Nhôm Và Các Hợp Kim Trong Gia Công Cơ Khí: Đặc Tính Và Ứng Dụng

Nhôm và các hợp kim của nó đang trở thành những vật liệu được ưa chuộng trong gia công cơ khí. Không chỉ bởi tính phổ biến, nhôm còn có nhiều đặc điểm nổi bật như nhẹ, bền và dễ gia công. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về những tính chất của nhôm và lý do tại sao nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, từ hàng không, ô tô đến sản xuất máy móc.

1. Nhôm Là Kim Loại Phổ Biến Nhất Trên Trái Đất

Một trong những lý do nhôm trở thành lựa chọn hàng đầu trong gia công cơ khí là tính phổ biến của nó. Nhôm chiếm phần lớn trong lớp vỏ Trái Đất, giúp giá thành của nó khá rẻ so với nhiều kim loại khác. Tuy giá thành rẻ, nhôm vẫn nổi bật với nhiều đặc tính vật lý tuyệt vời trong gia công cơ khí.

2. Tính Chất Vật Lý Đặc Biệt Của Nhôm

– Tỷ Lệ Sức Mạnh/Trọng Lượng Ấn Tượng: Nhôm có tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng đặc biệt, làm cho nó vừa nhẹ vừa bền, điều này rất hữu ích trong gia công cơ khí cho các ngành yêu cầu tính cơ động cao như hàng không và ô tô.
– Khả Năng Chống Ăn Mòn: Nhờ lớp oxit tự nhiên trên bề mặt, nhôm có khả năng chống ăn mòn tốt, giúp kéo dài tuổi thọ của sản phẩm trong gia công cơ khí.
– Dễ Gia Công: Với khả năng uốn dẻo cao, nhôm dễ dàng bị cắt gọt bằng máy CNC, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình gia công cơ khí.

3. Các Loại Hợp Kim Và Cấp Độ Nhôm

Trong gia công cơ khí, nhôm hợp kim thường được chia thành hai nhóm chính là hợp kim nhôm rèn và hợp kim nhôm đúc, mỗi loại có những đặc điểm riêng phục vụ cho các yêu cầu khác nhau.

3.1 Hợp kim nhôm rèn

Tùy vào cách chế tạo, phôi nhôm hợp kim rèn có thể có những hình dạng khác nhau như phôi dạng tấm, dạng cuộn, dây hoặc thanh…

Đối với hợp kim nhôm rèn, tùy vào thành phần nguyên tố hợp kim mà chia thành 7 nhóm chính và một nhóm đặc biệt, được ký hiệu như sau:

1xxx: Nhôm sạch (>99,0%)
2xxx: Al-Cu, Al-Cu-Mg,
3xxx: Al-Mn
4xxx: Al-Si
5xxx: Al-Mg
6xxx: Al-Mg-Si
7xxx: Al-Zn-Mg, Al-Zn-Mg-Cu
8xxx: Al-các hợp kim khác

Trong đó ba ký tự xxx thì ký tự đầu tiên chỉ biến thể so với hợp kim gốc, hai ký tự cuối chỉ số hợp kim.

Ví dụ: Nhôm AA 5052 thuộc nhóm 5, hợp kim Nhôm – Magie (Al/Mg), phiên bản gốc (0), có số hợp kim là 52. Nhôm 5152 là phiên bản biến thể thứ nhất của nhôm 5052. Tính chất của hợp kim nhôm AA 5052 là có tính hàn tốt, dễ định hình, dễ làm lạnh, có khả năng chống ăn mòn rất tốt.

Trong đó nhóm 2, 6, 7, 8 là các nhóm có thể nhiệt luyện (heat-treatable) để cải thiện một số cơ tính, còn các nhóm 1, 3, 4, 5 thì không có khả năng nhiệt luyện (Nonheat-treatable).

3.2 Hợp kim nhôm đúc

Quá trình đúc nhôm có thể thực hiện trong khuôn cát, đúc áp lực hoặc khuôn mẫu chảy. Hợp kim khuôn đúc bao gồm 7 nhóm, và được ký hiệu như dưới đây:

1xx.x: Nhôm sạch dạng thỏi hoặc dạng thương phẩm khác.
2xx.x: Al-Cu
3xx.x: Al-Si-Mg; Al-Si-Cu
4xx.x: Al-Si
5xx.x: Al-Mg
7xx.x: Al-Zn
8xx.x: Al-Sn

(Loại đúc không có 6xx.x)

Trong ba ký tự xxx thì 2 ký tự x đầu tiên là nhóm hợp kim, ký tự x cuối cùng chỉ đúc cuối cùng (.0) hoặc đúc dạng thỏi (.1 or .2) phụ thuộc vào độ tinh khiết.

Ví dụ: nhôm A356.0, thì ký tự “A” thể hiện đây là phiên bản có sửa đổi của nhôm 356.0. Số “3” chỉ đây là nhóm A3xx.x là hợp kim nhôm + Đồng và/hoặc Magie. Ký tự “56” chỉ tên nhóm trong nhóm hợp kim 3xx.x. Và ký tự “.0” chỉ phôi cuối cùng là dạng phôi đúc chứ không phải là dạng thỏi/thanh.

Tương tự hợp kim nhôm rèn thì hợp kim nhôm đúc cũng được chia thành 2 nhóm là không thể nhiệt luyện (gồm nhóm 2, 3, 4 và 7) và nhóm có thể nhiệt luyện (gồm nhóm 1, 5, 8, 9).

 4. Thách Thức Khi Gia Công Nhôm

Trong quá trình gia công cơ khí nhôm, có một số thách thức mà các kỹ sư thường gặp phải:
– Tích Tụ Vật Liệu Dính: Nhôm dễ bị tích tụ trên bề mặt lưỡi cắt do tính mềm và nhiệt độ nóng chảy thấp, làm giảm độ chính xác khi gia công cơ khí.
– Biến Dạng: Với độ cứng thấp và hệ số giãn nở nhiệt cao, nhôm dễ biến dạng khi gia công các chi tiết mỏng. Để khắc phục điều này, cần sử dụng các kỹ thuật gia công cơ khí đối xứng để giảm thiểu tác động của nhiệt độ.

 5. Mẹo Gia Công Nhôm Hiệu Quả

Để gia công nhôm hiệu quả trong gia công cơ khí, bạn cần lưu ý các yếu tố sau:
– Chọn Thông Số Cắt Phù Hợp: Sử dụng tốc độ cắt cao và các dụng cụ cắt cứng, sắc bén sẽ giúp tăng độ chính xác trong quá trình gia công cơ khí.
– Giảm Độ Sâu Cắt: Điều chỉnh độ sâu cắt và tăng tốc độ để giảm lực cắt, hạn chế tình trạng biến dạng khi gia công chi tiết mỏng trong gia công cơ khí.

Kết Luận

Nhôm là một vật liệu tuyệt vời trong gia công cơ khí nhờ vào những đặc tính như nhẹ, bền, và dễ gia công. Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, người thợ cần hiểu rõ về các loại hợp kim nhôm, cũng như những thách thức và giải pháp khi gia công. Bằng cách áp dụng các kỹ thuật gia công cơ khí phù hợp, bạn sẽ tối ưu hóa quá trình gia công và tạo ra sản phẩm chất lượng cao.

Nguồn: Sưu tầm