a. Đặc tính của nhôm nguyên chất.
Nhôm là nguyên tố có mạng tinh thể lập phương tâm mặt, có màu sáng bạc, nhôm có các đặc điểm lý hoá cụ thể như sau:
+ Khối lượng riêng nhỏ, chỉ bằng 1/3 thép ( khoảng 2,7 g/cm3). Do vậy làm giảm khối lượng kết cấu, chi tiết vì thế nhôm được sử dụng rộng rãi trong nghành giao thông vận tải, kết cấu xây dựng…
+ Có tính chống ăn mòn nhất định trong môi trường do bên ngoài của nhôm luôn có một lớp màng oxit nhôm ngăn cản tác dụng của môi trường đến lớp nhôm bên trong
+ Tính dẻo rất cao vì thế nó dễ dàng kéo ép thành các tấm các sợi biên dạng phức tạp + Nhiệt độ nóng chảy của nhôm thấp 657oC
b. Phân loại hợp kim nhôm:
Trong kỹ thuật nhôm nguyên chất hầu như không được sử dụng mà thay vào đó người ta hay sử dụng hợp kim nhôm. Hợp kim nhôm được phân ra làm hai nhóm: hợp kim nhôm đúc và hợp kim nhôm biến dạng.
+ Hơp kim nhôm biến dạng: là hợp kim chứa một lượng ít các nguyên tố hợp kim có thành phần nằm bên trái điểm b trên giản đồ dưới đây. Để sản xuất các sản phầm tử nhóm hợp kim này người ta dùng các phương pháp biến dạng. Loại hợp kim này được phân chia làm hai phân lớp nhỏ: hoá bền được bằng nhiệt luyện và không hoá bền được bằng nhiệt luyện.
- Hợp kim không hoá bền được bằng nhiệt luyện: gồm các hợp kim có thành phần nằm bên trái điểm a, các hợp kim này có tổ chức là dung dịch rắn ở mọi nhiệt độ, không có biến đổi pha nên không thể hoá bền bằng nhiệt luyện, chỉ có thể hóa bền bằng biến dạng nguội mà thôi
- Hợp kim nhôm biến dạng hoá bền được bằng nhiệt luyện: gồm các hợp kim có thành phần nằm bên phải điểm a, ở nhiệt độ thường có tổ chức hai pha là dung dịch rắn và pha thứ hai. Khi nung đến nhiệt độ cao hơn giới hạn bão hoà thì pha thứ hai hoà tan hết vào dung dịch rắn nên có thể hóa bền bằng nhiệt luyện.
Theo TCVN 1659-75 ký hiệu hợp kim nhôm biến dạng như sau: đầu tiên là ký hiệu của nguyên tố nhôm, tiếp theo là ký hiệu của các nguyên tố hợp kim, các số đứng sau nguyên tố hợp kim chỉ lượng của chúng theo phần trăm.
Ví dụ AlCu4,4Mg0,4Mn0,8
+ Hợp kim nhôm đúc: Gồm các hợp kim chứa khá nhiều các nguyên tố hợp kim, có thành phần nằm bền phải điểm b. Các hợp kim này có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn, có tổ chức cùng tinh nên tính đúc cao. Theo TCVN 1659-75 ký hiệu của hợp kim nhôm đúc như ký hiệu của hợp kim nhôm biến dạng chỉ khác có chữ Đ ở cuối để chỉ hợp kim nhôm đúc. Do có nhiều pha thứ hai ( thường là hợp chất hóa học) hợp kim giòn hơn không thể biến dạng dẻo đựơc. Khả năng hóa bền bằng nhiệt luyện của nhóm này nếu có cũng không cao vì không có biến đổi mạnh của tổ chức khi nung nóng.
6.1.2.Hợp kim nhôm biến dạng
Ta chỉ nghiên cứu hợp kim nhôm hóa bền được bằng nhiệt luyện vì chúng có vai trò quan trọng trong nghành vật liệu.
1. Hợp kim nhôm với 4% đồng
Hợp kim nhôm với 4% đồng là cơ sở của hầu hết các hợp kim nhôm biến dạng. Từ giản đồ đồng-nhôm ta thấy đồng hoà tan trong nhôm khá nhiều ở nhiệt độ cao, nhưng lại giảm rất mạnh khi hạ nhiệt độ ( còn 0,5% ở nhiệt độ thường), lượng đồng dư được tiết ra dưới dạng hợp chất hoá học, CuAl2II
Ở nhiệt độ thường tổ chức cân bằng của hợp kim là dung dịch rắn α chứa 0,5% Cu và một lượng nhỏ, CuAl2II, ( khoảng 7%), có độ cứng và độ bền thấp ( 200Mpa). Khi nung nóng đến cao hơn đường giới hạn hoà tan ( 520oC) pha CuAl2II hoà tan hết vào α và chỉ còn lại một pha là dung dịch rắn của nhôm chứa 4% đồng. Khi làm nguội nhanh sau đó pha CuAl2II không kịp tiết ra nên ta có dung dịch rắn α quá bão hoà đồng ở nhiệt độ thường độ bền tăng lên một ít (250-300 Mpa) và tương đối dẻo. Sau khi tôi từ 5 đến 7 ngày độ bền và độ cứng đạt được cao nhất ( lên đến 400 MPa ). Hiện tượng này gọi là hoá già tự nhiên. Nếu sau khi tôi ta tiến hành nung nóng thì thời gian sẽ rút ngắn lại nhưng độ bền đạt được sẽ có giá trị thấp hơn. Quá trình này gọi là hoá già nhân tạo.
Hình 6.1. góc Al của giản đồ nhôm-nguyên tố hợp kim
2. Đura
Đura là hợp kim hệ Al-Cu-Mg trong đó hàm lượng Cu là 4%, hàm lượng Mg từ 0,5-1,5%, còn lại là nhôm, các nguyên tố hợp kim đặc biệt là Mg làm tăng mạnh mẽ hiệu quả khi nhiệt luyện tôi và ram. Ngoài ra trong thành phần của Đura thường có thêm Fe, Si và Mn. Fe và Si là tạp chất thường gặp trong nhôm mà không thể khử bỏ hết được còn Mn là hợp chất đưa vào để tăng tính chống ăn mòn của Đura. Đura có những đặc điểm sau:
+ Có độ bền cao 450-480 MPa, có khối lượng riêng nhỏ 2,7 g/cm3, vì vậy nhôm có độ bền riêng lớn.
+ Tính chống ăn mòn kém do trong nhôm có nhiều pha với các thế điện cực khác nhau, để khắc phục nhược điểm này người ta phủ một lớp nhôm mỏng lên bề mặt đura bằng cách cán nóng. Đura là loại vật liệu được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp chế tạo máy bay do chúng có độ bền riêng lớn