Nhôm EN AW-5052: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn trạng thái tôi luyện & Ứng dụng

Tổng Quan Toàn Diện

EN AW-5052 là một thành viên của hợp kim nhôm series 5xxx, với magiê là nguyên tố hợp kim chính. Series này không thể xử lý nhiệt và nhận được độ bền chủ yếu thông qua hợp kim rắn dung dịch với magiê và quá trình làm cứng biến dạng, không phải bằng phương pháp xử lý nhiệt tạo kết tủa.

Thành phần hợp kim chính trong 5052 bao gồm magiê (khoảng 2.2–2.8%) và crom với hàm lượng nhỏ (khoảng 0.15–0.35%) để kiểm soát cấu trúc hạt và cải thiện khả năng chống ăn mòn. Hợp kim cung cấp bộ tính chất cân bằng: độ bền trung bình trong các hợp kim nhôm dạng rèn, khả năng chống ăn mòn rất tốt (đặc biệt trong môi trường biển và chứa chloride), khả năng hàn tốt bằng phương pháp hàn nóng chảy và điện trở, cùng với khả năng tạo hình nguội chấp nhận được tùy theo trạng thái temper.

Các ngành công nghiệp điển hình sử dụng EN AW-5052 bao gồm kết cấu biển và ngoài khơi, vận tải và thân xe tải, bình áp lực, bình nhiên liệu và các thành phần kiến trúc nơi tiếp xúc với môi trường ăn mòn hoặc phun muối dự kiến. Kỹ sư lựa chọn 5052 khi cần tổ hợp độ bền cao hơn so với nhôm tinh khiết, khả năng chống ăn mòn vượt trội so với nhiều hợp kim khác, cùng khả năng tạo hình và hàn tốt với chi phí hợp lý.

So với nhiều hợp kim có thể xử lý nhiệt, 5052 đổi lại độ bền đỉnh cao bằng sự ổn định của khả năng chống ăn mòn và quy trình chế tạo đơn giản hơn. Việc lựa chọn hợp kim này thường dựa trên yêu cầu về môi trường làm việc, yêu cầu hàn và tạo hình, cũng như tránh chu kỳ làm cứng tuổi có thể gây khó khăn trong gia công hoặc biến dạng sản phẩm.

Các Trạng Thái Temper

Temper	Mức Độ Bền	Độ Dãn	Khả Năng Tạo Hình	Khả Năng Hàn	Ghi Chú
O	Thấp	Cao (12–25%)	Xuất sắc	Xuất sắc	Được tôi hoàn toàn; độ dẻo tối đa cho tạo hình nghiêm ngặt.
H14	Trung bình	Trung bình (8–15%)	Tốt	Xuất sắc	Trạng thái làm cứng nguội một nửa; phổ biến cho tấm với độ bền vừa phải.
H16	Trung bình - Cao	Trung bình (6–12%)	Tốt	Xuất sắc	Làm cứng biến dạng cao hơn H14; cân bằng giữa độ bền và tạo hình.
H18	Cao	Thấp (3–8%)	Trung Bình	Xuất sắc	Hoàn toàn làm cứng nguội; độ bền làm việc lạnh cao nhất, giảm độ dẻo.
H32	Trung bình - Cao	Thấp - Trung bình (4–10%)	Tốt	Xuất sắc	Làm cứng biến dạng và ổn định; temper phổ biến cho tấm và bản 5052.
H34	Cao	Thấp (3–8%)	Trung Bình	Xuất sắc	Làm cứng cao hơn H32; dùng khi cần độ bền cán cao hơn.
H111	Biến đổi	Biến đổi	Biến đổi	Xuất sắc	Temper không bị ảnh hưởng nhiệt với tính chất phụ thuộc lịch sử gia công; dùng cho tạo hình hạn chế cần độ bền ổn định.

Temper kiểm soát trực tiếp sự đánh đổi giữa độ bền và độ dẻo của EN AW-5052. Trạng thái O sau tôi cung cấp khả năng tạo hình tối đa cho kéo sâu và định hình phức tạp, trong khi các temper H tăng mật độ khuyết tật để nâng cao giới hạn chảy và độ bền kéo với đánh đổi về độ dãn.

Việc chọn temper cần xem xét các công đoạn tiếp theo: temper làm cứng nguội nặng có độ bền cao hơn nhưng dễ bị hồi đàn và nứt mép trong quá trình uốn gấp hẹp, trong khi temper O và temper làm cứng nhẹ hàn và tạo hình ít rủi ro nứt hơn.

Thành Phần Hóa Học

Nguyên tố	Khoảng %	Ghi Chú
Si	≤ 0.25	Tạp chất từ quá trình nấu; silicon thấp giúp duy trì độ dẻo và khả năng tạo hình.
Fe	≤ 0.4	Tạp chất phổ biến; lượng sắt quá cao hình thành các pha liên kim làm giảm độ dai và độ dẻo.
Mn	≤ 0.1	Lượng nhỏ chấp nhận được; hàm lượng Mn cao không đặc trưng cho 5052.
Mg	2.2–2.8	Nguyên tố làm cứng chính; tăng độ bền và cải thiện khả năng chống ăn mòn trong môi trường chloride.
Cu	≤ 0.1	Giữ rất thấp để duy trì khả năng chống ăn mòn; Cu cao sẽ giảm khả năng chống ăn mòn ứng suất (SCC).
Zn	≤ 0.1	Hàm lượng kẽm thấp để tránh ảnh hưởng xấu đến khả năng chống ăn mòn và duy trì tính hàn tốt.
Cr	0.15–0.35	Giúp tinh chỉnh hạt và tăng khả năng chống ăn mòn; kiểm soát quá trình kết tinh lại và duy trì độ bền sau tạo hình.
Ti	≤ 0.15	Thêm một lượng rất nhỏ nhằm kiểm soát hạt, thường ở mức thấp.
Khác (từng loại)	≤ 0.05	Thành phần vết và tạp chất còn lại; phần còn lại là Al

Magiê là yếu tố quyết định về thành phần của 5052: nó nâng cao độ bền ở nhiệt độ phòng qua dung dịch rắn và cải thiện khả năng chống ăn mòn cục bộ trong môi trường chloride. Crom giúp cố định ranh giới hạt và ức chế kết tinh lại trong quá trình tôi và tạo hình, giữ được tổ hợp mong muốn của độ bền và độ dẻo.

Hàm lượng thấp đồng, kẽm và sắt được kiểm soát để tránh suy giảm khả năng chống ăn mòn chung hoặc hiện tượng ăn mòn điện hóa; phần còn lại là nhôm đảm bảo độ dẫn điện tốt và mật độ thấp phù hợp với cấu trúc yêu cầu nhẹ.

Tính Chất Cơ Học

EN AW-5052 thể hiện cơ chế ứng suất chịu kéo chủ yếu nhờ tăng cường dung dịch rắn và làm cứng biến dạng. Ở trạng thái tôi, hợp kim có giới hạn chảy và biến dạng đồng đều với độ dãn khá cao, thích hợp cho kéo sâu và định hình phức tạp. Quá trình làm cứng biến dạng làm tăng giới hạn chảy và độ bền kéo nhưng đồng thời làm giảm phạm vi biến dạng đồng đều và tổng biến dạng, tăng khả năng hồi đàn trong quá trình tạo hình.

Giới hạn chảy và độ bền kéo phụ thuộc vào độ dày và temper; tấm mỏng trong trạng thái H có giới hạn chảy cao hơn so với bản dày cùng temper. Độ cứng tăng theo mức độ làm cứng nguội và có tương quan với độ bền; khả năng chịu mỏi nhìn chung tốt so với các hợp kim nhôm cùng loại nhưng rất nhạy cảm với độ hoàn thiện bề mặt, ứng suất tồn dư và môi trường chloride có thể làm tăng tốc giai đoạn khởi phát vết nứt.

Tuổi thọ mỏi giảm khi ứng suất trung bình tăng và có ứng suất kéo tồn dư do tạo hình hoặc hàn sinh ra. Độ dày ảnh hưởng đến tính chất cơ học thông qua cấu trúc kết cấu và phân bố biến dạng do cán; các mặt cắt mỏng thường đạt độ bền làm cứng cao hơn ở cùng temper.

Tính Chất	O/Tôi	Temper Chính (ví dụ: H32/H34)	Ghi Chú
Độ Bền Kéo	110–155 MPa	200–260 MPa	Giá trị phụ thuộc độ dày và mức độ làm cứng biến dạng; temper H có độ bền cao hơn đáng kể.
Giới Hạn Chảy	35–85 MPa	120–210 MPa	Giới hạn chảy tăng rõ rệt với làm cứng biến dạng; định nghĩa giới hạn chảy tùy thuộc offset chọn.
Độ Dãn	12–25%	3–12%	Độ dẻo giảm khi temper làm cứng; vật liệu tôi là tốt nhất cho kéo sâu.
Độ Cứng	~25–50 HB	~60–95 HB	Độ cứng Brinell tăng theo mức độ làm cứng biến dạng và tương quan với độ bền kéo.

Tính Chất Vật Lý

Tính Chất	Giá Trị	Ghi Chú
Mật Độ	2.68 g/cm³	Phổ biến cho hợp kim nhôm rèn; cung cấp tỷ số độ bền trên trọng lượng cao so với thép.
Khoảng Nhiệt Độ Nóng Chảy	~605–645 °C	Khoảng nhiệt độ nóng-chảy hơi thay đổi theo thành phần; cần chú ý trong hàn nóng chảy và hàn rèn.
Độ Dẫn Nhiệt	~120–135 W/m·K	Thấp hơn nhôm tinh khiết nhưng vẫn tốt cho thoát nhiệt; phù hợp với các chi tiết quản lý nhiệt.
Độ Dẫn Điện	~34–38 % IACS	Giảm so với nhôm tinh khiết do có Mg; đủ dùng cho thanh cái và nối đất không yêu cầu độ dẫn điện cao tối đa.
Nhiệt Dung Riêng	~880–900 J/kg·K	Tương đương các hợp kim nhôm khác; hữu ích trong tính toán nhiệt dung.
Hệ Số Nở Nhiệt	~23–24 ×10⁻⁶ /°C	Hệ số nở nhiệt cao so với thép; cần tính đến khi liên kết với kim loại khác có tính nở nhiệt khác biệt.

Sự kết hợp giữa mật độ thấp và độ dẫn nhiệt trung bình làm cho 5052 hấp dẫn cho các cấu trúc nhẹ đòi hỏi thoát nhiệt. Hệ số nở nhiệt và độ dẫn nhiệt cần được xem xét trong thiết kế mối hàn khi kết hợp với vật liệu có tính chất nhiệt khác biệt nhiều.

Độ dẫn điện đủ cho nhiều ứng dụng khung xe hoặc tiếp địa nhưng kém hơn các hợp kim tinh khiết dùng riêng cho dẫn điện; nhà thiết kế cần cân nhắc cả yêu cầu cơ học và điện khi chọn 5052 cho vỏ hộp điện tử.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Độ Dày/Kích Thước Tiêu Chuẩn	Đặc Tính Cơ Lực	Độ Cứng Thông Thường	Ghi Chú
Tấm	0.2–6.0 mm	Độ bền so với độ dày tốt; phản ứng tốt với làm nguội	O, H14, H16, H32	Phổ biến dùng cho các tấm panel và chi tiết đột dập; có dạng cuộn và cắt kích thước.
Phiến	6–200 mm	Tốc độ làm cứng do biến dạng thấp hơn ở kích thước lớn; sản xuất bằng phương pháp cán kiểm soát	O, H111, H32	Dùng khi cần tính chất xuyên suốt độ dày và độ cứng uốn cao.
Đùn	Biên dạng đến kích thước lớn	Độ bền phụ thuộc vào độ cứng sau đùn và quá trình làm nguội	O, H32	Hình dạng đùn dùng cho khung kết cấu và khung gầm.
Ống	Đường kính ngoài và độ dày thành ống phụ thuộc	Đặc tính tương tự tấm/phiến tùy theo phương pháp chế tạo	O, H32	Ống liền mạch và ống hàn dùng cho hệ thống nhiên liệu và khung kết cấu.
Thanh/Cây	3–200 mm	Tính chất cơ học tổng thể chịu ảnh hưởng bởi quá trình xử lý trước đó	O, H111	Dùng cho chi tiết gia công cơ khí và linh kiện kết cấu.

Quy trình gia công ảnh hưởng đến hiệu suất cuối cùng: sản xuất tấm và phiến tạo ra cấu trúc cán ảnh hưởng đến khả năng tạo hình và tính hướng tính chất cơ học, trong khi đùn có thể thiết kế tối ưu độ bền mặt cắt ngang. Nhiệt lượng trong quá trình hàn và làm nguội khi uốn hoặc gập mép có thể yêu cầu lựa chọn độ cứng phù hợp để tránh suy giảm tính chất cơ lý.

Chuỗi cung ứng thường ưu tiên tấm và cuộn cho 5052 tại nhiều thị trường, và các dịch vụ chế biến đúc hợp kim tùy chỉnh (ví dụ anode hóa, hàn dòng xung) phổ biến với khách hàng lĩnh vực hàng hải và kiến trúc.

Các Mác Tương Đương

Tiêu Chuẩn	Mác	Khu Vực	Ghi Chú
AA	5052	Hoa Kỳ	Định danh thông dụng của Hiệp hội Nhôm cho hợp kim cán.
EN AW	5052	Châu Âu	EN AW-5052 là định danh châu Âu tương ứng với thành phần AA5052.
JIS	A5052	Nhật Bản	Thường tương đương với giới hạn thành phần và độ cứng chấp nhận được.
GB/T	5182-5052	Trung Quốc	Tiêu chuẩn GB/T cho hợp kim có magiê; có thể có khác biệt nhỏ về công nghệ hoặc dung sai.

Các tiêu chuẩn tương đương thường có thể thay thế trong kỹ thuật chung, nhưng dung sai nhà máy, tình trạng bề mặt và mức độ tạp chất cho phép có thể khác nhau. Người mua cần kiểm tra mã tiêu chuẩn và mã độ cứng cụ thể khi mua vật liệu cho ứng dụng quan trọng hoặc cần truy xuất nguồn gốc theo tiêu chuẩn nhất định.

Các tiêu chuẩn vùng có thể quy định các dạng sản phẩm, yêu cầu thử nghiệm hoặc giới hạn nguyên tố nhỏ khác nhau ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn hoặc tính tạo hình; luôn xác nhận chứng nhận cho kiểm tra chấp nhận.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

EN AW-5052 thể hiện khả năng chống ăn mòn tổng thể rất tốt trong môi trường khí quyển và nhiều môi trường hàng hải. Magiê tăng khả năng chống rỗ trong môi trường chứa chloride, và có crôm giúp ổn định lớp oxit bảo vệ bề mặt, làm cho 5052 trở thành lựa chọn ưu tiên cho thân tàu, boong và các chi tiết kiến trúc bên ngoài tiếp xúc với nước mặn.

Trong việc ngâm lâu dài dưới nước biển và vùng bắn nước, 5052 hoạt động tốt hơn đáng kể so với các hợp kim series 2xxx và 7xxx vốn dễ bị rỗ và nứt ăn mòn do ứng suất. Tuy nhiên, trong môi trường axít hoặc kiềm mạnh có thể vẫn có nguy cơ ăn mòn cục bộ, do đó cần thử nghiệm môi trường cụ thể cho các chi tiết quan trọng.

Khả năng bị nứt ăn mòn do ứng suất (SCC) của 5052 thấp so với hợp kim có độ bền cao và chịu xử lý nhiệt; tuy nhiên, ứng suất dư kéo cao đi kèm với hóa chất ăn mòn có thể gây SCC cho bất kỳ loại hợp kim nào. Tương tác điện hóa với vật liệu quý hơn như đồng và một số thép không gỉ có thể làm tăng tốc độ ăn mòn của 5052, vì vậy cần cách điện hoặc thiết kế phù hợp tại các mối nối tiếp xúc ướt/khô.

So với hợp kim series 3003 và 1100, 5052 có độ bền cao hơn với khả năng chống rỗ cải thiện nhờ hàm lượng Mg; so với series 6xxx hoặc 7xxx, 5052 không có độ bền tối đa bằng nhưng lại nổi trội về khả năng chống ăn mòn hàng hải và khả năng hàn.

Đặc Tính Gia Công

Khả năng hàn

EN AW-5052 hàn dễ dàng bằng TIG, MIG/GMAW và hàn điện trở với nguy cơ nứt nóng thấp. Vật liệu đắp phổ biến gồm các loại 5183 và 5556 cho mối hàn cần độ bền và chống ăn mòn tương đương; 5356 thường dùng cho mối nối phổ thông. Vùng ảnh hưởng nhiệt sẽ bị mềm cục bộ nếu kim loại gốc ở trạng thái biến dạng cứng, do đó có thể cần xử lý giảm ứng suất hoặc gia công lại sau hàn để đảm bảo dung sai kích thước quan trọng.

Khả năng gia công cơ khí

Khả năng gia công 5052 được đánh giá trung bình đến khá và thấp hơn so với hợp kim nhôm gia công dễ; dao cắt nên dùng carbide hoặc thép tốc độ cao phủ lớp với góc cắt dương. Tốc độ cắt ở mức vừa phải và kiểm soát phoi được đảm bảo với tốc độ dao và hình dạng dụng cụ thích hợp; cạnh phoi tích tụ có thể xảy ra nếu tốc độ quá thấp hoặc bôi trơn không đủ. Với chi tiết chính xác, nên cân nhắc làm cứng trước hoặc chọn độ cứng hạn chế biến dạng khi gia công.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình xuất sắc ở trạng thái tôi (O) và tốt đối với các độ cứng nhẹ như H14 và H32; hợp kim hỗ trợ kéo sâu, uốn, tạo hình kéo căng và tạo hình cuộn. Bán kính uốn tối thiểu phụ thuộc vào độ cứng và độ dày, tấm tôi chấp nhận bán kính uốn khá nhỏ (khoảng 0.5–1.0× độ dày cho nhiều quy trình), trong khi các độ cứng làm cứng hoàn toàn có thể cần bán kính lớn hơn và tôi lại trung gian để tránh nứt mép. Cần theo dõi quá trình làm cứng do biến dạng trong các bước tạo hình liên tiếp để ngăn ngừa gãy giòn khi tạo hình phức tạp.

Đặc Tính Xử Lý Nhiệt

EN AW-5052 là hợp kim không xử lý nhiệt; chu trình nhiệt không sinh ra pha kết tủa tăng cường độ như các dòng 6xxx hoặc 7xxx. Tăng độ bền chủ yếu đạt được qua quá trình làm nguội (làm cứng biến dạng) và kiểm soát kết tinh lại nhờ bổ sung crôm hàm lượng thấp.

Cách nhiệt tôi (độ cứng O) thực hiện bằng cách giữ ủ ở nhiệt độ cao (thường khoảng 345–415 °C tùy dạng sản phẩm và độ dày) rồi làm nguội kiểm soát để phục hồi độ dẻo dai và giảm ứng suất dư. Các độ cứng ổn định như H32 được tạo ra bằng làm cứng biến dạng theo sau là ổn định nhiệt nhẹ để giới hạn làm mềm khi làm việc ở nhiệt độ vừa phải.

Do không có khả năng làm cứng kết tủa, thiết kế phải dựa vào các quy trình cơ học (làm nguội, cán kiểm soát và tôi lại độ cứng hợp kim) để đạt được yêu cầu về độ bền và độ dẻo thay vì chu trình nhiệt luyện hòa tan và lão hóa.

Hiệu Suất Ở Nhiệt Độ Cao

Ở nhiệt độ cao, EN AW-5052 suy giảm dần giới hạn chảy và độ bền kéo do hiệu quả tăng cứng dung dịch rắn giảm và các quá trình tái trả nhiệt được kích hoạt. Nhiệt độ làm việc liên tục khoảng 100–125 °C thường không gây ảnh hưởng nghiêm trọng, nhưng tiếp xúc lâu trên 150 °C sẽ làm giảm đáng kể độ bền và ổn định kích thước.

Khả năng chống oxy hóa tốt nhờ lớp Al2O3 tự nhiên bảo vệ bề mặt, tuy nhiên khả năng chịu lão hóa bề mặt khi nhiệt độ cao không phải là đặc tính nổi bật của hợp kim này. Các vùng ảnh hưởng nhiệt và khu vực quanh mối hàn rất dễ suy giảm độ bền khi chịu chu trình nhiệt, cần lưu ý khi chi tiết chịu nhiệt độ cao luân phiên hoặc có gradient nhiệt.

Khả năng chống trượt creep hạn chế so với hợp kim nhôm chịu nhiệt và thép; thiết kế không nên dựa vào 5052 cho chi tiết chịu lực nhiệt độ cao mà không có thử nghiệm cụ thể.

Ứng Dụng

Ngành	Ví Dụ Chi Tiết	Lý Do Dùng EN AW-5052
Ô tô	Bình nhiên liệu, thân xe tải, tấm panel	Khả năng chống ăn mòn tốt, dễ tạo hình và hàn với độ bền trung bình.
Hàng hải	Thân tàu, mái thuyền, vách ngăn	Kháng rỗ trong nước mặn và tỉ lệ bền trên khối lượng cao.
Hàng không	Phụ kiện nội thất, các bộ phận tạo kiểu	Chống ăn mòn, dễ sản xuất và độ bền chấp nhận được cho cấu trúc phụ.
Điện tử	Vỏ hộp, tản nhiệt	Khả năng dẫn nhiệt kết hợp với chống ăn mòn và dễ tạo hình.
Kiến trúc	Lợp mái, ốp tường, máng nước	Chống thời tiết, hoàn thiện thẩm mỹ và dễ gia công.

EN AW-5052 thường được lựa chọn cho các chi tiết kết hợp môi trường ăn mòn với yêu cầu tạo hình và hàn, như phụ kiện boong tàu và hệ thống nhiên liệu vận tải. Bộ tính chất cân bằng của hợp kim làm cho nó trở thành lựa chọn đa dụng trong nhiều ngành mà các tình huống thất bại nghiêm trọng ít xảy ra và trọng yếu là hiệu suất chống ăn mòn.

Những lưu ý khi lựa chọn

Khi chọn EN AW-5052, ưu tiên khả năng chống ăn mòn trong môi trường chứa chloride, khả năng hàn tốt, và độ bền kết cấu ở mức trung bình trong khi vẫn giữ trọng lượng thấp. Nếu yêu cầu độ dẫn điện tối đa hoặc tính dẻo dai cao nhất có thể, nhôm tinh khiết (1100) hoặc các hợp kim được xử lý đặc biệt có thể phù hợp hơn, nhưng những loại này sẽ có độ bền thấp hơn đáng kể so với 5052.

So với 3003, 5052 có độ bền cao hơn và khả năng chống ăn mòn pitting do chloride vượt trội nhờ hàm lượng magiê cao; lựa chọn 5052 khi yêu cầu thêm độ bền và khả năng chống ăn mòn trong môi trường biển vượt trội hơn khả năng tạo hình một chút. So với các hợp kim có thể xử lý nhiệt như 6061, 5052 đánh đổi độ bền tối đa thấp hơn để lấy hiệu suất chống ăn mòn tốt hơn và quy trình gia công đơn giản hơn (không cần xử lý dung dịch/tôi già), làm cho nó phù hợp hơn cho các ứng dụng hàn trong môi trường biển hoặc kiến trúc.

Đối với bộ phận thu mua, cân bằng chi phí và khả năng cung cấp với môi trường sử dụng yêu cầu: 5052 được cung cấp rộng rãi dưới dạng tấm, bản, và ống, thường mang lại sự kết hợp tối ưu các tính chất cho các ứng dụng hàng hải, vận tải và kiến trúc nơi chống ăn mòn và khả năng hàn là yếu tố thiết kế quan trọng.

Tổng kết

EN AW-5052 vẫn là một hợp kim kỹ thuật rất phù hợp vì nó kết hợp duy nhất sức bền dựa trên magiê, khả năng chống ăn mòn xuất sắc trong môi trường chứa chloride và tính gia công rộng rãi qua tạo hình và hàn. Tính chất không thể xử lý nhiệt của nó giúp đơn giản hóa quy trình gia công trong khi vẫn đảm bảo hiệu suất bền bỉ trong các ứng dụng hàng hải, vận chuyển và kiến trúc, nơi sự cân bằng đáng tin cậy giữa các tính chất là điều thiết yếu.