Với chi tiết cơ khí, 6061 là lựa chọn mặc định cân bằng giữa độ bền, khả năng gia công, hàn và anod; 7075 dành cho chi tiết cần bền cao, nhẹ, không hàn; 5052 hợp với tấm uốn, gấp, chi tiết ngoài trời hoặc gần biển nhưng không cần bền cao; còn 6063 chủ yếu là nhôm định hình thanh, ống có bề mặt đẹp. Chữ và số theo sau như T6, H32, T651 cho biết trạng thái xử lý, và chúng quan trọng không kém tên mác.
Xưởng CNC làm đồ gá, chi tiết máy tự động, vỏ thiết bị dùng nhôm rất nhiều, và câu hỏi "lấy nhôm gì" thường được trả lời theo thói quen hoặc theo cái kho đang có. Bài này đặt các mác thông dụng cạnh nhau theo đúng những việc bạn sẽ làm với chúng: phay, hàn, uốn, anod, đặt ngoài trời. Phần cuối chỉ cách nhờ AI hỏi vặn lựa chọn và chỗ AI hay trả lời sai.
Đọc tên mác nhôm: bốn chữ số và trạng thái đi kèm
Hợp kim nhôm gia công áp lực được đặt tên bằng bốn chữ số, chữ số đầu chỉ nguyên tố hợp kim chính. Dòng 1xxx là nhôm gần nguyên chất; 2xxx hợp kim với đồng, bền cao nhưng chống ăn mòn kém; 3xxx với mangan; 5xxx với ma-giê; 6xxx với ma-giê và si-lic; 7xxx với kẽm, cho độ bền cao nhất trong các dòng phổ biến. Tiêu chuẩn Nhật thường thêm chữ A phía trước, như A6061, A5052.
Điểm cần nhớ nhất: dòng 2xxx, 6xxx, 7xxx hoá bền được bằng nhiệt luyện, còn dòng 1xxx, 3xxx, 5xxx chỉ hoá bền bằng biến dạng nguội. Vì vậy ký hiệu trạng thái của hai nhóm khác nhau. Chữ O là trạng thái ủ, mềm nhất. Chữ H theo sau là biến dạng nguội, dùng cho nhóm không nhiệt luyện được, như 5052-H32. Chữ T là nhiệt luyện: T6 là nhiệt luyện hoà tan rồi hoá già nhân tạo, trạng thái bền phổ biến của 6061 và 7075.
Với tấm dày dùng cho gia công CNC, bạn sẽ gặp T651: là T6 có thêm bước kéo giãn khử ứng suất sau khi nhiệt luyện. Tấm T651 ít cong khi phay hốc sâu một phía hơn tấm T6 thường. Nếu đơn hàng gồm chi tiết phay mất nhiều vật liệu và yêu cầu độ phẳng, hãy ghi rõ trạng thái này khi đặt phôi thay vì chỉ ghi "nhôm 6061".
Các mác nhôm thông dụng theo việc bạn sẽ làm
Bảng dưới so sánh tương đối giữa các mác, không phải số liệu cơ tính. Giá trị độ bền cụ thể phụ thuộc trạng thái và độ dày, phải đọc trên chứng chỉ hoặc tra tiêu chuẩn.
| Tiêu chí | 6061-T6 | 7075-T6 | 5052-H32 | 6063-T5/T6 |
|---|---|---|---|---|
| Độ bền | Khá | Cao nhất trong nhóm | Trung bình thấp | Thấp hơn 6061 |
| Gia công CNC | Tốt, phoi dễ kiểm soát | Rất tốt, bề mặt đẹp | Dẻo, dễ dính dao | Khá |
| Hàn nóng chảy | Hàn được, vùng hàn giảm bền | Không khuyến nghị | Hàn tốt | Hàn được |
| Uốn, gấp tấm | Hạn chế, dễ nứt nếu bán kính nhỏ | Kém | Tốt | Ít dùng dạng tấm |
| Chống ăn mòn | Tốt | Kém hơn, cần bảo vệ bề mặt | Rất tốt, cả môi trường biển | Tốt |
| Anod | Tốt | Được, màu có thể kém đều | Được | Rất đẹp, dùng cho kiến trúc |
| Dùng nhiều cho | Đồ gá, chi tiết máy, khung, tấm đế | Chi tiết chịu lực nhẹ, khuôn mẫu thử, chi tiết bay mô hình | Vỏ tủ, máng, chi tiết gấp, tàu thuyền nhỏ | Thanh định hình, khung nhôm, tản nhiệt |
Nếu chỉ được nhớ một quy tắc: không chắc thì dùng 6061; cần bền hơn và không hàn thì cân nhắc 7075; cần uốn gấp hoặc chịu ẩm mặn thì nghĩ đến 5052. Mỗi lựa chọn vẫn phải kiểm với yêu cầu cụ thể của bản vẽ.
Những bẫy hay gặp khi dùng nhôm
Hàn 6061 rồi tưởng vẫn bền như cũ. Nhiệt hàn làm vùng ảnh hưởng nhiệt của 6061-T6 mất phần lớn hiệu quả hoá bền. Kết cấu hàn chịu lực bằng 6061 phải tính theo độ bền vùng hàn, hoặc nhiệt luyện lại toàn bộ nếu điều kiện cho phép. Đây là điều AI ít khi tự nhắc nếu bạn chỉ hỏi "6061 có hàn được không".
Hàn nóng chảy 7075. Hợp kim 7075 nhạy nứt nóng khi hàn nóng chảy và vùng hàn mất bền nặng. Chi tiết 7075 nên ghép bằng bu lông, đinh tán hoặc thiết kế liền khối.
Uốn 6061-T6 với bán kính nhỏ. Tấm 6061-T6 dễ nứt ở mặt ngoài nếp uốn. Muốn uốn gắt, dùng 5052 hoặc uốn ở trạng thái mềm hơn rồi nhiệt luyện, tuỳ yêu cầu. Bán kính uốn tối thiểu theo độ dày nên tra bảng của nhà cung cấp tấm.
Lắp nhôm sát thép hoặc inox ở chỗ ẩm. Hai kim loại khác điện thế tiếp xúc trong môi trường ẩm tạo ăn mòn điện hoá, phần nhôm bị ăn. Dùng long đen cách điện, sơn phủ, hoặc chọn bu lông và vật liệu ghép phù hợp.
Ren trực tiếp vào nhôm cho mối ghép tháo lắp nhiều lần. Ren nhôm mềm, dễ trờn sau nhiều lần siết. Với vị trí tháo lắp thường xuyên, dùng ống ren lò xo hoặc ống ren cấy bằng thép.
Gia công nhôm trên máy CNC: những điều khác với thép
Nhôm mềm và dẫn nhiệt tốt nên cắt được với tốc độ cao hơn thép nhiều, nhưng lại dễ dính vào lưỡi cắt tạo lẹo dao, làm bề mặt xấu và dao gãy. Dao dùng cho nhôm thường có lưỡi sắc, góc trước lớn, ít me cắt để thoát phoi tốt, bề mặt dao bóng hoặc phủ lớp chống dính phù hợp. Chế độ cắt cụ thể phải tra catalog dao và chạy thử, vì máy, dao và đồ gá mỗi xưởng một khác.
Thoát phoi là chuyện sống còn khi phay hốc sâu: phoi nhôm kẹt lại trong hốc bị dao cắt lại lần nữa, nóng chảy dính lên dao và có thể làm gãy dao chỉ trong vài giây. Dung dịch trơn nguội đủ lưu lượng hoặc thổi khí mạnh, cùng chiến lược chạy dao hợp lý, giúp tránh việc này.
Biến dạng sau gia công là vấn đề thứ hai. Nhôm giãn nở nhiệt nhiều hơn thép, nên chi tiết vừa gia công xong còn ấm sẽ đo khác lúc nguội; đo kiểm kích thước chặt nên đợi chi tiết về nhiệt độ phòng. Với tấm phay nhiều vật liệu, gia công thô hai mặt, nới kẹp rồi kẹp lại nhẹ trước lượt tinh giúp giảm cong.
Nhôm đúc: khi chi tiết bạn sửa không phải nhôm cán
Không phải mọi chi tiết nhôm trong xưởng đều là nhôm cán hay nhôm định hình. Vỏ hộp số, vỏ động cơ điện, nắp máy, giá đỡ hình dạng phức tạp thường là nhôm đúc, với các hợp kim chứa nhiều si-lic để rót khuôn dễ. Theo tiêu chuẩn Nhật, hợp kim đúc áp lực rất phổ biến mang ký hiệu ADC12; các hợp kim đúc khuôn cát, khuôn kim loại có hệ ký hiệu riêng theo từng tiêu chuẩn.
Nhôm đúc ứng xử khác nhôm cán ở nhiều điểm thợ sửa máy cần biết. Bên trong vật đúc có thể có rỗ khí, rỗ co; khi phay hoặc khoan sâu, lỗ rỗ lộ ra bề mặt làm kín dầu kém. Vật đúc áp lực thường khó hàn sửa vì khí bị nhốt trong kim loại sủi lên khi nóng chảy, mối hàn rỗ và nứt. Lớp anod trên hợp kim nhiều si-lic thường sẫm và không đều, nên đừng hứa với khách màu anod đẹp như trên 6061.
Khi phải làm chi tiết thay thế cho một chi tiết đúc bị vỡ, phương án thường gặp là phay từ phôi tấm 6061 hoặc 7075. Cách này cho chi tiết bền hơn, đồng nhất hơn, nhưng cần kiểm khối lượng, độ cứng vững và sự khác biệt giãn nở nhiệt với các chi tiết lắp cạnh. Với chi tiết thuộc hệ an toàn của máy hay xe, việc thay đổi vật liệu và phương pháp chế tạo phải được người có thẩm quyền về thiết kế chấp thuận.
AI giúp được ở bước nhận diện: mô tả chi tiết, ảnh chụp mặt gãy đã bỏ nhãn mác, hỏi AI các khả năng về loại hợp kim và phương án làm lại. Tuy vậy, kết luận về mác hợp kim phải dựa trên tài liệu của nhà sản xuất máy hoặc phân tích thành phần, không dựa trên phán đoán từ ảnh.
Dùng AI soát lựa chọn mác nhôm
AI là người hỏi vặn tốt khi bạn đã có lựa chọn ban đầu. Quy trình gợi ý:
- Mô tả chi tiết và điều kiện làm việc, đã bỏ tên khách. Câu lệnh mẫu: "Tấm đế đồ gá kích thước khoảng 400 nhân 300, dày 25, phay nhiều hốc một mặt, yêu cầu phẳng, có taro ren lắp chốt định vị, làm việc trong nhà xưởng khô. Đang định dùng 6061. Hãy nêu rủi ro, trạng thái vật liệu nên đặt và các câu hỏi cần làm rõ. Không đưa số liệu cơ tính."
- Đọc câu trả lời, gạch những gì không liên quan, và kiểm lại các điểm kỹ thuật bằng tài liệu nhà cung cấp hoặc sổ tay vật liệu, nhất là khả năng hàn và bán kính uốn.
- Nếu AI đề xuất đổi mác, hỏi tiếp: đổi thì được gì, mất gì về gia công, hàn, anod và chống ăn mòn. Một đề xuất không nói được cái mất là đề xuất chưa đủ.
- Khi đặt phôi, ghi đủ mác, trạng thái, kích thước, yêu cầu chứng chỉ. Nhờ AI chuẩn hoá đơn đặt vật tư cho khỏi thiếu.
- Lưu nhận xét sau gia công, như cong bao nhiêu, dao mòn ra sao, vào hồ sơ vật liệu của xưởng.
AI hay trả lời "7075 bền hơn nên tốt hơn" khi bạn hỏi so sánh chung chung. Bền hơn chỉ là một tiêu chí; với chi tiết cần hàn hay chịu ẩm, đó lại là lựa chọn kém.
Xử lý bề mặt nhôm sau gia công
Anod hoá là cách xử lý bề mặt phổ biến nhất cho chi tiết nhôm: tạo lớp ô-xít nhôm dày hơn lớp tự nhiên bằng điện hoá, tăng chống mài mòn, chống ăn mòn và cho phép nhuộm màu. Lớp anod thường làm kích thước tăng nhẹ, vì một phần lớp phát triển ra ngoài bề mặt ban đầu, nên lỗ lắp chính xác và ren cần được tính trước hoặc che lại. Anod cứng tạo lớp dày và cứng hơn, dùng cho bề mặt trượt.
Mỗi mác nhôm cho màu anod khác nhau: dòng 6xxx cho màu đều, đẹp; 7075 có thể ra màu hơi khác; các hợp kim có nhiều si-lic hay đồng thường cho lớp anod sẫm hoặc kém đều. Nếu sản phẩm có nhiều chi tiết từ nhiều mác lắp cạnh nhau và cần cùng màu, hãy hỏi xưởng anod trước, đừng đợi đến lúc lắp mới thấy lệch.
Ngoài anod còn có sơn tĩnh điện, mạ hoá học, phủ chuyển hoá. Lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu dẫn điện bề mặt, màu, chống mài mòn và môi trường. Bài về xử lý bề mặt chi tiết thép trong cùng danh mục bàn kỹ hơn các nguyên lý chung về lớp phủ và ăn mòn điện hoá.
Câu hỏi thường gặp
Nhôm 6061 và 6063 khác nhau thế nào?
Cùng dòng ma-giê – si-lic nhưng 6061 có hàm lượng hợp kim cao hơn nên bền hơn, hợp làm chi tiết máy. 6063 bền thấp hơn nhưng ép đùn dễ, bề mặt đẹp, anod rất đều, nên dùng nhiều cho thanh định hình, khung cửa, tản nhiệt.
Có nên dùng nhôm thay thép cho đồ gá không?
Đồ gá nhôm nhẹ, gia công nhanh, hợp với đồ gá cầm tay, đồ gá cho máy nhỏ và chi tiết lực cắt vừa. Với vị trí chịu mài mòn, lực kẹp lớn hoặc cần độ cứng vững cao, thường dùng thép hoặc gắn thêm bạc, tấm thép ở điểm tỳ.
Nhôm 7075 có anod được không?
Anod được và khá phổ biến. Tuy vậy màu sau anod có thể khác chút so với 6061, và lớp anod không thay được việc bảo vệ chống ăn mòn kỹ hơn ở môi trường khắc nghiệt, vì 7075 vốn chống ăn mòn kém hơn.
Làm sao biết tấm nhôm là 6061 hay 5052?
Bằng mắt hầu như không phân biệt được. Căn cứ chính là chứng chỉ và ký hiệu in trên tấm từ nhà máy. Khi nghi ngờ, máy phân tích thành phần cầm tay hoặc gửi mẫu phòng thử nghiệm cho kết quả đáng tin.
Vì sao chi tiết nhôm phay xong để một hôm lại cong?
Thường do ứng suất dư trong phôi được giải phóng khi lấy bỏ nhiều vật liệu, nhất là phay hốc một phía. Đặt tấm trạng thái đã khử ứng suất như T651, gia công thô hai mặt và để lượng dư đều trước lượt tinh giúp giảm hiện tượng này.
Nhôm có bị gỉ không?
Nhôm không gỉ đỏ như thép, nhưng vẫn bị ăn mòn, nhất là trong môi trường muối, kiềm hoặc khi tiếp xúc kim loại khác trong điều kiện ẩm. Biểu hiện thường là lớp bột trắng hoặc vết rỗ. Chọn mác phù hợp và xử lý bề mặt đúng sẽ kéo dài tuổi thọ chi tiết.