Nhôm EN AW-1100: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn nhiệt xử lý & Ứng dụng

Tổng Quan Toàn Diện

EN AW-1100 thuộc series 1xxx của hợp kim nhôm rèn, đại diện cho nhôm tinh khiết thương mại với hàm lượng nhôm tối thiểu khoảng 99.0%. Đặc điểm nổi bật chính của nó là hàm lượng hợp kim thấp tối thiểu; các nguyên tố vết như silic và sắt có mặt ở mức dưới 1% và kiểm soát các tính chất liên quan đến tạp chất.

Việc tăng cường cơ tính trong EN AW-1100 gần như hoàn toàn dựa vào quá trình làm cứng lạnh (làm cứng biến dạng) thay vì xử lý nhiệt, vì đây là hợp kim không xử lý nhiệt được. Do đó, độ bền cơ học của nó ở mức vừa phải so với các hợp kim series 2xxx, 6xxx hoặc 7xxx, nhưng lại có độ dẻo lớn, độ dẫn điện và nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn vượt trội và độ tạo hình xuất sắc.

Các đặc tính chính bao gồm khả năng chống ăn mòn rất cao trong môi trường khí quyển và nhiều môi trường hóa học, khả năng hàn tốt và độ tạo hình rất tốt ở trạng thái ủ; độ bền có thể được nâng lên thông qua gia công lạnh đến các temper H ứng dụng cụ thể. Các ngành công nghiệp điển hình sử dụng EN AW-1100 bao gồm chế biến hóa chất, thiết bị thực phẩm và đồ uống, bảng hiệu và tem nhãn, bộ trao đổi nhiệt, và dây dẫn điện nơi độ dẫn và khả năng tạo hình được ưu tiên hơn độ bền tối đa.

Các kỹ sư thường lựa chọn EN AW-1100 khi yêu cầu độ dẫn điện tối đa, bề mặt hoàn thiện cao hoặc khả năng chống ăn mòn, cũng như khi cần bán kính uốn nhỏ hoặc các thao tác dập sâu đòi hỏi vật liệu rất dẻo. Nó cũng được ưu chuộng khi sự đơn giản trong gia công và khả năng tái chế là quan trọng, cũng như khi chi phí nhạy cảm ưu tiên nhôm hợp kim thấp hơn so với các hệ hợp kim phức tạp hơn.

Biến Thể Temper

Temper	Cấp Độ Bền	Độ Dài Ra	Khả Năng Tạo Hình	Khả Năng Hàn	Ghi Chú
O	Thấp	Cao (30–50%)	Xuất sắc	Xuất sắc	Trạng thái ủ hoàn toàn cho độ dẻo tối đa
H12	Trung bình-thấp	Trung bình (20–35%)	Rất tốt	Xuất sắc	Gia công lạnh nhẹ; giữ được độ tạo hình tốt
H14	Trung bình	Giảm (10–30%)	Khá	Xuất sắc	Temper gia công lạnh phổ biến để tăng cường độ bền
H16	Trung bình	Thấp hơn (5–20%)	Trung bình đến khá	Xuất sắc	Gia công lạnh cao hơn để tăng cường độ cho chi tiết
H18	Cao hơn	Thấp (3–10%)	Giới hạn	Xuất sắc	Gia công lạnh nghiêm ngặt, đạt độ bền cao nhất mà không cần xử lý nhiệt
H112	Trung bình	Biến đổi	Khá	Xuất sắc	Không xử lý nhiệt, làm cứng biến dạng bằng kiểm soát quá trình

Việc lựa chọn temper trong EN AW-1100 chủ yếu dựa trên sự cân bằng giữa độ dẻo và độ bền thu được qua các bước gia công lạnh kiểm soát. Temper ủ O tối đa hóa độ tạo hình và bề mặt hoàn thiện, trong khi các temper H dần nâng cao độ bền kéo và giới hạn chảy với đánh đổi là độ dài ra giảm, không làm thay đổi khả năng xử lý nhiệt kim loại.

Thành Phần Hóa Học

Nguyên Tố	Phạm Vi %	Ghi Chú
Si	≤ 0.95	Tạp chất; kiểm soát để hạn chế ảnh hưởng đến ăn mòn và khả năng đúc
Fe	≤ 0.95	Tạp chất phổ biến làm giảm nhẹ độ dẻo và độ dẫn điện
Mn	≤ 0.05	Rất ít, gần như không có tác dụng tăng cường trong 1100
Mg	≤ 0.05	Không đáng kể; lượng thấp ngăn ngừa sự tăng cứng do kết tủa
Cu	≤ 0.05	Giữ ở mức rất thấp để bảo toàn khả năng chống ăn mòn
Zn	≤ 0.10	Lượng nhỏ cho phép; lượng lớn hơn làm giảm khả năng chống ăn mòn
Cr	≤ 0.05	Kiểm soát vết giúp giới hạn thay đổi cấu trúc tinh thể
Ti	≤ 0.03	Chất tinh chỉnh hạt có thể có; chỉ tồn tại với lượng rất nhỏ
Khác	≤ 0.15 tổng cộng	Tổng các tạp chất còn lại bao gồm V, Ni, v.v; nhôm chiếm phần còn lại (~99.0%)

Độ gần tinh khiết của EN AW-1100 có nghĩa các tính chất vật lý và điện hóa chủ yếu do ma trận nhôm chi phối thay vì các pha kết tủa trong hợp kim. Các nguyên tố vết và tạp chất chủ yếu ảnh hưởng đến độ dẫn điện/nhiệt, cấu trúc hạt và biến đổi nhỏ về hành vi cơ học; do đó kiểm soát thành phần tập trung vào việc giữ mức tạp chất thấp để duy trì các đặc tính đặc trưng của hợp kim.

Tính Chất Cơ Học

Hành vi kéo của EN AW-1100 đặc trưng bởi giới hạn bền kéo và giới hạn chảy thấp ở trạng thái ủ, kết hợp với độ dãn đồng đều dài. Giới hạn chảy thấp và tăng cứng do biến dạng là cách chính để nâng cao độ bền; cán lạnh và kéo có thể tăng đáng kể cơ tính kéo nhưng làm giảm độ dẻo. Độ cứng liên quan trực tiếp với temper, giá trị HB thấp ở vật liệu ủ và tăng dần ở các temper H; khả năng chịu mỏi vừa phải và chịu ảnh hưởng lớn bởi bề mặt và gia công lạnh.

Độ dày ảnh hưởng đến phản ứng cơ học: tấm mỏng có thể cán lạnh lên các temper H cao hơn với mất ít độ dẻo hơn so với các tiết diện dày, nơi phân bố ứng suất bề mặt và bên trong khác nhau. Hiệu suất mỏi nhạy cảm với khuyết tật bề mặt và tiếp xúc ăn mòn điện hóa; bề mặt đánh bóng hoặc anode hóa cải thiện tuổi thọ chịu mỏi. Hành vi gãy vẫn dẻo với biến dạng nhựa đáng kể trước khi phá hủy ở các temper dẻo, trong khi trạng thái gia công lạnh nặng có độ dai va đập giảm.

Tính Chất	O/Ủ	Temper Chính (ví dụ H14)	Ghi Chú
Giới Hạn Bền Kéo	~65–95 MPa	~95–140 MPa	Phạm vi rộng tùy thuộc độ dày và mức gia công lạnh chính xác
Giới Hạn Chảy	~25–45 MPa	~60–110 MPa	Giới hạn chảy tăng theo làm cứng biến dạng; đo phụ thuộc hướng mẫu thử
Độ Dài Ra	~30–50%	~10–30%	Độ dài ra giảm khi temper tăng; tấm mỏng thường giữ độ dài ra cao hơn
Độ Cứng	~20–30 HB	~35–60 HB	Độ cứng tăng theo gia công lạnh; có thể chuyển đổi sang Rockwell hoặc Vickers

Tính Chất Vật Lý

Tính Chất	Giá Trị	Ghi Chú
Mật Độ	2.71 g/cm³	Mật độ điển hình cho hợp kim nhôm gần tinh khiết
Nhiệt Độ Nóng Chảy	~ 640–660 °C	Khoảng nhiệt độ nóng chảy từ chắc đến lỏng gần điểm nóng chảy Al tinh khiết
Độ Dẫn Nhiệt	~ 215–240 W/m·K (ở 25 °C)	Cao rất, thích hợp cho ứng dụng truyền nhiệt
Độ Dẫn Điện	~ 58–62 % IACS	Độ dẫn điện cao, phù hợp làm dây dẫn và thanh busbar
Nhiệt Dung Riêng	~ 900 J/kg·K	Tương tự nhôm tinh khiết; hữu ích cho tính toán nhiệt năng
Hệ Số Nở Nhiệt	~ 23.6 ×10⁻⁶ /K (20–100 °C)	Hệ số giãn nở điển hình của nhôm dùng để thiết kế bù trừ

Tập hợp tính chất vật lý của EN AW-1100 tập trung vào truyền nhiệt và điện nhiều hơn là độ bền cơ học cao. Độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng làm nó lý tưởng cho các tấm bộ trao đổi nhiệt, phủ bề mặt và két nước, trong khi độ dẫn điện hỗ trợ thanh busbar và dây dẫn điện áp thấp. Nhà thiết kế phải cân nhắc độ giãn nhiệt tương đối cao so với thép khi tích hợp chi tiết 1100 vào lắp ghép vật liệu hỗn hợp.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Độ Dày/Kích Thước Thông Thường	Hành Vi Độ Bền	Temper Thường Dùng	Ghi Chú
Tấm	0.1–6.0 mm	Dẻo; dễ gia công lạnh	O, H12, H14	Phổ biến cho dập sâu, phủ bề mặt, và hoàn thiện trang trí
Phiến	>6.0 mm	Tiềm năng làm cứng lạnh thấp hơn; tiết diện dày khó uốn hơn	O, H112	Dùng cho bồn hóa chất và tấm kết cấu cần độ dẫn
Đùn	Biên dạng đến tiết diện lớn	Có thể bị biến dạng trong quá trình đùn để tạo temper H	O, H112	Hàm lượng hợp kim thấp cho phép đùn liên tục với bề mặt mịn
Ống	Đường kính và độ dày thành đa dạng	Được tạo hình bằng kéo/cán; có thể làm cứng lạnh	O, H14	Phổ biến cho ống trao đổi nhiệt và ống kiến trúc
Thanh/Cây	Đường kính đến 200 mm	Thường ít biến dạng làm cứng hơn	O, H16	Có thể gia công tiện ở temper O; tăng cường độ bằng kéo lạnh có thể thực hiện

Tấm và các tấm mỏng cung cấp độ tạo hình tốt nhất và thường được dập sâu hoặc cán; phiến và các sản phẩm đùn dày hơn chủ yếu được gia công cắt cơ khí và hàn. Quá trình đùn tận dụng thành phần hợp kim đơn giản cho dòng chảy và bề mặt đồng đều, trong khi ống và thanh thường được sản xuất bằng phương pháp liền mạch hoặc hàn, sau đó tạo kích thước và ủ để kiểm soát tính chất.

Các Mác Tương Đương

Tiêu Chuẩn	Mác	Khu Vực	Ghi Chú
AA	1100	USA	Định danh phổ biến của Mỹ cho nhôm thương mại tinh khiết
EN AW	1100	Châu Âu	Mác hợp kim tương đương của Châu Âu; tiền tố EN AW chỉ nhôm cán
JIS	A1050	Nhật Bản	Tương đương gần với giới hạn tạp chất và tính chất tương tự
GB/T	1100	Trung Quốc	Tiêu chuẩn Trung Quốc chỉ thành phần và phạm vi tính chất tương tự

Sự khác biệt tinh tế giữa các tiêu chuẩn chủ yếu nằm ở giới hạn tối đa các tạp chất còn lại và nguyên tố vết cho phép, điều này có thể ảnh hưởng nhẹ đến độ dẫn điện và khả năng chống ăn mòn. Lịch sử gia công và chỉ tiêu độ cứng mềm ở mỗi khu vực cũng có thể thay đổi phạm vi tính chất cơ học; kỹ sư nên xác nhận độ cứng mềm và các tính chất đảm bảo từ chứng chỉ nhà máy thay vì chỉ dựa vào sự tương đương danh nghĩa.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

EN AW-1100 thể hiện khả năng chống ăn mòn trong khí quyển xuất sắc nhờ hàm lượng nhôm cao và lượng pha hợp kim hoạt động tối thiểu. Nó tự nhiên tạo màng oxide bảo vệ giúp kháng oxy hóa tổng thể và cung cấp hiệu suất tốt lâu dài ngoài trời trong môi trường công nghiệp và đô thị.

Trong môi trường biển, EN AW-1100 hoạt động tốt chống ăn mòn tổng thể dưới điều kiện không chịu lực, nhưng cần lưu ý tới ăn mòn điểm (pitting) trong môi trường có chloride và ăn mòn khe hở nơi nước biển tù đọng có thể tích tụ. Anode hóa và các phương pháp xử lý bề mặt phù hợp cải thiện đáng kể cả thẩm mỹ lẫn khả năng chống ăn mòn cục bộ khi sử dụng biển.

Độ nhạy của EN AW-1100 với nứt ăn mòn ứng suất (SCC) thấp vì SCC thường liên quan đến các hợp kim có cường độ cao hơn; tuy nhiên, quá trình làm lạnh nhanh có thể làm tăng nhẹ độ nhạy khi chịu ứng suất kéo trong môi trường ăn mòn. Tương tác điện hóa với kim loại quý hơn (ví dụ đồng, thép không gỉ) có thể thúc đẩy ăn mòn cục bộ; khuyến cáo cách điện hoặc dùng bu lông tương thích khi tiếp xúc kim loại khác loại.

Tính Chất Gia Công

Khả năng hàn

EN AW-1100 nằm trong số những hợp kim nhôm dễ hàn nhất, phản ứng tốt với quy trình hàn TIG, MIG và hàn điểm. Thường dùng dây hàn như ER4043 (Al-Si) hoặc ER5356 (Al-Mg) tùy theo yêu cầu độ dẻo và tính chống ăn mòn; tấm mỏng hàn ít biến dạng. Nguy cơ nứt nóng thấp hơn so với hợp kim nhôm cường độ cao hơn, và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) ít mất tính cơ học vì hợp kim không thể xử lý nhiệt.

Khả năng tiện/gia công cơ khí

Gia công trong trạng thái ủ mềm thuận lợi do độ dẻo cao và ít có xu hướng làm cứng khi gia công; chỉ số gia công tương đối trung bình và tốt hơn nhiều loại nhôm tinh khiết khác. Khuyến cáo dùng dụng cụ carbide với góc bẻ dương và tốc độ dao cao hơn để tránh bị lưỡi dao tích dính; kiểm soát phoi có thể khó vì vật liệu tạo phoi dài và dẻo nếu không chia đoạn. Bề mặt gia công đạt độ bóng cao nhưng cần lưu ý thiết kế kẹp chặt do độ cứng thấp hơn so với thép.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình tuyệt vời ở trạng thái O, cho phép bán kính uốn rất nhỏ và các thao tác dập sâu mà không bị nứt. Bán kính uốn tối thiểu khuyến nghị nhỏ, thường xuống tới bằng một lần chiều dày hoặc nhỏ hơn tùy theo dụng cụ và độ cứng, trong khi các trạng thái H cần bán kính uốn lớn hơn và các bước tạo hình hoặc ủ trung gian. Hiện tượng nhớ hồi kép (springback) vừa phải và có thể dự đoán; thiết kế khuôn nên tính đến hoặc tiến hành ủ giải ứng suất sau gia công nặng.

Hành Vi Xử Lý Nhiệt

EN AW-1100 là hợp kim không thể xử lý nhiệt; nó không phản ứng với xử lý nhiệt dung dịch hay tăng cứng kết tủa như các hợp kim dòng 6xxx hoặc 7xxx. Tăng cứng cơ học đạt được thông qua làm lạnh (cứng biến dạng) và được đảo ngược bằng quy trình ủ mềm.

Ủ mềm được thực hiện ở nhiệt độ thường từ 300–400 °C tùy chiều dày và mức độ mềm yêu cầu, với làm nguội chậm để phục hồi độ dẻo tối đa; điều này đưa vật liệu trở lại trạng thái O. Vì cơ chế cứng hóa do biến dạng cơ học, chu kỳ gia công và ủ trung gian nhiều lần là phổ biến để đạt hình dạng phức tạp mà không nứt.

Hiệu Suất Ở Nhiệt Độ Cao

Ở nhiệt độ cao, EN AW-1100 mất nhanh sức bền hơn so với các hợp kim có thể xử lý nhiệt; nhiệt độ làm việc giới hạn thường dưới 200 °C đối với ứng dụng kết cấu. Khả năng chống oxy hóa khá tốt nhờ màng oxide alumina bảo vệ, nhưng khả năng chống creep kém hơn so với hợp kim chuyên dụng nhiệt độ cao.

Chu trình nhiệt hàn tạo vùng ảnh hưởng nhiệt nhưng không gây làm mềm do kết tủa; tuy nhiên, phơi nhiễm lâu dài ở nhiệt độ cao có thể làm mềm độ cứng do ủ mềm biến dạng lạnh. Trong ứng dụng nhiệt độ cao liên tục, kỹ sư nên cân nhắc hợp kim thiết kế cho chống creep thay vì dùng 1100.

Ứng Dụng

Ngành	Ví Dụ Linh Kiện	Lý Do Sử Dụng EN AW-1100
Ô tô	Phụ kiện trang trí và bảng tên	Khả năng tạo hình và hoàn thiện bề mặt xuất sắc
Hàng hải	Thiết bị trao đổi nhiệt và phụ kiện phi kết cấu	Chống ăn mòn và dẫn nhiệt tốt
Hàng không vũ trụ	Giá đỡ nội thất và vỏ bọc	Trọng lượng thấp và dễ tạo hình cho chi tiết phi kết cấu
Điện tử	Hệ thống làm mát và thanh dẫn điện	Độ dẫn nhiệt và điện cao

EN AW-1100 thường được lựa chọn khi độ dẫn và khả năng tạo hình ưu tiên hàng đầu, đồng thời tải trọng kết cấu thấp. Bề mặt sạch và khả năng tương thích với quy trình hoàn thiện như anode hóa cũng làm cho nó là lựa chọn cho các chi tiết có tính thẩm mỹ cao và môi trường nhạy cảm về hóa học.

Gợi Ý Lựa Chọn

Khi chọn EN AW-1100, ưu tiên các yêu cầu về dẫn điện và dẫn nhiệt, khả năng tạo hình xuất sắc và độ chống ăn mòn cao nhất trong các hợp kim nhôm cán phổ biến. Chọn trạng thái O để đạt dẻo tối đa và dập sâu, trạng thái H khi cần tăng cường độ nhẹ qua làm lạnh; luôn kiểm tra chứng chỉ nhà máy về độ dẫn và tính chất cơ học.

So với các hợp kim làm cứng bằng biến dạng phổ biến như 3003 hoặc 5052, EN AW-1100 có độ dẫn điện và nhiệt hơi cao hơn và hoàn thiện bề mặt nói chung tốt hơn, nhưng cường độ nội tại thấp hơn 5052 do hợp kim này chứa magiê để tăng cường độ. So với hợp kim xử lý nhiệt như 6061 hoặc 6063, EN AW-1100 được ưu tiên khi dẫn điện, chống ăn mòn và tạo hình quan trọng hơn cường độ tối đa; chọn 6061 khi yêu cầu cường độ kết cấu và độ cứng cao bất chấp giảm độ dẫn.

Cân nhắc chi phí và khả năng cung ứng: EN AW-1100 có sẵn rộng rãi và thường có giá thấp hơn hợp kim chuyên dụng, nhưng nếu thiết kế đòi hỏi cường độ cao hơn, tuổi mỏi hoặc khả năng chịu nhiệt cao, lựa chọn vật liệu hợp kim khác có thể kinh tế hơn về lâu dài.

Tóm Tắt Cuối Cùng

EN AW-1100 vẫn là hợp kim nền tảng cho kỹ thuật hiện đại nơi các đặc tính dựa trên độ tinh khiết—độ dẫn điện xuất sắc, khả năng tạo hình vượt trội và chống ăn mòn mạnh mẽ—được yêu cầu hơn là cường độ cao. Đơn giản của nó làm cho nó kinh tế, dễ tái chế và dễ gia công trên nhiều dạng sản phẩm, đảm bảo vị trí tiếp tục trong ứng dụng hóa chất, điện và tiêu dùng.