Nhôm 1095: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn Độ cứng & Ứng dụng

Tổng quan toàn diện

1095 là một hợp kim nhôm thuộc dòng 1xxx, đại diện cho loại nhôm gần như tinh khiết thương mại với hàm lượng nhôm tối thiểu gần 99,95%. Dòng 1xxx đặc trưng bởi việc rất ít hoặc không pha thêm các nguyên tố khác; ký hiệu 1095 biểu thị mức tạp chất rất thấp và tập trung vào các tính chất vốn có của nhôm thay vì tăng cường độ bền bằng hợp kim.

Các nguyên tố hợp kim chính thực chất là các tạp chất và phần dư: silic, sắt và các nguyên tố vi lượng như đồng, mangan, magiê, crôm và titan ở mức dưới 1%. Độ bền được đạt được thông qua hiện tượng biến dạng công (gia công lạnh) thay vì xử lý nhiệt kết tủa, vì 1095 không thể xử lý nhiệt theo phương pháp luyện kim truyền thống.

Đặc tính nổi bật gồm độ dẫn điện và dẫn nhiệt tuyệt vời, độ dẻo và khả năng tạo hình cao khi ở trạng thái ủ, cùng khả năng chống ăn mòn khí quyển rất tốt nhờ độ tinh khiết cao. Khả năng hàn thường rất tốt với các phương pháp fusion tiêu chuẩn, nhưng độ bền cơ trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (HAZ) có thể giảm sau khi hàn do hiện tượng ủ lại.

Các ngành công nghiệp điển hình sử dụng 1095 gồm chế biến hóa chất, dây dẫn điện, trao đổi nhiệt và phủ bề mặt, sản xuất lá và bạc, cũng như ứng dụng kiến trúc và trang trí chuyên biệt. Các kỹ sư chọn 1095 khi yêu cầu độ dẫn điện cao, khả năng tạo hình vượt trội hoặc khả năng chống ăn mòn tối đa của một loại nhôm gần như tinh khiết, thay vì các hợp kim có độ bền cao hơn nhưng độ dẫn thấp hơn.

Biến thể nhiệt luyện

Biến thể	Cấp độ độ bền	Độ giãn dài	Khả năng tạo hình	Khả năng hàn	Ghi chú
O	Thấp	Cao (30–45%)	Xuất sắc	Xuất sắc	Được ủ hoàn toàn, độ dẻo và dẫn điện tốt nhất
H12	Thấp–Trung bình	Trung bình (15–30%)	Tốt	Xuất sắc	Gia công lạnh nhẹ, vẫn rất dễ tạo hình
H14	Trung bình	Thấp hơn (8–20%)	Tốt	Xuất sắc	Bán cứng; phổ biến cho kéo sợi và dập nhẹ
H16	Trung bình–Cao	Thấp–Trung bình (6–12%)	Trung bình	Xuất sắc	Điều kiện cứng 1/4, dùng cho các chi tiết tạo hình bền hơn
H18	Cao	Thấp (4–8%)	Hạn chế	Xuất sắc	Gia công lạnh hoàn toàn, độ bền cao nhất nhờ quá trình gia công lạnh

Nhiệt luyện đối với 1095 chỉ đạt được bằng biến dạng nhựa có kiểm soát (các biến thể H) và ủ (biến thể O). Các biến thể T và các phương pháp xử lý kết tủa không áp dụng vì 1095 không chứa đủ nguyên tố hòa tan để làm già cứng theo thời gian. Biến thể nhiệt là biến số chính trong thiết kế: biến thể ủ O cho phép tạo hình tối đa và độ dẫn cao, trong khi các biến thể H tăng dần đổi lấy khả năng tạo hình kém hơn và tăng độ bền nhờ mật độ mạng trật tự cao hơn.

Thành phần hóa học

Nguyên tố	Phạm vi %	Ghi chú
Si	≤0,25	Tạp chất phổ biến; ảnh hưởng đến khả năng đúc và ít tác động đến độ bền
Fe	≤0,95	Phần dư chính; Fe cao hơn có thể tạo liên kết intermetallic làm giảm độ dẻo
Mn	≤0,05	Thông thường rất thấp; đôi khi ảnh hưởng nhẹ đến cấu trúc hạt
Mg	≤0,05	Rất ít; không đủ cho việc tăng cường bằng kết tủa
Cu	≤0,05	Giữ rất thấp để bảo tồn khả năng chống ăn mòn và dẫn điện
Zn	≤0,05	Ở mức vi lượng; ít tác dụng tăng cường độ bền
Cr	≤0,01	Vi lượng; điều khiển sự phát triển hạt trong một số quy trình
Ti	≤0,03	Chất tinh luyện hạt trong đúc hoặc gia công cán khi được thêm có chủ ý
Khác	Cân bằng đến 100% (Al ~99,90–99,99)	Phần còn lại chủ yếu là Al; "khác" bao gồm các nguyên tố vi lượng

Thành phần hóa học của 1095 nhấn mạnh hàm lượng nhôm lớn với chỉ các tạp chất vi lượng. Silic và sắt là hai tạp chất quan trọng nhất; chúng tạo các hạt intermetallic có thể là vị trí khởi tạo nứt và ảnh hưởng khả năng tạo hình. Hàm lượng đồng và magiê thấp duy trì khả năng chống ăn mòn và dẫn điện, và việc bổ sung có chủ ý chất tinh luyện hạt (Titan) đôi khi được đặt ra nhằm kiểm soát cấu trúc hạt khi đúc hoặc đùn.

Tính chất cơ học

Hành vi kéo giãn của 1095 chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi độ tinh khiết và mức độ gia công lạnh. Ở trạng thái ủ, hợp kim thể hiện giới hạn chảy và bền kéo thấp với độ giãn dài đều và tổng dài cao, tạo nên đặc tính rất dẻo. Gia công lạnh (các biến thể H) làm tăng giới hạn chảy và bền kéo chủ yếu nhờ tích tụ mạng trật tự và ứng suất nội sinh nhưng làm giảm độ giãn đều và tổng độ giãn một cách tỷ lệ.

Độ cứng liên quan chặt với biến thể nhiệt; giá trị Brinell và Vickers thấp so với dòng hợp kim và tăng lên cùng với biến thể H. Khả năng chịu mỏi được cải thiện do không có các pha kết tủa cứng lớn, nhưng điều kiện bề mặt, phân bố hạt tạp chất và trạng thái gia công lạnh ảnh hưởng mạnh tới quá trình khởi tạo vết mỏi. Độ dày ảnh hưởng tới khả năng kéo và tạo hình: các tấm mỏng có thể dễ dàng kéo lạnh ở trạng thái O, trong khi các phần dày hơn đòi hỏi năng lượng biến dạng lớn hơn và có khả năng tạo hình thấp hơn khi ở trạng thái cứng.

Kiểm soát lịch sử gia công (giảm cán, chu kỳ ủ, hoàn thiện bề mặt) rất quan trọng để đạt được độ dai và tuổi thọ mỏi cần thiết cho các chi tiết kết cấu. Hàn gây ra sự mềm hóa tại chỗ qua phục hồi và kết tinh lại, ảnh hưởng đến phân bố giới hạn chảy ở mối nối và có thể làm giảm khả năng chịu mỏi nếu không được kiểm soát đúng mức.

Tính chất	O/Đã ủ	Biến thể chính (ví dụ H14)	Ghi chú
Độ bền kéo	Phổ biến 60–110 MPa	Phổ biến 110–170 MPa	Phạm vi rộng do độ tinh khiết và gia công lạnh; giá trị phụ thuộc quy trình
Giới hạn chảy	Phổ biến 25–60 MPa	Phổ biến 95–140 MPa	Giới hạn chảy tăng rõ với biến thể H nhờ gia công lạnh
Độ giãn dài	Phổ biến 30–45%	Phổ biến 8–20%	Độ dẻo giảm khi độ cứng và độ bền tăng theo biến thể
Độ cứng	Phổ biến 15–30 HB	Phổ biến 30–60 HB	Độ cứng tỉ lệ với mức gia công lạnh; giá trị tuyệt đối thấp so với dòng hợp kim

Tính chất vật lý

Tính chất	Giá trị	Ghi chú
Mật độ	2,70 g/cm³	Phổ biến đối với nhôm; hữu ích cho tính toán khối lượng và độ cứng
Phạm vi nhiệt độ nóng chảy	660–665 °C	Nhiệt độ nóng chảy chính của nhôm; phạm vi hẹp do độ tinh khiết cao
Độ dẫn nhiệt	~220–235 W/m·K (25 °C)	Độ dẫn nhiệt cao gần với nhôm tinh khiết; thuận lợi cho tản nhiệt
Độ dẫn điện	~58–62 %IACS	Dẫn điện xuất sắc; thích hợp cho thanh cái và dây dẫn
Nhiệt dung riêng	~900 J/kg·K (0–100 °C)	Nhiệt dung riêng cao so với nhiều kim loại khác; ảnh hưởng đến quán tính nhiệt
Hệ số giãn nở nhiệt	~23–24 µm/m·K	Thông số tiêu chuẩn của nhôm; quan trọng cho thiết kế tương thích nhiệt

Các tính chất vật lý làm cho 1095 trở nên hấp dẫn khi ưu tiên dẫn nhiệt và điện cùng với trọng lượng thấp. Mật độ và hệ số giãn nở nhiệt quyết định dung sai thiết kế trong các lắp ghép với vật liệu không đồng nhất. Nhiệt độ nóng chảy và độ dẫn nhiệt ảnh hưởng đến các quy trình như hàn, hàn chì và thiết kế quản lý nhiệt, nơi phải tính toán dựa trên độ dẫn cao của hợp kim.

Dạng sản phẩm

Dạng	Độ dày/Kích thước điển hình	Hành vi độ bền	Biến thể nhiệt phổ biến	Ghi chú
Tấm	0,1–6 mm	Đều; độ dày ảnh hưởng đến khả năng kéo	O, H12, H14	Phổ biến trong chống phủ, trao đổi nhiệt và các tấm trang trí
Đĩa dày	>6 mm tới trên 50 mm	Giảm độ dẻo qua chiều dày tấm dày	O, H18	Ít phổ biến; dùng khi cần các khối nhôm lớn, tinh khiết
Đùn	Hình dạng phức tạp, kích thước đa dạng	Độ bền phụ thuộc vào tỉ lệ đùn và gia công sau	O, H12, H14	Dùng cho thanh cái điện, biên dạng kiến trúc, linh kiện khung
Ống	Vách mỏng đến dày	Kéo và cán ống ảnh hưởng ứng suất dư	O, H14	Phổ biến cho ống dẫn và xử lý chất lỏng, nơi chống ăn mòn được ưu tiên
Thanh/Que	Đường kính từ 1 mm đến 200 mm	Kéo lạnh làm tăng độ bền	O, H16, H18	Dùng cho các chi tiết gia công, đinh tán và dây dẫn điện chuyên dụng

Sự khác biệt trong xử lý giữa tấm cán/tấm đùn và sản phẩm đùn hoặc ống rất đáng kể. Quá trình cán và kéo lạnh tạo ra sự gia công lạnh kiểm soát và cấu trúc bề mặt ảnh hưởng anisotropy, khả năng tạo hình và phản ứng cơ học. Lựa chọn dạng sản phẩm cần phù hợp với chiến lược nối và yêu cầu biến thể nhiệt cuối cùng vì quá trình tạo hình hoặc hàn tiếp theo có thể làm thay đổi tính chất cơ học và điện đặc trưng vùng được gia công.

Các Mác Tương Đương

Tiêu chuẩn	Mác	Khu vực	Ghi chú
AA	1095	USA	Chỉ định của American Aluminium Association cho nhôm gần như tinh khiết
EN AW	1095	Châu Âu	Chỉ định EN phản chiếu hệ tên gọi AA cho sản phẩm rèn có độ tinh khiết cao
JIS	A1095	Nhật Bản	Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản tương đương dùng trong các đặc điểm kỹ thuật nội địa
GB/T	1095	Trung Quốc	Chỉ định tiêu chuẩn Trung Quốc phù hợp với quy ước đặt tên quốc tế

Các chỉ định mác tương đương có sự nhất quán rộng vì hợp kim series 1xxx được xác định dựa trên hàm lượng nhôm tối thiểu và giới hạn tạp chất nghiêm ngặt. Tuy nhiên, dải dung sai cho các nguyên tố vết và mức tạp chất cho phép có thể khác biệt đôi chút giữa các tiêu chuẩn, ảnh hưởng đến khả năng dẫn điện, hành vi tái kết tinh và tính tạo hình trong các ứng dụng yêu cầu dung sai khắt khe. Với các ứng dụng điện hoặc lá mỏng quan trọng, luôn kiểm tra tiêu chuẩn cụ thể và thành phần, tính chất được chứng nhận bởi nhà cung cấp.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

1095 thể hiện khả năng chống ăn mòn khí quyển tổng thể rất tốt nhờ hàm lượng nhôm cao và không có các nguyên tố hợp kim ăn mòn mạnh. Màng oxy hóa tự nhiên cung cấp lớp thụ động bảo vệ trong nhiều môi trường; tuy nhiên, có thể xảy ra sự ăn mòn cục bộ trong điều kiện khí quyển ô nhiễm hoặc môi trường axit. Việc bảo trì định kỳ và hoàn thiện bề mặt thích hợp (anode hóa hoặc phủ lớp bảo vệ) càng tăng cường hiệu suất lâu dài.

Trong môi trường biển, hợp kim này hoạt động khá tốt về ăn mòn đều; tuy nhiên, sự ăn mòn khoang rỗ do chloride gây ra được chống chịu hiệu quả hơn bởi các hợp kim chuyên dụng cho môi trường biển (ví dụ, series 5xxx). Các tương tác điện hóa cần được kiểm soát: 1095 có tính anod so với đồng và thép không gỉ, có thể bị ăn mòn hy sinh khi tiếp xúc điện với vật liệu quý hơn trừ khi sử dụng biện pháp cách điện hoặc bu lông phù hợp.

Tỷ lệ nứt ăn mòn do ứng suất (SCC) thấp ở các hợp kim nhôm tinh khiết cao vì chúng thiếu các nguyên tố hợp kim thúc đẩy SCC. So với các dòng 5xxx và 6xxx, 1095 đánh đổi một phần khả năng chống ăn mòn cục bộ để có độ dẫn điện và độ dẻo cao hơn, trong khi cung cấp sự ổn định ăn mòn tổng thể vượt trội so với nhiều hợp kim cường độ cao có khả năng xử lý nhiệt chứa đồng hoặc kẽm.

Đặc Tính Gia Công

Khả năng hàn

1095 hàn dễ dàng bằng các phương pháp TIG, MIG và hàn điện trở nhờ hàm lượng hợp kim thấp và độ dẫn nhiệt cao. Việc lựa chọn vật liệu hàn thường dùng que hàn hoặc dây hàn có độ tinh khiết tương đương; tránh dùng vật liệu hàn có chứa đồng để giữ khả năng chống ăn mòn. Nguy cơ nứt nóng thấp nhưng ứng suất co ngót và làm mềm vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (HAZ) có thể đáng kể, đòi hỏi kiểm soát biến dạng trước và sau hàn và nếu cần, bù cơ học. Các mối hàn có thể giảm tính cơ học gần vùng nối do sự phục hồi và tái kết tinh của vùng làm lạnh.

Khả năng gia công cơ khí

Gia công 1095 ở mức vừa đến tốt; cấu trúc ma trận mềm và phoi dẻo yêu cầu dụng cụ sắc bén và dụng cụ phá phoi hiệu quả để cắt gọt tốt. Thép dụng cụ như dao cắt hợp kim cac-bua và thép tốc độ cao có hình học dương hoạt động hiệu quả; tốc độ cắt cần tính đến độ dẫn nhiệt cao giúp tản nhiệt nhanh khỏi vùng cắt. Bề mặt gia công đạt chất lượng cao với độ mài mòn dụng cụ thấp, nhưng cần tránh phoi dính khi cắt tốc độ thấp và độ sâu lớn. Mài mòn mòn trên dụng cụ rất ít so với các hợp kim nhôm có hàm lượng silic cao.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình trong trạng thái O rất tốt, cho phép kéo sâu, quay, dập phức tạp với độ giảm uốn lớn tương đối. Bán kính uốn tối thiểu phụ thuộc vào trạng thái và độ dày; ở trạng thái O, bán kính uốn phía trong được khuyến nghị có thể thấp tới 0,5–1,0×độ dày cho nhiều thao tác, trong khi trạng thái H yêu cầu bán kính lớn hơn và có thể cần ủ trung gian. Gia công nguội tăng giới hạn chảy và giảm độ giãn dài, nên việc tạo hình theo giai đoạn với xả ứng suất trung gian là phổ biến cho các hình dạng phức tạp. Đối với uốn bán kính nhỏ hoặc tạo hình kéo căng mạnh, trạng thái ủ hoặc làm cứng nhẹ được ưu tiên.

Hành Vi Xử Lý Nhiệt

Vì là hợp kim không thể xử lý nhiệt, 1095 không phản ứng với xử lý hòa tan và tôi luyện để tăng cường độ; không có bước làm cứng kết tủa làm tăng đáng kể độ bền. Việc điều chỉnh độ bền thực hiện qua gia công nguội (làm cứng biến dạng) và xử lý ủ kiểm soát. Các phương pháp ủ điển hình cho làm mềm hoàn toàn diễn ra ở nhiệt độ khoảng 300–420 °C với thời gian giữ nhiệt tùy thuộc độ dày, tạo ra trạng thái O và phục hồi độ dẻo cũng như dẫn điện.

Chuyển đổi trạng thái được thể hiện qua mức độ làm cứng biến dạng (H12, H14, H16, H18), và lựa chọn trạng thái đạt được bằng các mức độ cán, kéo hoặc giảm uốn quy định. Quá trình ủ quá mức hoặc tiếp xúc nhiệt cao trong quá trình gia công (hàn, hàn rãnh) gây tái kết tinh và làm mềm, cần được tính đến trong thiết kế chi tiết và lập kế hoạch mối ghép.

Hiệu Suất Nhiệt Độ Cao

1095 giảm cường độ rõ rệt khi ở nhiệt độ cao so với nhiệt độ phòng; khả năng chịu tải hữu ích giảm dần trên 100 °C và thường bị giới hạn cho hoạt động liên tục trên khoảng 150 °C. Sự oxy hóa ở mức vừa phải vì nhôm tạo lớp oxide ổn định, nhưng hiện tượng bong tróc bề mặt rất ít so với thép và hợp kim nhiệt độ cao. Chu trình nhiệt và tiếp xúc với nhiệt độ gia công cao có thể làm ủ các trạng thái làm cứng biến dạng cục bộ, đặc biệt tại vùng HAZ của mối hàn, dẫn đến làm mềm vĩnh viễn và mất ổn định kích thước.

Do đó, thiết kế viên nên giới hạn nhiệt độ vận hành liên tục và tính đến biến dạng chảy khi chịu tải kéo dài trên 100 °C. Với các lần tiếp xúc nhiệt ngắn, hợp kim vẫn giữ được độ nguyên vẹn hợp lý, nhưng tuổi thọ cơ học hoặc mỏi dài hạn có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao và cần được xác nhận qua thử nghiệm ứng dụng cụ thể.

Ứng Dụng

Ngành	Ví dụ Chi Tiết	Lý Do Dùng 1095
Điện/ Năng lượng	Thanh dẫn, dây dẫn điện	Độ dẫn điện cao và tính tạo hình tốt
Truyền nhiệt	Họng tản nhiệt, vật liệu cánh tản nhiệt	Độ dẫn nhiệt cao và khối lượng riêng thấp
Xử lý hóa chất	Lớp phủ, bồn chứa	Khả năng chống ăn mòn cao với nhiều hóa chất
Kiến trúc	Tấm ốp trang trí, tường rèm	Dễ hoàn thiện bề mặt và ổn định chống ăn mòn
Hàng tiêu dùng	Giấy lá, phản quang, dụng cụ nấu ăn	Tính tạo hình và chất lượng bề mặt xuất sắc

1095 thường được sử dụng khi các thuộc tính gần như nhôm tinh khiết có ý nghĩa hơn độ bền cao: khả năng dẫn điện, hiệu suất nhiệt, chống ăn mòn và tạo hình. Các chi tiết cần tạo hình nhiều, bán kính cong nhỏ, hoàn thiện bề mặt tốt hoặc hiệu suất điện là lựa chọn tự nhiên cho 1095, đặc biệt khi kết hợp ưu tiên chi phí và khả năng cung cấp.

Những Lưu Ý Khi Lựa Chọn

Chọn 1095 khi ưu tiên thiết kế là độ dẫn điện hoặc nhiệt cao, khả năng tạo hình vượt trội và chống ăn mòn tổng thể tốt hơn là độ bền tối đa. Độ tinh khiết làm nó hấp dẫn cho thanh dẫn, chi tiết truyền nhiệt và ứng dụng trang trí hoặc phủ bề mặt, nơi yêu cầu hoàn thiện và dẫn điện quan trọng hơn khả năng chịu tải cơ học.

So với nhôm tinh khiết thương mại như 1100, 1095 cung cấp độ tinh khiết tương đương hoặc cao hơn đôi chút và tính tạo hình tương tự, gần như không đổi về khả năng dẫn điện nhưng đôi khi yêu cầu kiểm soát dư lượng chặt chẽ hơn cho ứng dụng điện đặc thù. So với các hợp kim làm cứng biến dạng như 3003 hoặc 5052, 1095 thường có độ dẫn điện cao hơn và tính tạo hình tương đương hoặc tốt hơn nhưng độ bền thấp hơn và kém khả năng chống ăn mòn cục bộ nước biển so với mác hợp kim Mg như series 5xxx. So với các hợp kim kết cấu có thể xử lý nhiệt như 6061 hoặc 6063, 1095 được chọn khi dẫn điện và tạo hình là ưu tiên hơn độ bền cực đại; nó được ưa dùng cho vai trò điện hoặc nhiệt và chi tiết cần tạo hình nhiều lần hoặc yêu cầu chất lượng bề mặt rất cao.

Tóm Tắt Cuối Cùng

1095 vẫn giữ vị trí quan trọng khi cần hiệu năng gần như nhôm tinh khiết: khả năng dẫn điện xuất sắc, tính tạo hình ưu việt và chống ăn mòn nội tại kết hợp với khối lượng riêng thấp. Vai trò của nó bổ sung cho các hợp kim có cường độ cao hơn và hợp kim làm cứng kết tủa, trở thành vật liệu cơ bản cho các ứng dụng điện, truyền nhiệt và môi trường hóa chất, nơi độ tinh khiết và độ dẻo là yếu tố quyết định.