Nhôm A360: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn nhiệt luyện & Ứng dụng

Tổng Quan Toàn Diện

A360 là một hợp kim nhôm chủ yếu được sử dụng dưới dạng đúc và dập nguội, thường thuộc nhóm hợp kim Al-Si-Mg chứa silic. Thành phần hóa học tập trung vào silic và magiê như những nguyên tố hợp kim chính, giúp tăng cường khả năng tôi kết tủa và tính đúc được. Hợp kim có thể được xử lý nhiệt, tăng cường độ bền thông qua xử lý hòa tan, tôi và lão hóa nhân tạo thay vì bằng biến dạng nguội. Các đặc tính chính bao gồm khả năng đúc tốt, tỷ lệ bền trên trọng lượng thuận lợi, khả năng chống ăn mòn tương đối trong nhiều môi trường, và khả năng hàn chấp nhận được khi sử dụng đúng kim loại phụ và kỹ thuật.

Các ngành công nghiệp thường xuyên yêu cầu A360 bao gồm ô tô (đúc hộp số và vỏ bọc), vỏ thiết bị gia dụng, linh kiện công nghiệp và thiết bị hàng hải, nơi cần sự kết hợp giữa khả năng đúc và hiệu suất cơ học hợp lý. Các kỹ sư thiết kế chọn A360 cho các chi tiết yêu cầu hình học phức tạp được sản xuất kinh tế bằng phương pháp đúc, đồng thời tận dụng xử lý nhiệt sau đúc để nâng cao độ bền. So với các hợp kim dập mạnh có độ bền cao hơn, A360 có chi phí thấp hơn và dễ đúc hơn; so với nhôm tinh khiết, hợp kim này đánh đổi độ dẫn điện và tính tạo hình để đạt độ bền cao hơn nhiều sau khi lão hóa.

Các Loại Độ Cứng (Temper)

Temper	Mức Độ Bền	Độ Dài Ra (Độ Dẻo)	Khả Năng Tạo Hình	Khả Năng Hàn	Ghi Chú
O	Thấp	Cao	Xuất sắc	Xuất sắc	Ủ mềm hoàn toàn, độ dẻo tối đa sau xử lý hòa tan và làm nguội chậm
T4	Trung bình	Cao	Tốt	Tốt	Xử lý nhiệt hòa tan và lão hóa tự nhiên; giữ được khả năng tạo hình tốt
T5	Trung bình - Cao	Trung bình	Khá	Tốt	Làm nguội từ đúc và lão hóa nhân tạo; dùng cho chi tiết đúc trực tiếp từ khuôn
T6	Cao	Trung bình - Thấp	Hạn chế	Tốt	Xử lý nhiệt hòa tan và lão hóa nhân tạo đạt độ bền tối đa
T651	Cao	Trung bình - Thấp	Hạn chế	Tốt	T6 có giãn ứng suất bằng phương pháp kéo căng; dùng nơi cần kiểm soát biến dạng
Hxx (ví dụ: H14)	Trung bình	Giảm	Hạn chế	Tốt	Biến dạng tăng cứng và ủ một phần cho dạng dập khi áp dụng

Các độ cứng điều chỉnh sự cân bằng giữa độ bền và độ dẻo của A360 một cách có thể dự đoán được: trạng thái ủ mềm (O) cho độ dài giãn tối đa để tạo hình, trong khi T6/T651 tạo ra giới hạn chảy và độ bền kéo cao hơn nhưng đổi lại khả năng tạo hình giảm. Đối với các chi tiết đúc, T5 và T6 là các temper sản xuất phổ biến nhất vì chúng cho phép đúc, gia công tối thiểu sau đó và các kế hoạch lão hóa giúp đạt hiệu suất cơ học sử dụng được mà không cần tạo hình nhiều.

Thành Phần Hóa Học

Nguyên Tố	Phạm Vi %	Ghi Chú
Si	6.5 – 9.5	Nguyên tố hợp kim chính cải thiện độ lưu động, khả năng đúc và độ bền sau khi lão hóa
Fe	0.2 – 0.8	Tạp chất tạo những hợp chất kim loại; được kiểm soát để hạn chế độ giòn
Mn	≤ 0.5	Thêm vào để kiểm soát cấu trúc hạt và hạn chế các pha Fe gây hại
Mg	0.2 – 0.6	Cho phép tôi kết tủa Mg2Si và góp phần tăng cường độ bền
Cu	≤ 0.3	Thêm ít đồng có thể tăng độ bền nhưng giảm khả năng chống ăn mòn
Zn	≤ 0.2	Thường thấp; tránh Zn quá mức để hạn chế rạn nứt nóng và SCC
Cr	≤ 0.25	Kiểm soát cấu trúc hạt và kết tinh lại trong một số trạng thái temper
Ti	≤ 0.2	Chất tạo mịn hạt trong quá trình sản xuất đúc và dập để tinh chỉnh cấu trúc chính
Khác	Cân bằng Al; các nguyên tố vi lượng được kiểm soát	Có thể chứa Ni, V hoặc Sr để cải thiện cấu trúc đồ hồ hoặc điều chỉnh tính chất

Silic là thành phần tạo nên cấu trúc eutectic Al-Si làm cho A360 rất dễ đúc và ổn định kích thước. Magiê kết hợp với silic tạo thành các tinh thể Mg2Si trong quá trình lão hóa nhân tạo, đây là cơ chế chính để tăng cường độ bền. Các nguyên tố phụ và tạp chất ảnh hưởng đến kích thước hạt, hình dạng cấu trúc đúc và sự kết tủa pha thứ cấp, từ đó điều khiển độ dai va đập, khả năng gia công và độ nhạy với các khuyết tật liên hạt.

Đặc Tính Cơ Học

A360 thể hiện hành vi cổ điển của hợp kim có thể tôi kết tủa: độ bền thấp ở trạng thái ủ mềm và tăng lên sau xử lý hòa tan và lão hóa nhân tạo. Ở trạng thái T6, hợp kim đạt các tính chất kéo thiết kế khi các tinh thể Mg2Si hình thành và cản trở chuyển động trượt của các lệch vị. Giới hạn chảy và độ bền kéo dao động theo độ dày tiết diện và tốc độ làm nguội; các tiết diện mỏng hơn làm nguội nhanh hơn thường đạt độ bền cao hơn.

Độ dẻo (độ giãn đến gãy) giảm khi temper tăng và khi hàm lượng silic tăng do sự hiện diện của các hạt silic eutectic cứng. Độ cứng có xu hướng tương tự độ bền kéo và thường được đo bằng thang Brinell hoặc Rockwell trên các chi tiết đúc để xác nhận trạng thái lão hóa. Hiệu suất mỏi nhạy cảm với độ rỗ khí đúc, bề mặt hoàn thiện và lịch sử nhiệt; rỗ khí đóng vai trò là vị trí phát sinh nứt mỏi chính và giảm đáng kể giới hạn chịu mỏi trong trạng thái đúc thô.

Thuộc Tính	O/Ủ Mềm	Temper Chính (ví dụ T6)	Ghi Chú
Độ Bền Kéo	120 – 180 MPa	250 – 360 MPa	Giá trị thay đổi theo độ dày tiết diện, độ rỗ và thành phần chính xác
Giới Hạn Chảy	60 – 120 MPa	170 – 260 MPa	Giới hạn chảy phụ thuộc đáng kể vào hàm lượng Mg và lịch trình lão hóa
Độ Dài Ra (Độ Dẻo)	10 – 25%	4 – 12%	Độ dẻo giảm khi quá trình lão hóa diễn tiến và khi kích thước hạt silic tăng
Độ Cứng	40 – 60 HB	80 – 120 HB	Độ cứng liên quan mật thiết đến mật độ tinh thể và hình thái silic eutectic

Đặc Tính Vật Lý

Thuộc Tính	Giá Trị	Ghi Chú
Mật Độ	~2.68 g/cm³	Mật độ điển hình của các hợp kim Al-Si; phụ thuộc nhẹ vào các thành phần hợp kim
Phạm Vi Nhiệt Độ Nóng Chảy	~575 – 655 °C	Phân bố nhiệt độ kháng hóa lỏng/đặc α-Al và eutectic tùy vào hàm lượng Si
Độ Dẫn Nhiệt	~120 – 150 W/(m·K)	Thấp hơn nhôm tinh khiết do có Si và các pha thứ cấp
Độ Dẫn Điện	~30 – 45 %IACS	Giảm so với nhôm tinh khiết do hợp kim hóa; thay đổi tùy theo temper
Nhiệt Dung Riêng	~0.88 – 0.92 J/(g·K)	Gần bằng với nhôm tinh khiết
Hệ Số Giãn Nhiệt	~21 – 24 ×10⁻⁶ /K	CTE khá cao; cần cân nhắc trong việc thiết kế cho chu kỳ nhiệt

Mật độ và nhiệt dung riêng của A360 gần giống với nhiều hợp kim nhôm khác, giúp hợp kim này được ưa chuộng khi cần trọng lượng thấp và khả năng tích nhiệt hợp lý. Độ dẫn nhiệt đủ dùng cho nhiều ứng dụng quản lý nhiệt, nhưng các hạt silic và hợp chất liên kim làm giảm độ dẫn so với nhôm tinh khiết hoặc các hợp kim dập có tính dẫn cao. Phạm vi nhiệt độ nóng chảy và quá trình đông đặc phụ thuộc trực tiếp vào hàm lượng silic và thành phần eutectic, ảnh hưởng đến lượng co ngót và yêu cầu cấp liệu trong đúc.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Độ Dày/Kích Thước Tiêu Chuẩn	Hành Vi Độ Bền	Các Temper Thường Dùng	Ghi Chú
Tấm	0.5 – 6 mm (khá hạn chế)	Độ bền thấp hơn do giới hạn trong gia công	O, T4	Tấm dập A360 không phổ biến; có thể làm mỏng sau cán
Đĩa (Plate)	6 – 50 mm	Độ bền giảm ở các tiết diện dày do làm nguội chậm	O, T5, T6	Đĩa đúc dày cần xử lý nhiệt cẩn thận để tránh lõi mềm
Đùn (Extrusion)	Tiết diện đến 200 mm	Độ bền tùy thuộc vào độ dày thành tiết diện và quá trình tôi	T4, T6	Sản phẩm đùn ít phổ biến; A360 chủ yếu dùng cho đúc hoặc đúc khuôn áp lực
Ống	Đường kính phù hợp cho đúc	Thay đổi tùy ứng dụng	O, T6	Ống đúc dùng làm vỏ bọc, không phải ống liền mạch kết cấu
Thanh/Cây	Biến thiên	Độ bền tốt sau lão hóa	T6	Thanh cán có thể sản xuất cho các chi tiết gia công nhỏ

Quy trình gia công ảnh hưởng lớn đến hiệu suất cơ học. Các dạng đúc của A360 tận dụng thiết kế khuôn, đông đặc nhanh và kiểm soát rỗ khí để đạt độ đồng nhất, trong khi dạng dập cần cán hoặc đùn tiếp theo là xử lý nhiệt hòa tan và lão hóa. Nhà thiết kế cần chọn dạng sản phẩm phù hợp với khả năng sản xuất; các chi tiết đúc mỏng phức tạp tận dụng độ lưu động của A360 trong khi các tiết diện lớn, dày cần chiến lược xử lý nhiệt và tôi đặc biệt.

Các Mác Tương Đương

Tiêu Chuẩn	Mác	Khu Vực	Ghi Chú
AA	A360	USA	Chỉ định của Aluminum Association cho nhóm hợp kim này
EN AW	AC‑42100 / AlSi9Mg?	Châu Âu	Các mác tương đương gần có thể thuộc dòng AlSi9Mg tùy theo thành phần hóa học chính xác
JIS	ADC9/ biến thể ADC12	Nhật Bản	Các mác đúc của Nhật với tỷ lệ Si‑Mg tương tự được dùng làm mác tương đương chức năng
GB/T	ZL102 / AlSi9Mg?	Trung Quốc	Tiêu chuẩn đúc của Trung Quốc bao gồm các mác AlSi9Mg có tính chất tương đương

Các mác tương đương trực tiếp một‑một phụ thuộc vào thành phần chính xác, đặc biệt hàm lượng Mg và Cu, và vào việc ứng dụng mong muốn là sản phẩm đúc hay sản phẩm gia công. Các chỉ định EN của châu Âu và tên mác GB/T của Trung Quốc thường được đối chiếu dựa trên phạm vi hàm lượng silic và magiê cũng như yêu cầu về tính chất cơ học thay vì chỉ dựa vào tên gọi hợp kim.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

A360 thể hiện khả năng chống ăn mòn khí quyển tổng quát tốt đặc trưng của các hợp kim Al‑Si‑Mg khi được hoàn thiện và phủ bề mặt đúng cách. Sự hiện diện của silic trong vi cấu trúc không làm suy giảm đáng kể màng oxit alumina bảo vệ tự nhiên, nhưng các pha interdendritic phơi nhiễm và lỗ rỗ trong đúc có thể tạo điểm anodic cục bộ. Chuẩn bị bề mặt và bịt kín lỗ rỗ là quan trọng để đảm bảo độ bền lâu dài trong môi trường khí quyển.

Trong môi trường biển và chứa chloride, A360 hoạt động khá tốt nhưng nhạy cảm hơn với ăn mòn cục bộ so với các hợp kim Al‑Mg điều kiện gia công với hàm lượng Mg cao hơn như 5052. Nứt ăn mòn do ứng suất không phải là dạng hư hỏng chủ yếu của A360 trong điều kiện làm việc thông thường; tuy nhiên, sự ghép galvanic với các vật liệu có điện thế cao hơn (thép không gỉ, đồng) có thể làm tăng tốc độ ăn mòn tại điểm tiếp xúc. Các lớp phủ bảo vệ, anode hóa hoặc thiết kế điện cực âm giúp giảm thiểu các rủi ro này.

So với các hợp kim dòng 6xxx gia công, A360 thường có khả năng chống ăn mòn tương đương hoặc hơi thấp hơn tùy theo mức độ tạp chất Cu và lỗ rỗ. Các chi tiết đúc cần được thiết kế tránh những vị trí khe hở và giảm tối đa tiếp xúc lỗ rỗ với môi trường ăn mòn mạnh.

Tính Chất Gia Công

Khả năng hàn

A360 có thể hàn được bằng các phương pháp phổ biến (MIG/GMAW, TIG/GTAW) nhưng phải chú ý lựa chọn dây hàn và kiểm soát nhiệt lượng. Dây hàn Al‑Si như ER4043 (Al‑Si) thường được chọn để phù hợp hàm lượng silic của vật liệu gốc và giảm nguy cơ nứt nóng. Nứt nóng có thể xảy ra ở các chi tiết dày hoặc nơi hàm lượng silic cao tạo ra eutectic nóng chảy thấp; làm nóng trước và kiểm soát nhiệt độ hàn giúp giảm ứng suất còn lại và nứt.

Khả năng gia công cơ khí

Khả năng gia công của A360 tương đối tốt so với các hợp kim nhôm đúc khác nhờ silic cung cấp khả năng chống mài mòn và kiểm soát mảnh phoi. Dụng cụ cacbua có góc cắt dương, kết cấu cứng và tốc độ cắt vừa phải tạo ra bề mặt gia công tốt nhất. Hạt silic làm mài mòn dụng cụ nhanh hơn so với nhôm tinh khiết mềm, do đó tuổi thọ công cụ và sử dụng dung dịch làm mát rất quan trọng trong gia công khối lượng lớn.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình của A360 ở dạng sản phẩm gia công hạn chế hơn so với các mác thấp hợp kim và có độ dẻo cao. Các trạng thái O và T4 cung cấp khả năng tạo hình nguội tốt nhất và là lựa chọn ưu tiên khi cần uốn hoặc kéo sâu. Với các chi tiết đúc, việc tạo hình chỉ giới hạn trong những điều chỉnh nhỏ; kỹ sư nên ưu tiên phương pháp đúc gần hình dạng cuối và hạn chế tạo hình sau đúc.

Hành Vi Xử Lý Nhiệt

A360 có thể xử lý nhiệt theo phương pháp làm cứng kết tủa Al‑Si‑Mg. Tẩy giải thường được thực hiện gần biên độ rắn nhưng dưới nhiệt độ nóng chảy bắt đầu, phổ biến trong khoảng 520–540 °C, giữ đủ thời gian để hòa tan Mg2Si và làm đồng đều vi cấu trúc. Sau đó, làm nguội nhanh nhằm giữ trạng thái quá bão hòa Mg và Si trong ma trận.

Lão hóa nhân tạo (T6) được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 150–185 °C trong thời gian tối ưu để đạt độ cứng và giới hạn bền kéo cao nhất. Lão hóa quá mức làm giảm độ bền và tăng độ dẻo đồng thời cải thiện độ ổn định nhiệt. Các trạng thái nhiệt như T5 chuyển sang T6 thay đổi kích thước và phân bố các pha kết tủa; kỹ sư lựa chọn trạng thái nhiệt dựa trên sự cân bằng giữa độ bền, kiểm soát biến dạng và khả năng gia công.

Nếu không xử lý nhiệt, A360 có thể được ủ (O) để đạt độ dẻo tối đa. Làm cứng biến dạng cung cấp tăng cường giới hạn bền hạn chế; tuy nhiên làm cứng kết tủa vẫn là phương pháp chính để đạt độ bền cao cho nhóm hợp kim này.

Hiệu Suất Ở Nhiệt Độ Cao

A360 giảm bền đáng kể khi nhiệt độ tăng và thường chỉ thích hợp cho làm việc liên tục dưới khoảng 150 °C với các ứng dụng chịu tải. Trên ngưỡng này, hiện tượng lớn hạt kết tủa và lão hóa quá mức làm giảm giới hạn chảy, giới hạn bền kéo và khả năng chống creep. Có thể chịu được các lần tăng nhiệt ngắn hạn nhưng chu trình nhiệt nhiều lần sẽ đẩy nhanh sự phát triển vi cấu trúc.

Quá trình oxi hóa trong không khí được hạn chế nhờ màng oxit alumina bảo vệ, nhưng tiếp xúc lâu dài ở nhiệt độ cao có thể thay đổi hóa học bề mặt oxit và làm giảm khả năng chịu mỏi do hiện tượng lớn hạt. Vùng chịu ảnh hưởng nhiệt từ hàn có thể bị mềm cục bộ nếu kim loại gốc ở trạng thái lão hóa đỉnh; xử lý hóa giải và lão hóa sau hàn hoặc lựa chọn dây hàn phù hợp có thể phục hồi tính chất chấp nhận được.

Ứng Dụng

Ngành Công Nghiệp	Ví Dụ Chi Tiết	Lý Do Sử Dụng A360
Ô tô	Vỏ hộp số, vỏ bơm	Khả năng đúc tuyệt vời, độ bền tốt sau lão hóa, kinh tế cho hình dạng phức tạp
Hàng hải	Chi tiết đúc kết cấu nhỏ, giá đỡ	Khả năng chống ăn mòn hợp lý và mật độ thấp phù hợp cho các chi tiết yêu cầu trọng lượng nhẹ
Hàng không vũ trụ	Phụ kiện không quan trọng, vỏ bảo vệ	Tỷ số bền trên trọng lượng thuận lợi và dễ đúc các hình dạng phức tạp
Điện tử	Vỏ bảo vệ và vỏ tản nhiệt	Độ dẫn nhiệt tốt và độ chính xác kích thước từ đúc
Thiết bị gia dụng	Vỏ động cơ, thân bơm	Chi phí thấp, bề mặt đúc tốt và đáp ứng cơ học đầy đủ

A360 được sử dụng khi cần sự kết hợp giữa kinh tế, khả năng đúc và độ bền cơ học đủ dùng. Hợp kim này đặc biệt ưa chuộng cho các chi tiết đúc hình dạng phức tạp mà nếu dùng các hợp kim gia công có độ bền cao hơn sẽ tốn kém hoặc không thực tế.

Những Lưu Ý Khi Lựa Chọn

Chọn A360 khi bạn cần hợp kim nhôm có thể đúc dễ dàng, đạt được độ bền sau lão hóa đồng thời giữ kiểm soát kích thước tốt và khả năng chống ăn mòn chấp nhận được. Đây là lựa chọn thực tế cho các chi tiết phức tạp, đúc gần hình dạng cuối được sản xuất với số lượng từ trung bình đến lớn.

So với nhôm tinh khiết thương mại (1100), A360 đánh đổi một phần dẫn điện và dẫn nhiệt cũng như khả năng tạo hình để đạt giới hạn chảy và bền kéo cao hơn đáng kể sau lão hóa. So với các hợp kim làm cứng biến dạng như 3003 hoặc 5052, A360 cung cấp độ bền cao hơn thông qua xử lý nhiệt nhưng thường có độ dẻo thấp hơn và hành vi chống ăn mòn khác do sự hiện diện của silic và lỗ rỗ đúc. So với các hợp kim gia công xử lý nhiệt phổ biến như 6061, A360 có thể có độ bền cực đại thấp hơn nhưng thắng thế về kinh tế đúc và khả năng sản xuất hình dạng phức tạp, giúp giảm chi phí gia công và chế tạo.

Tóm Tắt Cuối

A360 vẫn là hợp kim kỹ thuật có giá trị vì kết hợp được ưu điểm đúc tốt với khả năng làm cứng kết tủa, cung cấp sự phối hợp kinh tế giữa độ bền, độ chính xác kích thước và hiệu suất chống ăn mòn. Tổ hợp tính chất này làm cho A360 đặc biệt có giá trị cho các chi tiết đa dạng về hình học và yêu cầu tiết kiệm chi phí trong ngành ô tô, hàng hải và thiết bị tiêu dùng.