Nhôm A136: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn xử lý nhiệt & Ứng dụng

Tổng Quan Toàn Diện

A136 thuộc loại hợp kim nhôm rèn trong dãy 1xxx và được mô tả là một loại hợp kim thương mại tinh khiết, vi hợp kim hóa, tối ưu cho khả năng tạo hình cao và chống ăn mòn trong khi có độ bền vừa phải. Thành phần hóa học chuẩn chủ yếu là nhôm (>99 wt%), với các lượng vết silicon, sắt, đồng và titan được điều chỉnh nhằm ổn định cấu trúc hạt và cải thiện tính đồng nhất cơ học mà không làm thay đổi tính chất căn bản của kim loại cơ bản là không thể xử lý nhiệt. Việc tăng cường độ bền chủ yếu đạt được thông qua làm cứng biến dạng (làm cứng ứng suất) và kiểm soát vi hợp kim thay vì làm cứng kết tủa; đây không phải là hợp kim có thể xử lý nhiệt theo tiêu chuẩn T6 thông thường.

Những đặc tính chính của A136 bao gồm khả năng tạo hình xuất sắc, dẫn điện và dẫn nhiệt cao so với các loại hợp kim có hàm lượng hợp kim cao hơn, cùng khả năng chống ăn mòn khí quyển vượt trội nhờ màng oxide tự nhiên ổn định. Khả năng hàn thuận tiện cho các phương pháp hàn hợp kim phổ biến, và khả năng gia công cơ khí ở mức trung bình — tốt hơn nhiều hợp kim 5xxx/6xxx khi ở trạng thái đã ủ nhưng giảm sau khi làm cứng biến dạng đáng kể. Các ngành công nghiệp tiêu biểu sử dụng A136 bao gồm sản phẩm kiến trúc và xây dựng, vỏ bọc chịu áp suất, dây dẫn điện và thanh đồng, các tấm trang trí và tạo hình, cũng như vỏ bọc nhẹ nơi mà khả năng tạo hình và chống ăn mòn quan trọng hơn độ bền cao.

Kỹ sư lựa chọn A136 thay vì các hợp kim có độ bền cao hơn khi ưu tiên thiết kế là khả năng kéo sâu, độ dẫn điện, hoàn thiện bề mặt và khả năng chống ăn mòn chung hơn là độ bền kết cấu tối đa. Hợp kim này thường được chọn làm vật liệu kinh tế, dễ gia công cho các bộ phận yêu cầu dập phức tạp, bề mặt thẩm mỹ cao hoặc hoạt động trong môi trường hơi ăn mòn nhẹ nơi chi phí và trọng lượng của các hợp kim có thể xử lý nhiệt độ bền cao không được đánh giá cao.

Các Biến Thể Độ Cứng (Temper)

Temper	Cấp Độ Bền	Độ Dãn Dài	Khả Năng Tạo Hình	Khả Năng Hàn	Ghi Chú
O	Thấp	Cao (30–50%)	Xuất sắc	Xuất sắc	Đã được ủ hoàn toàn, độ dẻo dai và dẫn điện tối đa
H12	Thấp-Trung bình	Trung bình-Cao (20–35%)	Rất tốt	Xuất sắc	Làm cứng biến dạng một phần, duy trì khả năng tạo hình tốt
H14	Trung bình	Trung bình (10–25%)	Tốt	Xuất sắc	Làm cứng nhẹ để tăng cường độ bền
H16	Trung bình-Cao	Thấp hơn (6–15%)	Khá	Xuất sắc	Temper làm cứng lạnh mạnh hơn, khả năng kéo dãn giảm
H18	Cao (làm cứng lạnh)	Thấp (3–8%)	Giới hạn	Xuất sắc	Làm cứng biến dạng mạnh nhất cho độ bền cao nhất ở nhiệt độ phòng

Temper được chọn cho A136 ảnh hưởng trực tiếp đến sự đánh đổi giữa độ bền và độ dẻo dai bởi vì hợp kim này không thể xử lý nhiệt. Việc di chuyển từ O đến H18 làm tăng lần lượt độ bền kéo và giới hạn chảy thông qua mật độ lệch vị biến dạng trong khi giảm độ dãn dài và khả năng tạo hình kéo. Vùng hàn thường có xu hướng trở lại trạng thái mềm hơn ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt, do đó thiết kế cần tính đến sự làm mềm cục bộ khi quy định temper cho các cụm chi tiết được tạo hình rồi hàn.

Thành Phần Hóa Học

Nguyên Tố	Phạm Vi %	Ghi Chú
Al	Cân bằng (~99.0–99.9)	Nguyên tố chủ đạo; cung cấp khả năng dẫn điện và chống ăn mòn
Si	0.05–0.25	Kiểm soát để tăng tính lưu động trong biến thể đúc và hạn chế các hợp chất giòn
Fe	0.05–0.8	Tạp chất tồn dư; hàm lượng cao hơn tăng nhẹ độ bền nhưng có thể giảm độ dẻo
Mn	≤0.05	Rất ít; thêm vào ở mức vết để kiểm soát cấu trúc hạt
Mg	≤0.05	Giữ ở mức thấp để tránh làm cứng kết tủa; duy trì độ dẫn điện
Cu	≤0.05	Rất thấp nhằm giữ khả năng chống ăn mòn và dẫn điện
Zn	≤0.1	Giữ ở mức tối thiểu để tránh nhạy cảm với hiện tượng ăn mòn ứng suất
Cr	≤0.05	Thêm ở mức vết nhằm kiểm soát tái kết tinh trong một số dạng sản phẩm
Ti	≤0.03	Chất làm tinh hạt trong biến thể đúc hoặc đúc rồi gia công
Khác (bao gồm tạp chất)	≤0.15	Bao gồm các nguyên tố vết như Ni, Pb, Bi; kiểm soát để đảm bảo tính nhất quán quá trình

Thành phần hóa học tập trung vào nhôm với các tạp chất và vi hợp kim được kiểm soát chặt chẽ nhằm đảm bảo hành vi phù hợp với dãy hợp kim 1xxx. Hàm lượng Si và Fe nhỏ giúp ổn định quá trình gia công và giảm hiện tượng tăng trưởng hạt thô trong các bước nhiệt cơ học, trong khi hạn chế Mg, Cu và Zn ngăn hợp kim trở thành hợp kim có thể xử lý nhiệt. Titan hoặc Crom ở mức vết có thể được sử dụng trong một số dạng sản phẩm để tinh hạt và cải thiện tính đồng nhất cơ học mà không ảnh hưởng đáng kể đến khả năng dẫn điện.

Tính Chất Cơ Học

A136 thể hiện tính chất kéo điển hình của nhôm thương mại tinh khiết: giới hạn chảy và giới hạn bền kéo tương đối thấp ở trạng thái đã ủ kết hợp với độ dãn đều cao và khả năng làm cứng ứng suất rõ rệt. Ở trạng thái ủ (O), đường cong ứng suất-biến dạng mềm dẻo với vùng dẻo dài, cho phép dập sâu và tạo hình lạnh phức tạp. Khi vật liệu bị làm cứng biến dạng đến các temper nhóm H, các giới hạn bền tăng trong khi độ dãn và khả năng hấp thu năng lượng giảm; vị trí gãy có xu hướng trở nên khu trú hơn.

Độ cứng của A136 theo cùng hướng: giá trị Brinell hoặc Vickers thấp ở trạng thái O và tăng dần theo mức độ làm cứng lạnh. Hiệu suất mỏi phụ thuộc vào độ hoàn thiện bề mặt, ứng suất dư do tạo hình và sự hiện diện của các khuyết tật; các chi tiết đánh bóng, làm cứng biến dạng thường có tuổi thọ khởi đầu mỏi tốt hơn các chi tiết tạo hình thô. Ảnh hưởng độ dày rất quan trọng đối với khả năng tạo hình và độ bền—độ dày mỏng tăng khả năng tạo hình và giảm biến dạng co hồi khi uốn, trong khi độ dày lớn hơn cho độ cứng tuyệt đối cao hơn nhưng khả năng dập sâu giảm.

Tính Chất	O/Đã Ủ	Temper Chủ Đạo (ví dụ H14)	Ghi Chú
Độ Bền Kéo	60–120 MPa	110–170 MPa	Phạm vi phụ thuộc thành phần chính xác và mức làm cứng lạnh
Giới Hạn Chảy	20–60 MPa	60–130 MPa	Giới hạn chảy tăng đáng kể với cường độ làm cứng biến dạng vừa phải
Độ Dãn Dài	30–50%	10–25%	Độ dẻo giảm khi làm cứng lạnh tăng
Độ Cứng	15–35 HB	25–55 HB	Độ cứng tăng theo làm cứng ứng suất và ảnh hưởng đến khả năng gia công

Tính Chất Vật Lý

Tính Chất	Giá Trị	Ghi Chú
Mật Độ	~2.70 g/cm³	Tiêu chuẩn cho nhôm; tỷ số bền trên khối lượng tốt khi hợp kim hoặc làm cứng lạnh
Phạm Vi Nhiệt Độ Nóng Chảy	~660–657 °C	Phạm vi nóng chảy một pha của nhôm; điểm rắn-chảy gần kề
Độ Dẫn Nhiệt	~200–235 W/(m·K)	Cao, phụ thuộc vào độ tinh khiết; giảm nhẹ do hợp kim hóa và làm cứng biến dạng
Độ Dẫn Điện	~55–65% IACS	Cao so với các dãy hợp kim; trạng thái ủ gần mức cao nhất
Nhiệt Dung Riêng	~0.90 J/(g·K)	Nhiệt dung riêng cao có lợi cho việc đệm nhiệt
Hệ Số Giãn Nở Nhiệt	~23–24 µm/m·K	Giãn nở đẳng hướng điển hình; cần lưu ý cho các cụm lắp ráp dung sai chặt

Khả năng dẫn nhiệt và dẫn điện cao của A136 hữu ích trong các ứng dụng tản nhiệt và dẫn điện, và các tính chất này giảm khi hợp kim hóa và làm cứng lạnh tăng. Mật độ vật liệu cho tỷ số bền trên trọng lượng thuận lợi cho các vỏ bảo vệ và thanh dẫn điện dạng biên dạng, phạm vi nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp làm đơn giản hóa quá trình hàn nhưng cũng giới hạn khả năng sử dụng ở nhiệt độ cao.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Độ Dày/Kích Thước Tiêu Chuẩn	Hành Vi Cơ Lực	Độ Cứng Thông Thường	Ghi Chú
Tấm	0.2–6.0 mm	Đặc tính nhất quán; khả năng tạo hình tốt nhất ở các cấp độ mỏng	O, H12, H14	Phổ biến dùng cho dập sâu và các tấm trang trí
Phiến	6–25 mm	Độ cứng cao hơn; khả năng dập sâu hạn chế	O, H16	Dùng khi cần tiết diện dày hơn, thường gia công sau khi tạo hình
Đùn	Độ dày thành ống 1–20 mm	Tính chất cơ học có thể thay đổi theo độ dày tiết diện	O, H14, H16	Hình dạng phức tạp dùng trong viền kiến trúc và vỏ bọc
Ống	Đường kính ngoài 6–200 mm	Độ bền phụ thuộc vào độ dày thành ống và quá trình làm lạnh biến dạng	O, H14	Ống kéo hoặc hàn dùng cho khung nhẹ và ống dẫn
Thanh/Trục	Đường kính 3–50 mm	Độ bền tăng lên khi kéo nguội	O, H16	Dùng làm đầu nối, chốt và các chi tiết gia công

Sự khác biệt trong quy trình gia công quyết định lựa chọn ứng dụng: dạng tấm tối ưu cho dập và lăn tạo hình, trong khi đùn cho phép tạo tiết diện phức tạp nhưng có thể cần kiểm soát quá trình ủ già sau đùn và chỉnh thẳng. Phiến cung cấp độ cứng kết cấu nhưng hạn chế các thao tác tạo hình. Ống hàn và đùn có thể sản xuất với biến dạng sau gia công tối thiểu nếu lựa chọn độ cứng và kẹp chặt phù hợp.

Mác Thép Tương Đương

Tiêu Chuẩn	Mác	Khu Vực	Ghi Chú
AA	A136	USA	Mác hợp kim rèn ít phổ biến hoặc sở hữu trong dòng AA 1xxx
EN AW	1050A / 1070	Châu Âu	Mác tương đương gần nhất trong tiêu chuẩn phổ biến châu Âu cho nhôm tinh khiết cao
JIS	A1050 / A1070	Nhật Bản	Mác nhôm tinh khiết thương mại tương tự với tính dẻo cao
GB/T	Al99.5 / Al99.7	Trung Quốc	Mác phổ biến tương đương trong tiêu chuẩn Trung Quốc với độ tinh khiết thương mại

Sự khác biệt giữa các mác tương đương chủ yếu ở thành phần nhôm tối thiểu và giới hạn tạp chất được kiểm soát chặt chẽ; biến thể EN/JIS/GB cung cấp nền tảng cơ lý và mức tạp chất được chứng nhận khác nhau. Khi thay thế, kỹ sư cần xác minh độ dẫn điện, đối chiếu chỉ định độ cứng và lịch sử gia công đúc và cán của nhà cung cấp để đảm bảo khả năng tạo hình và chất lượng bề mặt tương đương. Chứng nhận và báo cáo kiểm tra của nhà máy được khuyến nghị khi yêu cầu cao về độ dẫn điện hoặc thẩm mỹ bề mặt.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

A136 thể hiện khả năng chống ăn mòn khí quyển tuyệt vời nhờ lớp màng oxit nhôm (Al2O3) liên tục, có khả năng tự tái tạo nhanh chóng sau khi bị tổn thương cơ học. Trong môi trường trung tính và công nghiệp nhẹ, hợp kim chịu được sự ăn mòn đều với mức tấn công tối thiểu, và các lớp phủ sơn hoặc anode hóa điển hình gia tăng tuổi thọ trong các ứng dụng kiến trúc. Trong môi trường biển, hợp kim hoạt động tốt trong nhiều ứng dụng, nhưng vùng tiếp xúc với chloride tập trung và vùng phun sương có thể gây ăn mòn lỗ và khe; các lựa chọn thiết kế như lớp bảo vệ hy sinh, anode hóa và chi tiết kỹ thuật cẩn thận là cần thiết để đảm bảo hiệu suất lâu dài.

Độ nhạy rạn nứt ăn mòn ứng suất của A136 thấp so với các hợp kim dòng 2xxx và 7xxx do hàm lượng đồng và kẽm thấp; tuy nhiên các vùng hàn hoặc làm lạnh biến dạng cao với ứng suất kéo dư cần được chú ý để tránh hỏng cục bộ trong môi trường ăn mòn mạnh. Tương tác điện hóa (galvanic) phải được cân nhắc khi ghép A136 với hợp kim quý hoặc thép không gỉ: Nhôm sẽ đóng vai trò anot và ăn mòn ưu tiên nếu không được cách điện hoặc bảo vệ bằng lớp phủ. So với hợp kim dòng 5xxx và 6xxx, A136 có độ dẫn điện và khả năng tạo hình vượt trội với khả năng chống ăn mòn tổng thể tương đương hoặc nhỉnh hơn khi hàm lượng hợp kim trong các dòng sau là vừa phải.

Tính Chất Gia Công

Khả năng hàn

A136 dễ dàng hàn bằng TIG, MIG/GMAW và hàn điểm điện trở khi tuân thủ các thực hành nhôm thông thường, bao gồm thiết kế mối hàn đúng cách và làm sạch bề mặt loại bỏ oxit và dầu mỡ. Kim loại phụ thuộc vào gia đình 4xxx (Al-Si) hoặc 5xxx (Al-Mg) thường được chỉ định tùy theo yêu cầu chống ăn mòn và độ bền sau hàn, trong đó 4043 và 5356 là lựa chọn phổ biến. Nguy cơ nứt nóng thấp hơn so với các hệ hợp kim cao, nhưng việc lắp ghép mối hàn và kiểm soát biến dạng nhiệt là quan trọng để tránh rỗ và khuyết tật bề mặt; vùng ảnh hưởng nhiệt sẽ trở nên mềm hơn, điều này cần được lưu ý trong thiết kế yêu cầu độ bền cao.

Khả năng gia công cơ khí

Khả năng gia công của A136 ở trạng thái ủ mềm vừa phải nhưng giảm khi vật liệu bị làm cứng do biến dạng; tổng thể dễ gia công hơn nhiều dòng hợp kim cao do hệ số làm cứng thấp và đặc tính tạo vụn tốt. Dụng cụ carbide và thiết kế mấu sắc thích hợp cho nhôm (ví dụ lưỡi nghiêng dương, helix cao) cho vụn sạch và bề mặt hoàn thiện tốt; tốc độ cắt điển hình cao hơn nhiều so với thép và cần kiểm soát làm mát để tránh phá bề mặt. Đối với tiện và phay chính xác, việc ủ trước hoặc sử dụng độ cứng H12/H14 giúp giảm tải công cụ và cải thiện kiểm soát kích thước.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình là điểm mạnh đặc trưng của A136: độ cứng ủ mềm (O) cho phép bán kính uốn nhỏ, dập sâu và tạo hình kéo phức tạp với độ phục hồi đàn hồi thấp. Bán kính uốn tối thiểu điển hình của tấm phụ thuộc vào độ dày và độ cứng nhưng có thể nhỏ đến 1–1.5× độ dày ở cấp độ O cho các uốn đơn giản; H14/H16 yêu cầu bán kính lớn hơn và các bước tạo hình tuần tự. Phản ứng làm cứng do lạnh có thể dự đoán được cho phép tạo hình theo giai đoạn; khi cần tạo hình nghiêm ngặt, các chu kỳ ủ xen kẽ sẽ phục hồi độ dẻo và giảm nguy cơ nứt ở bán kính nhỏ hoặc khuôn cốc dập sâu.

Đặc Tính Xử Lý Nhiệt

Vì A136 thuộc dòng hợp kim không thể xử lý nhiệt gia cường 1xxx, nó không đáp ứng với quá trình xử lý dung dịch và già hóa nhân tạo để tạo độ bền kết tủa. Việc thay đổi độ bền cơ học đạt được thông qua làm cứng bằng biến dạng và chu kỳ phục hồi/ủ mềm. Quá trình ủ hoàn chỉnh (O) dùng để tối đa hóa độ dẻo và độ dẫn điện, thường được thực hiện bằng cách đưa đến nhiệt độ tái tinh thể (thường trong khoảng 300–420 °C tùy dạng sản phẩm) sau đó làm nguội có kiểm soát.

Trong kiểm soát sản xuất, các quá trình ủ trung gian thường được áp dụng sau khi biến dạng lạnh đáng kể để phục hồi khả năng tạo hình; đây là các quy trình thời gian ngắn và nhiệt độ thấp hơn (ví dụ 300–350 °C) tùy theo hình dạng chi tiết và cấu trúc vi mô mong muốn. Các quá trình ủ ổn định hoặc giảm ứng suất được sử dụng chọn lọc nhằm giảm ứng suất dư trước gia công chính xác hoặc giảm biến dạng trước khi lắp ráp cuối cùng.

Hiệu Suất Ở Nhiệt Độ Cao

A136 duy trì tính chất cơ học sử dụng được chỉ ở nhiệt độ tăng vừa phải; giới hạn bền kéo và giới hạn chảy giảm rõ rệt trên khoảng 100 °C và giảm nhiều hơn ở 200–300 °C do quá trình phục hồi và làm mềm diễn ra. Quá trình oxy hóa ở nhiệt độ làm việc điển hình chỉ giới hạn ở sự hình thành màng oxit bảo vệ và không phải cơ chế hỏng chính trong phạm vi nhiệt độ thường gặp ở các ứng dụng kiến trúc và điện tử. Đối với hoạt động liên tục trên khoảng 150 °C, nhà thiết kế nên kiểm chứng khả năng chống creep và ổn định kích thước do nhôm tinh khiết thương mại có biến dạng phụ thuộc thời gian đáng kể khi chịu tải kéo dài ở nhiệt độ cao.

Trong cụm hàn, sự làm mềm vùng ảnh hưởng nhiệt trở nên rõ rệt hơn khi nhiệt độ làm việc tăng và chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại có thể dẫn đến mất trạng thái làm cứng biến dạng. Đối với các chi tiết chịu nhiệt độ cao gián đoạn, nên cân nhắc các loại hợp kim khác được thiết kế cho độ bền nhiệt cao hoặc áp dụng hệ số an toàn trong thiết kế cơ khí.

Ứng Dụng

Ngành	Ví Dụ Chi Tiết	Lý Do Sử Dụng A136
Ô tô	Tấm trang trí, huy hiệu	Khả năng tạo hình cao và bề mặt hoàn thiện tốt
Hàng hải	Vỏ không kết cấu, viền	Khả năng chống ăn mòn tốt và trọng lượng nhẹ
Hàng không vũ trụ	Phụ kiện nội thất, ốp bọc	Độ dẫn điện cao và dễ tạo hình cho các chi tiết không yêu cầu độ bền cao
Điện tử	Thiết bị tản nhiệt, lá chắn EMI, thanh dẫn	Khả năng dẫn nhiệt và điện xuất sắc
Kiến trúc	Ốp lát, trần, mặt tiền	Bề mặt có thể anode hóa và khả năng chống ăn mòn

A136 thường được lựa chọn khi yêu cầu dập sâu, chất lượng bề mặt và độ dẫn điện là quan trọng trong khi tải trọng kết cấu ở mức trung bình. Vai trò nổi bật trong các bộ phận viền ngoài được tạo hình, chi tiết dẫn điện và vỏ thiết bị hoặc đồ nội thất yêu cầu các công đoạn hoàn thiện sau như anode hóa hoặc sơn phủ để đạt được bề mặt cuối cùng và bảo vệ môi trường.

Gợi Ý Lựa Chọn

Chọn A136 khi ưu tiên thiết kế yêu cầu khả năng tạo hình tối đa, độ dẫn điện/nhiệt cao và chất lượng bề mặt vượt trội ở mức độ bền thấp đến trung bình. Đây là giải pháp hiệu quả về chi phí cho các chi tiết dập sâu sản xuất số lượng lớn và các ứng dụng dẫn điện giảm thiểu xử lý nhiệt cơ học.

So với nhôm tinh khiết thương mại (1100), A136 thường đánh đổi một phần nhỏ độ dẫn điện và khả năng tạo hình để đổi lấy kiểm soát quy trình chặt chẽ hơn và độ bền thành phẩm hơi cao hơn. So với các hợp kim làm cứng bằng biến dạng như 3003 hoặc 5052, A136 có khả năng tạo hình tương đương hoặc tốt hơn và đôi khi dẫn điện tốt hơn, nhưng các hợp kim nhóm 5xxx sẽ vượt trội hơn A136 về độ bền kết cấu và khả năng chống ăn mòn chloride trong môi trường biển khi mức Mg cao hơn được chấp nhận. So với các hợp kim có thể xử lý nhiệt như 6061 hoặc 6063, A136 được ưa chuộng khi ưu tiên khả năng tạo hình, dẫn điện, bề mặt hoàn thiện và chi phí hơn là sức bền cực đại có thể đạt được.

Tóm tắt kết luận

A136 vẫn là lựa chọn thực tiễn trong kỹ thuật hiện đại, nơi sự kết hợp giữa khả năng tạo hình vượt trội, độ dẫn điện cao, khả năng chống ăn mòn tốt và chi phí thấp có giá trị hơn cả sức bền tối đa tuyệt đối. Phản ứng làm lạnh có thể dự đoán được, tính tương thích với các quy trình gia công phổ biến và khả năng hoàn thiện bề mặt xuất sắc khiến vật liệu này vẫn duy trì vị thế trong các ngành kiến trúc, điện tử và lắp ráp nhẹ.