6.2. NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM

6.2.1. Nhôm

Nhôm là kim loại có một dạng thù hình, có mạng lập phương tâm mặt với thông số mạng a = 4,04 A⁰, có các tính chất như sau:

–   Khối lượng riêng nhỏ (g = 2,7g/cm³).

–   Tính dẫn diện và dẫn nhiệt cao, có độ giãn nở nhiệt nhỏ.

–   Tính chống ăn mòn cao (vì có màng ôxit Al₂O₃ xít chặt bảo vệ).

–   Nhiệt độ chảy thấp (660⁰C) có thể làm dễ ràng cho quá trình nấu luyện song các hợp kim nhôm không làm việc được ở nhiệt độ cao. Tính đúc không cao do độ co ngót lớn (lên tới 6%).

–   Cơ tính thấp (σ_b = 6Kg/mm², HB = 25, δ = 40%) do đó rất dễ biến dạng, tính gia công cắt thấp.

–   TCVN 1659-75 quy định ký hiệu nhôm bằng chữ Al và số chỉ % của nhôm, ví dụ Al99, Al99,5.

–   Theo tiêu chuẩn  AA (Aluminium Association) của Mỹ. Nhôm được ký hiệu AA 1xxx, ba số xxx khi biết sẽ dùng để tra bảng để biết tính chất cụ thể. Ví dụ AA 1100 có 99,00% Al.

–   Theo tiêu chuẩn ГOCT của Nga, nhôm nguyên chất được ký hiệu bằng chữ A và số tiếp theo chỉ mức độ sạch. Ví dụ A999 có 99,999% Al; Al995 có 99,995% Al.

6.2.2. Hợp kim nhôm

Hợp kim nhôm được phân làm 2 nhóm chính là hợp kim nhôm biến dạng và hợp kim nhôm đúc.

Theo TCVN hợp kim của nhôm được ký hiệu bằng các ký hiệu hóa học của các nguyên tố và theo sau mỗi ký hiệu là số chỉ hàm lượng theo %. Nếu là hợp kim nhôm đúc, ở cuối cùng ghi thêm chữ Đ.

Theo tiêu chuẩn AA của Mỹ. Hợp kim nhôm được ký hiệu AA xxxx, số đầu tiên có nghĩa như Bảng 6.1, ba số xxx tiếp theo sẽ dùng để tra bảng để biết cụ thể các tính chất.

Bảng 6.1. Ký hiệu nhôm và hợp kim nhôm theo tiêu chuẩn của Mỹ.

a. Đura

v  Khái niệm: Là hợp kim nhôm biến dạng điển hình được dùng rộng rãi trong kỹ thuật hàng không.

v  Thành phần, tính chất

–   Thành phần: là hợp kim chủ yếu của 3 nguyên tố Al-Cu-Mg với Cu < 5%, Mg < 2%. Ngoài ra trong thành phần còn có thêm Fe, Si, Mn.

–   Tính chất

+  Nói chung đura có độ bền khá cao nhất là sau khi nhiệt luyện σ_b=42 – 47 Kg/mm².

+ Do có độ bền cao và nhẹ (g = 2,8g/cm³) nên đura có độ bền riêng lớn nhất. Độ bền riêng là tỷ số σ_b/g, trong khi độ bền riêng của đura là 15 – 16 thì của thép CT51 là 6 – 6,5 và của gang là 1,5 – 6.

v  Ký hiệu, công dụng

–    Ký hiệu: AlCu4Mg (có 95% Al, 4% Cu và 1% Mg) hoặc AA 2014.

–    Công dụng: do có độ bền riêng cao nên đura được sử dụng phổ biễn trong kỹ thuật hàng không (kết cấu máy bay, tàu vũ trụ…), giao thông vận tải (dầm chịu lực xe tải, sườn tàu biển…) hoặc làm dụng cụ thể thao…

b. Silumin

v Khái niệm: Là hợp kim nhôm đúc được dùng rộng rãi nhất. Nó là hợp kim được tạo nên từ cơ sở hệ hợp kim Al – Si. Ngoài ra trong thành phần còn có thể có thêm Mg, Mn, Cu, Zn…

v Phân loại: theo thành phần hóa học người ta chia silumin ra làm 2 nhóm:

–   Silumin đơn giản

+   Là hợp kim nhôm đúc mà thành phần chính của nó là nhôm và silic (Ví dụ: AlSi13 có 87% Al và 13% Si, theo tiêu chuẩn của Liên Xô là AЛ2 hay theo tiêu chuẩn của Mỹ là AA 423.0 ).

+   Silumin đơn giản có tính đúc rất tốt (độ chảy loãng cao, khả năng điền đầy khuôn lớn, độ nhẵn bề mặt rất cao) nên được dùng để đúc định hình các chi tiết có hình dạng phức tạp. Nhược điểm của nó là có rỗ khí, cơ tính thấp,không có khả năng hóa bền bằng nhiệt luyện. Dạng nhiệt luyện duy nhất đối với nó là ủ ở khoảng 300⁰C, làm nguội trong không khí. Thường dùng làm vật liệu để đúc các chi tiết máy có hình dáng phức tạp, chịu tải trọng nhẹ.

–   Silumin phức tạp

+   Là hợp kim nhôm với 4 – 10%Si và có thêm các nguyên tố hợp kim đặc biệt như Cu, Mg, Zn, Mn… (Ví dụ: AlSi8Mg, AlSi6MgMnCu7, AlSi5MnCu3…). Do có thêm các nguyên tố hợp kim mà độ bền của silumin phức tạp cao hơn hẳn nhất là sau khi nhiệt luyện. Thường dùng làm các chi tiết máy quan trọng như: thân máy nén, thân nắp động cơ ô tô (AЛ4), pit tông (AЛ26 hay AA 390.0 ).