Nhôm 1080: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn nhiệt luyện & Ứng dụng

Tổng Quan Toàn Diện

1080 là một thành viên của dãy hợp kim nhôm 1xxx, thuộc nhóm nhôm thương mại tinh khiết, trong đó hàm lượng nhôm thường đạt tối thiểu 99,80%. Dãy 1xxx đặc trưng bởi lượng pha hợp kim rất thấp và được phân loại dựa trên độ tinh khiết cao thay vì sự tăng cường cơ lý do pha hợp kim. Các nguyên tố hợp kim chính và tạp chất trong 1080 chỉ xuất hiện ở mức vết và bao gồm silic, sắt, mangan, đồng, magiê, kẽm, crôm và titan; những nguyên tố này thường tồn tại ở mức phần nghìn và được kiểm soát nhằm duy trì độ dẫn điện và khả năng chống ăn mòn cao.

Hợp kim này không thể xử lý nhiệt để tăng cường cơ học và chủ yếu có được độ bền cơ nhờ làm mềm trong dung dịch rắn ở mức tạp chất rất thấp và do quá trình làm cứng biến dạng (gia công nguội) khi biến dạng. Những đặc tính chính của 1080 bao gồm độ dẫn điện và nhiệt tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn khí quyển ưu việt, độ dễ tạo hình tốt trong trạng thái ủ và khả năng hàn rất tốt khi chọn đúng vật liệu hàn phụ. Hạn chế chính của nó là độ bền tuyệt đối thấp và khả năng chịu mỏi giới hạn so với các loại nhôm hợp kim.

Các ngành công nghiệp điển hình sử dụng 1080 bao gồm truyền tải điện và sản phẩm dẫn điện, thiết bị chế biến hóa chất và thực phẩm, ứng dụng kiến trúc và các bộ phận truyền nhiệt đòi hỏi độ dẫn cao. Các kỹ sư lựa chọn 1080 khi ưu tiên độ dẫn điện, khả năng chống ăn mòn và độ dễ tạo hình hơn là độ bền cơ học, hoặc khi độ tinh khiết cao mang lại ưu thế về mặt luyện kim hoặc điều kiện bề mặt trong quá trình gia công và hoàn thiện.

1080 được chọn thay cho các hợp kim khác khi yêu cầu pha hợp kim tối thiểu và độ dẻo dai tối đa, hoặc khi cần tối ưu hiệu suất điện/ nhiệt trong khi vẫn giữ được tính gia công tốt. Các nhà thiết kế thường ưu tiên 1080 cho các chi tiết cần dập sâu hoặc tạo hình phức tạp, hoặc để đảm bảo tính tương thích luyện kim với các quy trình nhạy cảm với nguyên tố hợp kim.

Biến Thể Độ Cứng (Temper)

Temper	Cấp Độ Bền	Độ Dãn	Khả Năng Tạo Hình	Khả Năng Hàn	Ghi Chú
O	Thấp	Cao (30–45%)	Tuyệt vời	Tuyệt vời	Ủ mềm hoàn toàn, độ dẻo tối đa
H12	Thấp - Trung bình	Trung bình (15–30%)	Rất tốt	Tuyệt vời	Làm cứng nhẹ, tăng độ cứng
H14	Trung bình	Trung bình - Thấp (10–20%)	Tốt	Tuyệt vời	Temper làm cứng bán thương mại điển hình
H16	Trung bình - Cao	Thấp hơn (8–15%)	Khá	Tuyệt vời	Bán cứng ¾, bền hơn nhưng khó tạo hình hơn
H18	Cao	Thấp (3–10%)	Hạn chế	Tuyệt vời	Cứng hoàn toàn, độ bền tối đa do làm cứng nguội
H111	Thấp (được làm mềm)	Cao (25–40%)	Tuyệt vời	Tuyệt vời	Temper nhẹ nhàng điều chỉnh nhằm giảm ứng suất biến dạng nhỏ

Biến thể độ cứng ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự đánh đổi giữa độ bền và độ dẻo dai của 1080 do hợp kim này không thể xử lý lão hóa (age-hardening). Độ cứng O ủ mềm mang lại khả năng tạo hình tối ưu và độ dẫn cao nhất, rất thích hợp cho các ứng dụng dập sâu và điện. Việc tăng số H (làm cứng biến dạng) làm tăng giới hạn chảy và giới hạn bền kéo đồng thời giảm độ dãn và khả năng tạo hình; lựa chọn temper là sự cân bằng giữa các thao tác tạo hình và yêu cầu độ cứng khi sử dụng.

Thành Phần Hóa Học

Nguyên Tố	Phạm Vi %	Ghi Chú
Al	Còn lại (≥99.80)	Nền nhôm, phần còn lại của thành phần
Si	≤0.03	Tạp chất được kiểm soát; làm giảm nhẹ nhiệt độ nóng chảy và tính lưu động
Fe	≤0.12	Tạp chất phổ biến nhất; ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể
Mn	≤0.03	Chất làm tinh grain nhỏ, tăng cường dung dịch rắn hạn chế
Mg	≤0.03	Chỉ dấu vết; ảnh hưởng tăng cường rất nhỏ
Cu	≤0.03	Giữ rất thấp nhằm bảo vệ khả năng chống ăn mòn
Zn	≤0.03	Tạp chất ở mức dấu vết; ảnh hưởng rất nhỏ đến tính chất điện
Cr	≤0.03	Rất thấp; có thể hỗ trợ ổn định tinh thể với lượng nhỏ
Ti	≤0.03	Liều lượng rất nhỏ dùng để kiểm soát kích thước hạt
Khác (từng nguyên tố)	≤0.05	Tổng tạp chất thường ≤0,20%

Bảng thành phần nhấn mạnh rằng 1080 là nhôm tinh khiết về cơ bản với các nguyên tố tạp được kiểm soát nghiêm ngặt ở mức vết. Lượng thấp các nguyên tố chuyển tiếp và hợp kim bảo toàn độ dẫn điện và nhiệt và giữ đặc tính mềm dẻo khi gia công nguội. Một lượng nhỏ sắt, silic hoặc titan hoạt động như chất tinh grain hoặc ảnh hưởng đến quá trình nóng chảy/đông đặc, nhưng không đủ để tạo ra tăng cường kết tủa đáng kể.

Tính Chất Cơ Học

1080 thể hiện hành vi điển hình của dòng nhôm thương mại tinh khiết: độ bền chảy và bền kéo thấp ở trạng thái ủ mềm và tăng dần theo mức độ làm cứng biến dạng. Cường độ kéo có tính dẻo trong temper O, với độ dãn đều đáng kể và vùng biến dạng rộng, hỗ trợ cho các thao tác tạo hình như dập sâu và quay. Trong các temper làm cứng biến dạng, giới hạn chảy và giới hạn bền kéo tăng đáng kể trong khi độ dãn giảm, ảnh hưởng đến khả năng tạo hình và hành vi khởi phát vết nứt mỏi.

Giới hạn chảy thấp ở trạng thái ủ mềm và tăng gần như tỷ lệ thuận với mức độ biến dạng trong các temper H; đây là con đường tăng cường có thể dự đoán và kiểm soát được cho kỹ sư thiết kế. Giá trị độ cứng cũng tương ứng thấp ở điều kiện O và tăng theo các temper H12–H18; độ cứng Brinell hoặc Vickers tương quan tốt với độ bền kéo để xác nhận vật liệu. Khả năng chịu mỏi là trung bình—giới hạn chịu mỏi thấp hơn nhôm hợp kim và nhạy cảm với điều kiện bề mặt, mức làm cứng nguội và các tập trung ứng suất.

Tính chất	O/Ủ mềm	Temper chính (H14)	Ghi chú
Độ bền kéo (MPa)	~70–110	~120–160	Phạm vi O rộng tùy theo quá trình; H14 cung cấp độ bền trung bình thực tế
Giới hạn chảy (MPa)	~25–45	~80–120	Giới hạn chảy tăng mạnh với làm cứng nguội; tỷ lệ yield/tensile thay đổi theo temper
Độ dãn (%)	~30–45	~10–20	Độ dẻo tuyệt vời trong temper O, giảm trong các temper H
Độ cứng (HB)	~15–25	~30–45	Độ cứng tăng theo làm cứng biến dạng và tương quan với độ bền

Giá trị cung cấp là phạm vi điển hình cho tấm và bản được sản xuất thương mại; các điều kiện ủ theo nhà cung cấp, độ dày và quá trình gia công sẽ ảnh hưởng đến số liệu chính xác. Độ dày và lịch sử gia công là nhân tố chính xác định phổ tính chất cơ học cuối cùng, và cần kiểm tra bằng chứng nhận vật liệu và thử mẫu đối với các ứng dụng quan trọng.

Tính Chất Vật Lý

Tính chất	Giá trị	Ghi chú
Mật độ	2.70 g/cm³	Điển hình cho các hợp kim nhôm gần tinh khiết
Phạm vi nóng chảy	660–660.5 °C	Nhiệt độ nóng chảy nhôm gần tinh khiết; phạm vi nóng chảy hẹp
Độ dẫn nhiệt	~220–240 W/m·K (25°C)	Chất dẫn nhiệt tuyệt vời; giảm nhẹ so với giá trị cực tinh khiết
Độ dẫn điện	~58–62 % IACS	Độ dẫn điện cao hỗ trợ các ứng dụng dẫn điện và tiếp xúc
Nhiệt dung riêng	~0.897 kJ/kg·K (897 J/kg·K)	Giá trị nhiệt dung riêng cao, đặc trưng nhôm
Hệ số giãn nở nhiệt	~23 ×10⁻⁶ /K (20–100°C)	Hệ số trung bình; quan trọng trong thiết kế nhiệt và kết nối

Tính chất vật lý của 1080 làm cho hợp kim này rất thích hợp cho các ứng dụng nhiệt và điện nơi ưu tiên khả năng dẫn và hiệu quả khối lượng. Sự kết hợp giữa mật độ thấp và độ dẫn nhiệt cao mang lại khả năng dẫn nhiệt riêng tốt dùng cho bộ tản nhiệt và bộ phân phối nhiệt. Hiệu suất dẫn điện đặt 1080 vào nhóm lựa chọn tốt cho thanh cái, đầu nối và dây dẫn điện áp thấp khi độ bền cơ không phải là ưu tiên chính.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Chiều dày/Kích thước điển hình	Hành vi cơ lý	Độ tôi thường gặp	Ghi chú
Tấm	0.15 mm – 6 mm	Độ bền thay đổi theo độ tôi và độ dày	O, H12, H14	Dạng chủ đạo dùng cho kéo dãn, dập và ốp phủ
Phiến	6 mm – trên 50 mm	Độ dày làm giảm hiệu quả làm việc nguội	O, H111	Dùng khi cần tiết diện dày hoặc độ cứng kết cấu cao
Đùn	Hồ sơ dài đến vài mét	Bị giới hạn bởi độ bền hợp kim thấp cho các chi tiết chịu tải lớn	O, H12	Dùng cho biên dạng trang trí, vỏ bọc, tản nhiệt
Ống	Độ dày thành 0.5 mm – đường kính lớn	Tính chất cơ học phụ thuộc vào phương pháp tạo hình/kéo	O, H14	Phổ biến cho ứng dụng dẫn lưu chất áp suất thấp hoặc trang trí
Thanh/Que	3 mm – 100 mm	Kéo nguội làm tăng độ bền	O, H18	Dùng khi cần gia công tới dung sai chặt chẽ

Tấm mỏng và sản phẩm có kích thước nhỏ là nơi ưu điểm của 1080 được thể hiện rõ vì tính dễ tạo hình và dẫn điện được bảo toàn trong khi việc làm nguội có thể dễ dàng áp dụng để điều chỉnh độ bền. Phiến và sản phẩm dày hơn cần xem xét kỹ hơn vì khả năng làm nguội đồng nhất trên tiết diện dày hạn chế; các tiết diện dày thường cung cấp dưới dạng độ tôi mềm hơn và dựa vào thiết kế kết cấu để đạt độ cứng. Đùn và ống được sử dụng khi yêu cầu bề mặt mịn, độ dẫn điện và khả năng chống ăn mòn là quan trọng trong khi tải trọng ở mức vừa phải.

Các Mác Tương Đương

Tiêu Chuẩn	Mác	Khu Vực	Ghi chú
AA	1080	USA	Chỉ định theo hệ thống của Aluminum Association
EN AW	1080 / EN AW-1080	Châu Âu	Chỉ định AW của châu Âu cho nhôm tinh khiết cao
JIS	A1080	Nhật Bản	Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật cho nhôm tinh khiết thương mại
GB/T	Al99.8 / 1080	Trung Quốc	Tiêu chuẩn Trung Quốc cho nhôm tinh khiết 99.8%

Các nhãn mác tương đương qua các tiêu chuẩn phản ánh thành phần vật liệu tương tự nhưng có thể có sai lệch nhỏ về giới hạn tạp chất cho phép, phương pháp sản xuất và các điều kiện ủ trong nhà máy. Kỹ sư nên xem xét kỹ dung sai tiêu chuẩn cụ thể và báo cáo thử nghiệm nhà máy khi thay thế giữa các tiêu chuẩn, đặc biệt khi tính dẫn điện, điều kiện bề mặt hoặc hiệu suất kéo dãn là rất quan trọng.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

1080 thể hiện khả năng chống ăn mòn khí quyển rất tốt nhờ sự hình thành nhanh chóng của lớp oxit nhôm ổn định bảo vệ bề mặt. Trong nhiều môi trường, nó vượt trội so với các mác nhôm hợp kim có hàm lượng đồng hoặc kẽm cao hơn, vốn làm tăng nguy cơ ăn mòn cục bộ cho hợp kim. Kết cấu bề mặt và các tạp chất môi trường (clorua, ô nhiễm công nghiệp) ảnh hưởng đến hành vi lâu dài, với bề mặt được đánh bóng hoặc phủ lớp bảo vệ cho hiệu suất cải thiện.

Trong môi trường biển, 1080 hoạt động tốt về ăn mòn đồng đều, nhưng như tất cả nhôm, nó có thể bị ăn mòn dạng lỗ rỗng và kẽ hở trong môi trường chứa nhiều clorua và nước tù trừ khi được bảo vệ. Hợp kim này nói chung ít bị nứt ăn mòn ứng suất hơn các hợp kim cường độ cao có thể làm giàu pha, nhưng các mối hàn và vùng làm nguội cục bộ cần đánh giá cẩn thận như những vùng có thể bị ăn mòn cục bộ. Tương tác điện hóa làm 1080 mang điện thế anodic so với nhiều kim loại kỹ thuật phổ biến như đồng và thép không gỉ, vì vậy cần cách điện hoặc phủ lớp phù hợp khi ghép nối các kim loại khác loại.

So với các hợp kim series 3xxx và 5xxx, 1080 thường có dẫn điện tốt hơn và khả năng chống ăn mòn tương đương hoặc vượt trội nhờ ít thành phần hợp kim, trong khi không có ưu điểm về độ bền và khả năng hàn cao như một số hợp kim 5xxx. Để tuổi thọ lâu dài trong môi trường nhiều clorua khắc nghiệt, thiết kế thường ưu tiên hợp kim hoặc lớp phủ tăng cường, nhưng trong nhiều ứng dụng kiến trúc và điện, khả năng chống ăn mòn tự nhiên của 1080 hoàn toàn đáp ứng.

Tính Chất Gia Công

Khả năng hàn

1080 dễ dàng hàn bằng các phương pháp hàn nhiệt thông thường như TIG và MIG vì nó gần như là nhôm tinh khiết với hàm lượng thấp các nguyên tố gây khó khăn. Vật liệu hàn khuyến nghị là các hợp kim filler nhôm tinh khiết thương mại (ví dụ series AA1100) hoặc các loại filler hợp kim thấp tùy chọn để phù hợp với yêu cầu dịch vụ và cơ tính; filler chứa silic (như 4043/4047) đôi khi được sử dụng để cải thiện tính lỏng trong mối hàn phức tạp. Nguy cơ nứt nóng thấp so với hợp kim cường độ cao, nhưng việc lắp ghép mối hàn và độ sạch phải được đảm bảo để tránh khí rỗng và bẫy oxit; vùng nhiệt ảnh hưởng (HAZ) không bị làm mềm nhiều vì ít cấu trúc pha kết tủa.

Khả năng gia công

Gia công 1080 tương đối đơn giản nhưng cần chú ý đến độ cứng thấp và độ dẻo cao, có thể tạo ra phoi dài liên tục và dính vào lưỡi cắt. Dụng cụ có góc cắt dương sắc nét làm bằng cacbua hoặc thép tốc độ cao giúp giảm hiện tượng mài bám và cải thiện bề mặt gia công; lực cắt thấp cho phép tốc độ trục cao với tốc độ tiến vừa phải. Bôi trơn và kiểm soát phoi tốt rất quan trọng để đạt bề mặt chất lượng, và thiết kế cho gia công nên tính đến xu hướng mài mòn của hợp kim khi không có khoảng cách cắt đủ.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình là điểm mạnh chính của 1080, đặc biệt ở độ tôi O, nơi dễ dàng thực hiện các thao tác kéo sâu, quay, uốn cong và kéo giãn phức tạp. Bán kính uốn tối thiểu có thể nhỏ (khoảng 1–2 lần độ dày vật liệu đối với tấm tùy bề mặt hoàn thiện), và độ đàn hồi trở lại sau uốn nhẹ, giúp tạo hình chính xác. Làm nguội giúp tăng độ bền cục bộ cho các chi tiết tạo hình, trong khi quá trình tôi ủ đơn giản giúp phục hồi độ dẻo sau biến dạng lớn.

Ứng Xử Khi Xử Lý Nhiệt

Với tư cách là hợp kim tinh khiết thương mại, không thể xử lý nhiệt làm cứng, 1080 không phản ứng với tôi dung dịch và tôi già như các hợp kim có thể xử lý nhiệt. Các cố gắng sử dụng các chu trình nhiệt T-type để tạo kết tủa tăng cứng đều không hiệu quả vì hợp kim không chứa thành phần tạo kết tủa với hàm lượng hữu ích. Kiểm soát thông dụng dựa trên ủ kiểm soát (cho độ tôi O) và làm cứng do biến dạng (các độ tôi H) để điều chỉnh tính chất cơ học.

Gia công nguội là phương pháp chính để tăng độ bền và độ cứng khi sử dụng. Lăn nguội, kéo hoặc uốn làm tăng mật độ đứt gãy mạng tinh thể và gây tăng dự đoán được giới hạn chảy và độ bền kéo, đồng thời giảm độ dãn dài. Ủ ở nhiệt độ thường khoảng 300–415°C (tùy độ dày và độ mềm mong muốn) sẽ làm mềm hợp kim và phục hồi độ dẻo; tôi ủ tái kết tinh đầy đủ và chu trình ủ nhà máy được dùng để thiết lập độ tôi O cơ bản trước các quá trình tạo hình.

Hiệu Suất Ở Nhiệt Độ Cao

1080 nhanh chóng mất độ bền cơ học khi nhiệt độ tăng vì cơ chế tăng cứng hòa tan rất hạn chế và không có các pha kết tủa bền ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ sử dụng liên tục thực tế thường giới hạn dưới khoảng 150–200°C cho ứng dụng kết cấu, vượt quá nhiệt độ này thì hiện tượng trượt ngang và mất độ bền đáng kể. Oxy hóa ở nhiệt độ vừa phải diễn ra chậm nhờ lớp oxit bảo vệ, nhưng việc tiếp xúc lâu dài ở nhiệt độ cao có thể thay đổi hình thức bề mặt và ảnh hưởng đến các quá trình phủ hoặc liên kết sau đó.

Các vùng hàn hoặc vùng làm nguội nặng có thể trải qua thay đổi cục bộ tính chất cơ học ở nhiệt độ cao; vùng ảnh hưởng nhiệt không bị kết tủa đáng kể nhưng sẽ bị làm mềm do quá trình phục hồi và tái kết tinh nếu tiếp xúc nhiệt cao. Đối với ứng dụng chịu tải nhiệt cao, các dòng hợp kim có tính năng nhiệt độ cao tốt hơn (ví dụ các hợp kim 2xxx/7xxx hoặc các loại hợp kim thiết kế riêng cho nhiệt độ cao) được ưu tiên sử dụng.

Ứng Dụng

Ngành	Ví dụ Chi Tiết	Lý Do Dùng 1080
Điện	Thanh cái, đầu nối, dây dẫn	Độ dẫn điện cao và dễ tạo hình
Ô tô	Phụ kiện trang trí, chi tiết nội thất	Dễ tạo hình và bề mặt đẹp; chống ăn mòn tốt
Hàng hải	Lót bồn, ống dẫn, phụ kiện tải thấp	Khả năng chống ăn mòn và hàn tốt trong môi trường nước biển
Điện tử	Thiết bị tản nhiệt, chắn EMI	Độ dẫn nhiệt cao và trọng lượng thấp
Thực phẩm & Hóa chất	Bồn chứa, ống dẫn, vật liệu ốp phủ	Độ tinh khiết và chống ăn mòn, dễ vệ sinh và tạo hình

1080 được dùng khi cần đồng thời độ dẫn điện hoặc nhiệt cao, dễ tạo hình tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn ưu việt. Các ứng dụng yêu cầu dập hoặc kéo phức tạp lợi thế từ độ dẻo của hợp kim, trong khi ứng dụng làm dây dẫn tận dụng độ dẫn IACS cao. Hợp kim thường được chỉ định khi độ tinh khiết kim loại và mức tạp chất tối thiểu là rất quan trọng cho quá trình sản xuất hoặc hiệu suất sản phẩm cuối.

Thông Tin Lựa Chọn

Chọn 1080 khi độ dẫn điện hoặc nhiệt và khả năng tạo hình xuất sắc quan trọng hơn so với yêu cầu về độ bền cao. Đây là lựa chọn hợp lý cho dây dẫn, bộ phận tản nhiệt và chi tiết kéo sâu, nơi bề mặt đẹp, khả năng chống ăn mòn và độ dẻo là những yêu cầu hàng đầu.

So với các loại nhôm tinh khiết thương mại như 1100, 1080 thường có độ tinh khiết cao hơn một chút (và do đó dẫn điện tốt hơn một chút) với tính tạo hình tương tự; nó được lựa chọn khi cần dẫn điện cao hơn hoặc giới hạn tạp chất kiểm soát. So với các hợp kim làm cứng bằng biến dạng như 3003 hoặc 5052, 1080 cung cấp khả năng dẫn điện vượt trội và đôi khi có khả năng chống ăn mòn tốt hơn, nhưng có độ bền thấp hơn và khả năng làm cứng bằng ứng suất thấp hơn, nên không phù hợp cho các chi tiết chịu tải. So với các hợp kim xử lý nhiệt như 6061 hoặc 6063, 1080 được lựa chọn khi yêu cầu tính dẫn điện và tạo hình quan trọng hơn độ bền cực đại; nó vẫn được ưa chuộng cho các ứng dụng ưu tiên hiệu suất nhiệt/điện và đơn giản trong gia công mặc dù có độ bền thấp hơn.

Tóm Tắt Cuối

1080 vẫn giữ vị trí quan trọng trong kỹ thuật hiện đại vì kết hợp được độ tinh khiết rất cao với khả năng dẫn điện và truyền nhiệt xuất sắc, tính tạo hình vượt trội và độ bền ăn mòn đáng tin cậy trong một giải pháp chi phí hiệu quả và dễ gia công. Đối với các nhà thiết kế ưu tiên dẫn điện, chất lượng bề mặt và khả năng sản xuất hơn là độ bền cao, 1080 thường là lựa chọn nhôm thực tế và kinh tế nhất.