Nhôm và hợp kim nhôm

3.1 .GANG

3.2.1. Nhôm và hợp kim nhôm

3.2.1.1. Nhôm nguyên chất

- Màu sáng bạc.

- Nhiệt độ nóng chảy thấp (660oC) nên nhơm dễ tạo hình bằng phƣơng pháp đúc. - Là kim loại nhẹ có khối lƣợng riêng 2,7 g/cm3

- Độ dẫn điện và dẫn nhiệt khá cao (bằng 65,5% của đồng).

- Độ dẻo và tính chống ăn mịn tốt: 4Al + 3O2  2Al2O3

Trang 42

- Độ bền thấp: b= 60N/mm2; 0.2= 20N/mm2; độ cứng 25HB.

Theo TCVN nhôm sạch kỹ thuật ký hiệu là Al99.60 (chứa 0,40% tạp chất), nhôm công nghiệp là Al99( chứa 1% tạp chất).

3.2.1.2. Hợp kim nhôm

Chia làm 2 loại: hợp kim nhôm biến dạng và hợp kim nhôm đúc.

a. Hợp kim nhôm biến dạng

- Sản xuất dƣới dạng tấm mỏng, bảng dài, các thỏi định hình, dạng ống, dây.

- Có thể rèn dập, cán, ép hoặc các hình thức gia cơng áp lực khác.

- Hàm lƣợng nguyên tố hợp kim khơng cao.

. Hợp kim nhơm biến dạng khơng hóa bền bằng nhiệt luyện

Hợp kim nhơm biến dạng khơng hóa bền bằng nhiệt luyện đƣợc là do khi nung nóng khơng giữ đƣợc nhiệt và khi làm nguội khơng có sự chuyển biến pha

Hợp kim nhơm loại nầy có đặc điểm: - Hàm lƣợng các nguyên tố hợp kim thấp.

- Có độ bền khơng cao, độ dẻo cao, tính chống ăn mịn tốt. Các họ hợp kim nhơm biến dạng khơng hóa bền bằng nhiệt luyện gồm:

- Họ hợp kim Al-Mn (Mn = 1%1.6%): có khả năng gia cơng biến dạng nóng và nguội tốt, có tính hàn và chống ăn mịn trong khí quyển cao hơn nhơm nguyên chất. Nó đƣợc sử dụng rộng rãi thay thế cho nhơm ngun chất khi sản phẩm có u cầu cơ tính cao hơn, nhất là độ dai va đập.

- Họ hợp kim Al-Mg (Mg < 0.6%) là họ hợp kim nhơm nhẹ nhất; có tính đàn hồi, tính chống ăn mịn trong khí quyển tốt, bề mặt gia công đẹp, khả năng giảm chấn mạnh, khả năng biến dạng nóng, nguội, hàn đều tốt, độ bền mỏi cao. Chúng đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo ơtơ, cơng trình xây dựng.

Hình 3.9: Một số chi tiết và kết cấu làm bằng

Trang 43

. Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện

Có độ bền trung bình và cao, có sự kết hợp tốt giữa độ bền và độ dẻo, đây là nhóm vật liệu kết cấu quan trọng. Họ hợp kim nhôm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện điển hình là Al-Cu và Al-Cu-Mg, có tên gọi là dura.

Thành phần hóa học đura có hàm lƣợng Cu < 5%, Mg < 2%, ngồi ra cịn có các nguyên tố nhƣ Fe, Si, Mn.

Đặc tính của dura:

- Độ bền khá cao, nhất là sau khi nhiệt luỵên, b=(4247) kG/mm2. - Độ bền riêng rất lớn.

- Tính chống ăn mịn kém, khắc phục bằng cách phủ nhôm nguyên chất. Công dụng đura:

- Ngành hàng không, đura dùng để chế tạo các sản phẩm nhƣ kết cấu máy bay, tàu vũ trụ…

- Ngành giao thông vận tải, đura dùng để chế tạo các sản phẩm nhƣ dầm chịu lực xe tải, khung sƣờn tàu biển…

- Trong ngành xây dựng đura đƣợc dùng làm các chi tiết, kết cấu chịu tải trọng nặng…

Hình 3.10: Một số kết cấu làm bằng hợp kim nhôm dura.

a. Kết cấu vỏ máy bay; b. Khung sườn ô tô

Hợp kim dura được hóa bền bằng cách tơi ở nhiệt độ 5200C trong nước. Sau đó, đem hóa bền bằng 1 trong 2 cách:

+ Hóa bền tự nhiên: là bảo quản ở nhiệt độ 200C trong khoảng thời gian (57) ngày thì hợp kim đạt được độ bền lớn nhất.

+ Hóa bền nhân tạo: là nung nóng ở các nhiệt độ cao hơn 200C (ví dụ ở 100

2000C) với thời gian nung ngắn hơn nhưng độ bền của hợp kim khơng cao bằng hóa già tự nhiên.

Trang 44

b. Hợp kim nhôm đúc

Hợp kim nhôm đúc là loại hợp kim nhôm:

- Dùng chế tạo sản phẩm bằng phƣơng pháp đúc.

- Có độ chảy lỗng, khả năng điền đầy khuôn cao.

- Dùng chế tạo sản phẩm bằng phƣơng pháp đúc.

- Hàm lƣợng nguyên tố hợp kim cao hơn hợp kim nhôm biến dạng.

- Thƣờng là các hệ hợp kim: Al-Si, Al-Cu, Al-Mg. Thơng dụng nhất là hợp kim Al- Si hay cịn gọi là silumin.

Silumin gồm có hai loại:

- Silumin đơn giản: là silumin mà trong hợp kim chỉ có Al và Si: có tính đúc tốt, độ

bóng bề mặt cao nhƣng có cơ tính thấp, đƣợc dùng để đúc các chi tiết có hình dáng phức tạp nhƣng chịu tải trọng nhe.

- Silumin phức tạp: là hợp kim nhơm có hàm lƣợng Si từ (410)%, cịn có các nguyên tố nhƣ Cu, Mg, Zn, Mn… để tăng hiệu quả khi tơi và hóa bền. Cơ tính của hợp kim tăng lên nhiều, nhất là sau khi nhiệt luyện, đƣợc dùng làm các chi tiết quan trọng trong động cơ nhƣ: mặt bích, bộ li hợp, pít tơng…

Hình 3.11: Một số chi tiết làm bằng hợp kim nhơm đúc

a. Bít tơng: b. Vỏ xy lanh; c. Qui lát

3.2.1.3. Ký hiệu hợp kim nhôm

Ký hiệu hợp kim nhôm theo TCVN 1859 – 75 nhƣ sau:

- Chữ Al đầu tiên chỉ hợp kim nhơm.

- Ký hiệu hóa học kế tiếp chỉ hợp kim chính rồi đến hợp kim phụ.

- Số đứng sau nguyên tố hóa học chỉ hàm lƣợng % nguyên tố đó.

- Nếu là hợp kim đúc có chữ Đ sau cùng.

Ví dụ: + AlSi5.5Cu4.5Đ: là hợp kim nhơm đúc có 5,5%Si, 4,5%Cu

+ AlCu4.4Mg1.5Mn0,06: hợp kim nhơm biến dạng có 4,4%Cu, 1,5%Mg, 0,06%Mn.