Nhôm EN AW-5754: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn nhiệt xử lý & Ứng dụng

Tổng quan toàn diện

EN AW-5754 thuộc nhóm hợp kim nhôm 5xxx, cụ thể là loại nhôm Al–Mg, thường được ký hiệu là AlMg3 theo nhiều tiêu chuẩn. Nhóm này đặc trưng bởi magiê là nguyên tố hợp kim chính, mang lại khả năng tăng cường cường độ nhờ dung dịch rắn và cải thiện khả năng chống ăn mòn so với các dòng 1xxx và 3xxx.

Nguyên tố hợp kim chính trong EN AW-5754 là magiê, kèm theo các thành phần nhỏ của mangan, crôm và tạp chất vi lượng như sắt và silic. Tăng cường cứng chủ yếu đạt được qua làm cứng biến dạng (work hardening) và gia cường dung dịch rắn từ magiê; hợp kim này không thể xử lý nhiệt để tăng cường độ bền bằng quá trình tạo kết tủa.

Các đặc tính chính bao gồm sự kết hợp thuận lợi giữa cường độ trung bình đến cao, khả năng chống ăn mòn tốt ở môi trường không khí và biển, cùng tính hàn tuyệt vời khi lựa chọn đúng loại vật liệu hàn. Khả năng tạo hình tốt ở các trạng thái ủ mềm và làm cứng biến dạng nhẹ, làm cho hợp kim hấp dẫn để sản xuất các tấm kim loại tạo hình và chi tiết đúc trong nhiều ngành công nghiệp.

Ứng dụng điển hình bao gồm thân và tấm kết cấu ô tô, tàu thuyền và phần cứng hàng hải, bình chịu áp lực, cũng như chế tạo chung cho vận tải và sản phẩm tiêu dùng. Kỹ sư thường chọn EN AW-5754 khi cần sự cân bằng giữa khả năng chống ăn mòn, tính hàn và cường độ/khối lượng vừa phải, đồng thời các phương pháp xử lý nhiệt không khả thi hoặc không cần thiết.

Biến thể trạng thái (Temper)

Trạng thái	Cấp độ cường độ	Độ dãn dài	Khả năng tạo hình	Độ hàn	Ghi chú
O	Thấp	Cao	Xuất sắc	Xuất sắc	Trạng thái đã ủ mềm hoàn toàn; khả năng tạo hình tốt nhất
H111	Thấp – Trung bình	Cao	Rất tốt	Xuất sắc	Làm cứng biến dạng nhẹ; thích hợp cho tạo hình phức tạp
H14	Trung bình	Trung bình	Tốt	Xuất sắc	Đã làm cứng biến dạng khoảng 1/4; cường độ được cải thiện
H22	Trung bình	Trung bình	Trung bình	Tốt	Làm cứng biến dạng và sau đó ủ mềm một phần để cân bằng
H32	Trung bình – Cao	Thấp hơn	Giảm	Tốt	Làm cứng biến dạng và ổn định; cường độ cao hơn, độ dẻo thấp hơn

Trạng thái làm cứng ảnh hưởng trực tiếp và có thể dự đoán được lên EN AW-5754 bằng cách điều chỉnh sự cân bằng giữa khả năng tạo hình và cường độ. Trạng thái ủ (O) cho độ mềm dẻo tối đa giúp dập sâu và tạo hình bằng búa, trong khi các trạng thái H gia tăng có kiểm soát giới hạn chảy và bền kéo thông qua làm nguội lạnh.

Việc chọn trạng thái phù hợp cần cân nhắc các bước tạo hình cuối cùng, độ hồi đàn (springback) yêu cầu, và mục đích sử dụng của các kết cấu hàn, vì làm cứng biến dạng cao sẽ giảm khả năng tạo hình và làm tăng độ hồi đàn cũng như sức chống uốn.

Thành phần hóa học

Nguyên tố	Phạm vi %	Ghi chú
Si	≤ 0.40	Tạp chất; kiểm soát để giới hạn các hợp chất liên kim loại và giữ độ dẻo
Fe	≤ 0.40	Tạp chất phổ biến; tăng cường cường độ nhẹ nhưng có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn
Mn	0.50–1.00	Tinh chỉnh cấu trúc hạt, cải thiện cường độ và độ dai va đập
Mg	2.6–3.6	Nguyên tố chính tăng cường; tăng khả năng chống ăn mòn trong môi trường biển
Cu	≤ 0.10	Giữ ở mức tối thiểu để tránh giảm hiệu quả chống ăn mòn
Zn	≤ 0.20	Tạp chất nhỏ; ảnh hưởng nhẹ đến cường độ
Cr	0.05–0.25	Kiểm soát hạt và chống nhạy cảm hóa khi gia công
Ti	≤ 0.15	Chất tinh chỉnh hạt trong sản phẩm đúc bán thành phẩm
Khác (mỗi loại)	≤ 0.05	Các tạp chất còn lại bao gồm V, Zr; tổng cộng ≤ 0.15

Thành phần hóa học của EN AW-5754 được thiết kế ưu tiên magiê để gia cường dung dịch rắn và cải thiện khả năng chống ăn mòn trong khi giữ đồng và sắt ở mức thấp nhằm tránh nguy cơ ăn mòn điện hóa và sự xuất hiện của các vết ăn mòn do hợp chất liên kim loại. Mangan và crôm cung cấp kiểm soát cấu trúc hạt và sự ổn định chống tái tinh thể hóa trong quá trình gia công cơ – nhiệt, giúp duy trì tính chất cơ học nhất quán trên các độ dày khác nhau.

Kiểm soát hàm lượng silic và sắt đặc biệt quan trọng trong sản phẩm dạng tấm vì các hợp chất liên kim loại thô có thể làm giòn vật liệu khi uốn cong và giảm khả năng chịu mỏi; do đó các tiêu chuẩn sản xuất thường quy định giới hạn nghiêm ngặt về độ sạch và kích thước tạp chất.

Tính chất cơ học

EN AW-5754 thể hiện tính chất kéo mạnh mẽ phụ thuộc vào trạng thái temper và mức làm cứng biến dạng. Ở trạng thái ủ, nó có giới hạn chảy khá thấp và giới hạn bền kéo trung bình với độ dãn dài cao, cho phép biến dạng dẻo tiến triển, gãy dẻo khi quá tải và hấp thụ năng lượng tốt trong quá trình tạo hình.

Giới hạn chảy và độ bền kéo tăng đáng kể khi làm cứng biến dạng; các trạng thái H thường được sản xuất qua quá trình cán nguội có kiểm soát hoặc căng phẳng để đạt các ứng suất chứng minh mục tiêu trong khi vẫn giữ đủ độ dẻo để tạo hình. Độ cứng tăng cùng mức độ làm cứng và có mối tương quan với giới hạn chảy 0.2% và giới hạn bền kéo của hợp kim ở dạng tấm và thanh đùn.

Khả năng chống mỏi nói chung tốt đối với các hợp kim 5xxx khi bề mặt được hoàn thiện tốt và tránh các vết ăn mòn. Độ dày ảnh hưởng đến tuổi thọ mỏi thông qua phân bố ứng suất tồn dư và sự biến đổi cấu trúc vi mô qua độ dày do quá trình cán. Các tấm dày hơn có xu hướng có sự phân tán tính chất cơ học lớn hơn do tốc độ làm nguội chậm và khả năng phát triển cấu trúc hạt, do đó dữ liệu riêng theo độ dày là cần thiết cho thiết kế.

Tính chất	Trạng thái O (Ủ mềm)	Trạng thái chính (ví dụ H32/H111)	Ghi chú
Giới hạn bền kéo (UTS)	95–145 MPa	160–260 MPa	Giá trị thay đổi theo trạng thái và độ dày; nhà cung cấp cung cấp giá trị được chứng nhận
Giới hạn chảy (0.2% proof)	35–85 MPa	120–240 MPa	Cường độ tăng phụ thuộc vào mức độ làm việc nguội và làm cứng biến dạng
Độ dãn dài (A%)	20–35%	6–18%	Độ dãn giảm đáng kể khi trạng thái được làm cứng
Độ cứng (HB)	20–40 HB	45–90 HB	Tương quan với giới hạn bền/chảy; báo cáo theo Brinell hoặc Vickers tùy theo tiêu chuẩn

Tính chất vật lý

Tính chất	Giá trị	Ghi chú
Mật độ	2.66 g/cm³	Điển hình cho các hợp kim Al–Mg; dùng để tính khối lượng và trọng lượng
Phạm vi nhiệt độ nóng chảy	~ 640–650 °C (từ điểm chuyển tiếp rắn sang lỏng)	Phạm vi nóng chảy gần với nhôm tinh khiết; tránh quá nhiệt khi hàn
Độ dẫn nhiệt	~ 120–140 W/m·K	Thấp hơn nhôm tinh khiết một chút do hợp kim; tốt cho tản nhiệt
Độ dẫn điện	~ 30–38 % IACS	Giảm so với nhôm tinh khiết nhưng vẫn dẫn điện tốt cho thanh cái và dây dẫn
Nhiệt dung riêng	~ 900 J/kg·K	Giá trị điển hình trong khoảng 20–100 °C cho hợp kim nhôm
Hệ số giãn nở nhiệt	~ 23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Hệ số giãn nở tương đối cao, cần lưu ý thiết kế khi nhiệt độ thay đổi

EN AW-5754 giữ được nhiều đặc tính vận chuyển nhiệt và điện của nhôm, mặc dù độ dẫn bị giảm nhẹ do hợp kim hóa so với nhôm tinh khiết. Dữ liệu về dẫn nhiệt và giãn nở nhiệt rất quan trọng cho các ứng dụng trao đổi nhiệt và điện tử vì ảnh hưởng đến gradient nhiệt và giới hạn cơ học trong quá trình vận hành.

Hành vi nóng chảy và nhiệt cũng ảnh hưởng đến các thông số hàn và các quy trình hàn chấm hoặc sơn phủ, vì nhiệt độ nóng chảy và trạng thái rắn - lỏng của hợp kim xác định vùng làm việc an toàn để tránh chảy sủi bọt hoặc tăng trưởng hạt quá mức.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Chiều dày/Kích thước điển hình	Hành vi Cơ học	Độ tôi cứng phổ biến	Ghi chú
Tấm	0.3–4.0 mm	Độ bền đồng đều ở các độ dày mỏng; gia công nguội làm tăng độ bền	O, H111, H14, H32	Được sử dụng rộng rãi cho vỏ xe và linh kiện tàu biển
Thép tấm dày (Plate)	>4.0–100+ mm	Sản phẩm dày hơn có thể có đặc tính cơ học hơi khác biệt	O, H111, H32	Dùng cho kết cấu yêu cầu độ cứng vững chắc
Nhôm đùn (Extrusion)	Biên dạng tới tiết diện 200 mm	Độ bền phụ thuộc vào quá trình lão hóa/gia công tiếp theo	O, H32, H111	Thường dùng cho ray, khung và các chi tiết kết cấu đùn
Ống	Đường kính ngoài 6 mm–200 mm	Phản ứng cơ học tương tự như tấm/thép tấm cùng độ tôi	O, H111, H32	Phổ biến trong hệ thống dẫn chất lỏng và ống tàu biển
Thanh tròn/Thanh đặc	Đường kính tới 100 mm	Khả năng gia công và độ bền phụ thuộc vào độ tôi	O, H111	Được dùng cho phụ kiện, trục, và các chi tiết tiện

Quy trình gia công ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô cuối cùng, độ ổn định kích thước và kết cấu bề mặt. Tấm và thép tấm thường được sản xuất bằng cán nóng sau đó cán nguội kiểm soát để đạt được độ tôi và chất lượng bề mặt mong muốn. Nhôm đùn được tạo hình bằng phương pháp đùn trực tiếp hoặc gián tiếp, thường đi kèm với quá trình tôi dung dịch và làm nguội kiểm soát để tạo cấu trúc vi mô đồng nhất.

Việc lựa chọn sản phẩm cần phản ánh phương pháp tạo hình và liên kết dự kiến; ví dụ, tấm kéo sâu nên chỉ định ở độ tôi O hoặc H111 trong khi các chi tiết đùn kết cấu yêu cầu độ bền tĩnh cao hơn có thể cung cấp ở trạng thái H32 hoặc tôi cứng do biến dạng.

Các Mác Tương Đương

Tiêu chuẩn	Mác hợp kim	Khu vực	Ghi chú
AA	5754	USA	Chỉ định thông dụng tại Mỹ phù hợp với dãy 5xxx quốc tế
EN AW	5754	Châu Âu	Chỉ định theo tiêu chuẩn Châu Âu; thành phần và độ tôi theo tiêu chuẩn EN
JIS	A5054 (xấp xỉ)	Nhật Bản	Phiên bản tương đương theo JIS nhưng cần xác thực trực tiếp theo thông số kỹ thuật
GB/T	5754	Trung Quốc	Tiêu chuẩn Trung Quốc tương thích nominal với EN/AA nhưng cần kiểm tra dung sai

Các tiêu chuẩn giữa các vùng rất giống nhau đối với hợp kim Al–Mg, nhưng có thể có khác biệt tinh vi về phạm vi tính chất cơ học đảm bảo, chất lượng bề mặt và hàm lượng tạp chất cho phép. Khi thay thế giữa các tiêu chuẩn, cần xem xét chứng chỉ vật liệu và số lô nhiệt để đảm bảo tuân thủ yêu cầu kéo, độ giãn dài và thử nghiệm ăn mòn theo dự án.

Vì những khác biệt nhỏ này, kỹ sư thu mua nên yêu cầu phân tích thành phần được chứng nhận và báo cáo thử nghiệm cơ học để xác nhận tính tương đương cho các ứng dụng quan trọng như bình áp lực hoặc phụ kiện tàu biển.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

EN AW-5754 có khả năng chống ăn mòn khí quyển rất tốt và đặc biệt kháng được ăn mòn lỗ và khe hở trong môi trường chứa chloride so với nhiều hợp kim có thể xử lý nhiệt. Hàm lượng magie cải thiện độ ổn định màng thụ động trong nước biển và tăng khả năng chống ăn mòn lâu dài so với các mác nhôm gần như tinh khiết.

Trong các ứng dụng hàng hải, 5754 hoạt động tốt cho các tấm vỏ tàu, phụ kiện và bu lông khi áp dụng hệ thống phủ chống ăn mòn và biện pháp bảo vệ catốt hợp lý. Vẫn có thể xảy ra ăn mòn cục bộ khi lớp phủ bị hư hại hoặc tồn tại cặp điện phân có hại; việc chuẩn bị bề mặt và bịt kín mối nối giúp giảm thiểu hiệu quả các rủi ro này.

Độ nhạy với nứt ăn mòn ứng suất thấp đối với hợp kim 5xxx có hàm lượng magie trung bình như 5754 thường thấp nếu vật liệu được gia công đúng quy trình, không bị quá già và kiểm soát được ứng suất dư kéo. Tương tác điện phân cần được quản lý bằng cách cách điện các kim loại khác loại và chọn bu lông phù hợp, vì nhôm sẽ hoạt động như điện cực âm so với nhiều loại thép và hợp kim chứa đồng.

So với dãy 6xxx, EN AW-5754 thường cho hiệu suất vượt trội trong môi trường chloride nhưng có giới hạn bền thấp hơn; so với dãy 1xxx và 3xxx, hợp kim này cung cấp độ bền cao hơn với sự giảm nhẹ về khả năng dẫn điện.

Tính Chất Gia Công

EN AW-5754 dễ dàng gia công bằng các phương pháp cơ khí thông thường; sự kết hợp giữa dẻo dai và tôi cứng giúp hợp kim này thuận lợi cho các phương pháp dập, uốn, cán tạo hình và tạo hình quay. Tính hàn và tính tạo hình nguội là hai điểm mạnh, nhưng thông số quá trình cần điều chỉnh theo độ tôi và chiều dày để tránh làm mềm vùng nhiệt và hiện tượng co hồi quá mức.

Tính hàn

Hàn TIG và MIG trên EN AW-5754 đã được ứng dụng rộng rãi, tạo mối hàn chất lượng cao với nguy cơ nứt nóng thấp khi sử dụng que hàn phù hợp. Que hàn thông dụng gồm 5356 và 5183 (hợp kim Al-Mg) để cân bằng hoặc tăng nhẹ hàm lượng Mg và giảm mất dẻo trong kim loại mối hàn; tiền gia nhiệt hiếm khi cần nhưng cần kiểm soát nhiệt lượng vào để hạn chế làm mềm vùng ảnh hưởng nhiệt và biến dạng.

Khả năng gia công cơ khí

Hiệu suất gia công của 5754 ở mức trung bình và thường kém hơn so với hợp kim dãy 6xxx do độ tôi cứng cao hơn và xu hướng gãy phoi thấp hơn. Nên dùng dụng cụ cacbua, giữ chắc chi tiết và sử dụng nhiều dung dịch làm mát; tốc độ ăn dao thường giảm so với hợp kim mềm hơn và cần chú ý thoát phoi để tránh tích tụ phoi gây hại bề mặt.

Tính tạo hình

Cho phép tạo hình nguội xuất sắc ở các độ tôi O và H111, EN AW-5754 cho phép bán kính uốn nhỏ và hình học phức tạp với độ hồi vị thấp khi tôi nhiệt đúng cách. Đối với uốn nghiêm trọng hoặc dập sâu, ưu tiên chọn độ tôi O hoặc gia cứng nhẹ và bán kính công cụ nên đặt thận trọng (bán kính trong tối thiểu ~ 1.5–3 × độ dày vật liệu tùy thuộc độ tôi và bề mặt).

Hành Vi Xử Lý Nhiệt

EN AW-5754 là hợp kim không thể xử lý nhiệt nhằm tăng cường tính chất, các thay đổi cơ tính hầu như thu được chỉ bằng gia công nguội (tôi cứng) và xử lý nhiệt ủ. Quá trình tôi dung dịch và tôi già điển hình của hợp kim dãy 6xxx và 7xxx không hiệu quả trong việc tạo kết tủa ổn định nhằm tăng cường độ bền cho hợp kim này.

Quy trình ủ công nghiệp phổ biến nhằm làm mềm hoàn toàn 5754 diễn ra ở nhiệt độ khoảng 300–415 °C kèm làm nguội bằng không khí; điều này phục hồi độ dẻo và giảm ứng suất dư nhưng đồng thời giảm độ bền. Một số độ tôi H sử dụng xử lý nhiệt ổn định để giải ứng suất dư mà không ủ hoàn toàn, duy trì độ ổn định kích thước đồng thời giữ lại phần lớn độ bền do gia công nguội.

Do tính chất không thể xử lý nhiệt, các nhà thiết kế nên dựa vào kiểm soát quy trình cán, tạo hình và hàn chặt chẽ để đạt các thông số cơ học yêu cầu; nhiệt luyện sau gia công thường được áp dụng để cải thiện khả năng tạo hình hoặc phục hồi tính chất nhưng cần lên kế hoạch để tránh mất độ cứng ở các chi tiết quan trọng.

Hiệu Suất Nhiệt Độ Cao

EN AW-5754 bắt đầu giảm đáng kể độ bền cơ học ngay dưới nhiệt độ nóng chảy, với sự giảm rõ rệt về giới hạn chảy và giới hạn bền kéo trên khoảng 100–150 °C tùy theo độ tôi và thời gian chịu tải. Đối với vận hành liên tục ở nhiệt độ cao, kỹ sư cần kiểm tra hành vi creep và giới hạn chảy vì hợp kim không được tối ưu về độ bền nhiệt hoặc khả năng chịu creep lâu dài.

Oxy hóa không phải nguyên nhân chính gây hỏng do nhôm tạo lớp oxit bảo vệ; tuy nhiên nhiệt độ cao thúc đẩy biến đổi liên hạt và làm to cấu trúc vi mô, ảnh hưởng đến tuổi thọ mỏi và độ dai. Trong các cụm hàn, vùng ảnh hưởng nhiệt có thể bị giảm độ bền và cần đánh giá phơi nhiễm nhiệt cũng như khả năng phục hồi sau hàn khi nhiệt độ vận hành cao.

Nhà thiết kế nên giới hạn nhiệt độ vận hành trong phạm vi an toàn cho linh kiện kết cấu và cân nhắc hợp kim thay thế hoặc thép không gỉ nếu cần độ bền bền vững trên 150 °C, hoặc áp dụng các biện pháp làm mát và cơ chế cách nhiệt để bảo vệ chi tiết nhôm.

Ứng Dụng

Ngành	Ví dụ Phụ Kiện	Lý Do Chọn EN AW-5754
Ô tô	Tấm thân xe, bình nhiên liệu	Khả năng tạo hình, hàn tốt và chống ăn mòn tốt
Hàng hải	Tấm vỏ tàu, thiết bị boong	Khả năng chống ăn mòn chloride xuất sắc và tính hàn tốt
Hàng không	Kết cấu phụ, đồ nội thất	Tỷ số cường độ/trọng lượng cao và khả năng chống ăn mòn tốt
Điện tử	Bộ tản nhiệt, vỏ bọc	Dẫn nhiệt tốt và khả năng gia công cơ khí thuận lợi
Bình áp lực	Bồn chứa và ống dẫn	Khả năng hàn tốt và độ bền phù hợp chiều dày trung bình

EN AW-5754 thường được lựa chọn khi cần cân bằng giữa khả năng chống ăn mòn, tính dễ gia công và độ bền vừa phải ở nhiều mức độ dày. Tính chất của nó phù hợp với các linh kiện phải tạo hình và nối ghép trong môi trường ăn mòn hoặc yêu cầu tiết kiệm trọng lượng.

Gợi Ý Lựa Chọn

Chọn EN AW-5754 khi bạn cần độ bền cao hơn và khả năng chống ăn mòn tốt hơn nhôm tinh khiết thương mại trong khi vẫn giữ được tính hàn và tạo hình tốt. Đây là lựa chọn mạnh mẽ cho tấm kết cấu và phụ kiện hàng hải khi hợp kim xử lý nhiệt không cần thiết hoặc không thích hợp.

So với nhôm tinh khiết thương mại (1100), 5754 đánh đổi một phần khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt cùng với sự giảm nhẹ về khả năng gia công.