Nhôm 5652: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn trạng thái nhiệt & Ứng dụng

Tổng quan toàn diện

5652 là một hợp kim nhôm thuộc nhóm 5xxx của hợp kim Al–Mg, đặc trưng bởi magiê là nguyên tố hợp kim chính. Đây là hợp kim không thể xử lý nhiệt, cường hóa bằng biến dạng lạnh, tăng cường độ chủ yếu thông qua gia công nguội thay vì hoạt hóa kết tủa.

Thành phần hợp kim chính trong 5652 gồm magiê cùng với lượng kiểm soát mangan và crôm để kiểm soát cấu trúc hạt và khả năng chống ăn mòn. Hợp kim này cung cấp sự kết hợp giữa độ bền cao hơn so với nhôm tinh khiết, khả năng chống ăn mòn rất tốt trong môi trường khí quyển và biển, cùng với tính tạo hình và hàn hợp lý khi sử dụng trong các temper thích hợp.

Các ngành công nghiệp tiêu biểu sử dụng 5652 bao gồm xây dựng hàng hải, giao thông vận tải (bao gồm kết cấu siêu nhẹ và rơ-moóc), thiết bị chịu áp lực và hệ thống ống dẫn đòi hỏi cân bằng giữa độ bền và khả năng chống ăn mòn, cũng như một số ứng dụng kiến trúc và công nghiệp đặc thù. Các kỹ sư chọn 5652 thay vì các hợp kim khác khi cần một lựa chọn cứng hơn so với nhôm gần tinh khiết hoặc hợp kim nhóm 3xxx, đồng thời giữ được hiệu suất chống ăn mòn biển vượt trội so với nhiều hợp kim nhóm 6xxx và 7xxx có thể xử lý nhiệt.

Hợp kim được ưu tiên so với các hợp kim xử lý nhiệt có cường độ cao hơn khi ưu tiên khả năng tạo hình sâu, chống ăn mòn liên kết hạt và quy trình nhiệt đơn giản hơn. Bản chất không xử lý nhiệt của hợp kim giúp đơn giản hóa sản xuất và giảm thiểu nguy cơ biến đổi tính chất cơ lý do nhiệt, điều này là lợi thế trong các cụm hàn và biên dạng tạo hình.

Biến thể temper

Temper	Mức độ bền	Độ dãn dài	Khả năng tạo hình	Khả năng hàn	Ghi chú
O	Thấp	Cao (20–30%)	Xuất sắc	Xuất sắc	Điều kiện ủ mềm hoàn toàn để đạt khả năng tạo hình tối đa
H12	Thấp–Trung bình	Trung bình (12–18%)	Rất tốt	Xuất sắc	Cường hóa nhẹ bằng biến dạng, giữ được khả năng tạo hình tốt
H14	Trung bình	Trung bình (10–15%)	Tốt	Rất tốt	Cường hóa biến dạng vừa phải để tăng độ bền
H32	Trung bình–Cao	Thấp hơn (8–12%)	Trung bình	Rất tốt	Cường hóa và ổn định biến dạng, temper thương mại phổ biến
H34	Cao	Thấp (6–9%)	Hạn chế	Tốt	Gia công nguội mạnh để tối đa hóa độ bền nhưng giảm khả năng tạo hình
H112	Biến thiên	Vừa phải (15–25%)	Tốt	Xuất sắc	Temper thành phẩm với tính chất phụ thuộc lịch sử sản xuất

Các temper ảnh hưởng mạnh đến sự đánh đổi giữa độ bền và độ dẻo dai trong 5652. Vật liệu ủ (O) cung cấp khả năng tạo hình và độ dãn dài tốt nhất cho việc dập sâu và tạo hình phức tạp, trong khi các temper H gia tăng dần độ bền nhờ biến dạng lạnh kèm theo sự giảm độ dãn dài.

Khả năng hàn vẫn thuận lợi ở hầu hết các temper do 5652 không thể xử lý nhiệt; tuy nhiên, việc làm mềm cục bộ có thể xảy ra ở vùng biến dạng mạnh bên cạnh vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) của mối hàn. Do đó, nhà thiết kế nên lựa chọn temper thấp nhất phù hợp với yêu cầu chịu lực để tối đa hóa khả năng tạo hình và tính chất sau hàn.

Thành phần hóa học

Nguyên tố	Phạm vi %	Ghi chú
Si	≤ 0.25	Kiểm soát tạp chất; Si vượt mức có thể làm giảm độ dẻo
Fe	≤ 0.50	Sắt tạo pha intermetallic có thể làm giảm độ dẻo và khả năng chống ăn mòn
Mn	0.2–0.6	Kiểm soát cấu trúc hạt, tăng cường độ bền và chống ăn mòn
Mg	2.7–3.6	Nguyên tố tăng cường chính; kiểm soát độ cứng dung dịch rắn và khả năng làm cứng biến dạng
Cu	≤ 0.10	Email thấp để giữ khả năng chống ăn mòn và hành vi anode hóa
Zn	≤ 0.25	Lượng thấp để tránh nhạy cảm ăn mòn galvanic và duy trì độ dẻo
Cr	0.05–0.25	Vi hợp kim để kiểm soát hạt và chống kết tinh lại, ăn mòn ứng suất
Ti	≤ 0.15	Chất tinh chỉnh hạt cho quá trình đúc hoặc biến dạng khi kiểm soát
Khác	≤ 0.15 (mỗi loại)	Nguyên tố vết và tạp chất; giới hạn tổng để bảo toàn tính chất

Thành phần được tối ưu để cung cấp tăng cường dung dịch rắn từ magiê đồng thời duy trì khả năng chống ăn mòn qua lượng đồng thấp và kiểm soát sắt. Crôm và mangan được bổ sung có chủ định ở mức thấp nhằm kiểm soát kích thước hạt, ngăn chặn kết tinh lại trong quá trình xử lý nhiệt-cơ học và ổn định độ bền sau biến dạng lạnh.

Nguyên tố phụ và tạp chất bị khoanh vùng nghiêm ngặt để tránh hình thành pha intermetallic có hại và đảm bảo khả năng hàn cùng hoàn thiện bề mặt tốt. Phạm vi hàm lượng Mg là yếu tố chính điều chỉnh tính chất cơ học và khả năng làm cứng do biến dạng.

Tính chất cơ học

5652 thể hiện tính giằng kéo dẻo trong trạng thái ủ và tăng dần độ bền với sự giảm độ dãn dài khi gia công lạnh tăng lên. Hành vi giới hạn chảy thường dần đều với giới hạn đàn hồi rõ rệt và vùng làm cứng biến dạng nổi bật; các temper gia công mạnh có giới hạn bền cao hơn nhưng giảm độ dãn dài đồng đều. Hiệu suất mỏi nhìn chung thuận lợi cho cấu trúc hàn hoặc không hàn khi thiết kế tính toán đến tập trung ứng suất và hoàn thiện bề mặt, tuy nhiên mối hàn và hình học sắc cạnh làm giảm đáng kể tuổi thọ mỏi.

Độ cứng cũng theo xu hướng tương tự tính chất kéo, tăng từ các giá trị thấp Brinell trong temper O đến cao hơn nhiều trong các temper H, phản ánh sự tích tụ cấu trúc khuyết tật mạng tinh thể. Ảnh hưởng độ dày đáng kể: tấm mỏng có thể gia công nguội đến độ bền cao hơn và dễ làm cứng biến dạng; tấm dày hơn giữ mức làm cứng thấp hơn và có thể cần quy trình khác để đạt độ bền tương đương.

Tính chất	O/Ủ mềm	Temper chính (H34)	Ghi chú
Độ bền kéo	120–160 MPa	280–320 MPa	Giá trị phụ thuộc độ dày và hàm lượng Mg chính xác
Giới hạn chảy	35–70 MPa	220–260 MPa	Giới hạn chảy 0.2% offset cho thiết kế
Độ dãn dài	20–30%	6–9%	Giảm đáng kể khi gia công lạnh mạnh
Độ cứng	30–40 HB	80–100 HB	Độ cứng tương quan với mức gia công lạnh và lịch sử biến dạng

Giá trị trong bảng là phạm vi đại diện cho các sản phẩm tấm và tôn thông dụng; giá trị chính xác cần được xác nhận qua giấy chứng nhận nhà máy đối với các thiết kế quan trọng. Nhà thiết kế cũng cần tính đến tính dị hướng trong tính chất do hướng cán và ảnh hưởng của các phép tạo hình lên độ bền và độ dẻo cục bộ.

Tính chất vật lý

Tính chất	Giá trị	Ghi chú
Mật độ	2.66–2.70 g/cm³	Nhẹ hơn thép, giúp tiết kiệm trọng lượng
Phạm vi nóng chảy	~570–640 °C	Điểm rắn và lỏng thay đổi theo thành phần; đặc trưng cho hợp kim Al–Mg
Độ dẫn nhiệt	~110–140 W/m·K (nhiệt độ phòng)	Thấp hơn nhôm tinh khiết nhưng vẫn tốt cho ứng dụng truyền nhiệt
Độ dẫn điện	~22–28 % IACS	Giảm do hợp kim so với nhôm tinh khiết
Nhiệt dung riêng	~0.90 J/g·K	Hữu ích trong tính toán nhiệt dung chuyển tiếp
Hệ số nhiệt dài	23–24 x10^-6 /K	Hệ số điển hình cho hợp kim nhôm biến dạng

Tính chất nhiệt và điện làm cho 5652 phù hợp với các ứng dụng cần tản nhiệt và dẫn điện hợp lý, trong khi mật độ thấp đem lại lợi thế tỷ số độ bền trên trọng lượng đáng kể so với vật liệu ferrous. Hệ số giãn nở nhiệt cần được xem xét khi kết hợp 5652 với vật liệu khác biệt nhằm tránh ứng suất liên kết trong quá trình biến đổi nhiệt độ.

Do độ dẫn nhiệt vẫn giữ ở mức tương đối cao, 5652 phù hợp với các thành phần tản nhiệt đòi hỏi độ bền cơ học trung bình; tuy nhiên, đối với ứng dụng kết cấu ở nhiệt độ cao, tính chất cơ học của hợp kim suy giảm đáng kể trên khoảng 100–150 °C.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Độ Dày/Kích Thước Thông Thường	Hành Vi Cường Độ	Các Độ Cứng Thông Dụng	Ghi Chú
Tấm	0.3–6.0 mm	Dễ dàng làm cứng khi biến dạng; các độ dày mỏng đạt độ cứng cao hơn khi làm việc	O, H12, H14, H32	Được sử dụng cho các tấm định hình và chi tiết dập sâu nông
Thép dày (Plate)	6–50+ mm	Tốc độ làm cứng khi biến dạng thấp hơn; các tiết diện lớn kém dẻo dai hơn	O, H112, H32	Thành phần kết cấu và các tấm dày hơn
Đùn (Extrusion)	Tuỳ theo tiết diện	Cường độ ảnh hưởng bởi biến dạng và quá trình lão hoá sau đùn	As‑extruded, H112	Hồ sơ phức tạp cho khung và thành phần kết cấu
Ống	Đường kính đến 600 mm	Kéo nguội hoặc hàn; tính chất cơ học phụ thuộc vào quá trình gia công	O, H32	Ống chịu áp lực và các tiết diện rỗng kết cấu
Thanh/Trục	Ø3–100 mm	Dễ gia công và làm cứng nguội để đạt cường độ cao hơn	O, H14, H34	Bulong, chốt và các chi tiết máy đã gia công

Các sản phẩm tấm và độ dày mỏng thường được dùng khi việc tạo hình và hoàn thiện bề mặt quan trọng, trong khi thép dày và đùn được lựa chọn cho các ứng dụng chịu tải trọng kết cấu. Sự khác biệt trong quá trình như lăn nóng, lăn nguội và ủ kiểm soát xác định cấu trúc vi mô cuối cùng và do đó phản ứng cơ học của từng dạng sản phẩm.

Ống hàn và đùn thường yêu cầu xử lý cơ học sau hàn hoặc xử lý giảm ứng suất khi sản xuất trong các độ cứng H có cường độ cao để giảm biến dạng và làm mềm cục bộ. Việc chỉ định độ cứng, độ dày và trình tự tạo hình rất quan trọng để đảm bảo trạng thái giao hàng phù hợp với yêu cầu thiết kế.

Các Mác Tương Đương

Tiêu Chuẩn	Mác	Khu Vực	Ghi Chú
AA	5652	USA	Định danh chính sử dụng trong các tiêu chuẩn nhà máy Bắc Mỹ
EN AW	5652	Châu Âu	Quy ước đặt tên Châu Âu; thành phần hóa học và độ cứng có thể khác nhau theo nhà máy
JIS	A5652 (không chính thức)	Nhật Bản	Không phổ biến tiêu chuẩn; nhà cung cấp địa phương có thể dùng các thành phần hóa học tương tự
GB/T	5652	Trung Quốc	Tài liệu khu vực có thể liệt kê hợp kim tương đương dưới mã này

Định danh tiêu chuẩn ở các khu vực cố gắng thể hiện cùng thành phần hóa học danh nghĩa, nhưng sự khác biệt về giới hạn cho phép, quy trình gia công và định nghĩa độ cứng có thể tạo nên sự khác nhau về tính chất vật liệu. Vật liệu lấy từ các khu vực khác nhau nên được đánh giá dựa trên báo cáo thử nghiệm nhà máy và dữ liệu thử cơ học thay vì chỉ dựa vào tên mác.

Các khác biệt nhỏ thường phát sinh từ giới hạn tạp chất tối đa (Fe, Si), nguyên tố vết và quy trình nhiệt-co cơ học của nhà sản xuất; những yếu tố này ảnh hưởng đến độ bền mỏi, khả năng chống ăn mòn và khả năng tạo hình trong quá trình sử dụng.

Độ Bền Chống Ăn Mòn

5652 thể hiện khả năng chống ăn mòn khí quyển mạnh mẽ đặc trưng của hợp kim Al–Mg, hình thành lớp oxit ổn định bảo vệ bề mặt dưới điều kiện môi trường thông thường. Hàm lượng magiê cao cải thiện khả năng chống ăn mòn điểm và ăn mòn tổng thể trong nhiều môi trường biển và ven biển, làm cho hợp kim phù hợp cho vỏ tàu, cấu trúc sàn và các cụm lắp đặt ngoài trời.

Trong môi trường chloride ăn mòn mạnh, có thể xảy ra ăn mòn cục bộ, đặc biệt ở các vùng có ứng suất hoặc trầy xước và quanh các cặp điện cực galvani. Cần thiết kế cẩn thận để tránh tiếp xúc kim loại khác loài và sử dụng bulong hoặc lớp phủ tương thích nhằm hạn chế ăn mòn galvani; việc bảo vệ hy sinh hoặc phủ bề mặt thường được chỉ định khi ngâm lâu trong nước biển.

Độ nhạy của hợp kim 5xxx với nứt ăn mòn ứng suất (SCC) tăng khi hàm lượng magiê cao và ứng suất kéo trước; hợp kim với Mg > 3.5% nhạy hơn trong các điều kiện cụ thể như nhiệt độ cao và ứng suất kéo kéo dài. So với hợp kim 2xxx hoặc 7xxx, 5652 ít nhạy hơn nhiều với SCC trong môi trường biển nhưng vẫn dễ bị hơn nhôm nguyên chất trong các cấu hình chịu ứng suất từ hàn.

Tính Chất Gia Công

Khả năng hàn

5652 dễ hàn bằng các phương pháp phổ biến như TIG (GTAW) và MIG (GMAW), với sự hợp nhất tốt và rủi ro nứt nóng hạn chế khi chọn đúng hợp kim hồ quang. Các hợp kim hồ quang được khuyên dùng thường là 5356 hoặc 5183 (hợp kim Al–Mg) để tương thích về khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học; tránh dùng các hợp kim chứa đồng cao để ngăn ngừa ăn mòn cục bộ.

Vùng chịu ảnh hưởng nhiệt sẽ mềm hơn so với kim loại gốc được làm cứng nhiều do sự ủ của quá trình làm nguội; thiết kế cần tính đến sự giảm cường độ gần vùng hàn và cân nhắc gia công cơ học sau hàn nếu yêu cầu cường độ cao. Việc lắp ráp mối nối đúng cách và kiểm soát nhiệt lượng hàn giúp giảm xốp khí và duy trì tuổi thọ mỏi.

Khả năng gia công

Gia công 5652 có độ gia công vừa phải so với các hợp kim nhôm dễ gia công; hợp kim phản ứng tốt với dụng cụ carbide sắc bén, góc răng dương và tốc độ cắt vừa phải. Mùn cắt thường liên tục và dễ bám dính ở tốc độ thấp nếu không sử dụng dung dịch cắt hoặc làm mát bằng khí; dụng cụ carbide phủ TiAlN hoặc thép tốc độ cao phủ có tuổi dụng cụ tốt.

Do 5652 làm cứng khi biến dạng, việc cắt gián đoạn hoặc cắt lại bề mặt đã cứng có thể làm mòn dụng cụ tăng; chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt cao và thoát mùn liên tục giúp cải thiện chất lượng bề mặt và ổn định kích thước.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình ở các độ cứng O và H nhẹ rất tốt với bán kính uốn và đặc tính giãn dài dự đoán được; bán kính uốn tối thiểu điển hình cho tấm dao động khoảng 1–3 lần độ dày vật liệu tùy thuộc vào độ cứng và phương pháp uốn. Tạo hình nguội làm tăng mật độ khuyết tật biến dạng và làm cứng vật liệu, có thể dùng để điều chỉnh cường độ tại chỗ nhưng có thể cần ủ giữa các bước với biến dạng lớn.

Thực hành tốt nhất là dập hoặc tạo hình ở độ cứng mềm nhất vẫn đáp ứng dung sai kích thước, tránh các bán kính sắc hoặc uốn ngược nghiêm trọng ở các độ cứng H cao. Hiện tượng hồi phục nên được tính đến trong thiết kế khuôn do tỷ lệ giới hạn chảy trên giới hạn bền kéo của nhôm cao.

Hành Vi Xử Lý Nhiệt

5652 là hợp kim không được xử lý nhiệt theo kiểu xử lý dung dịch và lão hóa nhân tạo như các hợp kim series 6xxx hoặc 7xxx. Các biến đổi cường độ chủ yếu đạt được qua gia công nguội và các quy trình ủ kiểm soát cấu trúc khuyết tật và quá trình hồi phục.

Ủ (toàn phần hoặc một phần) được dùng để làm mềm hợp kim trước khi tạo hình; chu trình ủ điển hình cho hợp kim Al–Mg rèn nằm trong khoảng 300–415 °C với thời gian giữ và tốc độ làm nguội lựa chọn để tránh tăng trưởng hạt quá mức. Để kiểm soát sản xuất, các quy trình ổn định nhiệt (ví dụ H112) và làm nguội có kiểm soát sau gia công nóng được sử dụng để thiết lập độ cứng ban đầu và giảm biến thiên đặc tính cơ học.

Hiệu Suất Ở Nhiệt Độ Cao

Tại nhiệt độ cao, 5652 giảm cường độ dần do quá trình hồi phục và giảm mật độ khuyết tật; giảm cường độ đáng kể thường xảy ra trên 100–150 °C. Phơi nhiễm lâu dài ở nhiệt độ cao cũng có thể làm tăng trưởng hạt nhanh hơn và giảm khả năng chống mỏi và giới hạn creep so với ở nhiệt độ phòng.

Quá trình oxy hóa bị hạn chế do nhôm tạo thành lớp oxit bảo vệ, nhưng lớp tróc và thay đổi bề mặt có thể xảy ra ở nhiệt độ cao ảnh hưởng đến hoàn thiện bề mặt và độ bám dính lớp phủ. Hàn tạo ra chu trình nhiệt cục bộ có thể làm mềm các độ cứng làm lạnh nguội; thiết kế nên cân nhắc xử lý cơ học sau hàn hoặc chọn độ cứng chịu được ảnh hưởng vùng HAZ.

Ứng Dụng

Ngành	Ví Dụ Thành Phần	Lý Do Sử Dụng 5652
Hàng hải	Phụ kiện sàn, cấu trúc vỏ tàu nhỏ	Khả năng chống ăn mòn nước biển xuất sắc, tỉ lệ cường độ trên trọng lượng tốt
Ô tô / Vận tải	Tấm trailer, sàn hàng hóa	Khả năng tạo hình tốt cho các tấm có cường độ cao hơn nhôm tinh khiết
Hàng không (phụ trợ)	Phụ kiện, giá đỡ	Cân bằng tốt giữa cường độ/chống dẻo và chống ăn mòn cho kết cấu phụ
Chịu áp lực & lưu trữ	Bồn chứa, vỏ bình áp lực	Dẻo dai và bền va đập cùng với khả năng hàn và chống ăn mòn
Công nghiệp / Điện tử	Bộ tản nhiệt, vỏ bọc	Độ dẫn nhiệt cùng cường độ kết cấu đủ dùng

5652 thường được chỉ định khi cần cân bằng khả năng gia công, chống ăn mòn và cường độ cao hơn nhôm nguyên chất, đặc biệt trong các ứng dụng hàng hải và vận tải. Tổ hợp tính chất này giúp thiết kế giảm trọng lượng trong khi vẫn duy trì độ bền và tuổi thọ sử dụng ở môi trường ngoài trời và có tính ăn mòn.

Gợi Ý Lựa Chọn

Lựa chọn 5652 khi cần hợp kim nhôm đạt chất lượng hàng hải có cường độ cao hơn các mác thương mại tinh khiết đồng thời giữ được khả năng chống ăn mòn và hàn tốt. Đây là lựa chọn thực tiễn thay thế cho các hợp kim có cường độ thấp khi yêu cầu tạo hình và nối ghép mà không muốn phức tạp với quy trình xử lý nhiệt.

So với nhôm tinh khiết thương mại (1100), 5652 đánh đổi một phần dẫn điện và độ dẻo dai cuối cùng để đổi lấy độ bền cao hơn đáng kể và cải thiện khả năng chống ăn mòn trong môi trường chứa chloride. So với các hợp kim đã được làm cứng bằng biến dạng như 3003 hoặc 5052, 5652 thường cung cấp độ bền cao hơn và khả năng chống ăn mòn trong môi trường biển tương đương hoặc tốt hơn, nhưng độ dẻo dai thấp hơn so với 3003.

So với các hợp kim có thể xử lý nhiệt như 6061, 5652 mang lại khả năng chống ăn mòn tốt hơn trong môi trường biển và quy trình gia công đơn giản hơn (không cần chu trình xử lý dung dịch - làm già), khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên khi yêu cầu về khả năng chịu được chloride và độ tin cậy khi hàn quan trọng hơn so với độ bền đạt đỉnh sau xử lý nhiệt.

Tóm tắt cuối cùng

5652 vẫn là lựa chọn phù hợp cho kỹ thuật hiện đại khi cần sự kết hợp giữa độ bền cao, khả năng chống ăn mòn xuất sắc và quy trình chế tạo đơn giản. Bản chất không xử lý nhiệt của nó giúp đơn giản hóa sản xuất và đặc biệt hấp dẫn cho các ứng dụng trong môi trường biển, vận chuyển và kết cấu, nơi ưu tiên khả năng hàn và độ bền lâu dài.