Nhôm 1350: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn nhiệt độ và Ứng dụng

Tổng quan toàn diện

1350 là một hợp kim thuộc dòng nhôm 1xxx, đại diện cho nhóm nhôm tinh khiết thương mại với hàm lượng nhôm tối thiểu danh định khoảng 99,5%. Dòng này đặc trưng bởi lượng hợp kim hóa rất thấp và khác biệt so với các dòng 3xxx, 5xxx và 6xxx vốn dùng Mn, Mg hoặc Mg+Si để tăng cường cơ tính.

Nguyên tố hợp kim chính trong 1350 chỉ là tạp chất vết và các nguyên tố còn lại được kiểm soát như sắt, silic và một lượng rất nhỏ mangan hoặc titan; các yếu tố này được giữ ở mức thấp để bảo toàn tính dẫn điện và dẫn nhiệt. Việc tăng cường cơ tính ở 1350 chủ yếu đạt được thông qua làm cứng biến dạng (làm cứng ứng suất) chứ không phải bằng xử lý nhiệt, còn làm mềm vật liệu được thực hiện bằng phương pháp ủ và tái kết tinh.

Các đặc tính chính của 1350 bao gồm độ dẫn điện và dẫn nhiệt rất cao đối với một hợp kim, khả năng chống ăn mòn tốt trong môi trường khí quyển, tính dễ tạo hình xuất sắc ở các trạng thái ủ mềm, đồng thời khả năng hàn thường rất dễ dàng sử dụng các quá trình hàn nóng chảy thông thường. Các ngành công nghiệp tiêu biểu sử dụng 1350 là phân phối điện năng (dây dẫn, thanh cái), điện tử (tấm đệm, lá mỏng, bộ tản nhiệt), các thành phần kiến trúc và một số ứng dụng kết cấu nhẹ nơi cần ưu tiên dẫn điện và tính dễ tạo hình hơn là sức bền tối đa.

Kỹ sư chọn 1350 khi thiết kế cần kết hợp độ dẫn điện, bề mặt hoàn thiện tốt và dễ dàng tạo hình hoặc hàn thay vì độ bền cao nhất; nó được ưu tiên hơn các loại nhôm hợp kim cao hơn hoặc có thể xử lý nhiệt khi các yếu tố dẫn điện, chống ăn mòn và chi phí là quan trọng nhất. Độ tinh khiết tương đối cao của nó cũng giúp đơn giản hóa quá trình ghép nối và hoàn thiện bề mặt cho các linh kiện điện và phản quang.

Các trạng thái tôi luyện

Trạng thái	Cấp độ chịu lực	Độ giãn dài	Độ dễ tạo hình	Khả năng hàn	Ghi chú
O	Thấp	Cao	Xuất sắc	Xuất sắc	Trạng thái ủ mềm hoàn toàn; dẻo dai và dẫn điện tối đa
H12	Thấp - Trung bình	Trung bình	Rất tốt	Xuất sắc	Độ cứng bằng 1/4; làm cứng biến dạng nhẹ
H14	Trung bình	Thấp - Trung bình	Tốt	Xuất sắc	Độ cứng bằng 1/2; phổ biến cho dải dẫn và một số chi tiết uốn
H16	Trung bình - Cao	Thấp	Trung bình - Tốt	Xuất sắc	Độ cứng bằng 3/4; dùng khi yêu cầu giới hạn chảy cao hơn
H18	Cao	Thấp	Hạn chế	Xuất sắc	Độ cứng tối đa bằng làm lạnh lạnh; sức bền cao nhất nhưng tính dẻo thấp nhất
T4 (không áp dụng)	—	—	—	—	Hợp kim 1xxx không thể xử lý nhiệt; trạng thái T rất hiếm và chỉ dùng để định nghĩa quy trình
T5/T6/T651	—	—	—	—	Trạng thái xử lý nhiệt không áp dụng cho dòng 1xxx; chỉ nêu để tham khảo

Trạng thái tôi luyện kiểm soát đáng kể hành vi cơ học và tạo hình của 1350 vì hợp kim không phản ứng với quá trình làm già cường độ; tất cả sự tăng cường thực tế đều đến từ làm cứng biến dạng. Lựa chọn trạng thái O mang lại độ dẻo và dẫn điện tối đa cho quá trình dập sâu và uốn cong chặt, trong khi các trạng thái H sẽ đánh đổi độ dễ tạo hình lấy giới hạn chảy và độ bền kéo cao hơn phù hợp với dải kết cấu, thanh cái và chi tiết uốn cứng.

Thành phần hóa học

Nguyên tố	Phạm vi %	Ghi chú
Si	≤ 0.25	Kiểm soát để duy trì độ dẫn và giảm thiểu intermetallic
Fe	≤ 0.60	Tạp chất chính; Fe cao làm giảm dẫn điện và có thể ảnh hưởng đến độ tạo hình
Mn	≤ 0.05	Lượng nhỏ có thể làm tăng nhẹ độ bền; giữ ở mức thấp trong 1350
Mg	≤ 0.05	Rất ít; magiê không được dùng để tăng cường trong hợp kim này
Cu	≤ 0.05	Giữ ở mức rất thấp để bảo vệ khả năng chống ăn mòn và dẫn điện
Zn	≤ 0.05	Ít, kiểm soát để tránh ăn mòn điện hóa và giòn
Cr	≤ 0.05	Mức vết; không phải nguyên tố hợp kim chủ động
Ti	≤ 0.03	Chất khử oxy và tinh chỉnh hạt trong một số quy trình đúc thỏi
Khác	≤ 0.15 tổng	Tạp chất và nguyên tố vết; cân bằng là Al (~99.5% tối thiểu)

Thành phần gần như tinh khiết được tối ưu để cung cấp độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao trong khi giữ lượng kết tủa intermetallic và pha thứ cấp ở mức tối thiểu. Lượng nhỏ sắt và silic là tạp chất còn lại được dung nạp trong quá trình chế biến, nhưng nhà thiết kế phải tính đến ảnh hưởng của chúng đến dẫn điện, bề mặt và khả năng dập sâu.

Tính chất cơ học

Ở tính năng kéo, 1350 thể hiện giới hạn chảy thấp ở trạng thái ủ mềm O và tăng dần giới hạn chảy và giới hạn bền kéo khi làm cứng biến dạng (các trạng thái H). Độ giãn dài ở trạng thái O cao, cho phép thực hiện dập sâu và các thao tác tạo hình nặng; tuy nhiên độ giãn dài giảm mạnh khi trạng thái tăng lên H18, lúc này vật liệu được làm cứng đáng kể bằng làm lạnh lạnh.

Độ cứng tương quan với trạng thái tôi luyện: vật liệu ủ mềm có độ cứng thấp đặc trưng cho nhôm tinh khiết, trong khi trạng thái làm cứng biến dạng tối đa đạt các giá trị phù hợp cho tải trọng kết cấu nhẹ và dải cứng. Độ bền mỏi của 1350 ở mức trung bình so với các loại nhôm hợp kim cao hơn và bị ảnh hưởng bởi chất lượng bề mặt, ứng suất dư từ quá trình tạo hình và sự có mặt của các khuyết tật hoặc mối hàn.

Chiều dày ảnh hưởng đến khả năng tạo hình và độ bền; vật liệu mỏng dễ dàng làm cứng bằng làm lạnh lạnh đến các cấp độ cứng cao hơn nhưng có thể bị nứt mép nếu xử lý không đúng. Các tiết diện dày hơn duy trì độ dẻo qua chiều dày cao hơn ở trạng thái ủ mềm nhưng cần lực lớn hơn và độ cong khuôn lớn hơn khi tạo hình.

Tính chất	O/Ủ mềm	Trạng thái chính (ví dụ H14)	Ghi chú
Độ bền kéo	~60–110 MPa	~120–160 MPa	Độ bền kéo tăng cùng với làm cứng biến dạng; giá trị phụ thuộc trạng thái và độ dày
Giới hạn chảy	~20–50 MPa	~100–140 MPa	Giới hạn chảy tăng rõ rệt với trạng thái H; ủ mềm có giới hạn chảy thấp
Độ giãn dài	~30–40%	~5–15%	Độ giãn dài giảm khi trạng thái tăng; độ dày tấm cũng ảnh hưởng đến giá trị
Độ cứng	~20–35 HB	~35–55 HB	Độ cứng gần như theo mức độ làm lạnh lạnh; độ cứng cao giảm khả năng tạo hình

Tính chất vật lý

Tính chất	Giá trị	Ghi chú
Mật độ	2.69 g/cm³	Đặc trưng cho hợp kim nhôm; hữu ích cho tính toán khối lượng và độ cứng
Điểm nóng chảy	~660 °C (nhiệt độ rắn ≈ 660 °C)	Gần điểm nóng chảy của nhôm tinh khiết; dải nhiệt độ nóng chảy hẹp
Độ dẫn nhiệt	~215–235 W/m·K	Cao so với các hợp kim; thay đổi theo hàm lượng tạp chất và trạng thái tôi luyện
Độ dẫn điện	~57–62 %IACS	Độ dẫn điện cao làm cho 1350 hấp dẫn cho ứng dụng dây dẫn và thanh cái
Nhiệt dung riêng	~900 J/kg·K	Giá trị điển hình của nhôm dùng trong các phân tích nhiệt
Hệ số giãn nở nhiệt	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Hệ số quan trọng cho thiết kế các bộ phận liên kết và ứng dụng chịu chu kỳ nhiệt

Bộ tính chất vật lý tập trung vào khả năng truyền nhiệt và điện: độ dẫn nhiệt và dẫn điện cao so với đa số hợp kim kết cấu, làm cho 1350 rất phù hợp cho các ứng dụng quản lý nhiệt và điện. Sự kết hợp mật độ thấp và tính chất nhiệt tốt cho phép nhà thiết kế tận dụng lợi thế về khối lượng và khả năng tản nhiệt trong thiết bị điện tử và hệ thống điện.

Dạng sản phẩm

Dạng	Độ dày/kích thước tiêu chuẩn	Hành vi chịu lực	Trạng thái phổ biến	Ghi chú
Tấm	0.2–6.0 mm	Nhẹ nhàng ở trạng thái O; được làm cứng bằng cán nguội đến trạng thái H	O, H12, H14, H16	Phổ biến cho phản quang, lá tụ điện, và bộ tản nhiệt
Đĩa (Plate)	>6.0 mm	Xu hướng tương tự nhưng tiết diện dày giữ độ dẻo lâu hơn	O, H12	Ít phổ biến; dùng khi cần dây dẫn dày hơn
Đùn	Biên dạng đến tiết diện lớn	Chi tiết đùn thường bắt đầu mềm sau đó làm cứng bằng làm lạnh lạnh	O, H14	Hình dạng tiết diện có thể phức tạp vừa phải do độ dẻo cao
Ống	Độ dày thành 0.5–10 mm	Hành vi tương tự tấm mỏng; độ dễ tạo hình quan trọng cho uốn cong	O, H14	Phổ biến cho ống bus duct và ống dẫn điện khi cần dẫn điện
Thanh/Trục	Đường kính 2–50 mm	Làm cứng bằng cán nguội để tăng độ bền; lượng hợp kim thấp hạn chế phạm vi làm cứng	O, H18	Dùng cho đầu nối điện và chi tiết gia công

Sự khác biệt về quy trình giữa các dạng ảnh hưởng đến tính chất cơ học: tấm và dải mỏng dễ dàng làm lạnh lạnh đến trạng thái H với sự tăng cường bền vững, trong khi đĩa và thanh thường cần tạo hình hoặc gia công mạnh hơn. Đùn và ống cho phép tạo hình phức tạp đồng thời giữ ưu thế về dẫn điện của hợp kim, và việc lựa chọn sản phẩm cần phù hợp với trạng thái tôi luyện và yêu cầu tạo hình theo hình học chi tiết.

Mác Tương Đương

Tiêu Chuẩn	Mác	Khu Vực	Ghi Chú
AA	1350	USA	Chỉ định ngành cho hợp kim thương mại 1xxx cụ thể này
EN AW	Al99.5 (xấp xỉ)	Châu Âu	Tương đương thuộc phân loại nhôm tinh khiết thương mại; đặc điểm kỹ thuật thay đổi theo tiêu chuẩn EN
JIS	A1050 / A1070 (xấp xỉ)	Nhật Bản	Tương đương họ 1xxx của JIS; thành phần hóa học và độ cứng khác biệt nhẹ
GB/T	Al99.5 (xấp xỉ)	Trung Quốc	Ánh xạ sang các mác nhôm tinh khiết thương mại trong tiêu chuẩn Trung Quốc

Các mác tương đương trực tiếp thường được biểu thị là các loại “nhôm tinh khiết thương mại” hoặc họ Al99.5 trong các tiêu chuẩn khu vực, nhưng giới hạn tạp chất chính xác, các nguyên tố phụ cho phép và định nghĩa về độ cứng khác nhau theo tổ chức tiêu chuẩn. Kỹ sư nên tham khảo bảng tiêu chuẩn cụ thể và chứng nhận nhà cung cấp để xác nhận độ dẫn điện, giới hạn tạp chất và các loại độ cứng cho phép khi thay thế giữa các mác tương đương khu vực.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

1350 có khả năng chống ăn mòn khí quyển tự nhiên tốt do hàm lượng nhôm cao và ít nguyên tố hợp kim hoạt động. Trong môi trường đô thị và công nghiệp bình thường, lớp oxit hình thành tự nhiên bảo vệ hiệu quả, và hợp kim có hiệu suất tốt khi hoàn thiện bề mặt sơn hoặc anode hóa khi yêu cầu về thẩm mỹ bề mặt.

Trong môi trường biển, hợp kim có khả năng chống ăn mòn tổng thể khá nhưng dễ bị ăn mòn cục bộ khi nồng độ chloride cao và tồn tại các khe hở; xử lý anode hóa hoặc phủ bảo vệ thường được áp dụng để giảm thiểu. Nứt do ăn mòn ứng suất không phải là kiểu hỏng điển hình với hợp kim nhôm dòng 1xxx hợp kim thấp vì hợp kim không có cấu trúc kết tủa thúc đẩy SCC điển hình ở một số hợp kim cường độ cao.

Tác động điện hóa cần được xem xét khi 1350 tiếp xúc với kim loại quý hơn như đồng hoặc thép không gỉ; vì là kim loại hoạt động tương đối, nó sẽ ăn mòn ưu tiên khi nối điện trong dung dịch điện phân. So với hợp kim họ 5xxx và 6xxx, 1350 đánh đổi một phần cường độ nhưng thường cung cấp khả năng chống ăn mòn tương đương hoặc vượt trội trong nhiều môi trường nhờ độ tinh khiết và việc không có pha tạo hợp kim thúc đẩy ăn mòn điện hóa.

Đặc Tính Gia Công

Khả năng hàn

1350 dễ dàng hàn bằng các phương pháp nhiệt thông thường như TIG và MIG nhờ hàm lượng nhôm cao và không có kết tủa làm cứng. Thông thường sử dụng kim loại phụ có thành phần tương tự (ví dụ ER4043 hoặc ER1100 khi yêu cầu độ dẫn điện cao) nhằm cân bằng tính cơ học và tính dẫn điện; lựa chọn kim loại phụ tùy theo ưu tiên giữa dẫn điện hoặc độ bền nối. Nguy cơ nứt nóng thấp so với hợp kim có hàm lượng Cu hoặc Mg cao, nhưng cần chú ý thiết kế mối hàn, loại bỏ tạp chất và lớp oxit để tránh rỗ khí và hàn không đạt. Hiện tượng mềm vùng ảnh hưởng nhiệt không quá đáng lo ngại như ở hợp kim được xử lý nhiệt, vì hợp kim không thể xử lý nhiệt và tính chất cơ học được kiểm soát qua làm lạnh lạnh.

Khả năng gia công

Khả năng gia công của 1350 ở mức tốt đến trung bình; vì hợp kim tương đối mềm, nó tạo ra mạt dài, liên tục và dễ bị bết dính với dụng cụ hoặc tốc độ gia công không phù hợp. Sử dụng dụng cụ carbide với góc cắt dương và cơ cấu phá mạt khuyến nghị để tăng hiệu suất gia công; tốc độ cắt nên điều chỉnh ở mức vừa phải để tránh tạo lớp mạt bám. Bề mặt gia công có thể đạt chất lượng tốt, nhưng cần chú ý kẹp chặt và độ cứng chi tiết để tránh rung dao ở chi tiết mỏng hoặc dài.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình của 1350 ở trạng thái ủ O rất tốt cho các phương pháp kéo sâu, uốn và tạo hình giãn nở, thường được sử dụng khi yêu cầu bán kính cong nhỏ và hình dạng phức tạp. Bán kính uốn có thể nhỏ ở độ cứng O, thường chỉ vài lần chiều dày vật liệu tùy dụng cụ và bôi trơn bề mặt; ở các loại độ cứng H, bán kính uốn tối thiểu tăng đáng kể. Làm lạnh lạnh tăng cường độ nhưng giảm khả năng tạo hình; các nhà thiết kế nên chọn độ cứng mềm nhất có thể cho việc tạo hình nghiêm ngặt và lên kế hoạch xử lý nhiệt hoặc gia cường cơ học sau khi tạo hình nếu cần.

Ứng Xử Xử Lý Nhiệt

Là hợp kim dòng 1xxx, 1350 không thể xử lý nhiệt theo kiểu làm cứng kết tủa; sự điều chỉnh tính chất cơ học đạt được bằng làm lạnh lạnh và ủ. Ủ 1350 kích thích quá trình hồi phục và tái tinh thể hóa; các chu trình ủ toàn phần thường thực hiện ở nhiệt độ 300–400 °C tùy chiều dày và quá trình để phục hồi độ dẻo và độ dẫn điện.

Không có chu trình xử lý dung dịch và lão hóa nào hiệu quả với 1350 vì hợp kim thiếu các nguyên tố hợp kim cần thiết để tạo kết tủa gia cường; do đó các phân loại độ cứng theo lão hóa T không áp dụng. Làm cứng bằng biến dạng lạnh là cơ chế gia cường chính: kiểm soát kỹ các thông số cán, kéo và ép giúp xác định sự cân bằng cuối cùng giữa cường độ và độ dẻo của chi tiết sản xuất.

Hiệu Suất Ở Nhiệt Độ Cao

1350 giữ nguyên tính chất kim loại ở nhiệt độ dưới khoảng 150–200 °C, nhưng sẽ giảm dần cường độ và có xu hướng biến dạng chảy ở nhiệt độ cao hơn so với các hợp kim cường độ cao hơn. Trong vận hành liên tục gần hoặc trên 150 °C, người thiết kế phải tính đến giảm giới hạn chảy và mềm hóa do nhiệt; chu trình nhiệt còn làm hạt tinh thể thô hơn và thay đổi đặc tính oxit bề mặt. Oxi hóa ở không khí chỉ giới hạn trong việc hình thành lớp oxit bảo vệ đặc trưng của nhôm, nhưng phơi nhiễm lâu dài ở nhiệt độ cao có thể ảnh hưởng đến bề mặt và điện trở tiếp xúc điện.

Trong các hoạt động hàn và mối ghép nhiệt, vùng ảnh hưởng nhiệt không xảy ra quá trình quá lão hóa hay hòa tan kết tủa như các hợp kim xử lý nhiệt, nhưng ủ cục bộ sẽ làm giảm cường độ tăng do làm lạnh lạnh gần vùng hàn. Đối với yêu cầu kết cấu vùng nhiệt độ cao hoặc chống chảy creep quan trọng, kỹ sư nên cân nhắc các hợp kim chịu nhiệt ngoài họ 1xxx.

Ứng Dụng

Ngành	Ví Dụ Chi Tiết	Lý Do Sử Dụng 1350
Điện/ Năng Lượng	Dây dẫn trên không, thanh dẫn, đầu nối	Độ dẫn điện cao và khả năng tạo hình tốt để định hình dây dẫn
Điện tử	Bộ tản nhiệt, lá mỏng, che chắn	Độ dẫn nhiệt cao và bề mặt hoàn thiện xuất sắc
Kiến trúc	Viền mái, phản quang	Chống ăn mòn và hoàn thiện thẩm mỹ
Ô tô	Dải dẫn điện không kết cấu, phản quang	Khả năng tạo hình tốt, dẫn điện và giá thành thấp
Hàng hải	Phụ kiện không chịu lực quan trọng, viền	Chống ăn mòn trong môi trường biển khí quyển

1350 được sử dụng rộng rãi ở các ứng dụng mà hiệu suất điện hoặc nhiệt và khả năng tạo hình quan trọng hơn cường độ cao; những đặc tính này khiến hợp kim là lựa chọn kinh tế cho các thành phần dẫn điện, bộ phận quản lý nhiệt và chi tiết kiến trúc trang trí. Sự kết hợp giữa chi phí thấp, tính sẵn có và khả năng tương thích với các phương pháp nối ghép và hoàn thiện phổ biến giúp nó vẫn giữ vai trò quan trọng trong sản xuất hiện đại.

Thông Tin Lựa Chọn

Với thiết kế ưu tiên khả năng dẫn điện và tạo hình hơn là cường độ tối đa, 1350 là lựa chọn hợp lý vì cung cấp độ dẫn điện và nhiệt cao cùng độ dẻo vượt trội ở trạng thái ủ. So với nhôm tinh khiết thương mại 1100, 1350 thường cho độ dẫn điện tương đương với cơ tính nhỉnh hơn một chút và giới hạn tạp chất khác biệt nhẹ, đổi lại với giảm nhẹ tính tạo hình để cải thiện độ vững chắc ở một số độ cứng.

So với các hợp kim làm cứng lạnh như 3003 hoặc 5052, 1350 thường có độ dẫn điện tốt hơn và khả năng chống ăn mòn khí quyển tương đương, nhưng kém hơn về cường độ khi chưa có làm lạnh lạnh nhiều. Đối với các hợp kim xử lý nhiệt như 6061 hoặc 6063, 1350 không đạt đến đỉnh cường độ hay độ cứng, nhưng ưu thế là dẫn điện, khả năng tạo hình, hoàn thiện bề mặt và chi phí tốt hơn khi những yếu tố này quan trọng hơn hiệu suất cơ học tối đa.

Sử dụng 1350 khi yêu cầu về điện hoặc nhiệt, dễ tạo hình và chi phí/độ sẵn có là yếu tố quyết định; lựa chọn các độ cứng H chỉ khi cần gia tăng cường độ bằng làm lạnh lạnh, và chọn độ cứng O cho kéo sâu, uốn nhỏ bán kính và dẫn điện cao nhất.

Tóm Tắt Cuối

1350 vẫn là hợp kim nhôm tinh khiết thương mại thực dụng và phổ biến vì kết hợp độ dẫn điện và nhiệt cao với khả năng tạo hình, chống ăn mòn và dễ gia công xuất sắc, làm cho nó là lựa chọn hàng đầu cho dây dẫn, bộ phận quản lý nhiệt và chi tiết kiến trúc thành hình trong các ứng dụng không yêu cầu cường độ tối đa.