Nhôm 1275: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn nhiệt độ và Ứng dụng

Tổng Quan Toàn Diện

Hợp kim 1275 thuộc dòng hợp kim nhôm 1xxx, cho thấy đây là dòng nhôm rèn có độ tinh khiết cao thương mại với các thành phần hợp kim bổ sung rất ít. Ký hiệu này biểu thị nhôm là thành phần chính (phần cân bằng) với mức kiểm soát chặt chẽ các nguyên tố silic, sắt, đồng, mangan, magiê, kẽm và các tạp chất còn lại ảnh hưởng đến tính chất vật liệu mà không làm suy giảm khả năng dẫn điện hay dẫn nhiệt.

1275 được gia cường chủ yếu qua hiệu ứng dung dịch rắn do các tạp chất ở mức vết và qua làm cứng biến dạng (gia cứng nguội) thay vì qua xử lý nhiệt kết tủa. Các đặc tính nổi bật của nó là khả năng dẫn điện và nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong nhiều môi trường khí quyển, dễ tạo hình ở các trạng thái mềm và khả năng hàn tốt; độ bền cơ học tối đa không cao bằng các hợp kim có thể xử lý nhiệt.

Các ngành công nghiệp điển hình sử dụng hợp kim nhôm tinh khiết dòng 1xxx bao gồm dẫn điện và thanh cái, thiết bị trao đổi nhiệt và tản nhiệt, thiết bị xử lý hóa chất, vỏ kiến trúc và các chi tiết trang trí, cùng một số bộ phận nhẹ cho ô tô và hàng hải. Kỹ sư chọn 1275 khi ưu tiên khả năng dẫn điện, bề mặt sáng bóng và chống ăn mòn trong khi chấp nhận độ bền thấp hơn các hợp kim có thể xử lý nhiệt.

1275 thường được lựa chọn thay cho các hợp kim có giá thành thấp hơn hoặc độ bền cao hơn khi ứng dụng đòi hỏi kết hợp khả năng dẫn nhiệt/dẫn điện cao và độ dẻo dai xuất sắc để tạo hình các biên dạng phức tạp, hoặc khi tính tương hợp điện hóa và hoàn thiện bề mặt sáng bóng là quan trọng. Hàm lượng hợp kim thấp giúp đơn giản hóa công đoạn liên kết và gia công sau cùng, đồng thời đảm bảo tính ổn định và dự đoán được trong suốt tuổi thọ sử dụng dài.

Biến Thể Temper

Temper	Cấp độ bền	Độ dãn dài	Khả năng tạo hình	Khả năng hàn	Ghi chú
O	Thấp	Cao (30–50%)	Tuyệt vời	Tuyệt vời	Hoàn toàn tôi mềm, độ dẻo và khả năng dẫn điện tối đa
H12	Thấp đến trung bình	Trung bình (20–35%)	Rất tốt	Tuyệt vời	Gia cứng nhẹ; phù hợp cho tạo hình vừa phải
H14	Trung bình	Trung bình-thấp (10–20%)	Tốt	Tuyệt vời	Gia cứng 1/4; thường dùng cho các ứng dụng tấm
H16	Trung bình-cao	Thấp (5–12%)	Khá	Tuyệt vời	Gia cứng 1/2; dùng khi cần tăng độ cứng
H18	Cao (cho 1xxx)	Thấp (<10%)	Hạn chế	Tuyệt vời	Gia cứng hoàn toàn; độ tạo hình thấp nhất, độ bền làm lạnh cao nhất
T5 / T6 / T651	Không áp dụng	Không có	Không có	Không có	Hợp kim dòng 1xxx không xử lý nhiệt; các trạng thái T không phù hợp

Temper được chọn cho 1275 điều chỉnh sự cân bằng giữa độ bền cơ học và khả năng tạo hình: temper mềm O tối đa độ dẻo và dẫn điện, trong khi các temper H gia cường bằng cách làm cứng biến dạng để tăng độ bền nhưng giảm độ dãn dài. Do dòng 1xxx không xử lý nhiệt được, việc điều chỉnh độ bền chủ yếu qua biến dạng nguội, và chuyển đổi temper chỉ có thể hồi phục qua tôi (annealing) hoặc làm biến dạng thêm.

Thành Phần Hóa Học

Nguyên tố	Phạm vi %	Ghi chú
Si	≤ 0.25	Tạp chất; silicon thấp giúp duy trì khả năng dẫn điện và tính dễ uốn
Fe	≤ 0.40	Tạp chất chính có thể tạo các hợp chất nội kim và ảnh hưởng đến độ dẻo
Mn	≤ 0.05	Nhỏ; vai trò gia cường hạn chế ở mức vết
Mg	≤ 0.03	Rất thấp; tránh hình thành các pha giàu magiê
Cu	≤ 0.05	Giữ ở mức tối thiểu để bảo vệ khả năng chống ăn mòn và dẫn điện
Zn	≤ 0.05	Giữ thấp để tránh vấn đề điện hóa và duy trì độ dẻo
Cr	≤ 0.03	Điều khiển vết; hạn chế hạt to trong quá trình gia công
Ti	≤ 0.03	Chất tinh luyện hạt trong sản xuất đúc hoặc thỏi; ít trong vật liệu rèn
Khác	≤ 0.15 tổng	Bao gồm tạp chất như Ni, Pb, Sn; được kiểm soát chặt để bảo đảm tính năng

Thành phần hóa học chủ yếu là nhôm gần như tinh khiết để duy trì khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt cao, đồng thời bảo vệ khả năng chống ăn mòn. Các nguyên tố vết và tạp chất được kiểm soát để hạn chế sự hình thành các hạt hợp chất nội kim và giữ lại tính chất gia công nguội và hoàn thiện bề mặt tốt; lượng nhỏ Ti hoặc Cr hữu ích trong quá trình đúc và cán để kiểm soát kích thước hạt và cấu trúc.

Tính Chất Cơ Học

1275 thể hiện tính chất kéo điển hình của nhôm tinh khiết cao: giới hạn chảy và độ bền kéo tương đối thấp ở trạng thái ủ, với độ dẻo cao và biến dạng dẻo đồng đều, từ từ. Giới hạn chảy thấp hơn các hợp kim có thể xử lý nhiệt, do đó thiết kế phải tính đến ứng suất cho phép thấp hơn hoặc sử dụng tiết diện dày hơn. Làm cứng nguội (các temper H) làm tăng đáng kể giới hạn chảy và độ bền kéo nhưng giảm độ dãn dài và tăng độ đàn hồi quay lại (springback).

Độ cứng tương quan với temper: vật liệu ủ mềm có giá trị Brinell hoặc Vickers thấp, và độ cứng tăng theo mức làm cứng nguội. Độ bền mỏi khi làm việc theo chu kỳ ở mức trung bình, bị ảnh hưởng nhiều bởi hoàn thiện bề mặt, ứng suất dư do tạo hình và trạng thái temper; các ứng dụng mỏi cần chú ý đến tính nhạy rãnh và điều kiện bề mặt. Độ dày tấm ảnh hưởng độ bền đạt được sau làm cứng nguội vì sản phẩm mỏng cứng đều hơn và chịu được biến dạng cao trước khi mỏng cục bộ xảy ra.

Tính chất	O/Ủ mềm	Temper chính (điển hình H14)	Ghi chú
Độ bền kéo	~55–80 MPa	~100–140 MPa	Giá trị phổ biến cho hợp kim 1xxx tinh khiết; phụ thuộc xử lý và độ dày
Giới hạn chảy	~20–40 MPa	~60–110 MPa	Giới hạn chảy tăng đáng kể với làm cứng nguội; thấp nhất ở sản phẩm dày
Độ dãn dài	~30–50%	~10–20%	Độ dãn giảm khi temper cứng hơn; đo trên mẫu kéo tiêu chuẩn
Độ cứng	~15–25 HB	~35–55 HB	Phạm vi Brinell ước lượng; độ cứng tỷ lệ với mức làm cứng nguội

Tính Chất Vật Lý

Tính chất	Giá trị	Ghi chú
Mật độ	2.70 g/cm³	Điển hình cho hợp kim nhôm dòng 1xxx
Điểm nóng chảy	660–660.5 °C	Điểm nóng chảy gần với nhôm tinh khiết; khoảng nóng chảy hẹp
Độ dẫn nhiệt	~220–240 W/m·K	Khả năng dẫn nhiệt cao làm 1275 được ưa chuộng cho tản nhiệt và bộ đổi nhiệt
Độ dẫn điện	~60–64 % IACS	Khả năng dẫn điện xuất sắc so với hầu hết hợp kim rèn; phụ thuộc mức tạp chất
Nhiệt dung riêng	~900 J/kg·K (0.90 J/g·K)	Phổ biến đối với nhôm gần nhiệt độ phòng
Hệ số giãn nở nhiệt	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Độ giãn nở đáng kể cần được tính toán trong thiết kế nhiệt

Khả năng dẫn nhiệt và điện cao là ưu điểm vật lý nổi bật của 1275, hỗ trợ sử dụng trong các ứng dụng tản nhiệt và đường dẫn điện trở thấp. Mật độ thấp và nhiệt dung riêng cao giúp ích cho hệ thống nhiệt nhẹ và quản lý nhiệt động. Hệ số giãn nở nhiệt ở mức trung bình và cần được xem xét khi lắp ghép các vật liệu khác nhau.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Độ dày/Kích thước điển hình	Hành vi độ bền	Temper phổ biến	Ghi chú
Tấm	0.2–6 mm	Mềm ở O, gia cường ở temper H	O, H12, H14, H16	Sản xuất rộng cho tấm kiến trúc, điện và bộ đổi nhiệt
Đĩa (Plate)	6–25 mm	Khả năng gia công nguội thấp hơn theo độ dày	O, H12	Dùng khi cần độ dày và dẫn điện; giới hạn tạo hình nặng
Đùn (Extrusion)	Kích thước cắt ngang đến các biên dạng lớn	Độ bền phụ thuộc làm lạnh sau đùn	O, H12, H14	Bề mặt tốt; dùng cho thanh cái và biên dạng kết cấu
Ống	Đường kính và độ dày theo yêu cầu khách hàng	Hành vi tương tự tấm; phụ thuộc độ dày thành ống	O, H12, H14	Phổ biến cho ống dẫn, cuộn bộ đổi nhiệt và đường dẫn chất lỏng
Thanh	Đường kính 3–80 mm	Làm cứng nguội tăng độ bền	O, H16, H18	Dùng cho chi tiết liên kết, đinh tán và chi tiết gia công cần dẫn điện cao

Các dạng sản phẩm khác nhau chủ yếu về khả năng gia công: tấm và các sản phẩm mỏng có độ tạo hình và dẫn điện tốt nhất trong khi đĩa dày và đùn có hành vi khác dưới làm cứng nguội và có thể giới hạn trong các tạo hình phức tạp. Đùn và ống phổ biến trong các chi tiết điện và nhiệt vì chúng kết hợp được biên dạng đa dạng với khả năng dẫn nhiệt tốt và tính chất cơ học ổn định sau tempering.

Các Mác Tương Đương

Tiêu chuẩn	Mác	Khu vực	Ghi chú
AA	1275	USA	Chỉ định theo Aluminum Association; nhóm nhôm gần như tinh khiết
EN AW	1050A / 1060	Châu Âu	Các mác châu Âu phổ biến trong series 1xxx có độ tinh khiết và tính chất tương tự
JIS	A1050 / A1070	Nhật Bản	Các mác Nhật Bản thường nằm trong khoảng 1050–1070 cho nhôm tinh khiết cao
GB/T	Series 1A00	Trung Quốc	Series 1xxx Trung Quốc (ví dụ 1060) dùng thay thế khi 1275 không được liệt kê cụ thể

Tiêu chuẩn vùng miền không luôn bao gồm mác số 1275; kỹ sư thường lựa chọn mác tương đương thuộc series 1xxx với giới hạn độ tinh khiết tối thiểu và tạp chất tương đương. Sự khác biệt nhỏ về giới hạn tạp chất cho phép, loại bề mặt và bảng tính chất cơ học có thể ảnh hưởng đến khả năng thay thế lẫn nhau, do đó cần tham khảo chứng chỉ thành phần và bảng tính chất của nhà cung cấp cho các ứng dụng quan trọng.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

1275 thể hiện khả năng chống ăn mòn khí quyển chung xuất sắc nhờ hình thành lớp oxit nhôm bền vững bám chắc trên bề mặt, ngăn ngừa sự ăn mòn nhanh tiếp theo. Trong khí quyển đô thị, nông thôn và nhiều môi trường công nghiệp, vật liệu này hoạt động rất tốt, và bề mặt oxit có thể được cải thiện bằng phương pháp anode hóa để tăng độ mài mòn và gia công trang trí.

Trong môi trường biển, 1275 chống ăn mòn đều khá tốt, nhưng có thể bị pitting cục bộ trong điều kiện giàu chloride nếu độ nhám hoặc mài mòn làm tổn thương lớp oxit bề mặt. Đối với dịch vụ ngâm lâu dài hoặc vùng văng bắn nước, nhà thiết kế thường sử dụng các lớp phủ bảo vệ, vật liệu phủ hoặc hệ thống catốt hy sinh để giảm thiểu sự ăn mòn cục bộ và hiện tượng điện phân galvani.

Ứng suất ăn mòn do căng thẳng hiếm gặp ở nhôm tinh khiết cao có độ bền thấp; tuy nhiên, nguy cơ giòn tăng khi có mức độ tạp chất nhất định, hấp thu hydro hoặc môi trường ăn mòn mạnh và chịu ứng suất kéo dư còn lại. Tương tác điện hóa galvani phải được quản lý cẩn thận vì nhôm là cực dương so với nhiều kim loại phổ biến — lớp cách điện, bulông tương thích hoặc anode hy sinh là các biện pháp giảm thiểu phổ biến.

So với các dòng hợp kim cao hơn như 2xxx (Al‑Cu) hoặc 7xxx (Al‑Zn‑Mg), 1275 cung cấp khả năng chống ăn mòn tổng thể vượt trội nhưng đổi lại độ bền cơ học tối đa thấp hơn. So với nhôm tinh khiết 1100 và các mác gần như tinh khiết, 1275 có thể được xem là tương đương về hành vi ăn mòn trong khi có ưu điểm riêng về quy trình sản xuất do nhà sản xuất cung cấp.

Tính Chất Gia Công

Khả năng hàn

1275 dễ dàng hàn bằng các quá trình nung chảy tiêu chuẩn như TIG (GTAW) và MIG (GMAW) do chứa rất ít kim loại hợp kim có thể gây nứt nóng. Các vật liệu điền thường dùng là 1100 hoặc hợp kim Al‑Si (4043) để bù co rút kết tinh và cải thiện độ chảy; lựa chọn tùy thuộc vào thiết kế mối hàn và yêu cầu sử dụng. Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) ít bị mềm vì độ bền gốc thấp, nhưng việc kiểm soát biến dạng mối hàn và oxit đòi hỏi vệ sinh và kiểm soát quy trình tốt.

Khả năng gia công

Khả năng gia công của 1275 được đánh giá từ trung bình đến kém so với các hợp kim nhôm rèn chứa chì hoặc các chất phụ gia gia công dễ. Hợp kim này thường tạo mảnh dài liên tục và bị cứng hóa chỗ cục bộ, do đó dụng cụ cần sắc và việc thoát phoi được tối ưu. Dao cụ được khuyên dùng là mảnh carbide có góc dương, tốc độ ăn dao vừa phải và tốc độ cắt cao hơn so với thép; dùng chất làm mát hoặc phun sương giúp cải thiện bề mặt và tuổi thọ dụng cụ.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình ở trạng thái anneal O rất tốt, cho phép dập sâu, dập phức tạp và uốn bán kính nhỏ. Kết quả tốt nhất đạt được ở trạng thái tuổi O và các trạng thái nhiệt luyện nhẹ H; các trạng thái nhiệt luyện nặng H làm giảm bán kính uốn tối thiểu và tăng nguy cơ nứt ở vị trí ứng suất kéo cao. Hiện tượng bật lò xo (springback) cần được tính đến trong thiết kế khuôn, và có thể dùng tiền ứng suất hoặc anneal một phần để kiểm soát giới hạn tạo hình.

Hành Vi Xử Lý Nhiệt

Là hợp kim thuộc series 1xxx, 1275 không thể xử lý nhiệt theo cách làm cứng bằng phương pháp hòa tan và lắng kết để tăng cường độ bền. Điều chỉnh độ bền đạt được thông qua làm cứng do biến dạng nhựa hoặc anneal để giảm ứng suất dư và phục hồi độ dẻo. Nhiệt độ anneal điển hình để hồi phục và tái kết tinh nằm trong khoảng 300–415 °C với các quá trình anneal công nghiệp chủ yếu nằm quanh 350–400 °C với thời gian kiểm soát và làm nguội chậm.

Các quá trình làm nguội lạnh như cán, kéo và uốn tạo cấu trúc lép tấm làm tăng giới hạn chảy và giới hạn bền kéo; mức tăng cường càng lớn khi tổng biến dạng càng cao. Nếu cần điều kiện mềm hơn sau biến dạng lạnh nặng, anneal hoàn toàn sẽ đưa hợp kim trở lại gần với trạng thái O nguyên bản nhưng có thể giảm nhẹ độ dẫn điện nếu quá trình làm nóng tạo ra oxy hóa hoặc nhiễm bẩn.

Hiệu Suất Nhiệt Độ Cao

1275 duy trì tính ổn định kích thước và khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ hơi cao, nhưng độ bền cơ học giảm đáng kể khi nhiệt độ làm việc trên 100–150 °C. Sử dụng liên tục lâu dài trên ~150 °C thúc đẩy quá trình hồi phục và làm mềm khi cấu trúc lép tấm mất dần, làm giảm khả năng chịu tải. Oxy hóa chỉ giới hạn trong lớp màng alumina bảo vệ mỏng ở không khí, do đó sự ăn mòn hóa học ở nhiệt độ cao thường không nghiêm trọng trừ khi môi trường có chứa halogen hoặc lưu huỳnh mạnh.

Mối hàn làm việc ở nhiệt độ cao có thể giảm độ bền chảy do creep và giòn do nhiệt độ thấp không phải là mối lo ngại chính; tuy nhiên, nhà thiết kế nên giảm hệ số an toàn cho ứng suất cho phép và cân nhắc tác động của chu kỳ nhiệt. Với các ứng dụng yêu cầu độ bền cơ học duy trì ở nhiệt độ cao, nên chọn các dòng hợp kim chịu nhiệt thay vì các mác 1xxx.

Ứng Dụng

Ngành	Ví dụ Thành Phần	Lý Do Dùng 1275
Ô tô	Trang trí nội thất và thanh dẫn điện ắc quy	Độ tạo hình cao và dẫn điện tốt cho đường điện
Hàng hải	Tấm không kết cấu và thiết bị trao đổi nhiệt	Khả năng chống ăn mòn tốt và bề mặt đẹp
Hàng không	Phụ kiện phụ, ống dẫn	Mật độ thấp, dẫn nhiệt xuất sắc
Điện tử	Nhôm tản nhiệt và tấm phân tán nhiệt	Dẫn nhiệt cao và gia công dễ cho chi tiết nhỏ

1275 thường được chỉ định khi cần kết hợp giữa độ dẫn nhiệt/điện xuất sắc, khả năng chống ăn mòn tốt và độ dẻo cao trong khi độ bền đỉnh của hợp kim không phải yếu tố quyết định. Độ ổn định, lựa chọn bề mặt và dễ dàng liên kết khiến nó là lựa chọn thực tiễn trong nhiều ngành.

Gợi Ý Lựa Chọn

Dùng 1275 khi độ dẫn điện và khả năng tạo hình là các yếu tố thiết kế chính, và khi cần một loại nhôm hàn dễ, có độ hoàn thiện bề mặt tốt. Đây là lựa chọn thực tế cho các bộ phận tản nhiệt, thanh dẫn điện và linh kiện dập mà tải trọng kết cấu lớn không phải ưu tiên hàng đầu.

So với nhôm thương mại tinh khiết như 1100, 1275 thường có độ dẫn điện và khả năng tạo hình tương đương với kiểm soát tạp chất theo nhà sản xuất giúp cải thiện tính nhất quán cơ học. So với các hợp kim làm cứng do biến dạng như 3003 hoặc 5052, 1275 đánh đổi một phần độ bền lấy khả năng dẫn điện vượt trội và thường sáng bóng hơn; chọn 1275 cho hiệu suất điện hoặc nhiệt và 3xxx/5xxx khi cần độ bền cao hoặc phản ứng làm cứng do ứng suất.

So với hợp kim xử lý nhiệt như 6061 hoặc 6063, 1275 có độ bền đỉnh thấp hơn đáng kể nhưng dẫn điện/nhiệt và khả năng tạo hình tốt hơn nhiều; chọn 1275 khi giá trị ưu tiên là dẫn điện, chống ăn mòn và dễ tạo hình/hàn hơn là cường độ kết cấu tối đa.

Tóm Tắt Cuối

Hợp kim 1275 vẫn giữ vị trí quan trọng vì nó kết hợp khả năng dẫn điện và chống ăn mòn gần như nhôm tinh khiết với độ dẻo và tính dễ gia công tin cậy, làm nó trở thành vật liệu ưu tiên cho các ứng dụng cần hiệu suất điện, nhiệt và tạo hình cao. Đối với kỹ sư quan tâm đến bề mặt, khả năng liên kết và hiệu suất dài hạn dự đoán trong môi trường từ ôn hòa đến hơi ăn mòn, 1275 là lựa chọn thực tế và tiết kiệm chi phí.