Khả năng uốn của các dòng hợp kim nhôm

Khả năng uốn của các dòng hợp kim nhôm thường đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định vật liệu nào mà nhà thiết kế sản phẩm có thể sử dụng trong sản phẩm của họ. Mặc dù uốn có vẻ như là một bước xử lý đơn giản, nhưng không phải tất cả các hợp kim nhôm đều dễ dàng uốn cong.

Các hợp kim nhôm tinh khiết hơn, chẳng hạn như những hợp kim được sử dụng cho lá nhôm gia dụng, có tính linh hoạt cao và thể hiện khả năng uốn cong tuyệt vời. Tuy nhiên, việc thêm các nguyên tố hợp kim khác để cải thiện độ bền hoặc các đặc tính khác có thể ảnh hưởng đến khả năng uốn cong.

1. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng uốn của các dòng hợp kim nhôm

Có 3 yếu tố ảnh hưởng đến khả năng uốn của các dòng hợp kim nhôm:

• Khả năng tạo hình của hợp kim nhôm
• Độ dày và bán kính uốn cong
• Tỉ lệ kéo dài 

1.1. Khả năng tạo hình của hợp kim nhôm

Khả năng tạo hình khả năng của một vật liệu nhất định bị biến dạng vĩnh viễn mà không bị nứt hoặc rách trong quá trình tạo hình. Biến dạng vĩnh viễn còn được gọi là biến dạng dẻo trong khoa học vật liệu.

Ví dụ, lực tác dụng cần thiết để tạo hình sản phẩm không chỉ phụ thuộc vào độ bền và độ dẻo của vật liệu. Nó cũng phụ thuộc vào các yếu tố như hình dạng của bộ phận và độ dày của vật liệu ban đầu. Nói cách khác, chúng ta có thể đo lực tạo hình để sản xuất một bộ phận cụ thể từ một nguyên liệu ban đầu cụ thể. 

Tuy nhiên, việc thay đổi hình dạng của bộ phận hoặc tính chất vật lý của vật liệu ban đầu sẽ thay đổi lượng lực cần tác dụng.

1.2. Độ dày và bán kính uốn cong

Chúng ta rất dễ dàng uốn cong một lá nhôm, tuy nhiên rất khó để uốn một tấm nhôm dày gấp một nghìn lần lá nhôm đó. Vậy nên vật liệu càng dày thì càng khó uốn cong.

Chúng ta có thể uốn cong máng xối nhôm bằng tay không. Tuy nhiên nếu uốn cong nó ở một góc hẹp thì có thể dẫn đến bị gãy máng xối. Vậy nên việc uốn kim loại đến bán kính uốn nhỏ có khả năng gây rách hoặc nứt.

1.3. Tỉ lệ kéo dài

Phần trăm độ dãn dài thể hiện ở khả năng của vật liệu bị biến dạng dẻo dưới sức căng. Các hợp kim nhôm dẻo hơn có thể bị biến dạng đáng kể hơn với sự gia tăng ứng suất nhỏ. Điều này dẫn đến khả năng uốn cong nhôm tổng thể tốt hơn.

Giống như các thuộc tính khác, phần trăm độ giãn dài khác nhau đối với từng hợp kim. Hãy nhìn vào đường cong ứng suất-biến dạng ở trên. Bạn sẽ thấy rằng hợp kim nhôm ủ 3003 (được hiển thị là AA3003-O) có phần trăm độ giãn dài (% biến dạng) rất cao, khoảng 35%. Nó có khả năng uốn cong rất cao so với các hợp kim khác.

2. Khả năng uốn của các dòng hợp kim nhôm 

Có nhiều kim loại có thể được kết hợp với nhôm để tạo ra các hợp kim nhôm khác nhau. Hệ thống đặt tên cho chúng sử dụng bốn chữ số, với chữ số đầu tiên biểu thị thành phần hóa học của chúng. Nói chung, các hợp kim nhôm từ seri 1XXX, 3XXX và 5XXX thể hiện khả năng uốn cong tốt hơn các hợp kim nhôm khác. Một số hợp kim sê-ri 6XXX cũng khá dễ uốn cong. Tuy nhiên, các thuộc tính khác nhau được cung cấp bởi mỗi loại có thể khiến một số được mong muốn hơn những thuộc tính khác. Ví dụ, nhôm dòng 1XXX thường có tính chất cơ học kém và không phù hợp với các ứng dụng kết cấu.

2.1. Khả năng uốn cong của dòng hợp kim nhôm 3003

Hợp kim này chủ yếu được tạo hợp kim với manga và là một trong những hợp kim nhôm được sử dụng phổ biến nhất trong các ứng dụng uốn cong. Nó có đặc tính định dạng tuyệt vời và không cần nhiệt để uốn cong hoặc đúc.

Các công ty thường làm máng xối, tấm lợp, vách ngăn, thiết bị hóa chất và bể chứa từ hợp kim nhôm 3003.

2.2. Khả năng uốn cong của dòng hợp kim nhôm 5052

Với magie là nguyên tố hợp kim chính, hợp kim 5052 thể hiện các đặc tính độ bền từ trung bình đến cao. Đồng thời, nó vẫn giữ được khả năng uốn cong tốt và các nhà thiết kế có thể sử dụng nó cho các ứng dụng chuyên sâu hơn 3030. Khả năng chống ăn mòn của hợp kim 5052 cũng rất tốt đối với nước biển, vậy nên nó được ứng dụng nhiều trong các thiết bị hàng hải.

Các nhà sản xuất thường sản xuất ống thủy lực, biển báo giao thông và phần cứng, thiết bị y tế, thiết bị hàng hải và thiết bị điện tử.

2.3. Khả năng uốn cong của dòng hợp kim nhôm 6061

6061 là một dòng hợp kim nhôm khá phổ biến trong cuộc sống hằng ngày. Mặc dù không thể uốn cong hoặc tạo hình như hai hợp kim trên, nhưng nó lại là loại bền nhất trong 3 loại hợp kim. Hợp kim nhôm 6061 có magie và silicon làm nguyên tố hợp kim, chúng ta có thể tăng độ bền bằng cách xử lý nhiệt. 

Hợp kim nhôm 6061 còn được gọi là “nhôm kết cấu” vì nó thường được sử dụng trong các ứng dụng kết cấu xây dựng. Tuy nhiên, do có đặc tính tốt nên hợp kim nhôm 6061 cũng được sử dụng làm hộp đựng thực phẩm và đồ uống, thang, máy bay, phụ tùng ô tô, khung xe đạp,…

3. Tại sao 3 hợp kim nhôm trên lại quan trọng?

Mặc dù có những đặc tính khác nhau, những hợp kim này là những ví dụ tuyệt vời về khả năng uốn cong trong hợp kim nhôm. Họ chứng minh rằng mặc dù một số hợp kim nhôm có khả năng tạo hình và độ giãn dài phần trăm tốt hơn đối với bán kính uốn cong và độ dày nhất định. Tuy nhiên mỗi hợp kim lại phục vụ một mục đích riêng và nhiều ứng dụng khác nhau. 

Ngay cả với khả năng uốn cong thấp hơn một chút, độ bền của hợp kim 6061 khiến nó trở thành một trong những hợp kim nhôm được sử dụng rộng rãi nhất. Theo cách tương tự, hợp kim 3003 có nhiều công dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng uốn cong vượt trội. Trong khi đó, hợp kim 5052 được sử dụng phổ biến nhờ tính cân bằng về khả năng uốn cong và độ bền.

4. Xem xét nhiệt độ trong việc tối ưu hóa khả năng uốn của các dòng hợp kim nhôm 

Hãy xem xét nhiệt độ khi nói đến việc tối ưu hóa khả năng uốn của các dòng hợp kim nhôm. Nhiệt độ cũng quan trọng như các hợp kim. Đối với các hợp kim 3xxx và 5xxx không thể xử lý nhiệt, nhiệt độ O là loại dễ uốn cong nhất. 

Nếu có thể, các hợp kim có thể xử lý nhiệt 6xxx, 7xxx và 2xxx nên được uốn cong ở điều kiện T4, vì điều này có cường độ năng suất thấp hơn. Tuy nhiên, có một nhược điểm. Cường độ năng suất trong điều kiện T4 thay đổi theo thời gian, do quá trình lão hóa tự nhiên, quá trình đông cứng diễn ra chậm theo thời gian. 

Mặc dù sự thay đổi về cường độ chảy nhỏ trong thời gian ngắn, nhưng điều này có thể gây ra sự thay đổi về độ đàn hồi trong một số quy trình uốn. Vì vậy, trong một số trường hợp, uốn cong ở T6 có thể là một lựa chọn tốt hơn. Ngoài ra còn có các phương pháp xử lý nhiệt đặc biệt giúp ngăn chặn quá trình oxi hóa tự nhiên và cho phép vật liệu được xử lý nhiệt thành T6 sau khi uốn, điều này có thể được xem xét.

Khả năng uốn của các dòng hợp kim nhôm ảnh hưởng rất nhiều trong quá trình sản xuất các sản phẩm từ đồ gia dụng đến các chi tiết đồ gá công nghiệp. Chính vì vậy, đây là yếu tố được các nhà thiết kế, sản xuất đặc biệt chú trọng khi lựa chọn các vật liệu là hợp kim nhôm. Hiện nay, các hợp kim nhôm loại 3003, 5052, 6061 đang được ứng dụng phổ biến nhất nhờ kết cấu dễ uốn và tạo hình, dễ dàng thuận tiện cho sản xuất.

Xem thêm: Hợp kim nhôm là gì? Ưu điểm vượt trội của hợp kim nhôm