Nhôm 1A70: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn nhiệt xử lý & Ứng dụng

Tổng quan toàn diện

1A70 là hợp kim nhôm thuộc series 1xxx, nằm trong nhóm nhôm thương mại tinh khiết cao, với hàm lượng nhôm gần hoặc trên 99,7%. Như một thành viên của nhóm 1xxx, loại hợp kim này được định nghĩa bởi hàm lượng hợp kim thấp, với lượng Si, Fe và các tạp chất còn lại ở mức dấu vết thay vì các thành phần thêm vào để tăng cường tính năng cơ học.

Cơ chế tăng cường chủ yếu của hợp kim là làm cứng biến dạng (làm cứng ứng suất) thay vì làm cứng kết tủa; hợp kim không thể được tăng cường đáng kể bằng phương pháp xử lý nhiệt mà chỉ phản ứng dự đoán được khi làm nguội biến dạng và tôi anneal. Các đặc điểm quan trọng bao gồm dẫn điện và dẫn nhiệt rất cao, khả năng chống ăn mòn môi trường khí quyển và nhiều môi trường hóa học, tính dẻo gia công vượt trội trong các trạng thái mềm, và khả năng hàn đơn giản với xu hướng hạn chế nứt nóng.

Các ngành công nghiệp điển hình sử dụng 1A70 bao gồm sản xuất dây dẫn điện và thanh cái điện, thiết bị tiếp xúc với hóa chất và thực phẩm, ốp kiến trúc và trang trí, thiết bị trao đổi nhiệt và cánh tản nhiệt, cũng như các linh kiện đặc biệt nơi đòi hỏi tính dẫn điện cao và khả năng tạo hình là yêu cầu chính. Các kỹ sư chọn 1A70 thay vì các hợp kim gia cường khi tính dẫn điện, dễ dàng tạo hình và khả năng chống ăn mòn quan trọng hơn việc tối đa hóa tỷ lệ bền trên trọng lượng hoặc đạt độ bền gia công và độ cứng cao.

Hợp kim này được lựa chọn ở những nơi cần sự pha trộn tính chất gần giống nhôm tinh khiết: ví dụ như cần dẫn điện tối đa, khả năng kéo sâu, hoặc hàm lượng tạp chất thấp cho các quy trình hàn nóng hoặc hàn chảy. Trong nhiều trường hợp gia công, 1A70 đóng vai trò như sự cân bằng giữa tính dễ gia công của nhôm nguyên chất và độ bền cơ học vừa phải có được từ làm cứng biến dạng.

Các biến thể trạng thái

Trạng thái (Temper)	Cấp độ bền	Độ dãn dài	Khả năng tạo hình	Khả năng hàn	Ghi chú
O	Thấp	Rất cao	Xuất sắc	Xuất sắc	Hoàn toàn anneal, độ đàn hồi và dẫn điện tối đa
H12	Thấp–Trung bình	Trung bình	Rất tốt	Xuất sắc	Làm cứng biến dạng một phần; giữ được khả năng tạo hình tốt
H14	Trung bình	Trung bình	Tốt	Xuất sắc	Làm nguội nhẹ; phổ biến cho tiết diện kéo và dải
H16	Trung bình–Cao	Trung bình	Trung bình	Xuất sắc	Làm cứng biến dạng cao hơn để tăng cường độ bền
H18	Cao	Thấp hơn	Giảm	Xuất sắc	Làm cứng biến dạng mạnh để tăng cường độ bền tĩnh
H24	Trung bình	Trung bình	Tốt	Xuất sắc	Làm cứng biến dạng kết hợp anneal một phần để cân bằng độ dẻo và bền
T5 / T6 / T651	Không áp dụng	Không áp dụng	Không áp dụng	Không áp dụng	Không áp dụng — 1A70 không thể xử lý nhiệt; trạng thái T không có ý nghĩa

Trạng thái nhiệt luyện ảnh hưởng đầu tiên đến tính chất cơ học và khả năng tạo hình của 1A70 vì toàn bộ độ bền sử dụng được là do biến dạng nhựa tạo ra. Các trạng thái annealed hoặc O tối đa hóa độ dãn dài và giới hạn tạo hình, làm cho chúng trở thành trạng thái mặc định cho kéo sâu và uốn gấp phức tạp. Tăng số hiệu H làm tăng giới hạn chảy và giới hạn bền kéo trong khi dần giảm độ dãn dài và khả năng tạo hình bán kính nhỏ; khả năng hàn vẫn duy trì tốt trên các trạng thái nhưng mối hàn có thể xuất hiện làm mềm cục bộ do mất đi độ cứng biến dạng.

Thành phần hóa học

Nguyên tố	Phạm vi %	Ghi chú
Al	Cân bằng (~99,7–99,85)	Chiếm phần lớn thành phần; quyết định khả năng dẫn điện và chống ăn mòn
Si	≤0,25	Cặn sót từ quá trình gia công; ảnh hưởng đến độ lỏng trong đúc nhiều hơn so với gia công
Fe	≤0,40	Tạp chất phổ biến; có thể tạo intermetallic làm giảm nhẹ tính dẻo
Mn	≤0,05	Thông thường ở mức dấu vết; tác động tăng cứng không đáng kể
Mg	≤0,03	Hàm lượng thấp; không được thêm nhằm mục đích tăng cứng
Cu	≤0,05	Được giữ ở mức tối thiểu để bảo vệ khả năng chống ăn mòn và dẫn điện
Zn	≤0,03	Lượng dấu vết; ảnh hưởng hạn chế
Cr	≤0,05	Kiểm soát dấu vết nhằm hạn chế sự phát triển hạt ở một số biến thể
Ti	≤0,03	Thường dùng như chất tinh chỉnh hạt trong các mẻ đúc vi hợp kim
Khác (mỗi nguyên tố)	≤0,05	Tổng tạp chất còn lại được giới hạn để duy trì độ tinh khiết cao

Thành phần hóa học nhấn mạnh nhôm là nguyên tố chiếm ưu thế với giới hạn chặt chẽ các nguyên tố tạp nhằm giữ nguyên khả năng dẫn điện, độ dẻo và khả năng chống ăn mòn. Một lượng nhỏ Fe và Si là không tránh khỏi và có thể tạo ra các hạt intermetallic mịn làm giảm nhẹ khả năng tạo hình trong các độ dày rất lớn hoặc sau khi làm biến dạng mạnh. Hàm lượng gần như không có Mg, Cu và Zn ngăn chặn khả năng làm cứng kết tủa và đảm bảo hành vi ổn định, dự đoán được khi hàn và tiếp xúc hóa học.

Tính chất cơ học

Đặc trưng kéo của 1A70 là tính chất điển hình của nhôm tinh khiết cao: giới hạn chảy và giới hạn bền kéo thấp trong trạng thái anneal với độ dãn dài cao và biến dạng nhựa đồng đều. Ở trạng thái làm lạnh biến dạng (trạng thái H), cả giới hạn chảy và giới hạn bền kéo đều tăng đáng kể trong khi độ dãn dài và tỉ lệ giảm diện tích giảm đi; đường cong ứng suất-biến dạng vẫn mang tính dẻo nhưng hệ số làm cứng biến dạng thấp hơn so với các loại hợp kim hợp kim hoá khác. Độ dày và lịch sử gia công ảnh hưởng mạnh đến tính chất đo được; tấm mỏng, dải làm nguội kỹ sẽ có độ bền biểu kiến cao hơn tấm dày trong trạng thái O.

Giới hạn chảy ở trạng thái O thấp (đơn vị vài chục MPa) so với các hợp kim có thể xử lý nhiệt trong khi giới hạn bền kéo thường dao động trong khoảng hai con số thấp đến dưới 100 MPa tùy theo trạng thái và độ dày. Độ cứng tuân theo xu hướng tương tự — thấp ở vật liệu anneal và tăng lên khi làm cứng biến dạng; giá trị Brinell thường nằm trong khoảng 12–22 HB cho trạng thái O và tăng lên 20–40 HB cho các trạng thái H16–H18. Độ bền mỏi ở mức vừa phải; tuổi thọ mỏi được hưởng lợi từ độ dẻo của hợp kim nhưng có thể giảm khi có khiếm khuyết bề mặt, biến dạng lạnh mạnh, hoặc tiếp xúc với kim loại khác gây ăn mòn điện hóa.

Tính chất	Trạng thái O/Anneal	Trạng thái chính (ví dụ H14/H18)	Ghi chú
Giới hạn bền kéo	60–100 MPa	110–160 MPa	Phạm vi rộng tùy thuộc độ dày và mức độ làm lạnh biến dạng
Giới hạn chảy	20–40 MPa	80–140 MPa	Trạng thái H cung cấp phần lớn độ bền sử dụng được bằng làm cứng biến dạng
Độ dãn dài	25–45%	2–20%	Anneal có độ dẻo cao; trạng thái làm cứng mạnh có độ dãn thấp
Độ cứng	12–22 HB	20–40 HB	Độ cứng Brinell tăng theo quá trình làm cứng biến dạng

Tính chất vật lý

Tính chất	Giá trị	Ghi chú
Mật độ	2,70 g/cm³	Điển hình cho hợp kim nhôm; hữu ích trong thiết kế nhẹ
Điểm nóng chảy	~660–657 °C	Điểm nóng chảy của nhôm tinh khiết ~660,3 °C; phạm vi hẹp trong hợp kim tinh khiết cao
Độ dẫn nhiệt	~230–240 W/m·K (20 °C)	Rất cao; gần tương đương với nhôm tinh khiết và vượt trội so với hầu hết các loại hợp kim khác
Độ dẫn điện	~60–64 % IACS	Độ dẫn điện cao làm 1A70 trở thành lựa chọn cho dây dẫn và thanh cái điện
Nhiệt dung riêng	~0,90 J/g·K (20 °C)	Điển hình của nhôm; hữu ích trong tính toán tản nhiệt
Hệ số giãn nở nhiệt	~23–24 µm/m·K	Tương tự các hợp kim nhôm khác; cần thiết kế dự phòng giãn nở nhiệt trong các cụm lắp ráp

Các tính chất vật lý nhấn mạnh sự phù hợp của 1A70 cho các ứng dụng nhiệt và điện: độ dẫn nhiệt ở mức cao trong các loại nhôm gia công và độ dẫn điện gần mức nhôm thương mại tinh khiết. Hệ số giãn nở nhiệt tương đối cao đòi hỏi các biện pháp kiểm soát giới hạn và dung sai cẩn thận trong các cụm lắp ráp chịu chu kỳ nhiệt. Đặc tính nóng chảy và đúc giống như nhôm nguyên chất, giúp đơn giản hóa quá trình hàn nóng và hàn chảy nhưng cần kiểm soát sự tạo thành oxit.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Chiều Dày/Kích Thước Điển Hình	Đặc Tính Cơ Lực	Độ Cứng Thông Thường	Ghi Chú
Tấm	0.2–6.0 mm	Độ bền thay đổi mạnh theo độ cứng	O, H12, H14	Được sử dụng rộng rãi cho ốp phủ, tấm kiến trúc và tản nhiệt
Thép Tấm Dày	6–100+ mm	Độ bền tương đối thấp do hàm lượng hợp kim thấp	O, H18	Dạng dày hơn có thể chứa nhiều hợp chất liên kim từ quá trình đúc/gia công
Ép Đùn	Tiết diện phức tạp đến kích thước lớn	Độ bền nhờ gia công nguội và thiết kế	O, H14, H16	Bề mặt tốt và khả năng tạo hình xuất sắc cho thành mỏng
Ống	Thành mỏng đến trung bình	Độ bền nhờ kéo nguội và gia công nguội	O, H12, H14	Có cả loại liền mối và hàn; dùng cho bộ trao đổi nhiệt và ống ngưng
Thanh/Cây	Đường kính từ nhỏ đến vài inch	Kéo nguội để tăng độ bền	O, H18	Dùng cho bộ dẫn điện, đầu nối và chi tiết kiểu đinh tán

Dạng tấm và dạng mỏng là sản phẩm thương mại phổ biến nhất của 1A70 vì tận dụng được khả năng tạo hình và độ dẫn điện xuất sắc của hợp kim. Ép đùn và ống phụ thuộc nhiều vào kéo nguội và gia công nguội để đạt độ bền và kiểm soát kích thước yêu cầu. Thép tấm dày và các tiết diện lớn ít phổ biến hơn do độ bền vốn có thấp so với các dòng hợp kim cao hơn, và sản phẩm dày có thể giảm độ dẻo nhẹ do phân bố các hạt tạp chất.

Mác Tương Đương

Tiêu Chuẩn	Mác	Khu Vực	Ghi Chú
AA	1070	Quốc tế / Mỹ	Mác hợp kim có độ tinh khiết gần nhất để gia công; hóa học và tính chất tương tự
EN AW	1070A	Châu Âu	Ký hiệu châu Âu cho nhôm rèn thanh có độ tinh khiết cao; giới hạn hóa học tương đương
JIS	A1070	Nhật Bản	Ký hiệu Nhật cho sản phẩm nhôm rèn tinh khiết với ứng dụng tương tự
GB/T	1A70	Trung Quốc	Tiêu chuẩn Trung Quốc; giới hạn hóa học và độ cứng phù hợp với các yêu cầu của dòng 1xxx

Mác tương đương giữa các tiêu chuẩn thường có thể thay thế cho hầu hết ứng dụng, nhưng giới hạn tạp chất và nguyên tố vết có thể thay đổi nhẹ giữa các tiêu chuẩn. Những khác biệt nhỏ này có thể quan trọng trong các ứng dụng điện dẫn cao hoặc nơi dung sai tạp chất ảnh hưởng đến hàn hoặc hoàn thiện bề mặt. Luôn tham khảo chứng chỉ nhà máy và tiêu chuẩn khi chỉ định cho các ứng dụng có quy định hoặc hiệu suất cao.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

1A70 có khả năng chống ăn mòn khí quyển xuất sắc nhờ sự hình thành nhanh lớp màng oxit nhôm ổn định và bám chắc trên bề mặt tiếp xúc. Trong môi trường khí quyển nông thôn và đô thị, hợp kim này hoạt động tương đương với các hợp kim độ tinh khiết cao dòng 1xxx và thường cho hiệu quả tốt hơn các dòng hợp kim hoạt động hơn có hàm lượng đồng hoặc magie cao dễ gây ăn mòn cục bộ.

Trong môi trường biển và giàu chloride, hợp kim kháng ăn mòn đều tốt nhưng như các mác nhôm khác, có thể bị ăn mòn dạng điểm (pitting) trong nước mặn tĩnh và ăn mòn khe kẽ trong các vùng hẹp. Hàm lượng đồng thấp giúp giảm khả năng ăn mòn điện hóa tổng thể, nhưng cần đánh giá khả năng ăn mòn do tiếp xúc điện hóa với kim loại cao hơn (ví dụ: thép không gỉ); liên kết với vật liệu cực âm có thể làm tăng tốc độ ăn mòn cục bộ ở các mối nối bắt vít.

Độ nhạy với nứt ăn mòn ứng suất (SCC) thấp hơn so với các hợp kim nhôm cường độ cao đời trước vì 1A70 có độ bền thấp và không chứa đồng hoặc magie cao để tạo điều kiện hình thành SCC. Tuy nhiên, hiện tượng hòa tan anod và giòn do hydrogen vẫn là lưu ý trong điều kiện điện hóa cực đoan. So với dòng 3xxx và 5xxx, 1A70 có khả năng chống ăn mòn đều tương đương hoặc tốt hơn nhưng độ bền cơ học thấp hơn, còn so với dòng 6xxx/7xxx thì đánh đổi sức bền lấy khả năng chống ăn mòn tổng thể ưu việt hơn.

Tính Chất Gia Công

Khả năng hàn

1A70 dễ dàng hàn bằng các phương pháp nhiệt thông thường (TIG, MIG, hàn điện trở) với nguy cơ nứt nóng tối thiểu nhờ hàm lượng hợp kim thấp. Mối hàn sẽ mất cứng do biến dạng cục bộ ở trạng thái H và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) mềm hơn, gần đạt tính chất ủ mềm nên thiết kế mối nối cần tính đến biến đổi độ bền này. Chỉ dùng kim loại phụ có hàm lượng hợp kim thấp hoặc nhôm tinh khiết tương thích với nền để tránh tạo vị trí anod; ứng dụng yêu cầu dẫn điện cao cần dùng kim loại phụ tinh khiết và kiểm soát oxide cũng như độ rỗ khí.

Khả năng gia công máy

Gia công 1A70 khó hơn so với một số hợp kim khác do độ dẻo và xu hướng tạo mép bám làm mùn dính gây tích tụ trên dao khi cắt không chuẩn. Chỉ số gia công khá vừa phải (thấp hơn hợp kim dễ cắt) và có lợi khi dùng dao có góc nghiêng dương, mảnh cắt carbide sắc, cùng chất làm mát để đẩy mùn và giảm mép dính. Độ cứng tăng do gia công nguội hơi cải thiện gia công nhưng cũng làm giảm tuổi thọ dao; thực tiễn thường áp dụng tốc độ ăn dao trung bình và lượng chạy dao vừa phải với bộ phá mùn phù hợp.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình rất tốt ở trạng thái O, cho phép kéo sâu, xoay và dập phức tạp với hiện tượng co hồi rất nhỏ. Bán kính uốn có thể rất nhỏ trên tấm đã ủ; bán kính trong tối thiểu thường khuyến nghị là 1–2 lần chiều dày cho hầu hết công việc dập ở trạng thái O và tăng lên với trạng thái H. Gia công nguội là phương pháp chính để tăng độ bền và nên thực hiện qua các giai đoạn tạo hình và ủ trung gian khi yêu cầu giảm chiều dày lớn.

Hành Vi Ứng Xử Xử Lý Nhiệt

1A70 không thể xử lý nhiệt theo nghĩa luyện kim; không phát triển độ cứng kết tủa đáng kể qua xử lý dung dịch và tôi già. Các thử nghiệm xử lý nhiệt kiểu T6 không tạo ra độ bền tăng đặc trưng như trong họ hợp kim 6xxx hoặc 7xxx.

Lựa chọn xử lý nhiệt chỉ giới hạn ở ủ (làm mềm hoàn toàn) và bước ổn định nhiệt nhằm giảm ứng suất dư do gia công. Ủ (tương đương tôi dung dịch) được thực hiện bằng cách gia nhiệt vào vùng nhiệt độ tái kết tinh thích hợp, giữ đủ thời gian kiểm soát sự phát triển hạt, và làm nguội có kiểm soát; quy trình này phục hồi độ dẻo và dẫn điện nhưng làm giảm độ bền cơ học do đã làm cứng bởi gia công nguội.

Việc chuyển đổi trạng thái độ cứng để tinh chỉnh sản phẩm được thực hiện bằng các chu trình gia công biến dạng và ủ, hơn là dựa vào quá trình kết tủa. Nhà thiết kế nên lên kế hoạch chuỗi tạo hình và liên kết dựa trên các phương pháp gia công cơ học này thay vì dựa vào tăng cường cơ lý qua nhiệt.

Hiệu Suất Nhiệt Độ Cao

Độ bền cơ học của 1A70 giảm nhanh khi nhiệt độ tăng so với các hợp kim nhôm có hợp kim và hầu hết hợp kim kết cấu; trên khoảng 150–200 °C, biên độ sức bền hiệu quả giảm đáng kể. Không khuyến cáo sử dụng hợp kim này trong điều kiện làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao nếu cần duy trì tải cơ học, vì biến dạng creep và mềm hóa sẽ rõ rệt.

Khả năng chống oxy hóa tốt nhờ lớp oxit nhôm bảo vệ vẫn bền; tuy nhiên lớp vảy bề mặt và thay đổi dẫn điện cần được tính đến cho các bộ phận quản lý nhiệt tiếp xúc nhiệt độ cao liên tục. Trong cụm hàn, hiện tượng mềm vùng nhiệt ảnh hưởng (HAZ) khi nhiệt độ cao cộng hưởng với mềm nền vật liệu gây yếu mối nối, nên thiết kế cần tránh nhiệt độ cao kéo dài hoặc bổ sung gia cố cơ học.

Ứng Dụng

Ngành	Chi Tiết Ví Dụ	Lý Do Dùng 1A70
Điện	Thanh cái, dải đầu nối	Độ dẫn điện và khả năng tạo hình cao cho các bộ dẫn dạng hình
Hàng Hải	Phụ kiện trang trí, ống dẫn	Kháng ăn mòn kết hợp với khả năng tạo hình và trọng lượng thấp
Hàng Không Vũ Trụ	Phụ kiện không kết cấu, vỏ chắn nhiệt	Dẫn điện tốt, nhẹ và dễ tạo hình
Điện Tử	Tản nhiệt, lá nhôm cho tụ điện	Độ dẫn nhiệt và độ tinh khiết cao phục vụ quản lý nhiệt
Kiến Trúc	Ốp phủ, mặt dựng, miếng che	Hoàn thiện thẩm mỹ, kháng ăn mòn và khả năng kéo sâu

1A70 được sử dụng khi độ tinh khiết cao và các tính chất vật lý liên quan (độ dẫn, truyền nhiệt, kháng ăn mòn) được ưu tiên hơn sức bền kết cấu tối đa. Các dạng sản phẩm đa dạng cho phép dùng trong các bộ phận kết cấu nhẹ và không kết cấu, đặc biệt khi quy trình gia công tận dụng kéo sâu, ép đùn hoặc nối ghép mở rộng. Sự cân bằng các tính chất làm nó trở thành lựa chọn tiêu chuẩn trong các gói chỉ định ưu tiên độ dẫn và khả năng tạo hình.

Gợi Ý Lựa Chọn

Chọn 1A70 khi ưu tiên độ dẫn điện hoặc nhiệt, khả năng tạo hình vượt trội và kháng ăn mòn hơn sức bền cơ học tối đa. Hàm lượng hợp kim thấp và hóa học gần tinh khiết làm nó lý tưởng cho bộ dẫn, tản nhiệt và các chi tiết kéo sâu nơi gia công nguội có thể điều chỉnh độ bền mà không giảm dẫn điện.

So với nhôm tinh khiết thương mại như 1100, 1A70 chỉ đổi một chút về độ dẫn điện và giới hạn tạp chất với khả năng tạo hình tương tự nhưng có thể có dung sai cán khác nhau đôi chút; cả hai đều được lựa chọn dựa trên độ dẫn điện và tính dẻo, hơn là độ bền. So với các hợp kim làm cứng công việc như 3003 hoặc 5052, 1A70 cung cấp độ dẫn điện tương đương hoặc tốt hơn và khả năng tạo hình tương tự nhưng độ bền đạt được thấp hơn; chọn 1A70 khi ăn mòn và dẫn điện, chứ không phải độ bền, là yếu tố quan trọng. So với các hợp kim tôi nhiệt như 6061 hoặc 6063, 1A70 được lựa chọn khi yêu cầu độ dẫn điện và khả năng tạo hình tối đa mặc dù độ bền cực đại thấp hơn; sử dụng 6061 khi cần độ bền kết cấu và khả năng làm già tăng cứng là thiết yếu.

Tóm tắt

1A70 vẫn giữ vai trò là hợp kim nhôm tinh khiết cao, dễ tạo hình với sự kết hợp ưu việt về độ dẫn điện và nhiệt, khả năng chống ăn mòn và tính hàn, phục vụ nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau. Đối với kỹ sư ưu tiên độ dẫn điện, dập sâu và tính tương thích hóa học hơn là độ bền kết cấu cao, 1A70 là lựa chọn vật liệu thực tế, tiết kiệm chi phí với hành vi gia công dự đoán được và sẵn có rộng rãi ở dạng tấm, thanh đùn và sản phẩm đã định hình.