Chọn vật liệu kim loại tấm: Thép, Nhôm, Thép không gỉ và hơn thế nữa

Lựa chọn vật liệu là quyết định duy nhất ảnh hưởng đến mọi quy trình downstream — tốc cắt, bán kính uốn, thông số hàn, tùy chọn xử lý bề mặt và tất nhiên, chi phí đơn vị. Các kỹ sư thường mặc định 'thép nhẹ' hoặc 'nhôm' mà không chỉ rõ hợp kim và độ cứng, buộc gia công phải đưa ra giả định có thể không phù hợp với ứng dụng. Hướng dẫn này bao gồm năm họ hợp kim được sử dụng phổ biến nhất trong gia công kim loại tấm, với thông số kỹ thuật bạn cần để đưa ra quyết định sáng suốt.

Thép cán nguội (CRS) và thép cán nóng (HRS) chiếm đa số chi tiết kim loại tấm trên thế giới. CRS có bề mặt mịn (Ra 0.8–1.6 µm), dung sai độ dày chặt (±0.05 mm) và khả năng định hình xuất sắc. HRS rẻ hơn nhưng có lớp-scale, dung sai lỏng hơn và bề mặt thô hơn. Với hầu hết vỏ bọc, giá đỡ và tấm cấu trúc, CRS ở SPCC hoặc tương đương ASTM A36 là lựa chọn mặc định.

• Quy cách phổ biến có sẵn: 0.5, 0.8, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0 mm
• Độ bền chảy: 200–280 MPa (CRS) tùy phẩm cấp và độ cứng
• Bán kính uốn tối thiểu: 0.5T–1T (vuông góc với sớ gỗ)
• Cắt laser: xuất sắc — hấp thụ cao tại 1064 nm, cạnh sạch với hỗ trợ oxy
• Yêu cầu xử lý bề mặt để chống ăn mòn: sơn tĩnh điện, mạ kẽm hoặc sơn phủ
• Chi phí: thấp nhất trong các kim loại tấm phổ biến ($0.80–$1.50/kg cho quy cách tiêu chuẩn)

Các hợp kim thép không gỉ chứa ít nhất 10.5% crom, tạo ra lớp oxit thụ động chống ăn mòn trong môi trường khí quyển, nước ngọt và nhiều môi trường hóa chất. Hai phẩm cấp phổ biến nhất trong công việc kim loại tấm là 304 (austenitic, đa dụng) và 430 (ferritic, chi phí thấp hơn). 316 được chỉ định cho ứng dụng hàng hải, hóa chất hoặc y tế nơi chống clo là then chốt.

• 304 (1.4301): khả năng định hình xuất sắc, không từ tính khi tôi luyện, 515 MPa UTS
• 316 (1.4401): thêm molypden để chống clo, 515 MPa UTS
• 430 (1.4016): ferritic, từ tính, chi phí thấp hơn, 450 MPa UTS — khả năng hàn hạn chế
• Tùy chọn bề mặt: 2B (mờ), No.4 (chải), gương, phun cát
• Bán kính uốn tối thiểu: 0.5T (304 tôi luyện) đến 4T (304 độ cứng cao)
• Chi phí: 2.5–4× thép nhẹ — chủ yếu do hàm lượng niken và crom

Tấm nhôm có mật độ khoảng một phần ba so với thép (2.7 so với 7.85 g/cm³) với lớp oxit tự nhiên cung cấp khả năng chống ăn mòn trung bình mà không cần lớp phủ. Các hợp kim tấm phổ biến nhất là 5052 (khả năng định hình tốt, cấp hàng hải), 6061 (cường độ cao hơn, có thể xử lý nhiệt) và 3003 (đa dụng, chi phí thấp). Nhôm cắt cực nhanh trên laser fiber và uốn dễ dàng khi chọn đúng độ cứng.

• 5052-H32: mặc định cho chi tiết được tạo hình — kéo dài tốt (10–12%, thay đổi theo độ dày theo ASTM B209), chống ăn mòn xuất sắc
• 6061-T6: cường độ cao hơn (276 MPa chảy) nhưng khả năng định hình hạn chế — bán kính uốn tối thiểu 2T–4T
• 3003-H14: nhôm chi phí thấp nhất, cường độ trung bình, tốt cho tấm không cấu trúc
• Tương thích anodizing: 5052 và 6061 anodize tốt; 3003 cho màu không đồng đều
• Cắt laser: phản xạ cao tại 1064 nm — yêu cầu nguồn fiber 2+ kW; cắt sạch với hỗ trợ nitơ
• Chi phí: 1.5–2.5× thép nhẹ — thay đổi đáng kể theo hợp kim và độ cứng

Đồng (C110) được chỉ định khi yêu cầu dẫn điện hoặc dẫn nhiệt — thanh busbar, tản nhiệt và chống RF. Thau (C260, C2680) được chọn cho ứng dụng trang trí và khả năng gia công. Cả hai đều đắt hơn đáng kể so với thép hoặc nhôm và yêu cầu thông số laser điều chỉnh do phản xạ cao.

• Đồng C110: độ dẫn 101% IACS, 220 MPa UTS, khả năng định hình xuất sắc
• Thau C260: thau đạn 70/30, 325 MPa UTS, đặc tính hồi spring-back tốt
• Cắt laser: yêu cầu fiber công suất cao (4+ kW tối thiểu) do phản xạ tại 1064 nm
• Bề mặt: đồng phát triển patina tự nhiên; lacquer trong suốt hoặc mạ thiếc giữ màu
• Chi phí: 4–8× thép nhẹ — giá đồng biến động và phụ thuộc hàng hóa

Bảng dưới đây so sánh các hợp kim được chỉ định phổ biến nhất trên các chỉ tiêu gia công và hiệu suất chính.

Bán kính uốn thường là yếu tố quyết định trong lựa chọn vật liệu. Vật liệu có khả năng chống ăn mòn xuất sắc cũng vô dụng nếu bị nứt ở góc uốn mà thiết kế yêu cầu. Bảng dưới đây cho bán kính uốn trong tối thiểu cho các hợp kim và độ dày phổ biến, giả định uốn vuông góc với phương cán.