích thước cao và có chất lượng bề mặt tuyệt vời. Nó là một trong những vật liệu chính cho cấu hình nhôm kiến ​​trúc.
• Gia công: Nó có hiệu suất cắt tốt và có thể thực hiện khoan, phay, khai thác và các hoạt động xử lý khác. Độ hoàn thiện bề mặt sau khi xử lý cao.

Quá trình xử lý nhiệt

• Quá trình xử lý nhiệt T5 hoặc T6 thường được sử dụng. Xử lý T5 là làm nguội trực tiếp bằng không khí sau khi ép đùn ở nhiệt độ cao, sau đó thực hiện xử lý lão hóa nhân tạo; Điều trị T6 trước tiên là thực hiện xử lý bằng dung dịch rắn và sau đó thực hiện xử lý lão hóa nhân tạo. Sau khi xử lý nhiệt, độ bền và độ cứng của hợp kim được cải thiện, đồng thời duy trì độ bền và khả năng chống ăn mòn tốt.

Chống ăn mòn

• Chất liệu nhôm 6063 cho thấy khả năng chống ăn mòn tốt trong khí quyển, nước và một số môi trường axit, kiềm yếu. Sau khi anot hóa, bề mặt của nó có thể tăng cường hơn nữa khả năng chống ăn mòn và tạo thành một màng oxit cứng và dày đặc, giúp ngăn chặn hiệu quả sự ăn mòn của các phương tiện bên ngoài và có thể được sử dụng lâu dài trong lĩnh vực trang trí kiến ​​trúc mà vẫn giữ được vẻ ngoài đẹp mắt.

Các trường ứng dụng

• Chủ yếu được sử dụng trong ngành xây dựng, chẳng hạn như cửa ra vào và cửa sổ xây dựng, khung tường rèm, dải trang trí, v.v.; cũng được sử dụng để sản xuất một số phụ kiện nội thất, vỏ thiết bị điện tử và các sản phẩm khác có yêu cầu cao về hình thức và hình thức.

7075 Nhôm

Thành phần hóa học

• Nó là một hợp kim nhôm có độ bền cao, với kẽm (Zn), magiê (Mg) và đồng (Cu) là nguyên tố hợp kim chính, đồng thời cũng chứa một lượng nhỏ crom (Cr) và các nguyên tố khác. Kẽm và magie tạo thành giai đoạn tăng cường, còn đồng giúp cải thiện hơn nữa độ bền và độ cứng của hợp kim.

Tính chất vật lý

• Mật độ khoảng 2,81g / cm3³, độ dẫn nhiệt tốt, hệ số giãn nở nhiệt tương đối thấp và nó vẫn có thể duy trì độ ổn định hiệu suất nhất định trong môi trường nhiệt độ cao.

Tính chất cơ học

• Sức lực: Độ bền kéo có thể cao tới 570MPa trở lên và cường độ năng suất khoảng 500MPa. Nó có độ bền cao nhất trong số một số vật liệu nhôm và có khả năng chịu tải cực cao.
• Độ cứng: Độ cứng Brinell có thể đạt khoảng 150HB, có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt.
• độ dẻo dai: Mặc dù độ bền cao nhưng độ dẻo dai kém hơn một chút so với 6061 và 6063. Tuy nhiên, trong điều kiện thiết kế và sử dụng hợp lý, nó vẫn có thể đáp ứng được yêu cầu của hầu hết các ứng dụng có độ bền cao.

Đặc điểm xử lý

• Cắt: Cắt là khó khăn. Do độ bền cao nên độ mòn của dụng cụ rất nghiêm trọng. Cần sử dụng các dụng cụ có độ cứng cao, chịu mài mòn cao, lựa chọn thông số cắt hợp lý để đảm bảo chất lượng và hiệu quả gia công.
• hình thành: Nó có thể được hình thành bằng cách rèn, cán và các quá trình khác, nhưng do khả năng chống biến dạng lớn nên nó có yêu cầu cao đối với thiết bị và quy trình xử lý.

Quá trình xử lý nhiệt

• Nói chung, quy trình xử lý nhiệt T6 được áp dụng, nhiệt độ xử lý dung dịch là khoảng 470oC và nhiệt độ xử lý lão hóa là khoảng 120oC. Bằng cách kiểm soát chính xác các thông số của quá trình xử lý nhiệt, có thể đạt được sự kết hợp tốt nhất giữa độ bền và độ dẻo dai.

Chống ăn mòn

• Khả năng chống ăn mòn của nhôm 7075 tương đối yếu, đặc biệt là trong môi trường có chứa ion clorua, nơi dễ xảy ra hiện tượng nứt ăn mòn do ứng suất. Mặc dù hàm lượng đồng cao giúp cải thiện độ bền nhưng nó lại làm giảm khả năng chống ăn mòn ở một mức độ nhất định. Trong quá trình sử dụng, việc xử lý bề mặt đặc biệt, chẳng hạn như sơn, anodizing, v.v., thường được yêu cầu để tăng cường khả năng chống ăn mòn và nên tránh càng nhiều càng tốt trong điều kiện môi trường dễ bị ăn mòn do ứng suất trong quá trình thiết kế.

Các trường ứng dụng

• Nó được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, như dầm máy bay, cánh, thiết bị hạ cánh và các bộ phận cấu trúc quan trọng khác; trong công nghiệp quân sự, nó được sử dụng để sản xuất các bộ phận của vũ khí và thiết bị; trong lĩnh vực thiết bị thể thao cao cấp, chẳng hạn như khung xe đạp và đầu gậy đánh gôn, đặc tính nhẹ và độ bền cao của nó được sử dụng để cải thiện hiệu suất sản phẩm.

5083 Nhôm

Thành phần hóa học

• Nguyên tố hợp kim chính là magie, ngoài ra nó còn chứa một lượng nhỏ mangan (Mn) và các nguyên tố khác. Hàm lượng magiê cao mang lại cho hợp kim khả năng chống ăn mòn và độ bền tốt.

Tính chất vật lý

• Mật độ khoảng 2,66g/cm3³, tương đối thấp trong số các vật liệu nhôm này. Nó có tính dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, hệ số giãn nở nhiệt vừa phải.

Tính chất cơ học

• Sức lực: Độ bền kéo có thể đạt khoảng 315MPa và cường độ năng suất khoảng 230MPa. Độ bền cao và có thể chịu được tải trọng kéo và uốn lớn.
• Độ cứng: Độ cứng Brinell khoảng 90HB và độ cứng có thể đáp ứng các yêu cầu ứng dụng kỹ thuật chung.
• độ dẻo dai: Nó có độ dẻo dai tuyệt vời, đặc biệt là trong môi trường nhiệt độ thấp, nó vẫn có thể duy trì độ dẻo dai tốt và không dễ bị gãy. Nó phù hợp cho một số dịp đòi hỏi hiệu suất nhiệt độ thấp.

Đặc điểm xử lý

• Hiệu suất hàn: Hiệu suất hàn là tuyệt vời, và có thể sử dụng nhiều phương pháp hàn khác nhau (như hàn hồ quang, hàn điện trở, v.v.) để hàn. Mối hàn có độ bền cao và chất lượng mối hàn tốt. Nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ phận kết cấu hàn.
• Cắt: Hiệu suất cắt tốt, dễ dàng gia công thành các bộ phận có hình dạng khác nhau.

Quá trình xử lý nhiệt

• Thông thường không thực hiện xử lý nhiệt để tăng cường và độ bền được cải thiện bằng cách làm cứng. Trong quá trình gia công nguội, chẳng hạn như cán nguội và kéo nguội, độ bền của hợp kim sẽ tăng dần trong khi vẫn duy trì độ dẻo và độ bền nhất định.

Chống ăn mòn

• Nhôm 5083 có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, đặc biệt là trong môi trường biển và môi trường chứa ion clorua. Thành phần của các nguyên tố hợp kim cho phép nó tạo thành màng oxit ổn định trên bề mặt, chống lại sự xói mòn của nước biển, nước mặn, v.v. một cách hiệu quả và là vật liệu lý tưởng cho đóng tàu, kỹ thuật hàng hải và các lĩnh vực khác. Ngay cả khi tiếp xúc với môi trường biển khắc nghiệt trong thời gian dài, nó vẫn có thể duy trì tính toàn vẹn cấu trúc tốt và độ ổn định hiệu suất.

Các trường ứng dụng

• Chủ yếu được sử dụng trong đóng tàu, kỹ thuật hàng hải, bình chịu áp lực, thiết bị điện lạnh và các lĩnh vực khác. Trong đóng tàu, nó được sử dụng để sản xuất các kết cấu thân tàu, sàn, vách ngăn, v.v.; trong kỹ thuật hàng hải, nó có thể được sử dụng để sản xuất các giàn khoan ngoài khơi, đường ống ngầm, v.v.; trong lĩnh vực bình chịu áp lực, do khả năng chống ăn mòn và hiệu suất hàn tốt, nó có thể được sử dụng để sản xuất các thùng chứa để lưu trữ các chất lỏng hoặc khí khác nhau; trong thiết bị làm lạnh, độ bền ở nhiệt độ thấp và khả năng chống ăn mòn của nó được sử dụng để sản xuất thùng xe tải đông lạnh, tấm tường kho lạnh, v.v.

Kết luận

Bốn vật liệu nhôm 6061-T6, 6063, 7075 và 5083 có sự khác biệt rõ ràng về thành phần hóa học, tính chất vật lý, tính chất cơ học, đặc tính xử lý, quy trình xử lý nhiệt, khả năng chống ăn mòn và lĩnh vực ứng dụng. Trong các ứng dụng kỹ thuật thực tế, cần phải xem xét và lựa chọn toàn diện vật liệu nhôm phù hợp dựa trên yêu cầu sử dụng cụ thể, chẳng hạn như độ bền, độ cứng, độ bền, khả năng chống ăn mòn, độ khó xử lý, chi phí và các yếu tố khác. Chỉ bằng cách này, lợi thế của vật liệu nhôm mới có thể được tận dụng tối đa để đáp ứng nhu cầu của các lĩnh vực và dự án kỹ thuật khác nhau, đồng thời thúc đẩy sự phát triển và tiến bộ của các ngành liên quan. Dù trong lĩnh vực công nghệ cao hàng không vũ trụ hay trong các ngành công nghiệp thông thường như trang trí xây dựng và sản xuất nhu yếu phẩm hàng ngày, những vật liệu nhôm này đều đóng một vai trò quan trọng và không thể thay thế. Với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ vật liệu, hiệu suất của chúng sẽ được tối ưu hóa và mở rộng hơn nữa, triển vọng ứng dụng của chúng sẽ rộng hơn.