Nhôm 7034: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn xử lý nhiệt & Ứng dụng

Tổng quan toàn diện

7034 là hợp kim nhôm thuộc dòng 7xxx, nằm trong nhóm hợp kim Al-Zn-Mg(-Cu) cường độ cao, trong đó kẽm là thành phần hợp kim chính. Ký hiệu của nó thể hiện hệ thống tôi kết tủa Zn–Mg–Cu, được thiết kế để đạt giới hạn chảy và giới hạn bền kéo cao hơn so với các dòng 1xxx–6xxx, đồng thời duy trì tỷ số cường độ trên trọng lượng thuận lợi.

Cơ chế làm cứng của 7034 chủ yếu đạt được thông qua xử lý nhiệt dung dịch, làm nguội nhanh và lão hóa nhân tạo để tạo thành các pha kết tủa nhỏ loại η (MgZn2); cơ chế này thuộc loại tôi kết tủa T-type, giúp đạt độ bền riêng cao nhưng làm tăng độ nhạy với chu trình nhiệt và ăn mòn cục bộ. Đặc điểm điển hình bao gồm độ bền tĩnh cao ở các trạng thái tôi đạt đỉnh, độ giữ tính cơ học sau hàn từ trung bình đến kém, khả năng tạo hình thay đổi tùy theo trạng thái nhiệt luyện, và độ chống ăn mòn thuộc mức trung bình, có thể cải thiện bằng lão hóa quá mức và bổ sung vi hợp kim.

Các ngành công nghiệp thường sử dụng hợp kim như 7034 gồm các chi tiết kết cấu khung máy bay và rèn trong hàng không vũ trụ, cấu trúc phụ và bộ phận treo hiệu suất cao trong ô tô, thiết bị quân sự, và dụng cụ thể thao chuyên dụng đòi hỏi cường độ tĩnh và độ cứng cao. Hợp kim này được lựa chọn thay vì các dòng hợp kim có cường độ thấp hơn (3000/5000/6000) khi thiết kế cần tiết giảm tiết diện cắt, giảm trọng lượng hoặc chịu được ứng suất cao hơn, đồng thời thay thế các hợp kim kiểu 7075 khi có thể chấp nhận đánh đổi nhẹ về độ bền đỉnh để có độ dai va đập hoặc khả năng chống ăn mòn ứng suất (SCC) tốt hơn.

7034 được chọn khi kỹ sư cần hợp kim nhôm có thể xử lý nhiệt để đạt độ bền tĩnh cao với các lựa chọn lão hóa quá mức kiểm soát nhằm giảm nhạy cảm với ăn mòn ứng suất; nó chiếm vị trí thực tế giữa các hợp kim 7xxx cường độ tối đa và các dòng hợp kim có khả năng chống ăn mòn hoặc tạo hình tốt hơn.

Các trạng thái nhiệt luyện

Trạng thái	Cấp độ bền	Độ giãn dài	Khả năng tạo hình	Khả năng hàn	Ghi chú
O	Thấp	Cao	Tuyệt hảo	Tuyệt hảo	Điều kiện tôi mềm hoàn toàn, thuận tiện cho tạo hình và gia công
H14	Trung bình	Trung bình	Tốt	Tốt	Làm cứng biến dạng và tôi một phần cho các chi tiết đã tạo hình
T4	Trung bình	Trung bình	Tốt	Tốt	Lão hóa tự nhiên sau xử lý nhiệt dung dịch; độ bền trung gian
T6	Cao	Thấp–Trung bình	Khá	Kém	Đã xử lý nhiệt dung dịch và lão hóa nhân tạo để đạt độ bền đỉnh
T651	Cao	Thấp–Trung bình	Khá	Kém	T6 có xử lý giảm ứng suất bằng kéo giãn; phổ biến cho chi tiết kết cấu
T73	Trung bình–Cao	Trung bình	Khá	Kém	Lão hóa quá mức để cải thiện khả năng chống ăn mòn và ăn mòn ứng suất
T76	Trung bình	Trung bình	Khá	Kém	Trạng thái ổn định để nâng cao hiệu suất chống ăn mòn ứng suất

Trạng thái nhiệt luyện trong 7034 kiểm soát chặt chẽ tình trạng kết tủa, điều này trực tiếp quyết định giới hạn chảy, độ dai va đập và khả năng chống ăn mòn ứng suất (SCC). Các trạng thái lão hóa đỉnh như T6 và T651 tối đa hóa các đặc tính kéo nhưng làm giảm độ dẻo và khả năng tạo hình, đồng thời tăng nguy cơ ăn mòn cục bộ và ăn mòn ứng suất.

Trạng thái lão hóa quá mức như T73/T76 đánh đổi một phần độ bền đỉnh để cải thiện khả năng chống ăn mòn ứng suất và độ ổn định dài hạn tốt hơn; các trạng thái tôi mềm và làm cứng biến dạng (O, Hxx) cung cấp khả năng tạo hình và gia công tốt nhất với đánh đổi là độ bền riêng thấp hơn.

Thành phần hóa học

Nguyên tố	Khoảng %	Ghi chú
Si	0.00–0.50	Phím tạp điển hình; kiểm soát tính chất đúc/lọc
Fe	0.00–0.50	Tạp chất, ảnh hưởng đến lượng thứ hợp kim và độ dai
Mn	0.00–0.20	Ảnh hưởng nhỏ trong hợp kim 7xxx; có thể hỗ trợ cấu trúc hạt nhẹ
Mg	1.40–2.20	Đồng hợp kim làm cứng chính với Zn (hình thành MgZn2)
Cu	1.00–1.80	Tăng độ bền và độ cứng; tăng nhạy cảm ăn mòn ứng suất nếu nồng độ cao
Zn	4.50–5.50	Yếu tố làm cứng chính trong dòng 7xxx
Cr	0.05–0.25	Kiểm soát tái kết tinh và cấu trúc hạt; cải thiện độ dai
Ti	0.00–0.15	Chất tinh chế hạt trong công nghệ đúc/luyện phôi
Khác (bao gồm Zr)	0.00–0.30	Zr thường dùng để kiểm soát sự phát triển hạt và cải thiện độ dai

Nồng độ cao Zn và Mg tạo tiền đề cho khả năng tôi kết tủa qua sự hình thành pha η; Cu được sử dụng để điều chỉnh mức độ bền đỉnh và hình thái kết tủa nhưng phải cân bằng vì Cu tăng cao làm tăng độ nhạy cảm với ăn mòn giữa các hạt và ăn mòn ứng suất. Các nguyên tố Cr và Zr được bổ sung với hàm lượng thấp nhằm cố định tái kết tinh, tinh chế cấu trúc hạt và mang lại tính cơ học đồng đều qua các kích thước vật liệu và quy trình gia công. Mức tạp tạp Si và Fe được kiểm soát để hạn chế các hạt thứ hợp kim thô làm suy giảm độ dai và khả năng chịu mỏi.

Đặc tính cơ học

Trong tính năng kéo, 7034 thể hiện sự khác biệt rõ ràng giữa các trạng thái tôi mềm và tôi đạt đỉnh: hợp kim tăng đáng kể cả độ bền kéo và độ bền chảy sau xử lý nhiệt dung dịch và lão hóa nhân tạo, đồng thời độ giãn đồng đều giảm. Tỷ số giới hạn chảy trên giới hạn bền kéo là đặc trưng cho hợp kim tôi kết tủa, với độ dẻo tương đối thấp ở trạng thái T6/T651 và độ dai từ trung bình đến tốt ở trạng thái lão hóa quá mức như T73.

Độ cứng cũng theo xu hướng tương tự, với vật liệu tôi mềm có độ cứng thấp và dễ gia công/tạo hình, trong khi T6 đạt giá trị HB cao hơn đáng kể; độ bền mỏi hưởng lợi từ các pha kết tủa mịn và phân bố đều nhưng bị ảnh hưởng tiêu cực bởi các hạt hợp kim thô và khuyết tật bề mặt. Độ dày và kích thước tiết diện ảnh hưởng đến các đặc tính đạt được do tính nhạy cảm với tốc độ làm nguội—các tiết diện dày nguội chậm hơn, tạo ra kết tủa thô hơn và độ bền ngay sau làm nguội thấp hơn trừ khi áp dụng kỹ thuật làm nguội đặc biệt hoặc bổ sung vi hợp kim.

Trạng thái nhiệt luyện và quá trình gia công quyết định mạnh mẽ độ nhạy cảm vết khuyết và hành vi khởi phát nứt mỏi; kiểm soát bề mặt kỹ càng, xử lý bắn bi và giảm ứng suất sau nhiệt luyện thường được áp dụng để tối ưu tuổi thọ mỏi cho các chi tiết quan trọng.

Đặc tính	O/Tôi mềm	Trạng thái chính (T6/T651)	Ghi chú
Độ bền kéo (MPa)	120–260	480–540	Phạm vi T6 tùy thuộc vào tiết diện và thành phần hóa học chính xác
Giới hạn chảy (MPa)	80–220	415–480	Giới hạn chảy cao ở trạng thái tôi đỉnh, làm cứng biến dạng tăng YS
Độ giãn dài (%)	20–30	6–12	Độ dẻo giảm khi độ bền tăng
Độ cứng (HB)	35–60	140–165	Độ cứng phụ thuộc trạng thái lão hóa và tình trạng kết tủa

Đặc tính vật lý

Đặc tính	Giá trị	Ghi chú
Mật độ	2.78 g/cm³	Điển hình cho hợp kim nhôm cường độ cao; độ bền riêng tốt
Phạm vi nhiệt độ nóng chảy	477–635 °C	Phạm vi nhiệt độ rắn/lỏng chịu ảnh hưởng bởi các thành phần hợp kim
Độ dẫn nhiệt	~120–140 W/m·K	Thấp hơn nhôm tinh khiết; đủ dùng cho nhiều ứng dụng truyền nhiệt
Độ dẫn điện	~28–36 %IACS	Giảm so với nhôm tinh khiết do sự tán xạ ion và pha thứ cấp
Nhiệt dung riêng	~0.88 J/g·K	Gần bằng với nhôm cơ bản ở nhiệt độ phòng
Hệ số giãn nở nhiệt	~23–24 ×10^-6 /K	Mở rộng tuyến tính điển hình gần với các hợp kim nhôm khác

Tập hợp các đặc tính vật lý xác nhận 7034 là kim loại kết cấu có mật độ thấp, với khả năng truyền nhiệt hợp lý và độ dẫn điện ở mức trung bình; các đặc điểm này thuận lợi cho thiết kế chú trọng trọng lượng và có thể yêu cầu tản nhiệt. Độ dẫn nhiệt và độ dẫn điện bị giảm so với nhôm tinh khiết thương mại do tán xạ hoá học và các hạt pha thứ cấp, điều này cần được xem xét khi thiết kế hệ thống quản lý nhiệt và ứng dụng điện.

Phạm vi nhiệt độ nóng chảy thể hiện nhiệt độ xử lý tiêu chuẩn cho đúc và luyện nhôm, trong khi phạm vi tạo hình và xử lý nhiệt tuân theo hướng dẫn thông thường cho dòng Al-Zn-Mg-Cu với nhiệt độ xử lý dung dịch gần giới hạn rắn nhưng thấp hơn nhiệt độ nóng chảy phát sinh.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Độ Dày/Kích Thước Điển Hình	Đặc Tính Cơ Lực	Độ Cứng Thường Dùng	Ghi Chú
Tấm	0.5–8 mm	Nhạy cảm với quá trình cán và tôi; đồng đều tốt ở độ dày mỏng	O, T4, T6, T651	Ứng dụng rộng rãi cho các tấm kết cấu; độ dày mỏng dễ đạt độ cứng T6
Phiến	8–200+ mm	Độ bền giảm ở các tiết diện rất dày do quá trình tôi	O, T6, T73	Phiến dày cần kiểm soát quá trình tôi hoặc quá trình lão hoá quá mức
Đùn	Tiết diện cắt ngang lên đến vài trăm mm	Ít phổ biến hơn so với hợp kim 6xxx; khi nhạy cảm với quá trình tôi làm giới hạn kích thước biên dạng lớn	T6 (giới hạn), O	Đùn tiết diện lớn gặp khó khăn do nguy cơ nứt nóng
Ống	Đường kính ngoài từ nhỏ đến lớn	Hành vi tương tự đùn; thường dùng hàn để gia công	O, T6 (hàn)	Ống liền có thể thực hiện nhưng bị giới hạn do tính tạo hình của hợp kim
Thanh/Cây	Đường kính lên đến 150 mm	Phù hợp cho cơ phôi rèn và chi tiết gia công	O, T6, T651	Dùng cho chi tiết rèn chịu lực cao và các chi tiết gia công chính xác

Các dạng sản phẩm khác nhau đặt ra các giới hạn khác nhau cho các tính chất có thể đạt được và quy trình xử lý; tấm và phiến mỏng nguội nhanh và có thể đạt gần với tính chất đỉnh của T6, trong khi phiến dày và đùn bị giới hạn bởi tốc độ làm nguội và thường cần quá trình lão hoá quá mức hoặc kiểm soát nhiệt luyện cơ học để ổn định tính chất. Quá trình rèn và tạo hình nguội được sử dụng để tinh chỉnh vi cấu trúc và cải thiện độ bền mỏi, nhưng các thao tác này phải được phối hợp với xử lý hoà tan và lão hóa tiếp theo nhằm tránh làm mềm không mong muốn hoặc biến dạng.

Phương pháp hàn và ghép nối thường được lựa chọn để giảm thiểu hiện tượng mềm vùng chịu nhiệt ảnh hưởng (HAZ); khi bắt buộc phải hàn, thiết kế và lựa chọn vật liệu hàn là yếu tố quan trọng để bảo toàn tính toàn vẹn kết cấu đồng thời chấp nhận sự giảm cục bộ về tính cơ học.

Các Mác Tương Đương

Tiêu Chuẩn	Mác	Khu Vực	Ghi Chú
AA	7034	Mỹ	Chỉ định chính cho hợp kim này trong danh mục của Aluminum Association
EN AW	7034	Châu Âu	Chỉ định thành phần hoá học tương đương theo tiêu chuẩn EN
JIS	A7075 (xấp xỉ)	Nhật Bản	A7075 không hoàn toàn đồng nhất nhưng là tham chiếu phổ biến cho các dòng hợp kim 7xxx chịu lực cao
GB/T	7A04 / 7A09 (xấp xỉ)	Trung Quốc	Các mác tương tự trong dãy 7xxx ở Trung Quốc; cần xác nhận tương đương trực tiếp

Việc đối chiếu chính xác giữa các tiêu chuẩn phức tạp do sự khác biệt về mức độ tạp chất cho phép, các nguyên tố siêu hợp kim và quy trình sản xuất điển hình; mặc dù EN AW-7034 có thành phần hoá học tương tự, các mác JIS và GB/T liệt kê là tương đương chức năng gần đúng chứ không phải tương đương hoá học nghiêm ngặt. Kỹ sư cần xác nhận chứng nhận nhà cung cấp và phân tích hoá học để đảm bảo hoán đổi và cần lưu ý rằng lịch sử xử lý (ví dụ như luyện đúc, xử lý nhiệt cơ học) có thể tạo ra khác biệt hiệu suất dù thành phần hoá học nominal giống nhau.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

Khả năng chống ăn mòn khí quyển của 7034 ở mức vừa phải; bề mặt sơn hoặc phủ bảo vệ hoạt động tốt trong môi trường đô thị và công nghiệp, nhưng hợp kim trần sẽ dễ bị ăn mòn điểm và ăn mòn giữa các hạt hơn so với các hợp kim Al-Mg (dòng 5xxx). Các ranh giới hạt giàu pha liên kim điển hình cho hợp kim chứa Zn cao có thể tạo thành vị trí anod khi tiếp xúc với môi trường ăn mòn, do đó bảo vệ bề mặt và thiết kế để tránh khe hở là các thực hành chuẩn.

Trong môi trường biển hoặc chứa nhiều chloride, 7034 nhạy cảm hơn hợp kim dòng 5000; có thể giảm thiểu bằng cách chỉ định độ cứng lão hoá quá mức (T73, T76) và các quy trình hoàn thiện bề mặt nghiêm ngặt. Bảo vệ catốt và lớp phủ polymer được sử dụng phổ biến cho hiệu suất lâu dài của các chi tiết quan trọng trong môi trường biển.

Đứt gãy ăn mòn do ứng suất (SCC) là mối quan tâm chính với các hợp kim 7xxx chịu lực cao: các điều kiện lão hóa đỉnh làm tăng nhạy cảm nhất, trong khi lão hoá quá mức có kiểm soát, giảm hàm lượng Cu và bổ sung các nguyên tố vi hợp kim (Cr, Zr) làm giảm đáng kể rủi ro SCC. Tương tác ăn mòn điện hóa với kim loại khác (ví dụ thép, đồng) rất đáng kể — cần có tách biệt điện cực hoặc lớp cách điện để ngăn chặn quá trình hoá anod nhanh chóng của hợp kim nhôm.

Đặc Tính Gia Công

Khả Năng Hàn
Hàn hợp kim 7034 là thách thức do nhiệt lượng gây ra vùng chịu nhiệt bị làm mềm và nguy cơ nứt nóng trong các mối hàn hóa; việc lựa chọn dây hàn và xử lý trước/sau hàn là rất quan trọng để giảm thiểu các ảnh hưởng này. Hàn TIG và MIG có thể thực hiện với dây hàn hợp kim dòng 5xxx hoặc loại chuyên dùng cho 7xxx, nhưng thiết kế cần tính đến sự giảm đáng kể tính chất cơ học cục bộ và khả năng dễ bị ăn mòn cục bộ tăng lên.

Khả Năng Gia Công Cơ Khí
Gia công hợp kim 7034 ở điều kiện tôi mẫu (annealed) và các độ cứng thuộc nhóm H là khá đến rất tốt; ở độ cứng T6 hợp kim gia công tốt với dụng cụ carbide phù hợp và bố trí máy cứng chắc nhưng độ mòn dụng cụ tăng theo độ cứng. Các thực hành khuyến nghị bao gồm sử dụng mảnh carbide góc dương, làm mát áp suất cao, tốc độ cắt bề mặt từ trung bình đến cao và bộ gãy phoi nhằm kiểm soát dạng phoi răng cưa đặc trưng của hợp kim gia cường kết tủa.

Khả Năng Tạo Hình
Gia công tạo hình tốt nhất ở điều kiện O hoặc T4 — tạo hình nguội ở điều kiện T6 thường gây nứt hoặc hiện tượng đàn hồi phục hồi (springback) và thường không được khuyến khích trừ khi thiết kế đã có độ dự phòng lớn. Bán kính uốn tối thiểu điển hình cho tấm ở điều kiện T4/O vào khoảng 1–3× độ dày vật liệu tuỳ thuộc điều kiện mép, trong khi T6 có thể cần bán kính uốn từ 4–6× độ dày hoặc phải ủ trước khi tạo hình.

Hành Vi Xử Lý Nhiệt

Như một hợp kim có thể xử lý nhiệt, 7034 tuân theo quy trình xử lý hoà tan, tôi và lão hoá nhân tạo chuẩn để phát triển tính chất đỉnh. Xử lý hoà tan thường thực hiện ở nhiệt độ khoảng 470–485 °C để hoà tan các pha tan được, kế đó là tôi nhanh để giữ các nguyên tố tan trong trạng thái quá bão hoà; tốc độ tôi rất quan trọng, đặc biệt với tiết diện dày, nhằm tránh tạo các pha kết tủa thô và duy trì khả năng làm cứng.

Chương trình lão hoá nhân tạo đa dạng: lão hóa loại T6 phổ biến là 120–125 °C trong 18–24 giờ để đạt độ cứng và độ bền gần tối ưu, trong khi chu trình lão hoá quá mức T73/T76 sử dụng nhiệt độ lão hoá cao hơn hoặc thời gian lão hoá dài hơn nhằm tạo ra các pha kết tủa thô hơn, ổn định hơn giúp giảm nguy cơ SCC. Định danh T651 bao gồm bước kéo giãn giảm ứng suất sau tôi trước khi lão hoá nhằm giảm biến dạng dư.

Hiệu Suất Ở Nhiệt Độ Cao

7034 giữ được các tính chất cơ học hữu ích ở nhiệt độ vừa phải nhưng mất độ bền đáng kể trên khoảng 150–175 °C do pha kết tủa phát triển thô và hoà tan. Với các ứng dụng làm việc liên tục ở nhiệt độ cao, người thiết kế nên xem xét các hợp kim chuyên biệt cho tính ổn định nhiệt hoặc áp dụng các xử lý bề mặt bảo vệ nhằm giảm quá trình oxy hoá và creep.

Khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ làm việc điển hình của hợp kim nhôm dựa vào lớp oxit Al2O3 bền vững, nhưng tiếp xúc dài hạn với nhiệt độ cao thúc đẩy sự biến đổi vi cấu trúc trong hệ thống kết tủa dẫn đến làm mềm vĩnh viễn; vùng HAZ bên cạnh mối hàn chịu suy giảm tính chất rõ rệt khi trải qua chu trình nhiệt.

Ứng Dụng

Ngành Công Nghiệp	Chi Tiết Điển Hình	Lý Do Sử Dụng 7034
Hàng Không Vũ Trụ	Chi tiết lắp ráp và phôi rèn	Độ bền tĩnh cao theo trọng lượng và hiệu suất mỏi tốt ở các độ cứng tối ưu
Ô Tô	Chi tiết hệ thống treo và khung gầm	Độ bền cao giúp giảm tiết diện chi tiết và cải thiện tính năng NVH khi xử lý mỏi
Hàng Hải	Giá đỡ kết cấu và cần chống	Độ bền tốt với sự lão hoá quá mức và bảo vệ bề mặt phù hợp
Điện Tử	Tấm kết cấu và vỏ thiết bị	Cân đối giữa dẫn nhiệt và độ cứng cho các vỏ nhẹ

7034 thường được lựa chọn cho các ứng dụng yêu cầu độ bền tĩnh cao, ổn định kích thước chặt chẽ và hiệu suất mỏi tốt sau xử lý nhiệt và hoàn thiện bề mặt thích hợp. Khả năng tùy chỉnh tính chất qua lựa chọn độ cứng (lão hoá đỉnh hoặc lão hoá quá mức) cho phép nhà thiết kế ưu tiên tối đa độ bền hoặc cải thiện khả năng chống ăn mòn/SCC tùy theo yêu cầu sử dụng.

Gợi Ý Lựa Chọn

Chọn 7034 khi yếu tố thiết kế là độ bền riêng cao kết hợp với khả năng kiểm soát khả năng chống ăn mòn lâu dài thông qua điều khiển độ cứng; hợp kim này đặc biệt hữu ích khi giảm trọng lượng mang lại lợi ích tổng thể hệ thống. Cần cân nhắc chi phí và khả năng cung cấp — 7034 có thể đắt hơn và hạn chế hơn trong đùn kích thước lớn so với các hợp kim dòng 6xxx, và hàn hay sửa chữa hàn cần quy trình đặc biệt.

So với nhôm tinh khiết thương mại (1100), 7034 đổi lấy khả năng chịu lực và độ cứng cao hơn nhiều để