Nhôm EN AW-5086: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn tình trạng độ cứng & Ứng dụng

Tổng quan toàn diện

EN AW-5086 là một thành viên trong dòng hợp kim nhôm 5xxx, đặc trưng bởi magiê là nguyên tố hợp kim chính. Dòng hợp kim này thuộc loại không xử lý nhiệt, trong đó độ bền cơ học đạt được bằng cách tăng cường dung dịch rắn từ Mg và qua biến dạng dẻo (làm cứng biến dạng) cùng với lão hóa ứng suất ở một số trạng thái tôi luyện nhất định.

Nguyên tố hợp kim chính trong EN AW-5086 là magiê với các bổ sung đáng kể mangan và các mức kiểm soát nhỏ của sắt, silic, crom cùng các nguyên tố vết. Hàm lượng Mg cung cấp sự tăng cường chính về độ bền và cải thiện khả năng chống ăn mòn trong môi trường chứa chloride, trong khi Mn làm tinh chỉnh cấu trúc hạt và giúp duy trì độ bền sau gia công.

Những đặc tính chính của EN AW-5086 bao gồm sự kết hợp hài hòa của độ bền trung bình đến cao so với hợp kim nhôm không xử lý nhiệt, khả năng chống ăn mòn trong nước biển và môi trường biển rất tốt, tính hàn tuyệt vời với các phương pháp hàn nóng chảy thông thường, và khả năng tạo hình hợp lý khi cung cấp ở các trạng thái tôi luyện mềm hơn. Những tính chất này làm cho EN AW-5086 phổ biến trong các ứng dụng hàng hải, vận tải, bình chứa áp lực và thiết bị đông lạnh.

Kỹ sư thường chọn EN AW-5086 thay vì các hợp kim khác khi cần cân bằng giữa khả năng chống ăn mòn, tính hàn và độ dai, quan trọng hơn độ bền cực đại tuyệt đối có thể đạt được với các hợp kim có thể xử lý nhiệt. Hợp kim này được ưu tiên khi yêu cầu tính toàn vẹn kết cấu trong nước biển hoặc môi trường ăn mòn mạnh mà không cần các chu trình xử lý nhiệt phức tạp.

Các trạng thái tôi luyện

Trạng thái	Cấp độ độ bền	Độ giãn dài	Khả năng tạo hình	Khả năng hàn	Ghi chú
O	Thấp	Cao	Xuất sắc	Xuất sắc	Hoàn toàn ủ; tốt nhất cho việc tạo hình phức tạp và kéo dập
H111	Trung bình-thấp	Vừa phải	Rất tốt	Xuất sắc	Làm cứng biến dạng nhẹ; thường là trạng thái tự nhiên sau cán
H32	Trung bình	Vừa phải	Tốt	Xuất sắc	Làm cứng biến dạng và ổn định; thường dùng cho tấm kết cấu
H34	Trung bình-cao	Vừa phải-thấp	Khá	Xuất sắc	Làm cứng biến dạng cao hơn để tăng cường độ bền
H36	Cao	Thấp-vừa phải	Giảm	Xuất sắc	Trạng thái làm cứng biến dạng mạnh hơn cho các tiết diện lớn
H116	Trung bình	Vừa phải	Tốt	Xuất sắc	Ổn định để cải thiện khả năng chống ăn mòn và tính hàn; loại biển
H321	Trung bình	Vừa phải	Tốt	Xuất sắc	ổn định bằng lão hóa nhiệt độ thấp để chống hiện tượng nhạy cảm hóa

Lựa chọn trạng thái tôi luyện ảnh hưởng mạnh tới phản ứng cơ học và hành vi tạo hình bởi vì EN AW-5086 không thể xử lý nhiệt; tất cả các trạng thái độ bền cao hơn đều được tạo ra bằng biến dạng dẻo và ổn định tự nhiên hoặc có kiểm soát. Nhà thiết kế phải cân nhắc giữa giới hạn chảy/giới hạn bền kéo mong muốn và bán kính uốn cùng độ giãn dài yêu cầu, chọn trạng thái mềm hơn cho kéo sâu và trạng thái H cứng hơn cho độ cứng kết cấu và giảm độ hồi đàn hồi.

Thành phần hóa học

Nguyên tố	Phạm vi %	Ghi chú
Si	≤ 0.40	Giới hạn silic thấp để giảm các pha liên kim và duy trì độ dai
Fe	≤ 0.50	Sắt là tạp chất hình thành các pha liên kim cứng; giới hạn để bảo toàn tính dẻo
Mn	0.20–0.7	Tinh chỉnh cấu trúc hạt và bù đắp một phần độ giòn do Mg; cải thiện độ bền
Mg	3.5–4.5	Nguyên tố chính làm tăng cường độ; ảnh hưởng quan trọng đến khả năng chống ăn mòn và tính hàn
Cu	≤ 0.10	Giữ thấp để tránh giảm khả năng chống ăn mòn và tăng nhạy cảm ăn mòn ứng suất
Zn	≤ 0.25	Nhỏ; quá nhiều Zn có thể thúc đẩy ăn mòn điện hóa và ăn mòn cục bộ
Cr	0.05–0.25	Thêm vào để kiểm soát kích thước hạt và giữ độ bền sau gia công nóng
Ti	≤ 0.15	Tinh chỉnh cấu trúc hạt ở mức nhỏ; cải thiện tính nhất quán cơ học
Khác (mỗi nguyên tố)	≤ 0.05	Nguyên tố vết được kiểm soát để duy trì tính chất ổn định

Thành phần của EN AW-5086 nằm giữa dòng hợp kim 3xxx có độ bền thấp hơn và các biến thể 5xxx giàu Mg hơn; magiê cung cấp cơ chế tăng cường dung dịch rắn trong khi mangan và crom kiểm soát kích thước hạt và giảm tái kết tinh. Kiểm soát chặt chẽ Fe, Si và Cu rất quan trọng để ngăn tạo pha liên kim giòn và bảo vệ khả năng chống ăn mòn dạng lỗ và hiệu suất mối hàn trong môi trường chứa chloride.

Tính chất cơ học

Hành vi kéo của EN AW-5086 điển hình cho các hợp kim Al-Mg không xử lý nhiệt: làm cứng biến dạng làm tăng độ bền nhưng giảm tính dẻo. Hợp kim này thể hiện độ dai tốt và giữ được độ giãn dài ở nhiệt độ thấp; độ dày và trạng thái tôi luyện ảnh hưởng đáng kể đến đường cong sức bền kéo và độ dẻo.

Giới hạn chảy thay đổi tùy theo trạng thái và độ dày; các trạng thái H tạo bởi làm việc lạnh kiểm soát thường có giới hạn chảy và bền kéo cao hơn các trạng thái O hoặc H111. Độ cứng theo xu hướng tương tự, với điều kiện làm cứng biến dạng cho thấy tăng độ cứng Vickers/Brinell; tuy nhiên, làm cứng biến dạng làm giảm khả năng tạo hình và tăng độ hồi đàn hồi.

Hiệu suất chịu mỏi nói chung tốt cho các kết cấu hàn và không hàn vì tính dẻo của hợp kim và khả năng chống mỏi do ăn mòn trong nước biển khi thiết kế đúng cách. Các tiết diện dày có thể giữ độ cứng tuyệt đối cao hơn nhưng có thể biểu hiện các mô hình lão hóa và ứng suất dư khác nhau sau hàn và làm lạnh, do đó cần kiểm tra chứng nhận cho các chi tiết quan trọng.

Tính chất	O/Đã ủ	Trạng thái chính (H32 / H116)	Ghi chú
Độ bền kéo	~120–200 MPa	~220–330 MPa	Phạm vi rộng do độ dày và làm cứng biến dạng; chọn trạng thái phù hợp theo yêu cầu thiết kế
Giới hạn chảy	~55–120 MPa	~140–260 MPa	Giới hạn chảy tăng đáng kể với làm cứng biến dạng/ổn định
Độ giãn dài	~20–35%	~8–18%	Các trạng thái mềm hơn cung cấp độ giãn dài cao hơn cho các phép gia công tạo hình
Độ cứng	~30–45 HV	~60–95 HV	Độ cứng liên quan tới mức độ làm cứng biến dạng và ảnh hưởng tới gia công và tạo hình

Tính chất vật lý

Tính chất	Giá trị	Ghi chú
Mật độ	2.66 g/cm³	Điển hình cho các hợp kim Al-Mg; tỷ lệ cường độ trên trọng lượng có lợi
Nhiệt độ nóng chảy	~570–650 °C	Phạm vi nhiệt độ nóng chảy tùy theo thành phần và tạp chất
Độ dẫn nhiệt	~140–165 W/m·K	Thấp hơn nhôm nguyên chất nhưng vẫn tốt cho truyền nhiệt
Độ dẫn điện	~30–40 %IACS	Giảm so với nhôm nguyên chất do Mg trong dung dịch rắn
Nhiệt dung riêng	~0.90 kJ/kg·K	Nhiệt dung riêng điển hình của nhôm gần nhiệt độ môi trường
Hệ số giãn nở nhiệt	~23–24 µm/m·K	Giãn nở nhiệt vừa phải; quan trọng cho thiết kế mối ghép kim loại khác loại

Các tính chất vật lý cho thấy EN AW-5086 giữ lại nhiều ưu điểm của nhôm: mật độ thấp cho tỷ lệ cứng trên trọng lượng và khả năng hấp thụ năng lượng cao trên khối lượng. Độ dẫn nhiệt và điện thấp hơn nhôm nguyên chất nhưng vẫn đủ cho các ứng dụng tản nhiệt và quản lý nhiệt; thiết kế cần tính đến giãn nở khi liên kết với thép hoặc vật liệu composite.

Dạng sản phẩm

Dạng	Độ dày/Kích thước điển hình	Hành vi độ bền	Trạng thái thường dùng	Ghi chú
Tấm	0.5–6.0 mm	Hành vi thay đổi mạnh theo trạng thái tôi luyện	O, H111, H32, H116	Sử dụng rộng rãi cho tấm vỏ tàu, lớp phủ kết cấu và bình chứa áp lực
Tấm dày	6–200+ mm	Các tiết diện dày cần làm cứng biến dạng hoặc xử lý bằng gia công	H34, H36, H116	Tấm dày thường dùng trong hàng hải và giáp bảo vệ; khả năng tạo hình lạnh hạn chế
Thanh đùn	Biên dạng đa dạng	Hồ sơ đùn có thể hoàn thiện lạnh ở trạng thái H	O, H111, H32	Phổ biến trong khung kết cấu, lan can và thanh gia cường
Ống	Ø10 mm–300 mm	Hàn hoặc liền; độ dày thành ống ảnh hưởng độ bền và khả năng chống gãy	H32, H111	Dùng trong hệ thống dẫn lưu, kết cấu và đường ống áp lực
Thanh tròn/ Thanh	Ø3 mm–200 mm	Thanh có thể kéo/cán rồi làm cứng biến dạng	H111, H34	Dùng cho phụ kiện, bu lông và chi tiết cơ khí gia công

Quy trình gia công khác nhau tùy theo dạng sản phẩm: tấm và tấm dày thường được cán rồi làm việc nguội hoặc ổn định để đạt trạng thái yêu cầu, trong khi thanh đùn cần kiểm soát nhiệt độ billet và làm nguội nhanh để giữ phân bố Mg đồng nhất. Tấm dày ít linh hoạt hơn và thường được hàn và gia công, trong khi tấm mỏng dùng khi cần tạo hình phức tạp và liên kết.

Các Mác Tương Đương

Tiêu chuẩn	Mác	Khu vực	Ghi chú
AA / ASTM	5086	Hoa Kỳ	Tên thương mại phổ biến; bao phủ trong nhiều tiêu chuẩn ASTM khác nhau
EN AW	5086	Châu Âu	Tương đương AlMg4.5Mn theo tiêu chuẩn EN với kiểm soát thành phần tương tự
JIS	A5086 (hoặc dòng Al-Mg)	Nhật Bản	Tên mác tương đương họ Al–Mg–Mn; tiêu chuẩn gia công khác nhau
GB/T	5086	Trung Quốc	Mác tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc với phạm vi thành phần tương đương

Độ tương đương gần nhau giữa các tiêu chuẩn chính, nhưng có vài khác biệt nhỏ về mức tạp chất cho phép, định nghĩa trạng thái tôi luyện và quy trình thử nghiệm. Người mua nên tham chiếu đến bản thông số kỹ thuật cụ thể (ASTM, EN, JIS, GB/T) sử dụng trong mua hàng để xác nhận giới hạn thành phần chính xác, yêu cầu thử cơ học và tiêu chuẩn hoàn thiện bề mặt.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

EN AW-5086 cho thấy khả năng chống ăn mòn khí quyển xuất sắc và được sử dụng rộng rãi trong môi trường biển nhờ hàm lượng Mg có lợi tạo màng oxide/hydroxit ổn định. Khả năng chống ăn mòn dạng lỗ rỗng trong môi trường chứa chloride tốt hơn nhiều hợp kim nhôm khác, mặc dù ăn mòn cục bộ vẫn có thể xảy ra tại các vùng tập trung ứng suất hoặc mặt bề mặt chuẩn bị kém.

Trong nước biển và vùng bắn tung tóe, EN AW-5086 chống ăn mòn tổng thể và cục bộ tốt hơn nhiều hợp kim nhôm chịu nhiệt vì tránh được các pha kết tủa anodic thúc đẩy ăn mòn lỗ rỗng. Khả năng nứt ăn mòn ứng suất (SCC) thường thấp so với hợp kim nhôm cường độ cao, nhưng nguy cơ SCC tăng lên với hàm lượng Mg cao hơn và các trạng thái tôi luyện nhất định sau các quá trình nhiệt.

Tương tác điện hóa cần được quản lý khi 5086 tiếp xúc với kim loại catốt như đồng hoặc thép không gỉ; hợp kim có tính anodic với nhiều thép và có thể được bảo vệ hoặc cách ly bằng lớp phủ và gioăng cách điện. So với hợp kim 3xxx (Al-Mn), 5086 thường có cường độ cao hơn đồng thời duy trì hoặc cải thiện khả năng chống ăn mòn; so với hợp kim 6xxx và 7xxx chịu nhiệt, 5086 vượt trội hẳn về khả năng chống ăn mòn trong môi trường biển.

Tính Chất Gia Công

Khả năng hàn

EN AW-5086 dễ dàng hàn với các phương pháp hàn nóng chảy phổ biến như TIG và MIG; mối hàn thường đạt tính chất vật liệu gần với kim loại gốc khi sử dụng đúng vật liệu phụ và quy trình. Vật liệu phụ khuyến nghị là hợp kim Al‑Mg (ví dụ 5183, 5356) được lựa chọn để cân bằng cường độ và khả năng chống ăn mòn; việc chọn vật liệu phụ và xử lý trước/sau hàn kiểm soát tính chất vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ). Nguy cơ nứt nóng thấp so với hợp kim nhiều đồng, nhưng cần kiểm soát khí porosity và nhiễm bẩn bằng cách chắn khí và vệ sinh tốt.

Khả năng gia công cơ khí

Khả năng gia công của EN AW-5086 ở mức trung bình, không thuận lợi bằng hợp kim rèn 2xxx hoặc 6xxx thiết kế cho gia công tốc độ cao. Hợp kim gia công tốt nhất ở trạng thái mềm hơn; mảnh phoi tạo thành thường liên tục và dẻo, cần kiểm soát tốc độ phay và dụng cụ phá phoi. Dao cụ carbide được khuyến nghị cho gia công lượng lớn, với tốc độ và bước tiến giảm cho các trạng thái H cứng hơn để hạn chế mòn dụng cụ và làm cứng do nhiệt trên phôi.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình tốt ở trạng thái ủ (O) và trạng thái làm việc nhẹ như H111, cho phép dập sâu, kéo giãn và dập phức tạp. Bán kính uốn nên chọn theo trạng thái tôi luyện và độ dày; bán kính uốn trong tối thiểu thường từ 1× đến 3× chiều dày cho trạng thái mềm, tăng lên với điều kiện H32/H36. Gia công nguội tăng cường độ nhưng giảm độ giãn dài và tăng độ đàn hồi sau uốn; tạo hình ở nhiệt độ ấm hoặc biến dạng từng giai đoạn đôi khi được dùng để đạt bán kính nhỏ trong vật liệu dày hơn.

Ảnh Hưởng Xử Lý Nhiệt

EN AW-5086 là hợp kim không thể xử lý nhiệt; nó không đáp ứng với tôi dung dịch và già hóa nhân tạo để tăng cường độ như hợp kim 6xxx hay 7xxx. Thay vào đó, tăng cường độ đạt được qua gia công nguội (cứng biến dạng) và ổn định tự nhiên hoặc kiểm soát để giảm ứng suất dư và hạn chế già hóa biến dạng sau đó.

Ủ mềm (trạng thái O) dùng để loại bỏ sự cứng biến dạng và phục hồi tính dẻo; chu kỳ ủ điển hình là nhiệt độ cao kết hợp làm nguội kiểm soát để tránh biến dạng và tăng trưởng hạt. Xử lý ổn định (ví dụ H116) bao gồm già hóa nhiệt độ thấp hoặc bảo quản kiểm soát để đạt tổ hợp cân bằng giữa cường độ, khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn mà không tạo pha kết tủa có hại.

Đặc Tính Ở Nhiệt Độ Cao

EN AW-5086 duy trì tính chất cơ học hữu ích ở nhiệt độ nâng cao vừa phải, nhưng độ bền giới hạn chảy và bền mỏi giảm mạnh so với điều kiện nhiệt độ môi trường. Mất cường độ đáng kể xảy ra khi nhiệt độ tiếp cận 100–150 °C tùy trạng thái, do đó ứng dụng cấu trúc dài hạn nên giới hạn nhiệt độ vừa phải hoặc yêu cầu kiểm định thực nghiệm.

Quá trình oxi hóa và tạo vảy rất nhỏ đối với hợp kim nhôm trong không khí; tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với môi trường chloride nóng có thể tăng tốc ăn mòn. Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) của mối hàn có thể bị mềm hóa và giảm cường độ khi làm việc ở nhiệt độ cao, do đó thiết kế và xử lý sau hàn cần xem xét ảnh hưởng phối hợp của nhiệt độ, ứng suất và môi trường ăn mòn.

Ứng Dụng

Ngành	Ví dụ Chi Tiết	Lý Do Sử Dụng EN AW-5086
Hàng hải	Tấm thân tàu, sàn, kết cấu thượng tầng	Khả năng chống ăn mòn nước biển xuất sắc và tỷ lệ cường độ/khối lượng tốt
Ô tô / Vận tải	Tấm vách trailer, bồn nhiên liệu, kết cấu chịu lực	Khả năng hàn tốt, chịu va đập và hành vi chống ăn mòn
Hàng không vũ trụ	Kết cấu phụ trợ, phụ kiện	Độ dai tốt, khả năng hàn và cường độ vừa phải
Bình áp suất / Lạnh sâu	Bình chứa, bình lạnh sâu	Độ dai ở nhiệt độ thấp và khả năng hàn
Công nghiệp / Trao đổi nhiệt	Thiết bị trao đổi nhiệt, ống dẫn	Độ dẫn nhiệt đủ và khả năng chống ăn mòn

EN AW-5086 được lựa chọn khi cần cân bằng giữa khả năng chống ăn mòn, hàn tốt và cường độ cấu trúc vừa phải, đặc biệt trong ngành hàng hải và vận tải. Khả năng tạo hình ở trạng thái mềm và khả năng liên kết bằng các phương pháp hàn phổ biến mở rộng phạm vi ứng dụng cho các thành phần gia công.

Gợi Ý Lựa Chọn

Chọn EN AW-5086 khi thiết kế cần khả năng chống ăn mòn bền bỉ trong môi trường giàu chloride kết hợp với khả năng hàn tốt và cường độ cấu trúc trung bình. Đây là lựa chọn thực tiễn cho các kết cấu biển và chi tiết hàn nơi hợp kim chịu nhiệt có thể gặp vấn đề ăn mòn hoặc liên quan đến hydrogen.

So với nhôm tinh khiết thương mại (1100), EN AW-5086 đánh đổi một phần dẫn điện và nhiệt cũng như khả năng tạo hình giảm nhẹ để lấy cường độ cao hơn đáng kể và hiệu suất cấu trúc tốt hơn. So với các hợp kim làm việc cứng phổ biến như 3003 hoặc 5052, EN AW-5086 thường có cường độ cao hơn và khả năng chống ăn mòn biển tương đương hoặc cải thiện, với giá thành nhỉnh hơn một chút.

So với hợp kim chịu nhiệt như 6061, EN AW-5086 không thể đạt cường độ kéo tối đa như vậy nhưng được ưu tiên khi yêu cầu khả năng chống ăn mòn nước biển vượt trội, hàn dễ dàng không cần chu trình tôi/làm nguội và độ dai tốt hơn.

Tóm Tắt Cuối

EN AW-5086 vẫn là hợp kim nhôm được sử dụng rộng rãi vì cung cấp sự kết hợp bền vững giữa khả năng hàn, chống ăn mòn và tăng cường độ nhờ làm cứng biến dạng mà không cần xử lý nhiệt phức tạp, đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng hàng hải, bình áp suất và chế tác kết cấu.