Nhôm 1060: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn độ cứng & Ứng dụng

Tổng Quan Toàn Diện

1060 là một hợp kim nhôm trong dòng 1000, đại diện cho nhôm thương mại nguyên chất với hàm lượng nhôm tối thiểu khoảng 99,6%. Dòng này đặc trưng bởi việc bổ sung yếu tố hợp kim rất thấp và được phân loại là không thể xử lý nhiệt; độ bền cơ học chủ yếu đạt được thông qua làm cứng biến dạng và lựa chọn các trạng thái nhiệt luyện phù hợp.

Thành phần hợp kim chính có chủ ý trong 1060 chỉ tồn tại ở mức dấu vết: sắt và silic là các nguyên tố còn lại chủ yếu, trong khi đồng, mangan, magiê, kẽm, crôm và titan được giới hạn ở mức tối đa rất thấp. Việc thiếu các nguyên tố làm cứng dung dịch rắn chủ động khiến 1060 phụ thuộc vào làm nguội để tăng độ bền, giúp nó có tính dẻo và khả năng uốn dẻo tuyệt vời ở trạng thái anneal và đường cong tăng cường độ bền theo biến dạng có thể dự đoán được.

Các đặc điểm nổi bật của 1060 bao gồm khả năng chống ăn mòn xuất sắc trong nhiều môi trường, độ dẫn nhiệt và điện cao, khả năng hàn tuyệt vời và độ dẻo tốt ở trạng thái anneal. Hạn chế chính của hợp kim này là độ bền tương đối thấp so với các hợp kim cán khác, nhưng sự kết hợp giữa độ dẫn điện, độ tinh khiết và dễ gia công làm cho nó được ưa chuộng trong các ngành như dẫn điện, hóa chất, bao bì, ốp kiến trúc và bộ trao đổi nhiệt.

Kỹ sư chọn 1060 khi cần tối đa hóa độ dẫn điện, khả năng tạo hình hoặc khả năng chống ăn mòn hơn là tối đa hóa độ bền. Nó cũng được chọn khi yêu cầu độ tinh khiết kim loại cho hàn nhiệt, mạ hoặc tương thích hóa học, đồng thời có chi phí thấp và sẵn có rộng rãi dưới dạng tấm, cuộn và thanh nhôm đùn.

Biến Thể Nhiệt

Biến Thể	Cấp Độ Bền	Độ Dài Ra	Khả Năng Tạo Hình	Khả Năng Hàn	Ghi Chú
O	Thấp	Cao (20–35%)	Xuất Sắc	Xuất Sắc	Hoàn toàn ủ mềm, dẻo dai tối đa
H12	Thấp – Trung Bình	Trung Bình (10–20%)	Rất Tốt	Xuất Sắc	Làm cứng nhẹ, giữ được khả năng tạo hình tốt
H14	Trung Bình	Trung Bình (6–15%)	Tốt	Xuất Sắc	Biến thể làm nguội thương mại phổ biến cho tấm
H18	Trung Bình – Cao	Thấp (2–8%)	Trung Bình	Xuất Sắc	Làm cứng hoàn toàn bằng biến dạng lạnh, hạn chế tạo hình
H24	Trung Bình	Thấp Hơn (4–10%)	Giới Hạn	Xuất Sắc	Làm cứng biến dạng sau đó ủ mềm một phần
H19	Cao	Rất Thấp (≤5%)	Kém	Xuất Sắc	Làm cứng biến dạng tối đa cho các ứng dụng cần tiết diện mảnh và cứng

Biến thể nhiệt ảnh hưởng chủ yếu đến độ bền và độ dẻo của 1060 vì các thành phần hợp kim rất ít và không có khả năng làm cứng kết tủa qua xử lý nhiệt. Làm nguội biến dạng (các biến thể H) làm tăng dần giới hạn chảy và độ bền kéo nhưng giảm độ dẻo và khả năng tạo hình, cho phép lựa chọn giữa khả năng tạo hình xuất sắc (O) và độ cứng hoặc độ đàn hồi cao hơn (H18/H19).

Khả năng hàn vẫn tốt ở hầu hết các biến thể vì hợp kim chủ yếu là nhôm nguyên chất, tuy nhiên vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) có thể làm giảm cục bộ độ bền làm cứng do biến dạng; thiết kế cần phải tính tới hiện tượng làm mềm vùng gần mối hàn khi sử dụng các biến thể H.

Thành Phần Hóa Học

Nguyên Tố	Phạm Vi %	Ghi Chú
Al	Cân Bằng (~99,6 min)	Thành phần chính; quyết định độ dẫn và khả năng chống ăn mòn
Si	≤ 0,25	Tạp chất còn lại; ảnh hưởng độ chảy khi đúc hợp kim khác
Fe	≤ 0,35	Tạp chất phổ biến nhất; có thể giảm độ dẻo và hơi giảm độ dẫn
Mn	≤ 0,03	Rất thấp; gần như không làm tăng cường độ
Mg	≤ 0,03	Không đáng kể cho làm cứng dung dịch rắn trong 1060
Cu	≤ 0,05	Giảm tối đa để giữ khả năng chống ăn mòn và độ dẫn
Zn	≤ 0,03	Giữ thấp để tránh thay đổi độ bền và ăn mòn điện hóa
Cr	≤ 0,03	Dư lượng; có thể ảnh hưởng nhẹ đến cấu trúc hạt
Ti	≤ 0,03	Thường dùng lượng nhỏ để tinh luyện hạt trong một số sản phẩm
Khác	≤ 0,15 (tổng cộng)	Các tạp chất còn lại; được kiểm soát nghiêm ngặt để duy trì độ tinh khiết

Thành phần gần như nhôm nguyên chất với lượng tạp chất kiểm soát chặt chẽ giúp duy trì độ dẫn điện và nhiệt cao cùng khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Ngay cả sự tăng nhỏ về hàm lượng sắt hoặc silic cũng làm giảm độ dẻo và độ dẫn; do đó, các thông số kỹ thuật 1060 quy định giới hạn tạp chất nghiêm ngặt để đảm bảo hiệu suất đồng đều cho các ứng dụng nhạy cảm về độ dẫn và tương thích hóa học.

Tính Chất Cơ Học

Trong tính chất kéo, 1060 anneal thể hiện giới hạn chảy thấp và độ bền kéo thấp với độ dãn dài rất cao, cho phép khả năng sâu rút và tạo hình phức tạp tuyệt vời. Làm nguội biến dạng (biến thể H) làm tăng dần giới hạn chảy và độ bền kéo trong khi giảm độ dãn dài; phản ứng làm cứng biến dạng có thể dự đoán và gần như tuyến tính, thuận tiện cho tính toán thiết kế liên quan đến độ đàn hồi ngược và ứng suất dư.

Độ cứng của vật liệu anneal thấp và thông thường tăng khi làm cứng biến dạng; giá trị độ cứng Brinell hoặc Vickers tỷ lệ thuận với độ bền kéo. Độ bền mỏi bị giới hạn bởi độ bền thấp vốn có và phụ thuộc mạnh vào điều kiện bề mặt, ứng suất dư tạo ra trong quá trình gia công, và hiện diện các khuyết tật; bề mặt được đánh bóng và anode hóa sẽ cải thiện tuổi thọ mỏi.

Chiều dày có vai trò kép: độ dày mỏng hơn đạt được ủ mềm hoàn toàn và tính chất cơ học đồng nhất hơn sau gia công, trong khi tiết diện dày hơn có thể chứa nhiều ứng suất dư và tính không đồng nhất từ quá trình cán hoặc đùn, điều này làm tăng nhẹ độ bền tối thiểu nhưng có thể giảm độ dãn đồng đều.

Tính Chất	O/Anneal	Biến Thể Chính (ví dụ H14/H18)	Ghi Chú
Độ Bền Kéo	70–105 MPa	120–180 MPa	Giá trị thay đổi theo độ dày và mức làm cứng biến dạng
Giới Hạn Chảy	25–60 MPa	80–140 MPa	Giới hạn chảy tăng mạnh khi làm nguội biến dạng
Độ Dài Ra	20–35%	2–15%	Anneal cho độ dãn dài tối đa; biến thể H đánh đổi dẻo lấy bền
Độ Cứng	20–35 HB	30–55 HB	Độ cứng tương quan với độ bền kéo; vật liệu anneal rất mềm

Tính Chất Vật Lý

Tính Chất	Giá Trị	Ghi Chú
Mật Độ	2,70–2,71 g/cm³	Điển hình cho hợp kim nhôm tinh khiết cao
Nhiệt Độ Nóng Chảy	~660–657 °C	Phạm vi rắn-lỏng hẹp cho nhôm nguyên chất; điểm nóng chảy gần 660 °C
Độ Dẫn Nhiệt	~220–237 W/m·K	Rất cao, thấp hơn nhôm nguyên chất một chút tùy tạp chất
Độ Dẫn Điện	~58–61 %IACS	Độ dẫn cao phù hợp cho thanh dẫn và ứng dụng dẫn điện
Nhiệt Trưởng Thành Riêng	~897 J/kg·K (0,897 J/g·K)	Điển hình cho nhôm gần nhiệt độ phòng
Hệ Số Nở Nhiệt	~23,4 ×10⁻⁶ /K	Hệ số cao; quan trọng trong thiết kế chịu biến đổi nhiệt độ

Bộ tính chất vật lý của 1060 làm cho nó trở nên hấp dẫn trong các ứng dụng cần tản nhiệt hoặc dẫn điện là yêu cầu chủ đạo. Nhà thiết kế cần lưu ý hệ số nở nhiệt khá cao khi kết hợp với vật liệu khác để tránh biến dạng do dao động nhiệt độ.

Thành phần gần như nguyên chất giữ cho độ dẫn nhiệt và điện gần bằng nhôm nguyên tố, vì vậy 1060 thường là lựa chọn cho các bộ tản nhiệt, tản nhiệt phụ và các bộ phận dẫn dòng điện nơi các hợp kim khác có tạp chất sẽ làm giảm hiệu suất.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Độ Dày/Kích Thước Điển Hình	Hành Vi Độ Bền	Biến Thể Thông Dụng	Ghi Chú
Tấm	0,2–6,0 mm	Độ bền đồng đều, dễ làm nguội biến dạng	O, H12, H14, H18	Sử dụng rộng rãi cho ốp, bao bì và sâu rút
Đĩa (Plate)	>6,0 đến 50 mm	Độ bền đồng đều thấp hơn ở tiết diện dày	O	Đĩa dày dùng cho bồn chứa hóa chất và tấm ốp kiến trúc
Đùn (Extrusion)	Tiết diện hình học biên dạng	Độ bền thay đổi theo làm nguội và làm cứng	O, H12	Thanh đùn giữ độ dẫn cao và dùng trong cấu trúc truyền nhiệt
Ống	Đường kính 6–300 mm	Tương tự tấm; có thể hàn hoặc liền mối	O, H14	Dùng cho bộ trao đổi nhiệt, ống dẫn và hệ thống dẫn khí
Thanh / Tròn	Ø 4–100 mm	Phù hợp cho rèn và đột lạnh	O, H12, H14	Dùng làm chốt truyền nhiệt và thanh dẫn điện

Tấm và cuộn là dạng sản phẩm chủ lực, thường được gia công với dung sai độ dày chặt chẽ và bề mặt đồng đều phù hợp cho anod hóa. Thanh đùn và ống cần kiểm soát chặt thành phần hóa học và quá trình làm nguội để giảm ứng suất dư và giữ ổn định kích thước cho bộ lắp ráp.

Việc lựa chọn dạng và trạng thái tôi luyện được quyết định bởi các tính chất cuối cùng cần thiết: các chi tiết dập sâu ưu tiên dùng tấm đã tôi annealed, các ứng dụng chịu tải nhưng yêu cầu độ cứng mỏng có thể cần trạng thái tôi H, và các biên dạng tản nhiệt đùn thường sử dụng hợp kim ở trạng thái đùn nguyên bản hoặc tôi luyện nhẹ để cân bằng dẫn nhiệt với ổn định kích thước.

Các Mác Tương Đương

Tiêu chuẩn	Mác	Khu vực	Ghi chú
AA	1060	USA	Định danh ASTM và AMS cho nhôm tinh khiết thương mại
EN AW	1060 (Al99.6)	Châu Âu	Tiêu chuẩn EN quy định hàm lượng Al tối thiểu 99.6%
JIS	A1050 / A1060	Nhật Bản	Tương đương JIS cho các mác nhôm tinh khiết cao
GB/T	1060	Trung Quốc	Số hiệu GB Trung Quốc thường trùng khớp với mã hợp kim thanh nguội

Các mác tương đương giữa các tiêu chuẩn có thành phần tương đồng về cơ bản nhưng có thể khác biệt nhẹ về giới hạn tạp chất, quy trình cấp chứng nhận và dạng sản phẩm. Người dùng khi chỉ định tính tương đương đa tiêu chuẩn nên kiểm tra kỹ dung sai hóa học và cơ học chi tiết cùng tiêu chuẩn sản phẩm (tấm, bản, đùn) để đảm bảo khả năng thay thế hoàn toàn. Việc có tài liệu truy xuất nguồn gốc và chứng nhận là khuyến cáo khi vật liệu thay thế sẽ được dùng trong ứng dụng điện hoặc hóa chất.

Khả năng Chống Ăn Mòn

1060 có khả năng chống ăn mòn khí quyển rất tốt và hoạt động hiệu quả trong nhiều môi trường công nghiệp và đô thị nhờ màng oxit nhôm bền vững, bám chắc trên bề mặt giúp thụ động hóa. Trong các môi trường ăn mòn nhẹ và nhiều ứng dụng hóa chất, hàm lượng đồng và kẽm thấp trong hợp kim làm giảm xu hướng galvanic và ăn mòn điểm, kéo dài tuổi thọ hơn nhiều hợp kim có cường độ cao hơn với hàm lượng đồng đáng kể.

Trong môi trường biển hoặc chứa clo, 1060 hoạt động khá tốt so với các hợp kim kết cấu phổ biến, mặc dù nhôm là anodic so với nhiều kim loại khác và sẽ bị ăn mòn galvanic nếu tiếp xúc trực tiếp với vật liệu cathodic hoạt động mà không được cách ly đúng cách. Nứt ăn mòn ứng suất không phải là nguyên nhân phá hủy phổ biến với 1060 trong điều kiện sử dụng thông thường do hợp kim mềm và thường không bị làm việc lạnh nhiều; tuy nhiên, việc nhạy cảm hóa không áp dụng đối với 1060 như với một số thép và hợp kim nhôm cường độ cao.

So với các hợp kim dòng 3xxx và 5xxx, 1060 cung cấp khả năng chống ăn mòn tương đương hoặc tốt hơn trong môi trường trung tính và hơi axit nhờ không có lượng đồng hoặc magiê đáng kể, nhưng không cung cấp khả năng bảo vệ anod hy sinh mà một số hệ phủ hoặc hợp kim khác có thể có trong môi trường chứa clo ăn mòn cao.

Tính Chất Gia Công

Khả năng hàn

1060 hàn rất tốt với các phương pháp hàn nhiệt phổ biến như TIG và MIG vì đây là hợp kim nhôm gần như thuần khiết và ít bị nứt nóng như một số hợp kim cường độ cao. Các kim loại đắp như 1100, 4043 (Al-Si) hoặc 5356 (Al-Mg) thường được dùng tùy thuộc vào yêu cầu độ dẻo, khả năng chống ăn mòn và hoàn thiện sau hàn; 4043 giúp giảm nguy cơ nứt nóng trong một số dạng hình học.

Các vùng ảnh hưởng nhiệt vùng hàn sẽ làm giảm cục bộ độ bền làm cứng do làm việc trước đó, vì vậy người thiết kế cần lưu ý về các vùng mềm bên cạnh mối hàn trên chi tiết có trạng thái tôi H. Tiền nhiệt hiếm khi cần cho tấm mỏng nhưng có thể được áp dụng cho tiết diện dày để tránh sự chênh nhiệt và biến dạng.

Khả năng gia công cơ khí

Khả năng gia công cơ khí của 1060 thuộc mức trung bình đến thấp so với các hợp kim nhôm chuyên dụng cho gia công tự do; vật liệu mềm và dễ bị dàn trải chứ không bị gãy vụn nên cần dụng cụ sắc và chiến lược tạo phoi tích cực. Dụng cụ cacbua với góc lưỡi dương và chuẩn bị mép cắt tốt cho kết quả gia công tốt nhất, còn dùng dung dịch làm mát hoặc bôi trơn giúp giảm mối hàn mép làm việc và cải thiện bề mặt cho các chi tiết dung sai chặt chẽ.

Tốc độ cắt có thể khá cao so với thép, nhưng kiểm soát phoi và giảm rung rất quan trọng do phoi dẻo dễ gây rối; thiết kế cắt phoi và sử dụng tốc độ nạp cao để tạo phoi phân đoạn là thực hành phổ biến.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình là một trong những đặc tính mạnh nhất của 1060 ở trạng thái O, với đặc điểm dập sâu, uốn và kéo giãn rất tốt nhờ độ dãn dài đồng đều cao và giới hạn chảy thấp. Bán kính uốn nhỏ nhất thường là 0.5–1.0× độ dày tấm đối với nhiều thao tác tạo hình, và hợp kim chịu được bán kính nhỏ và hình học phức tạp với nguy cơ nứt tối thiểu.

Làm việc lạnh là cơ chế tăng cường chính và có thể dùng để điều chỉnh độ đàn hồi hồi phục và độ cứng sau tạo hình, nhưng khi đã tôi cứng, hợp kim mất đi đáng kể độ dẻo và kém thuận lợi cho tạo hình thứ cấp; người thiết kế phải sắp xếp trình tự các bước tạo hình và làm cứng ứng suất cẩn thận.

Hành Vi Xử Lý Nhiệt

1060 được phân loại là hợp kim không thể xử lý nhiệt; nó không trải qua quá trình tạo kết tủa làm cứng và do đó không thể tăng cường độ cứng bằng các chu trình tôi luyện và ủ già. Việc điều chỉnh độ bền được thực hiện thông qua làm việc lạnh có kiểm soát để tạo mật độ lệch hoặc bằng cách thực hiện tôi hoàn toàn để trả vật liệu về trạng thái O với độ dẻo tối đa.

Chu trình tôi annealing cho 1060 thường được tiến hành ở nhiệt độ trong khoảng 300–415°C tùy độ dày tiết diện và thời gian, sau đó làm nguội có kiểm soát để tránh biến dạng; quá trình này khôi phục độ dẻo bằng cách thúc đẩy tái kết tinh và giảm mật độ lệch. Bởi vì xử lý nhiệt không tạo kết tủa tôi cứng, nên các trạng thái được mô tả qua sự kết hợp giữa làm cứng ứng suất và ổn định bằng nhiệt (các trạng thái H biểu thị mức độ làm cứng ứng suất).

Hiệu Suất Ở Nhiệt Độ Cao

1060 giảm mạnh về độ bền khi nhiệt độ làm việc tăng cao; mất đáng kể hiệu năng cơ học trên ~150–200°C do quá trình phục hồi và làm mềm làm giảm mật độ lệch. Đối với hoạt động lâu dài ở nhiệt độ cao, người thiết kế thường giới hạn vận hành liên tục dưới ~100–120°C để bảo toàn tính chất cơ học và tránh biến dạng creep ở các chi tiết chịu tải.

Quá trình oxy hóa nhôm ở nhiệt độ cao tạo thành lớp oxit bảo vệ mỏng nhưng không cung cấp khả năng bảo vệ kết cấu chống ăn mòn trong môi trường oxy hóa hoặc chứa clo; độ mềm vùng ảnh hưởng nhiệt gần các phần tiếp xúc nhiệt cao phải được xem xét kỹ trong các cụm hàn hoặc hàn rã.

Ứng Dụng

Ngành công nghiệp	Ví dụ linh kiện	Lý do sử dụng 1060
Điện	Thanh dẫn, dây dẫn, dải thu dòng	Độ dẫn điện cao, hàm lượng tạp chất thấp
Hóa chất & Thực phẩm	Bồn chứa, ống dẫn, lớp lót	Chống ăn mòn và tương thích hóa học
HVAC / Truyền nhiệt	Cánh tản nhiệt, cánh thiết bị trao đổi nhiệt	Dẫn nhiệt cao và dễ tạo hình
Kiến trúc	Tấm ốp, tấm trần	Dễ tạo hình, hoàn thiện bề mặt, chống ăn mòn
Đóng gói tiêu dùng	Giấy bạc, hộp đựng	Độ tinh khiết cao, dễ uốn, an toàn tiếp xúc thực phẩm

1060 thường được lựa chọn khi tính dẫn điện, chống ăn mòn và khả năng tạo hình là yếu tố quyết định hơn là cường độ cơ học đỉnh. Sự đa dạng về dạng tấm, cuộn và đùn cùng với phản ứng làm việc lạnh dự đoán được và dễ dàng gia công nối ghép giúp hợp kim này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.

Gợi ý Lựa chọn

1060 là lựa chọn hợp lý khi ưu tiên khả năng dẫn điện hoặc dẫn nhiệt cùng khả năng tạo hình vượt trội hơn cường độ. Đối với các sản phẩm như thanh dẫn, cánh tản nhiệt, bình dập sâu và lớp lót tương thích hóa học, độ tinh khiết và hàm lượng tạp chất thấp làm cho hợp kim này phù hợp hơn nhiều lựa chọn hợp kim khác.

So với nhôm tinh khiết thương mại 1100, 1060 thường có độ dẫn điện tương đương và hàm lượng nhôm tối thiểu cao hơn một chút khi được chỉ định, đổi lấy sự khác biệt nhỏ về giới hạn tạp chất và chi phí; người thiết kế nên lựa chọn dựa trên giới hạn chứng nhận cụ thể. So với các hợp kim làm cứng bằng làm việc như 3003 hoặc 5052, 1060 thường cung cấp khả năng dẫn điện tốt hơn và khả năng chống ăn mòn bằng hoặc tốt hơn nhưng cường độ làm việc thấp hơn, nên được ưu tiên khi tạo hình hoặc dẫn điện quan trọng hơn khả năng chịu lực. So với hợp kim xử lý nhiệt như 6061, 1060 có độ bền đỉnh thấp hơn nhiều nhưng khả năng dẫn điện và tạo hình vượt trội, làm cho nó là vật liệu ưu tiên khi ghép nối, hàn rã hoặc truyền nhiệt là những yếu tố thiết kế hàng đầu.

Tổng kết

1060 vẫn là hợp kim nền tảng cho các ứng dụng đòi hỏi độ tinh khiết, dẫn điện, chống ăn mòn và khả năng tạo hình xuất sắc hơn là cường độ cao. Phản ứng làm việc lạnh dự đoán được, sự đa dạng về dạng sản phẩm cũng như dễ dàng gia công giữ cho 1060 có vị trí quan trọng trong các ngành điện, hóa chất, kiến trúc và kỹ thuật truyền nhiệt ngay cả trong danh mục vật liệu hiện đại.