Hợp kim nhôm thuộc kim loại mềm, nhẹ có màu trắng bạc, ánh kim nhẹ. Thành phần của hợp kim gồm nhôm kết hợp cùng với một số nguyên tố khác, giúp cho hợp kim thêm bền chắc. Với tính chất vật lý cứng hơn, bền hơn, nhẹ hơn, cấu trúc tốt, độ dẫn nhiệt cao, tính chống ăn mòn và chống oxy hóa tốt.
Xem thêm:
Nguyên tố có trong hợp kim nhôm
Hợp kim nhôm sẽ được cải thiện một số thuộc tính khi nó được kết hợp với một số nguyên tố sau:
Silic trong nhôm
Khi hàm lượng silic trong hợp kim nhôm đạt 11,7% giúp làm lỏng của kim loại, độ cứng tăng, trọng lượng riêng giảm (silic ít đặc hơn nhôm), sự giãn nở nhiệt độ giảm, cải thiện khả năng chống ăn mòn.
Khi hàm lượng silic tăng trên 11,7% đến khoảng 17%, tính lưu động và khả năng chống mài mòn tăng đáng kể do sự hiện diện của silicon nguyên sinh trong hợp kim.
Silic góp phần vào tính lưu động phần lớn là do nhiệt kết tinh trong silic cao. Khi silic đông đặc, sẽ giải phóng một lượng nhiệt lớn, làm nóng phần nhôm lỏng còn lại, trì hoãn sự đông đặc và cho phép hợp kim tiếp tục chảy.
Đồng trong nhôm
Hàm lượng đồng, trong khoảng từ 2,0% đến 3,0% giúp làm tăng độ bền kéo, độ cứng và cải thiện các tính chất cơ học ở nhiệt độ cao. Với nồng độ này, nó gây ảnh hưởng nhẹ đến mật độ của hợp kim.
Magie trong nhôm
Magie được kiểm soát ở mức tương đối thấp trong hầu hết các hợp kim nhôm ở mức là 0,10%. Nếu nồng độ cao hơn, đặc biệt là trên 0,30%, có xu hướng làm giảm độ dẻo. Tuy nhiên, việc kiểm soát chính xác hàm lượng magie trong phạm vi quy định có thể cải thiện độ bền và khả năng chống ăn mòn.
Sắt trong nhôm
Sắt cần thiết trong hợp kim nhôm vì hợp kim lỏng không chứa sắt sẽ bị tấn công mạnh bởi các kim loại đen, bao gồm cả thép chết, gây xói mòn nghiêm trọng. Nhôm cũng có xu hướng dính vào bề mặt khuôn. Sắt chứa trong hợp kim, trong khoảng từ 0,60% đến 1,20%, có xu hướng ngăn chặn sự ăn mòn, giúp tăng độ bền, hạn chế bám vào bề mặt khuôn.
Mangan trong nhôm
Mangan là một nguyên tố quan trọng của hợp kim nhôm, ngăn chặn quá trình kết tinh của hợp kim, tăng nhiệt độ kết tinh lại và tinh chế các hạt kết tinh. Ngoài ra, nó có khả năng hòa tan 1,82% trong dung dịch rắn, giúp tăng độ bền và độ dẻo dai.
Kẽm trong nhôm
Tương tự như mangan, kẽm có khả năng tan trong dung dịch rắn. Nhưng kẽm được giới hạn ở lượng tối đa trong các hợp kim nhôm thương mại ở khoảng 0,5% đến 3,0%. Nếu cho lượng kẽm quá nhiều vào hợp kim sẽ gây ra hiện tượng nứt nẻ. Khi cho lượng vừa đủ kẽm cùng kết hợp với Mg và Cu sẽ giúp cải thiện độ bền.
Các loại hợp kim nhôm được ứng dụng phổ biến hiện nay
Hợp kim nhôm đúc
Nhôm đúc được sản xuất từ bôxit. Đây là một loại khoáng sản tự nhiên có chứa 15-20% nhôm và là loại quặng duy nhất vẫn được sử dụng để khai thác nhôm thương mại. Quá trình chiết xuất nhôm nguyên chất từ bôxit rất phức tạp và tốn nhiều năng lượng.
Ứng dụng hợp kim đúc
Nhôm đúc thường không được sử dụng cho các thành phần kết cấu do độ bền kéo của chúng tương đối thấp. Điều này có thể được khắc phục bằng các kỹ thuật xử lý chuyên dụng nhưng nhìn chung, hợp kim đúc được sử dụng cho các ứng dụng sau:
- Công cụ máy móc
- Đầu xi lanh động cơ
- Vỏ hộp số
- Vỏ trục
- Bánh xe đúc
- Phụ kiện cửa sổ
- Thiết bị nông nghiệp
- Dụng cụ làm vườn
Ưu điểm của hợp kim đúc
Nhôm đúc cung cấp nhiều ưu điểm khác nhau so với nhôm rèn như:
- Giá thành thấp hơn so với nhôm rèn
- Có thể đạt được nhiều hình dạng do tính linh hoạt đúc
- Một số hợp kim chuyên dụng chỉ có sẵn dưới dạng đúc do độ dẻo thấp của chúng
Hợp kim nhôm rèn
Nhôm rèn được sản xuất bằng cách nấu chảy các thỏi nhôm nguyên chất với các nguyên tố hợp kim cụ thể cần thiết để tạo ra một loại nhôm nhất định. Hợp kim nấu chảy sau đó được đúc thành phôi hoặc tấm lớn. Vật liệu này sau đó được cán, rèn hoặc đùn thành hình dạng cuối cùng. Trong một số trường hợp, các hợp kim được xử lý nhiệt để tăng cường thêm các đặc tính của chúng.
Các ứng dụng hợp kim rèn
Nhôm rèn có xu hướng có độ bền kéo tốt hơn khi so sánh với nhôm đúc. Cách sử dụng phổ biến của hợp kim nhôm rèn:
- Ép đùn
- Thanh dẫn điện & thanh cái
- Khung máy bay
- Dụng cụ nấu ăn
- Que hàn
- Bình áp lực
- Khung xe máy
Ưu điểm hợp kim rèn
Nhôm rèn mang lại nhiều lợi thế khi so sánh với nhôm đúc như:
- Tính chất cơ học tuyệt vời
- Tính toàn vẹn của cấu trúc tức là không có lỗi từ quá trình đúc
- Hoàn thiện bề mặt tốt hơn
- Dễ sản xuất, ví dụ như hàn và gia công
- Dễ tạo hình, ví dụ, nhôm có thể được đùn thành một loạt các mặt cắt ngang gần như vô tận có thể được thiết kế tùy chỉnh để phù hợp với một ứng dụng cụ thể.
Sự khác biệt của hợp kim nhôm đúc và hợp kim nhôm rèn là gì?
Có nhiều điểm khác biệt nhỏ giữa nhôm đúc và nhôm rèn. Chẳng hạn như hợp kim đúc có thể chứa một lượng đáng kể các kim loại khác so với hợp kim rèn. Nhưng sự khác biệt đáng chú ý nhất giữa hợp kim đúc và rèn này là quá trình chế tạo và đi đến sản phẩm cuối cùng.
Ngoài một số xử lý bề mặt, hợp kim đúc sẽ thoát ra khỏi khuôn của chúng ở dạng rắn gần như chính xác mong muốn. Trong khi hợp kim rèn sẽ trải qua một số sửa đổi khi ở trạng thái rắn. Sự khác biệt này sẽ có tác động đáng kể đến các dạng có tính chất vật lý của các sản phẩm cuối cùng.