Nhôm 1070: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn nhiệt độ tôi luyện & Ứng dụng

Tổng quan toàn diện

1070 là một thành viên của dòng hợp kim nhôm rèn 1xxx và được phân loại là nhôm thương mại tinh khiết với hàm lượng nhôm danh nghĩa đạt 99,7% theo khối lượng. Ký hiệu này cho thấy hàm lượng nguyên tố hợp kim rất thấp, khiến nó thuộc nhóm nhôm tinh khiết, không thể xử lý nhiệt, chủ yếu tăng cường độ bền bằng cách gia công nguội.

Thành phần hợp kim chính là lượng vi lượng sắt và silic cùng các mức rất nhỏ đồng, mangan, magiê, kẽm, crôm và titan tồn tại dưới dạng tạp chất còn sót lại hoặc được kiểm soát. Hợp kim được tăng cường chủ yếu thông qua quá trình làm cứng biến dạng (gia công nguội) thay vì quá trình kết tủa, và ủ dùng để phục hồi độ dẻo và tái kết tinh cấu trúc vi mô.

Đặc điểm chính của 1070 bao gồm dẫn điện và dẫn nhiệt hàng đầu trong các loại nhôm kết cấu, khả năng chống ăn mòn rất tốt trong nhiều môi trường, tính tạo hình xuất sắc trong trạng thái ủ và khả năng hàn đơn giản. Những đặc tính này làm cho hợp kim trở nên hấp dẫn trong các ngành như điện và phân phối điện, xử lý hóa chất, phản quang và chiếu sáng, các thành phần kiến trúc, và một số ứng dụng quản lý nhiệt ưu tiên dẫn điện hơn là độ bền cơ học.

Kỹ sư thường chọn 1070 thay vì các hợp kim có cường độ cao hơn khi yêu cầu dẫn điện tối đa, tính tạo hình vượt trội và khả năng chống ăn mòn quan trọng hơn so với sự cần thiết về độ bền cơ học cao. Hợp kim này được ưu tiên trong các ứng dụng cần tạo hình phức tạp, hàn thiếc hoặc liên kết các tiết diện mỏng và nơi môi trường làm việc hưởng lợi từ màng oxit ổn định cùng hoạt động điện hóa ít hơn so với các nhóm hợp kim khác.

Các biến thể độ cứng (Temper)

Temper	Cấp độ bền	Độ dãn dài	Khả năng tạo hình	Khả năng hàn	Ghi chú
O	Thấp	Cao	Xuất sắc	Xuất sắc	Trạng thái ủ hoàn toàn và tái kết tinh để đạt độ dẻo tối đa
H12	Trung bình-thấp	Trung bình	Tốt	Xuất sắc	Gia công nguội nhẹ, phổ biến cho kéo và tạo hình nhẹ
H14	Trung bình	Giảm	Tốt	Xuất sắc	Độ cứng vừa phải, cân bằng giữa cường độ và khả năng kéo dãn
H16	Trung bình-cao	Thấp-trung bình	Khá-tốt	Xuất sắc	Độ cứng ba phần tư, sử dụng cho độ cứng cao hơn trong tiết diện mỏng
H18	Cao	Thấp	Hạn chế	Xuất sắc	Độ cứng đầy đủ, tối đa hóa sức bền do gia công nguội, khả năng tạo hình hạn chế
H22/H24	Thay đổi	Thay đổi	Thay đổi	Xuất sắc	Độ cứng ổn định kết hợp quá trình hòa tan/biến dạng và kiểm soát ủ nhẹ

Độ cứng chủ yếu ảnh hưởng đến sự cân bằng giữa độ bền và độ dẻo của 1070 vì hợp kim không thể xử lý nhiệt; tăng gia công nguội sẽ làm tăng độ bền nhưng giảm độ dãn dài và khả năng tạo hình. Vì vậy, việc lựa chọn trạng thái temper chính là sự đánh đổi trực tiếp giữa độ cứng cơ học cần thiết khi sử dụng và mức độ tạo hình hoặc kéo dãn mà chi tiết phải trải qua.

Khả năng hàn giữ ở mức xuất sắc qua các temper vì không có pha kết tủa tăng cứng cần hòa tan, tuy nhiên hiện tượng làm mềm sau hàn do quá trình ủ cục bộ vùng đã gia công nguội có thể thay đổi hiệu suất cơ học tại chỗ và phải được tính đến trong thiết kế và gia công.

Thành phần hóa học

Nguyên tố	Phạm vi %	Ghi chú
Si	≤ 0.20	Tạp chất chính còn sót lại; kiểm soát để hạn chế độ bền và duy trì tính dẫn điện
Fe	≤ 0.40	Tạp chất phổ biến tạo thành hợp chất liên kim và ảnh hưởng đến đặc tính cơ học
Mn	≤ 0.03	Thông thường rất thấp; có thể ảnh hưởng nhẹ đến cấu trúc hạt nếu có mặt
Mg	≤ 0.03	Rất ít; mức thấp không gây quá trình kết tủa tăng cứng trong 1070
Cu	≤ 0.05	Giữ ở mức rất thấp để bảo tồn khả năng chống ăn mòn và dẫn điện
Zn	≤ 0.03	Mức tạp còn sót lại; hàm lượng kẽm cao hơn dùng cho các dòng hợp kim khác
Cr	≤ 0.03	Hàm lượng vi lượng có thể ảnh hưởng đến quá trình tái kết tinh ở mức rất thấp
Ti	≤ 0.03	Thường có mặt như chất tinh chỉnh hạt với lượng nhỏ được thêm có chủ ý
Khác (từng nguyên tố)	≤ 0.05	Tổng các nguyên tố khác được giữ thấp để duy trì độ tinh khiết cao của Al; phần còn lại là Al

Nhôm chiếm phần còn lại của thành phần (≈99,7%), và tổng lượng nguyên tố hợp kim thấp là đặc điểm nhận dạng của 1070. Các nguyên tố vi lượng và tạp chất ảnh hưởng đến kích thước hạt, hành vi tạo hình và độ ổn định của màng oxit tự nhiên; việc kiểm soát chặt chẽ các nguyên tố này đảm bảo dẫn điện cao và khả năng đáp ứng gia công nguội dự đoán được.

Đặc tính cơ học

Đặc trưng kéo của 1070 biểu hiện bằng giới hạn chảy thấp và giới hạn chịu kéo cuối cùng vừa phải trong trạng thái ủ, với khả năng tăng đáng kể thông qua gia công nguội. Giới hạn chảy thấp hơn khá nhiều so với các dòng hợp kim có pha hợp kim, vì vậy thiết kế phải cho phép chịu biến dạng lớn trước khi xảy ra chảy, và độ dãn dài trong trạng thái ủ thường cao, có lợi cho các công đoạn tạo hình và kéo sâu.

Độ cứng trong trạng thái ủ của 1070 thấp (mềm, dễ uốn) và tăng lên dần theo mức độ gia công nguội; độ cứng tỷ lệ thuận với các giá trị kéo và hữu ích cho kiểm soát quy trình trong các công đoạn đóng dập, uốn và tạo hình kéo giãn. Hiệu suất mỏi bị ảnh hưởng bởi điều kiện bề mặt và gia công nguội: khuyết tật bề mặt và các khe hở là yếu tố quyết định tuổi thọ mỏi ở các sản phẩm mỏng, trong khi gia công nguội có thể cải thiện độ bền mỏi nhưng đánh đổi độ dẻo.

Độ dày ảnh hưởng đáng kể đến các thông số cơ học vì cấu trúc hạt và lịch sử gia công lệ thuộc vào bề dày; tấm mỏng thường có khả năng tạo hình và độ dãn dài tốt hơn, trong khi tấm dày hơn có thể giữ độ dẻo thấp hơn và sức bền hơi cao hơn tùy theo lịch trình cán.

Đặc tính	O/Trạng thái ủ	Temper chủ yếu (ví dụ H14/H16)	Ghi chú
Giới hạn chịu kéo	~60–95 MPa	~110–180 MPa	Phụ thuộc mạnh vào mức độ gia công nguội và độ dày; phạm vi điển hình cho vật liệu cán
Giới hạn chảy	~20–45 MPa	~80–160 MPa	Giới hạn chảy ở 0.2% biến dạng phụ thuộc vào temper và lịch sử biến dạng trước đó
Độ dãn dài	~15–35%	~1–10%	Trạng thái ủ cho phép kéo sâu; gia công nguội làm giảm độ dẻo rõ rệt
Độ cứng (HB)	~15–35 HB	~30–65 HB	Độ cứng Brinell gần đúng; gia công nguội tăng độ cứng tỷ lệ với độ bền

Đặc tính vật lý

Đặc tính	Giá trị	Ghi chú
Mật độ	2.70 g/cm³	Điển hình cho hợp kim nhôm, hữu ích cho tính toán khối lượng và độ cứng
Phạm vi điểm nóng chảy	660–660.5 °C	Phạm vi nóng chảy rắn - lỏng hẹp cho nhôm tinh khiết cao
Độ dẫn nhiệt	220–240 W/(m·K)	Chất dẫn nhiệt xuất sắc, thuộc loại tốt nhất trong các hợp kim nhôm kết cấu
Độ dẫn điện	~60–64 % IACS	Độ dẫn điện cao cho ứng dụng phân phối điện và thanh cái
Nhiệt dung riêng	~0.90 J/(g·K)	Nhiệt dung cao hỗ trợ ứng dụng làm tản nhiệt và đệm nhiệt
Hệ số giãn nở nhiệt	~23.6 µm/(m·K)	Hệ số điển hình của nhôm; quan trọng trong thiết kế khớp nối chịu ứng suất nhiệt

Sự kết hợp giữa mật độ thấp và khả năng dẫn nhiệt/điện cao làm cho 1070 trở nên giá trị trong các ứng dụng ưu tiên khối lượng, truyền nhiệt hoặc tải dòng điện. Dữ liệu giãn nở nhiệt và dẫn nhiệt rất quan trọng khi thiết kế các cụm lắp ráp để kiểm soát ứng suất do chênh lệch hệ số giãn nở (CTE) và chu kỳ nhiệt trong électronique và kiến trúc.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Độ Dày/Kích Thước Tiêu Chuẩn	Đặc Tính Cơ Lực	Độ Ứng Dụng Thường Gặp	Ghi Chú
Tấm	0.2–6.0 mm	Độ bền tăng lên khi cán nguội	O, H12, H14, H16	Ứng dụng rộng rãi cho phản quang, đóng gói, mặt ngoài tấm panel
Tấm dày	>6.0 mm	Giới hạn; tấm dày hiếm hơn	O, H18	Được cung cấp nhưng ít phổ biến do hợp kim ít bền
Đùn	Hình biên dạng tới tiết diện lớn	Độ bền phụ thuộc vào gia công nguội tiếp theo	O, H14	Hình dạng đùn dùng cho thanh cái, khung kết cấu, bộ tản nhiệt
Ống	Ống thành mỏng đến thành dày	Gia công lạnh và kéo kiểm soát cơ tính	O, H14	Dùng trong hệ thống hóa chất và kiến trúc, dễ hàn/đồng bộ
Thanh / Que	Đường kính từ nhỏ đến lớn	Tăng độ bền nhờ kéo nguội	O, H12/H14	Thanh dẫn điện, nguyên liệu liên kết, chi tiết gia công đặc biệt

Tấm và sản phẩm mỏng là dạng thành phẩm phổ biến nhất của 1070, tối ưu cho gia công tạo hình và ứng dụng nhiệt/điện; tấm dày ít gặp do hợp kim cường độ cao hơn thường được ưu tiên cho kết cấu chịu tải. Dạng đùn và thanh sử dụng khi cần hình học biên dạng và dẫn điện, cơ tính chủ yếu được thiết lập sau qua gia công nguội và lựa chọn nhiệt độ tôi.

Các Mác Tương Đương

Tiêu Chuẩn	Mác	Khu Vực	Ghi Chú
AA	1070	USA	Phân loại theo hệ thống Aluminum Association cho nhôm tinh khiết thương mại
EN AW	1070	Europe	EN AW-1070 tương đương giới hạn thành phần trong tiêu chuẩn châu Âu
JIS	A1070	Japan	Mác tiêu chuẩn công nghiệp Nhật phù hợp với nhôm tinh khiết thương mại
GB/T	1070	China	Tiêu chuẩn Trung Quốc với giới hạn tạp chất và ứng dụng tương đương

Bảng tương đương thể hiện giới hạn hóa học tương tự nhưng có thể khác biệt về nồng độ tạp chất tối đa, nguyên tố vi lượng được phép, và phương pháp thử cơ tính theo tiêu chuẩn vùng. Sự khác biệt tinh tế này ảnh hưởng đến thu mua và kiểm soát chất lượng; trong các ứng dụng điện hoặc khả năng tạo hình quan trọng, kỹ sư nên xác thực dữ liệu chứng chỉ thử nghiệm so với tiêu chuẩn địa phương áp dụng.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

1070 có khả năng chống ăn mòn khí quyển tổng thể xuất sắc nhờ lớp oxit nhôm bền vững liên tục hình thành nhanh trên bề mặt khi tiếp xúc không khí. Trong môi trường công nghiệp trung tính hoặc ăn mòn nhẹ, hợp kim hoạt động tốt, và việc thiếu các nguyên tố hợp kim có tính ăn mòn mạnh giúp giảm nguy cơ ăn mòn cục bộ kích thích điện hóa trong nhiều cụm chi tiết.

Trong môi trường biển, 1070 thể hiện khả năng chống ăn mòn hợp lý, nhưng có thể xảy ra ăn mòn dạng lỗ (pitting) do chloride trên bề mặt bị nhiễm bẩn hoặc khe hẹp; vệ sinh bề mặt đúng cách, phủ bảo vệ hoặc anode hóa là các biện pháp phổ biến cho sử dụng ngoài khơi lâu dài. Nứt ăn mòn ứng suất không phải là vấn đề đáng kể với 1070 so với các hợp kim nhôm cường độ cao có xử lý nhiệt do cường độ thấp và không có pha tạo kết tủa cứng giòn khi chịu ứng suất kéo kết hợp môi trường ăn mòn.

Tương tác galvanic vẫn cần cân nhắc khi 1070 tiếp xúc với kim loại quí hơn như đồng hoặc thép không gỉ; mặc dù ít hoạt động hơn kẽm, khi làm vật liệu dẫn điện tiếp xúc kim loại khác, nên sử dụng lớp cách điện, phủ bảo vệ hoặc điện phân bảo vệ khi cần thiết. So với các hợp kim dòng 3xxx và 5xxx, 1070 thường có tính dẫn điện và nhiệt tốt hơn và khả năng chống ăn mòn tương đương hoặc nhỉnh hơn nhờ độ tinh khiết cao và lớp oxit ổn định.

Đặc Tính Gia Công

Khả năng hàn
1070 dễ dàng hàn bằng các phương pháp hồ quang phổ biến như TIG và MIG do không có pha kết tủa cứng cần hòa tan trong chu trình nhiệt, và tính chất kim loại hàn chủ yếu phụ thuộc vào loại vật liệu đắp và quy trình hàn. Dây đắp thường dùng gồm dây nhôm tinh khiết cao (ER1100) hoặc nhôm-silic (ER4043) để cải thiện độ lưu động; ER5356 (Al-Mg) được dùng khi cần tăng cường độ hàn, tuy nhiên chọn loại vật liệu đắp phù hợp ảnh hưởng đến tính dẫn điện và khả năng chống ăn mòn.

Nguy cơ nứt nóng thấp đối với 1070 nguyên chất, sạch, nhưng có thể tăng khi bị nhiễm bẩn, thiết kế mối nối không chuẩn hoặc tốc độ di chuyển mũi hàn quá nhanh; kiểm soát nhiệt lượng và hợp kim vật liệu đắp giúp giảm rỗ khí và nứt. Vùng ảnh hưởng nhiệt thường làm mềm vùng gia công nguội, gây giảm cứng cục bộ và cần lưu ý biến động cơ tính vùng này trong thiết kế sau khi hàn.

Khả năng gia công cơ khí
Gia công 1070 tương đối dễ nhưng cần chú ý độ dẻo cao và xu hướng tạo phoi dài liên tục dễ quấn vào dụng cụ và chi tiết gia công. Khuyến nghị dụng cụ cắt gồm mũi carbide hoặc thép tốc độ cao sắc bén với góc nghiêng dương để kiểm soát phoi, tốc độ cắt trung bình đến cao và dung dịch làm mát đầy đủ tránh hiện tượng bavia và trầy xước bề mặt. Chỉ số gia công cao hơn nhiều hợp kim nhôm nhưng kém hơn các hợp kim nhôm gia công tự do; các phương pháp như khoan từng bước và các bộ phá phoi thường được áp dụng.

Tốc độ mòn dụng cụ thấp hơn thép nhưng yêu cầu hệ thống gá cứng vững để đảm bảo bề mặt hoàn thiện và độ chính xác kích thước do vật liệu mềm và dễ biến dạng trước lưỡi cắt.

Khả năng tạo hình
Tính tạo hình là một trong những ưu điểm nổi trội của 1070, đặc biệt ở trạng thái O, cho phép kéo sâu, dập kéo và bán kính uốn lớn mà không bị nứt gãy. Bán kính uốn tối thiểu khuyến nghị thường là vài lần độ dày tấm ở trạng thái ủ (ví dụ 0.5–1× độ dày cho uốn khí O), trong khi bán kính lớn hơn cùng với kiểm soát độ đàn hồi phục hồi cần thiết ở các trạng thái làm cứng H bán cứng hoặc ba phần tư cứng. Gia công nguội tăng độ bền nhanh nhưng làm giảm giới hạn biến dạng cho phép, nên thường gia công tạo hình ở trạng thái O trước và sau đó làm cứng nhẹ nếu cần độ cứng lớn hơn khi sử dụng.

Đặc Tính Xử Lý Nhiệt

Như một thành viên của dòng 1xxx tinh khiết thương mại, 1070 không thể xử lý nhiệt và không đáp ứng với các quá trình xử lý hòa tan hoặc làm già ở nhiệt độ giống các hợp kim Al-Mg-Si hoặc Al-Cu. Độ bền được tạo và kiểm soát nhờ biến dạng dẻo (tôi nguội) trong quá trình gia công; các trạng thái nhiệt H thể hiện mức làm cứng biến dạng và các quá trình ủ ổn định kế tiếp.

Ủ hay làm mềm hoàn toàn (trạng thái O) đạt được bằng cách gia nhiệt tới nhiệt độ đủ để tái tinh thể hóa và hòa tan mạng disloca biến dạng, thường đi kèm làm nguội kiểm soát. Do không có pha tạo cứng nên không có quá trình làm già nhân tạo hay chu trình T6 như các hợp kim gia công nhiệt; tiếp xúc nhiệt chủ yếu dẫn đến làm mềm và mất cứng từ tôi nguội chứ không tạo cơ chế cứng mới.

Hiệu Suất Ở Nhiệt Độ Cao

1070 giữ được độ bền vừa phải ở nhiệt độ hơi nâng cao nhưng bị làm mềm đáng kể trên khoảng 150–200 °C do quá trình phục hồi và tái tinh thể giảm mật độ disloca. Đối với sử dụng lâu dài ở nhiệt độ cao hơn, hợp kim thiết kế đặc biệt cho nhiệt độ cao hoặc kết cấu cơ khí ổn định được ưu tiên, vì 1070 thiếu cơ chế tạo cứng nhờ kết tủa để duy trì độ bền.

Khả năng chống oxy hóa nhìn chung tốt nhờ lớp oxit ổn định trên nhôm, nhưng khả năng chống creep kém hơn so với hợp kim nhôm và hầu hết kim loại kỹ thuật khác, giới hạn 1070 trong các ứng dụng nhiệt độ thấp đến trung bình, nơi ưu tiên tính dẫn nhiệt và trọng lượng nhẹ. Mối hàn hoạt động ở nhiệt độ cao cần được đánh giá tình trạng làm mềm vùng ảnh hưởng nhiệt và biến đổi cơ tính theo thời gian.

Ứng Dụng

Công Nghiệp	Ví Dụ Chi Tiết	Lý Do Chọn 1070
Điện / Năng Lượng	Thanh cái, dải dẫn điện	Điện trở suất thấp và dễ tạo hình cho các hình dạng phức tạp
Quản Lý Nhiệt / Điện Tử	Bộ tản nhiệt, tấm lan truyền nhiệt	Dẫn nhiệt xuất sắc và trọng lượng nhẹ cho giải nhiệt
Chiếu Sáng / Phản Quang	Tấm phản quang đèn, đế gương	Độ phản chiếu cao, dễ mài bóng và tạo hình
Xử Lý Hóa Chất	Bồn chứa, lớp lót ống dẫn	Khả năng chống ăn mòn và dễ gia công cho hệ thống áp suất thấp
Kiến Trúc	Bộ bao che, tấm trang trí	Dễ tạo hình, hoàn thiện bề mặt và chống ăn mòn

1070 được lựa chọn trong các ứng dụng này vì sự kết hợp giữa độ dẫn điện cao, khả năng tạo hình tuyệt vời và chống ăn mòn vượt trội bù đắp cho độ bền vật liệu thấp đối với nhiều loại chi tiết. Thiết kế tận dụng khả năng tạo hình thành các hình dạng mỏng, phức tạp trong khi duy trì hiệu suất nhiệt và điện ổn định.

Thông tin lựa chọn

Chọn hợp kim 1070 khi tính dẫn điện hoặc dẫn nhiệt, khả năng tạo hình xuất sắc và khả năng chống ăn mòn vượt trội được ưu tiên hơn so với giới hạn chảy hay độ cứng kết cấu. Sử dụng trạng thái ủ O cho gia công dập sâu và tạo hình phức tạp, và chọn trạng thái H nhẹ khi cần tăng cường độ vừa phải mà không làm giảm tính hàn.

So với nhôm tinh khiết thương mại như 1100, 1070 thường có độ tinh khiết định danh và dẫn điện cao hơn một chút với khả năng tạo hình tương đương hoặc cải thiện nhẹ trong khi đánh đổi rất ít về độ bền. So với các hợp kim làm cứng do biến dạng như 3003 hoặc 5052, 1070 cung cấp độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao hơn cùng khả năng chống ăn mòn tương đương, nhưng độ bền cực đại thấp hơn; hợp kim này được chọn khi tính dẫn điện quan trọng hơn độ dai cơ học.

Khi so sánh với các hợp kim có thể xử lý nhiệt như 6061 hoặc 6063, 1070 được lựa chọn cho các ứng dụng đòi hỏi độ dẫn điện cao hơn và dễ tạo hình hơn mặc dù có độ bền cực đại thấp hơn đáng kể; hợp kim 1070 được ưu tiên trong các chi tiết nhiệt hoặc điện nơi vật liệu không cần chịu tải kết cấu lớn.

Tổng kết

Hợp kim 1070 vẫn là một vật liệu nhôm kỹ thuật quan trọng vì nó cân bằng độc đáo giữa độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao cùng khả năng tạo hình và chống ăn mòn xuất sắc, làm cho nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các chi tiết phi kết cấu nơi các tính chất này là yếu tố ưu tiên thiết kế.