Nhôm 6067: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn nhiệt luyện & Ứng dụng

Tổng Quan Toàn Diện

AA 6067 là một thành viên của dòng hợp kim nhôm 6xxx, là các hợp kim Al-Mg-Si có thể xử lý nhiệt thường được sử dụng cho các ứng dụng kết cấu và ép đùn. Hợp kim này chủ yếu hợp kim hóa với magiê và silic để tạo ra pha lắng đọng Mg2Si nhằm tăng cường độ bền, kết hợp với việc bổ sung đồng, crôm, titan và các nguyên tố vi lượng được kiểm soát nhằm điều chỉnh độ bền và độ ổn định nhiệt.

Cơ chế tăng cường cho 6067 chủ yếu là làm cứng pha lắng đọng (precipitation hardening) kết hợp với khả năng gia công nguội sau tạo hình; đây là hợp kim có thể xử lý nhiệt cung cấp các trạng thái tôi luyện T5/T6/T651 để đạt độ bền cao và trạng thái O/H để tăng khả năng tạo hình. Các đặc điểm chính bao gồm tỷ lệ độ bền trên khối lượng cao so với các hợp kim phổ biến dòng 1xxx/3xxx, khả năng chống ăn mòn tốt đặc trưng của dòng 6xxx, khả năng hàn tốt khi chọn đúng vật liệu hàn phù hợp, và khả năng tạo hình ở mức độ trung bình, giảm khi ở trạng thái lão hóa đạt đỉnh.

Các ngành công nghiệp sử dụng 6067 phổ biến bao gồm hàng không và quốc phòng cho các chi tiết kết cấu ép đùn và phụ kiện, ngành đường sắt và vận tải nặng cho các thanh cấu trúc ép đùn có độ bền cao, cùng các lĩnh vực dân dụng và công nghiệp chuyên biệt cần cân bằng giữa độ bền cao, khả năng gia công và khả năng chống ăn mòn. Kỹ sư lựa chọn 6067 khi cần độ bền sau tôi và lão hóa cao hơn 6061 hoặc 6063 trong khi vẫn giữ được khả năng ép đùn và ổn định nhiệt tốt cho các tiết diện dày hơn.

Các Biến Thể Temper

Temper	Cấp Độ Bền	Độ Bền Dãn	Khả Năng Tạo Hình	Khả Năng Hàn	Ghi Chú
O	Thấp	Cao (20–35%)	Xuất sắc	Xuất sắc	Đã tôi hoàn toàn; thích hợp nhất cho tạo hình và uốn
H14	Trung bình	Trung bình (10–20%)	Tốt	Xuất sắc	Làm cứng ứng suất đến cấp độ trung gian
T5	Trung bình-Cao	Trung bình (8–15%)	Khá	Tốt	Được làm nguội từ nhiệt độ cao và lão hóa nhân tạo
T6	Cao	Trung bình-Thấp (8–12%)	Giới hạn	Tốt	Được xử lý nhiệt dung dịch và lão hóa nhân tạo để đạt độ bền tối đa
T651	Cao	Trung bình-Thấp (8–12%)	Giới hạn	Tốt	Được xử lý nhiệt dung dịch, giảm ứng suất bằng kéo giãn, sau đó lão hóa nhân tạo
T6511	Cao	Trung bình-Thấp (8–12%)	Giới hạn	Tốt	Tương tự T651 nhưng với quy trình chỉnh thẳng khác biệt
H111 / H112	Trung bình	Biến đổi (10–20%)	Tốt	Xuất sắc	Tempers thương mại cho các profile ép đùn với tôi một phần

Temper ảnh hưởng đáng kể đến sự cân bằng giữa độ bền và khả năng gia công của 6067; các trạng thái O và H1x cho độ dẻo dai tốt nhất và được ưu tiên sử dụng cho các công đoạn tạo hình có độ biến dạng lớn. Các trạng thái đạt đỉnh lão hóa (T6/T651) tối đa hóa cường độ kéo và giới hạn chảy nhưng làm giảm khả năng uốn và tăng độ nhạy với làm mềm vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) trong quá trình hàn.

Thành Phần Hóa Học

Nguyên Tố	Phạm Vi %	Ghi Chú
Si	0.4–0.8	Tạo các pha lắng đọng Mg2Si; kiểm soát độ bền và khả năng ép đùn
Fe	0.3–0.7	Nguyên tố tạp; vượt quá mức Fe làm giảm độ dẻo và tạo pha intermetallic
Mn	0.05–0.20	Bổ sung thấp để kiểm soát cấu trúc tinh thể và cải thiện độ dai va đập
Mg	0.6–1.1	Yếu tố tạo độ bền chính kết hợp với Si
Cu	0.15–0.4	Bổ sung nhỏ để tăng cường độ bền và cải thiện phản ứng lão hóa
Zn	0.0–0.25	Thường ở mức thấp; hàm lượng cao hơn có thể làm thay đổi tính chất lão hóa và chống ăn mòn
Cr	0.05–0.25	Kiểm soát cấu trúc tinh thể và giảm khả năng tái kết tinh
Ti	0.04–0.15	Chất tinh chế hạt cho đúc/ép đùn và ổn định cấu trúc vi mô
Khác (mỗi loại)	≤0.05	Các nguyên tố dư (Ni, Pb, Sn) được kiểm soát; tổng các nguyên tố khác ≤0.15–0.20

Hệ Al-Mg-Si trong 6067 được điều chỉnh sao cho Mg và Si kết hợp tạo ra số lượng pha lắng đọng Mg2Si có thể kiểm soát trong quá trình lão hóa; các bổ sung nhỏ Cu và Cr làm thay đổi đặc tính pha lắng đọng giúp tăng giới hạn chảy và cải thiện độ ổn định ở nhiệt độ cao. Các nguyên tố vi lượng và tạp chất tối đa được giữ ở mức thấp nhằm bảo toàn tính dai, khả năng tạo hình và độ hàn.

Tính Chất Cơ Học

Ứng xử kéo của 6067 đặc trưng cho các hợp kim dòng 6xxx có thể xử lý nhiệt: có vùng giới hạn chảy rõ ràng trong các trạng thái lão hóa đỉnh kèm theo quá trình làm cứng biến dạng dần dần. Ở trạng thái tôi mềm, hợp kim có độ dãn cao và giới hạn chảy thấp, sau đó chuyển sang độ bền giới hạn chảy và độ bền kéo cao hơn nhiều sau khi xử lý nhiệt dung dịch, làm nguội và lão hóa nhân tạo.

Độ cứng liên quan chặt chẽ đến trạng thái temper và pha lắng đọng; các trạng thái lão hóa đỉnh (T6/T651) tạo ra giá trị độ cứng ở mức cao đối với các hợp kim dòng 6xxx, trong khi các trạng thái O/H mềm hơn và dẻo dai hơn rõ rệt. Độ bền mỏi tương đối phù hợp với tải trọng tuần hoàn; độ bền mỏi thường là phần nhỏ của độ bền kéo tối đa và nhạy cảm với lớp bề mặt, ứng suất dư và mối hàn.

Chiều dày ảnh hưởng đến độ bền đạt được ở các trạng thái temper loại T6 do sự phân bố các nguyên tử hòa tan và pha lắng đọng cũng như tốc độ làm nguội thay đổi theo kích thước tiết diện; các tiết diện dày có thể cho thấy độ bền đỉnh giảm và phạm vi biến thiên tính chất rộng hơn so với các thanh ép đùn mỏng hoặc tấm.

Tính Chất	O/Tôi mềm	Temper Chủ Yếu (T6/T651)	Ghi Chú
Độ Bền Kéo	100–160 MPa	320–360 MPa	Giá trị là phạm vi điển hình; phụ thuộc chiều dày và lịch trình lão hóa
Giới Hạn Chảy	35–80 MPa	280–320 MPa	Giới hạn chảy T6/T651 cao hơn nhiều do tăng cường pha lắng đọng
Độ Dãn	20–35%	8–12%	Độ dãn giảm khi temper và độ bền tăng
Độ Cứng (Brinell)	30–60 HB	85–105 HB	Độ cứng tăng theo tuổi; các tiết diện dày có thể cho độ cứng thấp hơn sau làm nguội

Tính Chất Vật Lý

Tính Chất	Giá Trị	Ghi Chú
Mật Độ	2.70 g/cm³	Điển hình của hợp kim nhôm dòng 6xxx
Phạm Vi Nhiệt Độ Nóng Chảy	~582–652 °C	Phạm vi nhiệt độ rắn-lỏng phụ thuộc thành phần và mức tạp chất
Độ Dẫn Nhiệt	140–170 W/m·K	Thấp hơn nhôm tinh khiết; giảm nhẹ khi hợp kim hóa và lão hóa
Độ Dẫn Điện	~34–42 % IACS	Phụ thuộc temper và thành phần; giảm với tăng Cu/Mg
Nhiệt Dung Riêng	~0.90 J/g·K	Gần với các hợp kim Al-Mg-Si khác ở nhiệt độ môi trường
Hệ Số Giãn Nhiệt	~23–24 ×10⁻⁶ /K	Hệ số giãn dài tuyến tính điển hình cho hợp kim nhôm ở nhiệt độ phòng

Các hằng số vật lý này hỗ trợ trong các quyết định thiết kế liên quan đến truyền nhiệt và phân tích ứng suất nhiệt; hợp kim duy trì độ dẫn nhiệt tuyệt vời so với thép nhưng không cao bằng nhôm tinh khiết. Độ dẫn điện ở mức vừa phải và thường đáp ứng đủ cho nhiều chi tiết kết cấu/điện tử nhưng giảm so với nhôm tinh khiết do các nguyên tố hợp kim.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Chiều Dày/Kích Thước Thường Gặp	Hành Vi Độ Bền	Temper Phổ Biến	Ghi Chú
Tấm	0.5–6.0 mm	Độ bền đồng đều, bề mặt tốt	O, H14, T4, T6	Dùng cho các tấm tạo hình và chi tiết gia công
Chi Tiết Dày (Plate)	6–100 mm	Độ bền đỉnh đạt được giảm trong các tấm dày	O, T6 (hạn chế)	Các tiết diện dày nhạy cảm với làm nguội; thường cung cấp các biến thể T351/T651
Ép Đùn	Độ dày thành 1–50 mm	Tối ưu hóa cho độ bền có hướng	T4, T5, T6, T651	Phổ biến cho các profile kết cấu cường độ cao
Ống	Ø 10–300 mm	Đặc tính theo tiết diện cụ thể	O, T6	Ống liền hoặc hàn; dùng cho ống kết cấu và ứng dụng chịu áp lực
Thanh / Trục	Ø 5–100 mm	Khả năng gia công tốt	O, T6	Dùng cho các phụ kiện gia công, bu lông và chốt ép đùn

Các tấm và ép đùn mỏng dễ dàng đạt được tính chất lão hóa đỉnh hơn do làm nguội hiệu quả, trong khi các tấm dày và tiết diện lớn thường yêu cầu chu trình lão hóa hoặc quy trình kiểu T651 để kiểm soát biến dạng và ứng suất dư. Quy trình ép đùn tận dụng đặc tính dòng chảy cân bằng của 6067, và hợp kim này thường được lựa chọn khi cần các profile ép đùn có độ bền vượt trội hơn so với 6061 hoặc 6063.

Các Mác Tương Đương

Tiêu chuẩn	Mác	Vùng	Ghi chú
AA	6067	USA	Hiệp hội Nhôm nguyên chất / Ký hiệu ASTM
EN AW	6067	Châu Âu	Ký hiệu EN thường tương ứng với số AA cho hợp kim đúc
JIS	A6067	Nhật Bản	Tiêu chuẩn Nhật thường dùng tiền tố A với kiểm soát thành phần tương tự
GB/T	6067	Trung Quốc	Tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc thường phù hợp với dải thành phần của AA

Các mác tương đương thường có số hiệu giống nhau trên các tiêu chuẩn lớn cho hợp kim nhôm đúc, nhưng kiểm soát quá trình, giới hạn tạp chất cho phép và yêu cầu tính chất cơ học có thể khác nhau theo từng tiêu chuẩn. Người mua nên xác nhận rõ các yêu cầu kỹ thuật mua hàng (ví dụ ASTM, EN, JIS, GB/T) về giới hạn bền kéo, giới hạn chảy và tiêu chí nghiệm thu thay vì chỉ dựa vào số hiệu hợp kim.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

Khả năng chống ăn mòn khí quyển của 6067 tốt so với các hợp kim 6xxx có xử lý nhiệt; màng oxit nhôm tự nhiên tạo thành trên bề mặt cung cấp lớp bảo vệ cơ bản và hợp kim này chống lại ăn mòn tổng thể trong môi trường đô thị và công nghiệp. Ăn mòn cục bộ (ăn mòn lỗ) có thể xảy ra trong môi trường giàu chloride; các phương pháp xử lý bề mặt phù hợp, anod hóa hoặc phủ phủ thường được chỉ định cho các ứng dụng ven biển và biển.

Trong môi trường biển, 6067 có khả năng chịu đựng trung bình: hiệu suất tốt hơn hợp kim 2xxx và nhiều hợp kim giàu Cu có cường độ cao nhưng kém hơn so với hợp kim 5xxx giàu Mg trong điều kiện ngâm chloride hoạt động. Hàn và tổn thương cơ học có thể làm lộ nhôm trần và tăng khả năng bị tấn công cục bộ, do đó cần có bảo vệ chống ăn mòn sau hàn và thiết kế tránh khe hở.

Nguy cơ nứt ăn mòn ứng suất đối với hợp kim 6xxx thấp hơn so với các hợp kim giàu Cu bị căng ứng suất cao nhưng không thể xem nhẹ khi chịu ứng suất kéo dư hoặc ứng suất ngoài cao trong môi trường chloride ấm. Tác động galvanic thường làm nhôm đóng vai trò anodic khi ghép với thép, đồng hoặc thép không gỉ, vì vậy cách ly, phủ phủ hoặc các cực hy sinh là các biện pháp thiết kế phổ biến.

Tính Chất Gia Công

6067 được thiết kế cân bằng giữa khả năng đùn, gia công cơ khí và cường độ có thể xử lý nhiệt, các đặc tính gia công này phải được quản lý qua việc chọn kiểu tôi và chu trình xử lý sau gia công phù hợp. Lượng nhiệt trong quá trình hàn, mức làm nguội nhanh sau xử lý dung dịch và phương pháp tạo hình quyết định tính chất cuối cùng và độ ổn định kích thước.

Khả năng hàn

6067 hàn tốt với các phương pháp hồ quang phổ biến (TIG/GTAW, MIG/GMAW) khi sử dụng vật liệu hàn phù hợp với hệ hợp kim cơ bản. Các loại vật liệu hàn thường dùng gồm 4043 (Al-Si) để cải thiện khả năng chảy và giảm hiện tượng nứt nóng hoặc 5356 để tăng cường độ cao hơn trong một số trường hợp; 4043 thường được ưu tiên cho kim loại cơ bản T6 để giảm nứt chân hàn. Vùng ảnh hưởng nhiệt chịu làm mềm do hòa tan kết tủa và quá già, giảm cường độ cục bộ nên cần xử lý cơ hoặc nhiệt sau hàn nếu muốn phục hồi đầy đủ cường độ.

Khả năng gia công cơ khí

6067 gia công ở mức từ trung bình đến tốt so với các hợp kim 6xxx khác; nó gia công tốt hơn nhiều hợp kim 5xxx làm cứng do biến dạng nhưng không bằng hợp kim dễ cắt như 2xxx có thêm chì. Dụng cụ cacbua phủ TiN hoặc AlTiN cùng bố trí máy cứng chắc mang lại kết quả tốt nhất; tốc độ trục chính cao với tốc độ ăn dao vừa phải và bộ phá vụn giúp kiểm soát sợi chip liên tục. Bề mặt thành phẩm và khả năng giữ dung sai kích thước cao khi gia công vật liệu đã được định hình hoặc tôi già đúng cách.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình tốt nhất ở các mức tôi O, H111 và H112 vì độ dẻo cao nhất; tạo hình nguội ở trạng thái T6 hoặc T5 bị hạn chế có thể cần xử lý ủ trung gian hoặc xử lý dung dịch kết hợp tái tôi già. Bán kính uốn bên trong tối thiểu tùy thuộc vào trạng thái tôi và độ dày nhưng hướng dẫn khởi đầu là 1–3× độ dày cho trạng thái O/H và 3–6× độ dày cho trạng thái kiểu T6. Hiện tượng đàn hồi ngược lớn ở trạng thái tôi cường độ cao và cần được tính toán trong thiết kế khuôn đúc và thiết bị tạo hình.

Hành Vi Xử Lý Nhiệt

Xử lý dung dịch cho 6067 thường nhắm vào hòa tan Mg2Si và các pha làm cứng khác ở nhiệt độ khoảng 520–540 °C cho sản phẩm đúc, sau đó làm nguội nhanh để giữ dung dịch rắn quá bão hòa. Mức làm nguội nhanh ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ cực đại đạt được; làm nguội chậm hoặc tiết diện dày sẽ làm giảm sự quá bão hòa và giảm cường độ cuối cùng.

Lịch trình tôi già nhân tạo để đạt trạng thái T5/T6 thường ở nhiệt độ 150–185 °C trong thời gian từ 4–24 giờ tùy theo sự cân bằng mong muốn giữa cường độ và ổn định; tôi già quá mức ở nhiệt độ cao hơn hoặc thời gian lâu hơn tăng độ dai va đập và khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất nhưng làm giảm cường độ cực đại. Ký hiệu T651 biểu thị trạng thái đã xử lý dung dịch, loại ứng suất bằng kéo dãn và tôi già nhân tạo giúp cải thiện sự ổn định kích thước cho chi tiết gia công hoặc kết cấu.

Đối với các trạng thái không thể xử lý nhiệt, tăng cường độ đạt được bằng kiểm soát làm nguội (các trạng thái H) và phục hồi/ủ; ủ hoàn toàn (O) thường thực hiện gần 415 °C cho vật đúc để phục hồi độ dẻo và đồng nhất cấu trúc vi mô.

Hiệu Suất Nhiệt Độ Cao

6067 thể hiện sự mất dần giới hạn chảy và bền kéo khi nhiệt độ tăng; giảm cường độ thiết kế đáng kể thường xuất hiện trên 100–150 °C, và tiếp xúc kéo dài trên ~200 °C sẽ làm giảm hiệu quả của pha kết tủa làm cứng. Ứng dụng nhiệt độ cao ngắn hạn (ngắt quãng đến ~150 °C) có thể chịu được với một phần tính chất cơ học được giữ lại, nhưng khả năng chống biến dạng creep hạn chế so với hợp kim chuyên dụng nhiệt độ cao.

Lớp oxit nhôm bảo vệ mang lại khả năng chống oxy hóa tốt ở nhiệt độ vừa phải, nhưng hiện tượng làm vảy kết cấu cơ học không phải là vấn đề chính trong phạm vi sử dụng thông thường của 6067. Vùng ảnh hưởng nhiệt cạnh mối hàn có thể giảm hiệu suất khi nhiệt độ cao do kết tủa thô và sự thay đổi cục bộ tính chất.

Ứng Dụng

Ngành	Ví dụ chi tiết	Tại sao chọn 6067
Hàng Không Vũ Trụ	Thanh đùn kết cấu, phụ kiện, dầm dài	Cường độ trên trọng lượng cao, đặc tính đùn tốt, cải thiện ổn định khi già
Hàng Hải & Vận Tải	Phần kết cấu xe lửa, khung xe trọng tải nặng	Cân bằng giữa khả năng chống ăn mòn và cường độ cao cho các chi tiết đùn hàn
Xây Dựng / Kiến Trúc	Thanh đùn tường rèm cường độ cao, các biên dạng	Ổn định kích thước (T651) và bề mặt đẹp cho anod hóa
Điện Tử / Nhiệt	Giá đỡ truyền nhiệt, vỏ bọc	Độ dẫn nhiệt phù hợp với độ cứng và khả năng gia công cao
Máy Móc Công Nghiệp	Khung gia công cường độ cao và phụ kiện gia công	Gia công tốt và khả năng đạt giới hạn chảy cao sau tôi già

6067 được chọn trong các ứng dụng yêu cầu hình dạng đùn hoặc phụ kiện gia công có cường độ sau già cao hơn 6061/6063 phổ biến, đồng thời có khả năng chống ăn mòn và đặc tính gia công thuộc dòng hợp kim 6xxx.

Những Lưu Ý Khi Lựa Chọn

Chọn 6067 khi thiết kế cần cường độ chảy sau già cao hơn từ hợp kim đùn được xử lý nhiệt nhưng vẫn đòi hỏi khả năng hàn và chống ăn mòn hợp lý. So với 1100 (nhôm tinh khiết thương mại), 6067 đổi lại dẫn điện và dẫn nhiệt tốt hơn cùng độ dẻo tuyệt vời lấy cường độ và độ cứng cao hơn nhiều; chọn 1100 khi độ dẫn và dễ tạo hình là ưu tiên hàng đầu.

So với các hợp kim làm cứng bằng biến dạng như 3003 hoặc 5052, 6067 cung cấp cường độ cực đại cao hơn cho ứng dụng kết cấu trong khi vẫn có khả năng chống ăn mòn khí quyển tương đương; tuy nhiên, các hợp kim giàu Mg làm cứng biến dạng này sẽ vượt trội hơn 6067 trong điều kiện ngâm biển khắc nghiệt và ứng dụng tạo hình nguội lớn. So với 6061 hoặc 6063, 6067 được chọn khi yêu cầu cường độ sau già cải thiện hoặc độ ổn định cao hơn ở các tiết diện đùn dày dù có thể chi phí hợp kim cao hơn và khả năng tạo hình thấp hơn một chút; 6061 vẫn được ưa chuộng khi cần có sự phổ biến rộng và chi phí thấp hơn một chút.

Tóm Tắt Cuối

AA 6067 nằm ở vị trí thực tiễn trong dòng 6xxx như một hợp kim có cường độ cao hơn, có thể xử lý nhiệt, tối ưu hóa cho các profile đùn và chi tiết kết cấu gia công khi cần sự cân bằng tinh tế giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn và hiệu suất gia công. Khả năng đạt cường độ sau già cao với khả năng hàn chấp nhận được và gia công tốt giữ cho 6067 là lựa chọn phù hợp cho các ứng dụng hàng không vũ trụ, vận tải và công nghiệp đòi hỏi giải pháp kết cấu nhẹ.