Phân biệt hóa già hợp kim nhôm và ram thép

Ở bài trước, ta đã thấy sự khác nhau giữa tôi thép và tôi hợp kim nhôm. Ở đây tôi xin tóm lại cho gọn hơn đó là: tôi thép nhằm tạo ra tổ chức Mactenxit có độ cứng cao, nâng cao giới hạn bền độ cứng cho thép; Còn tôi nhôm nhằm tạo ra tổ chức 1 pha quá bão hòa để chuẩn bị cho hóa già.

Bài này sẽ phân biệt 2 nguyên công ram đối với thép và hóa già với nhôm.

Với thép: sự biến đổi tổ chức và tính chất khi nung nóng thép sau tôi như sau:

Biến đổi tổ chức, tính chất khi ram thép

Hóa già: tổ chức của nhôm khi nung nóng sau quá trình tôi như sau:

a_{quá bão hòa       =}        a_{bão hòa}   + b

Pha b tiết ra ở biên giới hạt hoặc phân tán trong hạt có tác dụng hóa bền làm độ bền của hợp kim tăng mạnh. Độ bền, độ cứng độ dẻo của hợp kim phụ thuộc vào 3 yếu tố chính: thành phần hợp kim, nhiệt độ hóa già, thời gian hóa già.

Nhìn chung, nhiệt độ hóa già càng cao thì độ bền hợp kim càng thấp. Còn ảnh hưởng của thời gian hóa già như sau: ban đầu độ cứng độ bền của hợp kim ngày càng tăng đến 1 đỉnh điểm thì độ cứng và độ bền lại giảm xuống. Tùy vào mục đích của hợp kim mà người ta xây dựng chế độ nhiệt luyện cho hợp lý.

Phân biệt tôi thép và tôi hợp kim nhôm

Tôi là nguyên công nhiệt luyện gồm nung nóng giữ nhiệt và làm nguội nhanh vượt qua 1tốc độ tới hạn để vật liệu đạt tổ chức không cân bằng. Tổ chức này sẽ tiếp tục phân hủy ở nguyên công nhiệt luyện khác nhau cho ta cơ tính như mong muốn.

            Giai đoạn nung nóng, giữ nhiệt

Với thép: xảy ra chuyển biến thù hình (chuyển kiểu mạng tinh thể)  a (ferit)  + Xe (cementite)Þ g (austenit). Tổ chức lúc này là 1 pha g.

Tôi thép cùng tích

Với HK nhôm: không xảy ra chuyển biến thù hình mà chỉ có pha b hòa tan và pha a. Tổ chức lúc này là 1pha a.

Tôi hợp kim nhôm

            Giai đoạn nguội nhanh:

Với thép: xảy ra chuyển biến austenit Þ mactenxit

  Tổ chức tế vi của thép sau tôi x1120 .
Màu đen là tổ chức mactenxit màu trắng là austenit chưa chuyển biến hết.

      Cơ tính của mactenxit là cứng và giòn. Thép sau tôi có độ bền tăng mạnh và độ dẻo giảm mạnh.

Với HK nhôm: không xảy ra chuyển biến gì. Như vậy ở tổ chức của Hk nhôm là tổ chức 1pha a quá bão hòa ở trạng thái nhiệt độ thường.

Cơ tính của HK nhôm sau tôi khác với thép độ bền và độ dẻo không có biến đổi lớn. Do đó mục đích của tôi đối với HK nhôm chỉ là chuẩn bị tổ chức cho nguyên công tiếp theo (hóa già).

Ký hiệu mác hợp kim nhôm theo tiêu chuẩn Nhật và Anh

Ký hiệu mác hợp kim nhôm theo tiêu chuẩn Nhật JIS

            Hợp kim nhôm biến dạng: A+ xxxx (4 số theo tiêu chuẩn AA)

            Hợp kim nhôm đúc: AC +…

            Hợp kim nhôm đúc áp lực: ADC + x (từ 1 -14)

Ký hiệu mác hợp kim nhôm theo tiêu chuẩn Anh

            Hợp kim nhôm biến dạng được ký hiệu theo tiêu chuẩn AA

            Hợp kim nhôm đúc: LM + các số

Ký hiệu hóa bền

M – phôi thô

O - Ủ

H – biến cứng

TB – tôi hóa già tự nhiên

TD – tôi, biến cứng, hóa già tự nhiên

TE – Tôi từ trạng thái biến dạng, hóa già nhân tạo

TF – Tôi, hóa già tự nhiên

TS – khử ứng suất dư

TE – hóa già tiết pha

Ký hiệu mác nhôm theo tiêu chuẩn Mỹ AA

           Hệ thống ký hiệu hợp kim nhôm do hiệp hội nhôm Mỹ AA (aluminium association) ban hành bao gồm 4 số. Đối với hợp kim nhôm đúc là xxx.x hợp kim nhôm biến dạng là xxxx. Trong đó chữ số đầu tiên chỉ thành phần hợp kim nhôm chủ yếu.

HK nhôm biến dạng		HK nhôm  đúc
Al³99,0%	1xxx	Al sạch công ngiệp	1xx.x
Al-Cu, Al-Cu-Mg	2xxx	Al-Cu	2xx.x
Al-Mn	3xxx	Al-Si-Mg, Al-Si-Cu	3xx.x
Al-Si	4xxx	Al-Si	4xx.x
Al-Mg	5xxx	Al-Mg	5xx.x
Al-Mg-Si	6xxx	-
Al-Zn-Mg(-Cu)	7xxx	Al-Zn	7xx.x
Al-ngtố khác	8xxx	Al-Sn	8xx.x
Chưa sử dụng	9xxx

            Chữ số thứ 2 chỉ số lần hiệu chỉnh thành phần hợp kim.

            Đối với hợp kim nhôm 1xxx số 0 ở vị trí số 2 chỉ không có kiểm soát đặc biệt nào về thành phần tạp chất. Hai số sau cùng chỉ hàm lượng nhôm ví dụ: 1080 tức Al chứa 99,80%.

            Ký hiệu hóa bền ký hiệu như sau:

F- phôi thô

O- ủ kết tinh lại

H- hóa bền bằng biến dạng nguội

H1x (từ 1 đến 9): biến dạng nguội với mức độ tăng dần.

H2x: biến dạng nguội rồi ủ hồi phục

H3x: Biến dạng nguội rồi ổn định hóa.

T: tôi + hóa già

T1: tôi từ nhiệt độ biến dạng nóng + hóa già tự nhiên

T2: tôi từ nhiệt độ biến dạng nóng, biến dạng nguội + hóa già tự nhiên

T3: tôi + biến dạng nguội + hóa già tự nhiên

T4: tôi + hóa già tự nhiên

T5: tôi từ nhiệt độ biến dạng nóng + hóa già tưn nhiên

T6: Tôi + hóa già nhân tạo

T7: tôi + quá hóa già

T8: tôi + biến dạng nguội + hóa già nhân tạo

T9: tôi + hóa già nhân tạo + biến dạng nguội

T10: tôi từ nhiệt độ biến dạng nóng, biến dạng nguội + hóa già nhân tạo

Cách ký hiệu mác Nhôm tiêu chuẩn ISO và GOST

1.      TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ (ISO)

Ký hiệu hợp kim nhôm được chia làm 3 loại: nhôm nguyên chất, nhôm biến dạng, nhôm đúc.

Nhôm nguyên chất: AW – Al + % hàm lượng nhôm. Ví dụ: AW – Al 99,8

Nhôm biến dạng: AW – Al + nguyên tố hợp kim chủ yếu + % nguyên tố hợp kim đó. Ví dụ: AW-AlCu4MgSi là hợp kim có 4%Cu; 1%Mg;1%Si. Tuy nhiên, từ năm 2007 ký hiệu hợp kim nhôm này đã được thay đổi giống với tiêu chuẩn của Mỹ

Nhôm đúc: AC – Al + nguyên tố hợp kim chủ yếu + % nguyên tố hợp kim đó. Tương tự như nhôm biến dạng chỉ thay AW bằng AC.

Các ký hiệu hóa bền như sau:

F: Trạng thái ủ (phôi thô)

O: ủ

T1: nguội có kiểm soát từ trạng thái đúc và hóa già tự nhiên.

T4: Nhiệt luyện hòa tan và hóa già tự nhiên.

T5: Nguội có kiểm soát từ trạng thái đúc và hóa già nhân tạo hoặc quá hóa già.

T64: Nhiệt luyện hòa tan và xử lý dưới nhiệt độ hóa già nhân tạo.

T7: Nhiệt luyện hòa tan và quá hóa già.

S: Đúc trong khuôn cát

K: Đúc trong khuôn kim loại

D: Đúc áp lực

L: Đúc trong khuôn vỏ mỏng

2.      TIÊU CHẨN NGA (GOST)

Nhôm nguyên chất (³ 99,0%): A + số chỉ % nhôm

Nhôm biến dạng không hóa bền được bằng nhiệt luyện: A + nguyên tố hợp kim + số thứ tự. ví dụ: AMг1, AMг2, AMг3… là hợp kim Al – Mg, các số phía sau chỉ cấp độ hàm lượng Mg tăng dần.

Hk nhôm biến dạng hóa bền được bằng nhiệt luyện gồm các nhóm được ký hiệu như sau

Đura: Д + số ký hiệu

Aviation: AB

Hợp kim nhôm độ bền cao: B + các số

Hợp kim nhôm rèn: AK + các số

      Hợp kim nhôm đúc: Aл + các số. Tuy nhiên, tiêu chuẩn mới quy đinh hợp kim nhôm đúc được ký hiệu theo thành phần hóa học (giống iso chỉ khác các chữ cái của các nguyên tố theo tiếng Nga). Ví dụ AK5M4 là trong đó có 5% Si; 4% Cu.

Fe	Mg	Mn	Cu	Si	Zn	Ni
ж	Mг	Mц	M	K	Ц	H

      Bột hợp kim nhôm thêu kết: CAC. Bột nhôm CAP.

      Hợp kim nhôm ổ trượt: AO + %Sn%Cu; hoặc AH + %Ni.

            Ký hiệu hóa bền đối với hợp kim nhôm biến dạng như sau:

            M : Ủ mềm

            T: Tôi và hóa già tự nhiên

            T1: Tôi và hóa già nhân tạo

            H: Biến cứng và biến cứng không hoàn toàn

            H1: Biến cứng mạnh

            TH: Tôi hóa già tự nhiên, biến cứng

            T1H: Tôi biến cứng hóa già nhân tạo

            T1H1: Tôi, biến cứng 20%, hóa già nhân tạo.

            Đối với hợp kim nhôm đúc:

            T1: Hóa già nhân tạo sau đúc

            T2: Ủ

            T4: Tôi và hóa già 1 phần

            T6: Tôi hóa bền cực đại

            T7: Tôi, hóa già ổn định

            T8: Tôi, quá hóa già

Cách tra cứu mác vật liệu nhôm

Tham gia trên các diễn đàn tôi gặp rất nhiều câu hỏi như: Mác AA6061, 7075, 6082… là gì? Thành phần thế nào? Các mác tương đương là gì? Cơ tính như thế nào?

Để trả lời các câu hỏi này thì những người học môn vật liệu học chắc sẽ trả lời được. Nhưng đối với các bạn không phải chuyên môn thì chắc chắn sẽ vướng mắc. Vì vậy, bài viết này tôi xin mạnh dạn trình bày 1 trong các cách để các bạn có thể tự mình tìm ra câu trả lời, thay vì việc phải lang thang trên các diễn dàn đợi chờ câu trả lời.

Trước hết, cũng như mỗi nước có một ngôn ngữ riêng vì vậy tên gọi các hợp kim nhôm cũng mỗi nước một khác. Ví dụ như Nga gọi hợp kim nhôm 0,6%Si; 0,4%Mg; là AД33 còn hợp Mỹ goi là AA6061; Anh : H20; Châu Âu: EN AW – 606; còn Đức là 3.3211. Vì vậy ban đầu ta phải biết hợp kim nhôm đó được ký hiệu theo tiêu chuẩn của nước nào.

Quốc tế	Mỹ	Anh	Châu Âu	Trung Quốc	Nga	Nhật	Italia	Thụy Điển	Pháp
ISO	AA	LM	EN	GB	GOST	JIS	UNI	SS	AFNOR

Ví dụ: Tiêu chuẩn quốc tế (ISO)

Ký hiệu hợp kim nhôm được chia làm 3 loại: nhôm nguyên chất, nhôm biến dạng, nhôm đúc.

Nhôm nguyên chất: AW – Al + % hàm lượng nhôm. Ví dụ: AW – Al 99,8

Nhôm biến dạng: AW – Al + nguyên tố hợp kim chủ yếu + % nguyên tố hợp kim đó. Ví dụ: AW-AlCu4MgSi là hợp kim có 4%Cu; 1%Mg;1%Si. Tuy nhiên, từ năm 2007 ký hiệu hợp kim nhôm này đã được thay đổi giống với tiêu chuẩn của Mỹ

Nhôm đúc: AC – Al + nguyên tố hợp kim chủ yếu + % nguyên tố hợp kim đó. Tương tự như nhôm biến dạng chỉ thay AW bằng AC.

Như vậy, từ việc biết hợp kim cần tìm được ký hiệu theo tiêu chuẩn gì thuộc nhóm hợp kim nào các bạn tra một trong các cách sau:

Trong các sách vật liệu học

Các sách tra cứu mác vật liệu

Tìm các mác tương đương với tiêu chuẩn thông dụng (cái này hôm nào mình sẽ up lên sau)

Vào google gõ tiêu tên nhóm hợp kim đó theo tiếng của nước họ J là có thể tìm ra thành phần hóa học hay cơ tính của mác hợp kim đó.

Bài viết sau tôi sẽ trình bày thêm các cách ký hiệu của một số nước khác. Rất mong nhận được ý kiến trao đổi chân thành.

Nhôm trong công nghiệp

               Ngày nay, nhôm là kim loại rất quen thuộc trong đời sống con người. Tuy vậy về mặt lịch sử nhôm thuộc loại các nguyên tố “trẻ”. Nhôm được tìm ra năm 1808. Công lao ấy thuộc về Davy. Nhờ các phản ứng hóa học ông đã tách được nguyên tố kim loại nhẹ, có màu sáng và gọi tên là alumin.

                Bắt đầu từ những năm 30 của thế kỷ 19 người ta đã sản xuất nhôm trên quy mô công nghiệp bằng phương pháp hóa học. Tuy nhiên sản lượng hàng năm rất nhỏ.

                Tính từ năm 1854 đến 1890 toàn thế giới sản xuất được khoảng 200 tấn nhôm. Vào những năm cuối cùng của thế kỷ 19 tức là từ năm 1890 nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch oxyt nhôm (Al₂O₃) nóng chảy trong criolit (Na₃ AlF₆)­. Nhờ phương pháp mới này sản lượng nhôm tăng lên nhanh chóng. Chỉ trong vòng 9 năm từ 1890 đến 1899 thế giới đã sản xuất được 28.000 tấn nhôm. Riêng năm 1930 sản lượng nhôm đạt tới 270.000 tấn. Năm 1968 sản lượng nhôm là 8.386.200 tấn. Từ năm 1960 hàng năm sản lượng tăng 15%, những năm gần đây chỉ tăng 5%/năm.

                Ngày nay, nhịp độ sản xuất nhôm tăng lên mạnh hơn, vị trí của nhôm được đưa lên hàng thứ 2 sau thép.

                Hợp kim  nhôm đầu tiên ra đời vào năm 1906. Đó là hợp kim do Alfred Wienmer tìm ra; Hiện nay được phát triển thành các đura trên cơ sở Al – Cu – Mg đang được sử dụng rộng rãi.

                Sản lượng và nhu cầu ứng dụng nhôm so với các kim loại kết cấu khác tăng lên không ngừng.

                Những ưu điểm chính của nhôm là trọng lượng riên nhỏ; độ dẫn điện dẫn nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn trong nhiều môi trường khá tốt

                Độ bền riêng của hợp kim nhôm khoảng 16,5, trong khi đó của thép là 15,4.

                Về mặt trữ lượng, nhôm nhiều hơn sắt. Theo tính toán, nhôm chiếm 8,8% còn sắt chiếm 5,1% trọng lượng vỏ trái đất.