Nhôm A1070: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn nhiệt luyện & Ứng dụng

Tổng quan toàn diện

A1070 là nhôm thương mại tinh khiết thuộc dòng 1xxx, có hàm lượng nhôm tối thiểu thường là 99.7% và được xếp vào nhóm hợp kim nhôm công nghiệp có độ tinh khiết cao nhất. Ký hiệu dòng 1xxx chỉ ra lượng hợp kim hóa rất thấp; các nguyên tố tồn dư điển hình bao gồm một lượng nhỏ Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn và Ti, tồn tại như tạp chất được kiểm soát thay vì là các thành phần làm tăng cường độ.

Gia cường trong A1070 hầu như chỉ được thực hiện bằng phương pháp làm cứng biến dạng (làm cứng bằng biến dạng) và kiểm soát cấu trúc hạt chứ không dựa trên xử lý nhiệt kết tủa. Các đặc tính chính bao gồm dẫn điện và dẫn nhiệt xuất sắc, khả năng chống ăn mòn vượt trội trong nhiều môi trường, độ dẻo cao trong trạng thái ủ, và khả năng hàn tốt; độ bền kéo thấp so với các hợp kim khác nhưng độ dẻo và dẫn điện nằm trong nhóm cao nhất đối với sản phẩm nhôm kết cấu.

Các ngành công nghiệp điển hình sử dụng A1070 gồm dẫn điện, lót thiết bị quy trình hóa chất, linh kiện kiến trúc và các chi tiết cần tạo hình nhiều cho hàng tiêu dùng và công nghiệp. Kỹ sư lựa chọn A1070 khi yêu cầu dẫn điện cao, bề mặt chất lượng và độ dẻo tối đa cùng khả năng chống ăn mòn tốt được ưu tiên hơn độ bền cơ học cực đại.

A1070 được chọn thay cho các hợp kim khác khi cần các tính chất thuần khiết cao, ví dụ trong các ứng dụng điện hoặc tiếp xúc hóa chất, hoặc nơi cần tạo hình nguội phức tạp mà không lo bị giòn hóa do sự bổ sung hợp kim. Nó cũng được ưu tiên trong các ứng dụng tận dụng khả năng tương thích với các lớp phủ, anode hóa và các quy trình nối liên kết nhằm đảm bảo hành vi nhất quán, ổn định.

Biến thể temper

Temper	Cấp độ bền	Độ kéo dài	Khả năng tạo hình	Khả năng hàn	Ghi chú
O	Thấp	Cao (30–45%)	Xuất sắc	Xuất sắc	Ủ hoàn toàn, độ dẻo và dẫn điện tối đa
H12	Thấp–Trung bình	Trung bình (20–30%)	Rất tốt	Xuất sắc	Làm cứng biến dạng khoảng 25% (làm cứng một phần nhẹ)
H14	Trung bình	Trung bình (15–25%)	Tốt	Xuất sắc	Temper làm cứng nửa mức, thường dùng cho tạo hình tấm
H16	Trung bình–Cao	Thấp hơn (10–20%)	Trung bình	Xuất sắc	Làm cứng ba phần tư, dùng khi cần độ đàn hồi phục hồi (springback)
H18	Cao	Thấp (5–12%)	Giới hạn	Xuất sắc	Làm cứng hoàn toàn bằng biến dạng lạnh mạnh, giảm độ dẻo
H111	Thấp–Trung bình	Trung bình (20–30%)	Rất tốt	Xuất sắc	Làm cứng biến dạng nhẹ cho phép già hóa tự nhiên

Việc lựa chọn temper ảnh hưởng rõ rệt đến sự cân bằng giữa độ bền và độ dẻo của A1070; temper ủ O mang lại khả năng tạo hình tốt nhất và dẫn điện/dẫn nhiệt cao nhất, trong khi các temper H đổi độ dẻo lấy cách tăng bền nhờ làm cứng biến dạng. Làm cứng biến dạng tăng giới hạn chảy và cường độ kéo nhưng giảm độ kéo dài và khả năng tạo hình; việc chọn temper cần phù hợp với quy trình tạo hình và yêu cầu cơ học cuối cùng.

Thành phần hóa học

Nguyên tố	Phạm vi %	Ghi chú
Si	≤ 0.25	Tạp chất; vượt mức có thể giảm dẫn điện và tăng tạp chất trong đúc/lăn
Fe	≤ 0.40	Tạp chất phổ biến; tạo hợp chất liên kim ảnh hưởng đến độ bền và bề mặt
Mn	≤ 0.03	Rất ít; không phải nguyên tố hợp kim chủ đích trong dòng 1xxx
Mg	≤ 0.03	Tạp chất kiểm soát; nồng độ cao hơn sẽ đưa hợp kim ra ngoài dòng 1xxx
Cu	≤ 0.05	Ít; nồng độ cao có thể giảm khả năng chống ăn mòn
Zn	≤ 0.03	Ít; thường không phải thành phần chủ đích
Cr	≤ 0.03	Vết; ảnh hưởng cấu trúc hạt nếu có lượng lớn
Ti	≤ 0.02	Thanh tinh hạt với lượng nhỏ khi có bổ sung
Khác (mỗi nguyên tố)	≤ 0.05; tổng ≤ 0.15	Các tạp chất còn lại gồm Ni, Pb, Bi; giữ ở mức thấp để bảo toàn dẫn điện và độ dẻo

Thành phần nhôm gần tinh khiết của A1070 là có chủ ý: lượng hợp kim thấp giữ khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt cao cùng khả năng chống ăn mòn tổng quát xuất sắc nhờ lớp oxit bề mặt đồng nhất, bám chắc. Các tạp chất vi lượng (Fe, Si) tạo ra các hạt liên kim riêng biệt làm tăng độ bền nhẹ nhưng có thể ảnh hưởng đến bề mặt, khả năng tạo hình và dẫn điện khi vượt mức cho phép.

Tính chất cơ học

A1070 thể hiện đặc tính kéo mềm điển hình của nhôm tinh khiết: trạng thái ủ cho giới hạn chảy và bền kéo thấp cùng độ kéo dài cao, trong khi làm việc lạnh (các temper H) tăng bền chảy và bền kéo với đánh đổi là giảm độ dẻo. Hành vi giới hạn chảy trong nhôm rất tinh khiết diễn ra dần dần chứ không rõ ràng, do đó kỹ sư nên dùng giá trị giới hạn chảy 0.2% offset để thiết kế và tính đến biến thiên do độ dày và lịch sử gia công.

Giá trị độ cứng thấp trong temper O và tăng tỷ lệ thuận với mức làm cứng biến dạng. Khả năng chịu mỏi bị giới hạn bởi độ bền thấp và xu hướng nứt bề mặt cao dưới tải trọng đảo chiều; tuy nhiên, độ dẻo của hợp kim giúp trì hoãn khởi phát vết nứt khi chi tiết được hoàn thiện tốt và không có vết khuyết. Độ dày và trạng thái bề mặt ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học, với các tấm mỏng thường có độ bền đo được cao hơn sau khi lăn lạnh và vật liệu đồng nhất hơn.

Tính chất	O/Đã ủ	Temper chính (ví dụ H14)	Ghi chú
Độ bền kéo	65–95 MPa điển hình	95–145 MPa điển hình	Giá trị phụ thuộc độ dày và mức làm cứng biến dạng
Giới hạn chảy	30–60 MPa điển hình	60–120 MPa điển hình	Dùng giá trị yield 0.2% offset; làm cứng lạnh tăng giới hạn chảy nhiều hơn bền kéo
Độ kéo dài	30–45% điển hình	15–25% điển hình	Độ kéo dài giảm khi temper tăng; độ dày ảnh hưởng đến giá trị
Độ cứng	15–30 HB	25–45 HB	Độ cứng theo temper và mức làm cứng; đo bằng Brinell hoặc Vickers

Tính chất vật lý

Tính chất	Giá trị	Ghi chú
Mật độ	2.70 g/cm³	Điển hình cho nhôm thương mại, dùng trong tính khối lượng và tỉ số bền trên trọng lượng
Phạm vi nhiệt độ nóng chảy	660–657 °C (nhiệt độ rắn ≈ 660 °C)	Điểm nóng chảy hẹp, đặc trưng nhôm tinh khiết cao
Độ dẫn nhiệt	≈ 220–235 W/m·K (nhiệt độ phòng)	Một trong những hợp kim nhôm có dẫn nhiệt cao nhất; rất tốt cho tản nhiệt
Độ dẫn điện	≈ 58–64 % IACS	Dẫn điện rất cao, gần đạt các tiêu chuẩn nhôm tinh khiết
Nhiệt dung riêng	≈ 900 J/kg·K	Hữu ích trong tính toán khối nhiệt cho quản lý nhiệt
Hệ số giãn nở nhiệt	≈ 23–24 ×10⁻⁶ /K (20–100 °C)	Hệ số giãn nở khá cao so với thép; quan trọng khi thiết kế lắp ráp với vật liệu khác

Hồ sơ vật lý của A1070 làm cho nó hấp dẫn trong các thiết kế cần truyền nhiệt hoặc dẫn điện là ưu tiên hàng đầu. Kỹ sư cần cân nhắc hệ số giãn nở nhiệt tương đối cao của nhôm khi ghép nối các chi tiết A1070 với vật liệu khác để tránh ứng suất mối ghép khi biến đổi nhiệt độ.

Dạng sản phẩm

Dạng	Độ dày/Kích thước điển hình	Hành vi độ bền	Temper phổ biến	Ghi chú
Tấm	0.2–6.0 mm	Độ bền tăng theo mức lăn lạnh	O, H12, H14, H16	Được sử dụng rộng rãi cho dập sâu và sản phẩm cuộn
Phiến	6–25 mm	Xu hướng tương tự; phiến dày hơn thường làm lạnh ít hơn	O, H111	Ít phổ biến do hợp kim tập trung cho ứng dụng bản mỏng
Đùn	Lên đến tiết diện lớn	Tính chất đùn phụ thuộc làm mát và gia công tiếp theo	O, H14	Hạn chế so với hợp kim dòng 6xxx nhưng dùng khi cần độ tinh khiết
Ống	Đường kính/Độ dày thành ống đa dạng	Tính chất cơ học tương tự tấm có cùng mức gia công	O, H14, H16	Phù hợp cho ống hàn và kéo cho sử dụng hóa chất hoặc kiến trúc
Thanh/Cây	Ø 2–200 mm	Khả năng gia công và độ bền thay đổi theo temper	O, H14	Thanh dùng trong sản xuất dây dẫn và chi tiết gia công

Quy trình gia công (lăn, đùn hay kéo) ảnh hưởng đến cấu trúc hạt cuối cùng và tính dị hướng cơ học của A1070. Tấm mỏng tận dụng tốt nhất khả năng tạo hình của hợp kim cho dập sâu và dập phức tạp, trong khi đùn được chọn khi ưu tiên độ tinh khiết tiết diện và bề mặt hoàn thiện.

Các Mác Tương Đương

Tiêu chuẩn	Mác	Vùng miền	Ghi chú
AA	A1070	USA	Định danh ban đầu của Aluminum Association cho hợp kim 1070 có độ tinh khiết cao
EN AW	AW-1070	Châu Âu	Định danh EN gần giống; tiêu chuẩn châu Âu có thể quy định giới hạn tạp chất hơi khác
JIS	A1070	Nhật Bản	Tiêu chuẩn Nhật nhìn chung tương đương nhưng có dung sai đặc điểm kỹ thuật địa phương
GB/T	1070	Trung Quốc	Tiêu chuẩn Trung Quốc tương đương về phân loại; kiểm tra bảng thành phần địa phương để hạn mức chính xác

Nhãn mác tương đương giữa các tiêu chuẩn nhằm biểu thị cùng tính chất của dòng hợp kim nhôm 1xxx có độ tinh khiết cao, tuy nhiên quy trình cán tấm và dung sai tạp chất có thể khác nhau theo mỗi tiêu chuẩn. Khi quy định mác tương đương theo nhiều tiêu chuẩn, cần kiểm tra các giới hạn hóa học và cơ học thực tế trong tài liệu tham chiếu để đảm bảo khả năng thay thế cho các tính chất quan trọng như độ dẫn điện hoặc chất lượng bề mặt.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

A1070 thể hiện khả năng chống ăn mòn khí quyển tổng thể xuất sắc nhờ màng oxit nhôm ổn định và hình thành nhanh giúp thụ động hóa bề mặt. Trong môi trường nông thôn và công nghiệp, hợp kim hoạt động rất tốt và thường vượt trội so với các dòng hợp kim có tạp chất hoặc các hạt pha thứ cấp gây ăn mòn cục bộ.

Trong môi trường biển, A1070 có khả năng kháng ăn mòn đồng đều nhưng có thể bị ăn mòn dạng đục lỗ và khe hở khi ở môi trường chloride tập trung nếu có đóng cặn trên bề mặt và thiếu oxy. Nứt ăn mòn do ứng suất hiếm gặp trong nhôm tinh khiết so với một số hợp kim có thể xử lý nhiệt; tuy nhiên, các chi tiết chịu ứng suất kéo trong môi trường chloride ăn mòn vẫn nên được thiết kế thận trọng và kiểm tra kỹ.

Cần lưu ý tương tác điện hóa vì A1070 là anod so với nhiều kim loại phổ biến (thép không gỉ, đồng, đồng thau); nó sẽ bị ăn mòn ưu tiên khi tiếp xúc điện trong dung dịch điện phân trừ khi được cách điện. So với dòng hợp kim 5xxx (Al-Mg), A1070 thường có độ dẫn điện vượt trội và khả năng chống ăn mòn chung tương đương, trong khi các hợp kim 5xxx có thể chống ăn mòn cục bộ trong nước biển tốt hơn khi được hợp kim hóa thích hợp.

Tính Chất Gia Công

Khả năng hàn

A1070 dễ hàn bằng các phương pháp nhiệt phổ biến như TIG và MIG với lớp bảo vệ thích hợp và bề mặt sạch; quá trình hàn không gây ra vấn đề làm cứng đáng kể vì hợp kim không thuộc nhóm xử lý nhiệt. Dây hàn khuyên dùng là loại cùng hoặc gần giống thành phần (ví dụ ER1100 cho hàn cùng loại) hoặc dây hàn Al‑Mg cho mối hàn trong môi trường biển cần tăng khả năng chống ăn mòn; lựa chọn phải xem xét tương thích điện hóa và điều kiện phục vụ. Nguy cơ nứt nóng thấp nhưng phụ thuộc vào thiết kế mối hàn, vệ sinh và tạp chất còn sót lại; vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) không giảm cứng như hợp kim kết tủa vì A1070 chỉ tăng cứng bằng biến dạng lạnh.

Khả năng gia công cơ khí

Khả năng gia công của A1070 ở mức trung bình nhưng thường thấp hơn một số mác hợp kim cán vì đặc tính mềm và có xu hướng tạo dải phoi dài, dẻo dưới điều kiện dụng cụ không tối ưu. Dụng cụ carbide với góc thoát dương và bộ phoi tốt, tốc độ cắt cao cùng bôi trơn/làm mát hiệu quả cải thiện bề mặt và tuổi thọ dụng cụ. Bề mặt gia công và kiểm soát kích thước thường tốt khi sử dụng hệ thống dụng cụ phù hợp, nhưng cần tính đến độ đàn hồi và tạo ba via trong lập kế hoạch quy trình.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình ở trạng thái ủ mềm (O temper) rất tốt: A1070 phù hợp để dập sâu, quay và uốn với bán kính uốn nhỏ so với nhiều mác hợp kim khác. Bán kính uốn có thể rất nhỏ trong trạng thái O (thậm chí dưới 1× chiều dày tấm đối với biến dạng nhẹ) nhưng tăng lên khi ở trạng thái làm cứng (H‑tempers) do mất độ dẻo khi cứng ứng suất. Đối với các chuỗi tạo hình phức tạp, nên bắt đầu từ trạng thái O hoặc thực hiện các bước ủ trung gian để tránh nứt và đảm bảo dung sai chặt chẽ.

Hành Vi Qua Xử Lý Nhiệt

A1070 không phải hợp kim có thể xử lý nhiệt; nó không phản ứng với tôi dung dịch và lão hóa nhân tạo để tạo pha kết tủa làm tăng cường độ. Thử nghiệm “lão hóa” hợp kim 1xxx không mang lại tăng cường độ và độ cứng đáng kể như các dòng 2xxx–7xxx, nên quá trình nhiệt chủ yếu dùng để ủ mềm và giảm ứng suất.

Tăng độ cứng qua biến dạng lạnh là phương pháp chính để cải thiện độ bền, và hiệu ứng này có thể bị đảo ngược hoặc giảm khi ủ. Ủ mềm hoàn toàn thường thực hiện ở nhiệt độ 350–415 °C để khôi phục độ dẻo và độ dẫn, sau đó làm nguội chậm để tránh chênh lệch nhiệt và biến dạng.

Hiệu Suất Ở Nhiệt Độ Cao

A1070 mất nhanh độ bền cơ học khi nhiệt độ tăng trên nhiệt độ môi trường; dù vẫn chịu được tải một phần ở vài trăm °C, giới hạn thiết kế thực tế về độ cứng và bền kết cấu thường <100–150 °C cho hoạt động liên tục. Quá trình oxi hóa ở nhiệt độ cao tạo lớp oxit dày hơn và nhìn chung bảo vệ tốt, nhưng có thể gây bong tróc và làm mềm vật liệu giảm phù hợp cho ứng dụng nhiệt độ cao kéo dài.

Khu vực mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt không bị mềm do lão hóa nhưng giảm giới hạn chảy so với vật liệu cơ bản làm cứng lạnh nếu chi tiết dựa vào tăng cứng này để chịu lực. Với các ứng dụng chịu nhiệt độ cao gián đoạn, thiết kế cần đánh giá ứng suất chảy chậm (creep) và giảm mô đun đàn hồi để đảm bảo hiệu suất lâu dài.

Ứng Dụng

Ngành	Ví dụ Chi Tiết	Lý Do Sử Dụng A1070
Điện	Thanh dẫn điện, dây dẫn, lá mỏng	Độ dẫn điện cao và khả năng tạo hình tốt
Xử lý hóa chất	Lớp lót, bồn chứa, phụ kiện	Độ tinh khiết cao và khả năng chống ăn mòn nhiều hóa chất
Kiến trúc	Lớp ốp trang trí, mặt dựng	Chất lượng bề mặt, khả năng tạo hình và kháng ăn mòn
Hàng tiêu dùng	Đồ dùng nấu ăn và bộ phận liên quan	Khả năng dẫn nhiệt và vẻ ngoài bề mặt
Điện tử	Bộ tản nhiệt, lớp chắn EMI	Độ dẫn nhiệt/điện cao và trọng lượng nhẹ

A1070 được ưa chuộng khi kết hợp giữa độ tinh khiết, khả năng dẫn điện và tạo hình mang lại sự gia công tin cậy với chi phí thấp cho các hình dạng phức tạp. Khả năng chấp nhận xử lý bề mặt như anode hóa và phản ứng đồng nhất trong gia công và ghép nối khiến nó là lựa chọn thực tế trong nhiều lĩnh vực.

Góc Nhìn Khi Lựa Chọn

A1070 là lựa chọn tuyệt vời khi ưu tiên độ dẫn điện hoặc nhiệt và tối đa hóa khả năng tạo hình hơn là sức bền cơ học tối đa; nên chọn cho dây dẫn, thành phần tản nhiệt và chi tiết dập sâu. So với nhôm tinh khiết thương mại như 1100, A1070 thường có độ tinh khiết tối thiểu cao hơn và do đó khả năng dẫn điện tốt hơn chút ở cùng mức tạo hình, đổi lấy sức bền bổ sung không đáng kể để cải thiện tính dẫn điện.

So với các hợp kim làm cứng lạnh như 3003 hay 5052, A1070 thường cho độ dẫn điện cao hơn và đôi khi dẻo hơn, trong khi 3003/5052 có độ bền sau gia công cao hơn và khả năng chống ăn mòn cục bộ một số kiểu tốt hơn. So với các hợp kim kết cấu có thể xử lý nhiệt như 6061 hoặc 6063, A1070 được chọn khi ưu tiên tạo hình, độ dẫn, chống ăn mòn và chi phí thấp hơn so với nhu cầu sức bền cao tối đa mà dòng kết tủa cứng có thể đạt được.

Khi quyết định, cần cân nhắc giữa yêu cầu dẫn điện, tạo hình và hoàn thiện bề mặt với chỉ tiêu bền cơ học và tính sẵn có; nên chọn trạng thái O cho tạo hình phức tạp và các trạng thái làm cứng (H-) khi cần tăng sức bền do biến dạng lạnh, đồng thời xác nhận giới hạn tiêu chuẩn về độ dẫn và tạp chất cho các ứng dụng điện hoặc hóa chất quan trọng.

Tóm Tắt Cuối

A1070 vẫn giữ vị thế nhờ kết hợp độ tinh khiết nhôm rất cao với khả năng tạo hình xuất sắc, độ dẫn nhiệt và điện tốt cùng hiệu quả chống ăn mòn ổn định, làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng cần các đặc tính này ưu tiên hơn sức bền cơ học cao. Hành vi dự đoán được trong tạo hình, ghép nối và xử lý bề mặt duy trì sự phổ biến trong các ứng dụng điện, hóa chất, kiến trúc và quản lý nhiệt.