Aluminium 2011: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Komprehensif

Alloy 2011 termasuk dalam seri 2xxx dari paduan aluminium tembaga yang dibentuk dan biasa disebut sebagai varian dengan kemampuan mesin yang baik dari keluarga yang mengandung Cu. Komposisinya berfokus pada kandungan tembaga yang signifikan yang ditambah dengan sedikit penambahan sengaja timbal dan/atau bismut untuk mendukung pemecahan serpihan dan kemampuan mesin yang luar biasa. Mekanisme pengerasan utamanya adalah pengerasan presipitasi yang dapat perlakuan panas (perlakuan panas larutan diikuti dengan quenching dan penuaan buatan), meskipun kondisi pada suhu ruangan dan pengerasan kerja banyak digunakan untuk operasi pembentukan dan pemesinan.

Ciri utama 2011 meliputi kemampuan mesin yang tinggi, kekuatan yang cukup tinggi untuk paduan yang biasa setelah temper yang sesuai, ketahanan korosi sedang relatif terhadap aluminium murni, dan keterbatasan kemampuan las dalam banyak kondisi karena adanya inklusi dengan titik leleh rendah. Industri tipikal yang memanfaatkan 2011 adalah otomotif, konektor listrik/elektronik, komponen presisi hasil mesin, dan perangkat keras konsumen di mana diperlukan pemesinan volume tinggi. Insinyur memilih 2011 ketika proses produksi mengutamakan siklus pemesinan yang cepat dan stabil serta keseimbangan kekuatan-terhadap-biaya yang baik, dengan menerima kompromi dalam performa korosi dan kemampuan las dibandingkan dengan keluarga aluminium lainnya.

Pemilihan 2011 sering didorong oleh ekonomi manufaktur dan keinginan untuk menghasilkan komponen bubut atau frais yang kompleks dengan masa pakai alat yang panjang dan pengendalian serpihan yang dapat diprediksi. Pada aplikasi yang membutuhkan kekuatan pasca-pemesinan, paduan ini dapat diperlakukan panas ke gaya T3/T6 untuk meningkatkan sifat luluh dan tarik. Untuk komponen yang memerlukan pembentukan atau pengelasan ekstensif, paduan alternatif dalam seri 5xxx atau 6xxx biasanya lebih disukai.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Sedang	Sepenuhnya dianil; formabilitas terbaik dan peredaman tegangan untuk pengaturan pemesinan
H12	Rendah-Menengah	Sedang	Baik	Sedang	Setengah pengerasan kerja untuk stabilitas lebih saat pemesinan
H14	Menengah	Rendah-Sedang	Cukup	Sedang	Temper drawing umum yang menawarkan kontrol dimensi
H16	Menengah	Rendah	Terbatas	Sedang	Pengerasan kerja lebih berat; digunakan untuk komponen bubut yang kaku
T3	Menengah-Tinggi	Rendah	Terbatas	Buruk	Perlakuan panas larutan, pengerjaan dingin dan penuaan alami; keseimbangan kekuatan dan kestabilan
T4	Menengah-Tinggi	Rendah	Terbatas	Buruk	Perlakuan larutan dan penuaan alami; digunakan saat formasi diikuti pemesinan dibutuhkan
T6	Tinggi	Rendah	Terbatas	Buruk	Perlakuan panas larutan dan penuaan buatan; kekuatan komersial tertinggi untuk 2011

Temper sangat memengaruhi performa 2011 dengan menyeimbangkan kekuatan dan keuletan terhadap kemampuan mesin dan formabilitas. Material yang dianil (O) memberikan karakteristik pembentukan terbaik dan dapat dipengerasan kerja kemudian untuk pengaturan pemesinan, sementara temper T memaksimalkan kekuatan dengan mengorbankan elongasi dan kemampuan pembengkokan.

Pemilihan temper karenanya adalah keputusan manufaktur sekaligus desain: pilih temper O/H saat diperlukan pembentukan atau drawing dalam, dan temper T ketika stabilitas dimensi dan kekuatan statis tinggi setelah pemesinan sangat penting.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	0.4–0.9	Mengontrol perilaku pengecoran/pengerasan; efek minor pada kekuatan
Fe	0.4–0.9	Pengotor umum; membentuk intermetallic yang dapat mempengaruhi kemampuan mesin dan keretakan
Mn	0.4–1.0	Modifikator struktur butir; meningkatkan kekuatan dan ketangguhan
Mg	0.05–0.20	Tingkat rendah; kontribusi pengerasan minor
Cu	4.0–6.0	Elemen penguat utama melalui pengerasan presipitasi
Zn	0.25–0.50	Minor; dapat sedikit meningkatkan kekuatan
Cr	0.05–0.20	Mengontrol struktur butir dan perilaku rekristalisasi
Ti	0.05–0.20	Penghalus butir untuk produk cor dan yang dibentuk
Lainnya (Pb, Bi)	Pb: 0.4–1.6; Bi: 0.4–1.2	Elemen mesin bebas sengaja; membentuk inklusi lunak titik leleh rendah yang membantu pemecahan serpihan

Kandungan tembaga yang tinggi adalah pendorong utama perilaku yang dapat perlakuan panas dari 2011, memungkinkan presipitasi fase Al2Cu (θ') selama penuaan buatan dan menghasilkan kekuatan yang jauh lebih tinggi dibandingkan paduan berbasis aluminium murni atau Mn/Mg. Timbal dan bismut sengaja ditambahkan dalam jumlah terkendali untuk menghasilkan inklusi lunak dengan titik leleh rendah yang mendukung kemampuan mesin dengan mempromosikan segmentasi serpihan; inklusi ini juga menurunkan kemampuan las dan dapat mempengaruhi ketahanan korosi. Elemen minor seperti Mn, Ti, dan Cr digunakan untuk mengontrol ukuran butir dan rekristalisasi, mengoptimalkan keseragaman mekanik dan formabilitas.

Sifat Mekanik

Alloy 2011 menunjukkan rentang perilaku mekanik yang luas tergantung temper, ketebalan, dan pasca-pemrosesan. Dalam kondisi annealed (O), paduan menunjukkan ductilitas baik dan kekuatan sedang, sehingga cocok untuk operasi pembentukan dan pemesinan selanjutnya. Saat perlakuan panas larutan dan penuaan buatan (kondisi seperti T6) dilakukan, 2011 mengembangkan kekuatan luluh dan tarik yang jauh lebih tinggi melalui presipitasi kaya Cu, namun ini mengorbankan elongasi dan keuletan pembengkokan.

Performa kelelahan 2011 sedang dan sangat sensitif terhadap hasil permukaan, bekas mesin, dan tegangan sisa; permukaan hasil mesin dan dipoles secara signifikan memperpanjang umur kelelahan. Perilaku ketebalan besar mungkin berkurang dibandingkan ketebalan tipis karena laju quench yang lebih lambat dan penuaan yang tidak merata; bagian dengan diameter batang atau batang besar dapat menunjukkan kekuatan dan ketangguhan lebih rendah jika quench dan penuaan tidak dioptimalkan.

Properti	O/Annealed	Temper Utama (T6/T3)	Catatan
Kekuatan Tarik	95–160 MPa	310–380 MPa	Nilai tegangan tarik tergantung ketebalan penampang dan siklus penuaan
Kekuatan Luluh	50–110 MPa	240–330 MPa	Kekuatan luluh meningkat signifikan setelah perlakuan larutan + penuaan
Elongasi	18–30%	6–12%	Ductilitas menurun seiring peningkatan temper/kekuatan yang diinginkan
Kekerasan (HB)	30–60 HB	100–140 HB	Kekerasan Brinell naik pada temper perlakuan panas; berkorelasi dengan kekuatan tarik

Sifat Fisik

Properti	Nilai	Catatan
Kerapatan	2.78 g/cm³	Sedikit lebih tinggi daripada beberapa paduan aluminium‑magnesium karena kandungan tembaga
Rentang Leleh	~500–640 °C	Eutektik dan pencairan lokal dipengaruhi oleh inklusi Pb/Bi dan fase kaya Cu
Konduktivitas Termal	100–140 W/m·K	Lebih rendah dibandingkan aluminium murni karena paduan dan inklusi; bervariasi sesuai temper
Konduktivitas Listrik	~30–40% IACS	Jauh berkurang dibandingkan aluminium murni komersial karena Cu dan Pb/Bi
Kalor Spesifik	~0.88–0.92 J/g·K	Tipeikal untuk paduan aluminium dekat suhu ruangan
Koefisien Ekspansi Termal	23–24 µm/m·K	Koefisien khas untuk paduan aluminium yang dibentuk

Dari segi fisik, 2011 berperilaku seperti paduan aluminium kekuatan menengah lainnya namun konduktivitas termal dan listriknya berkurang akibat paduan dan elemen mesin bebas. Kerapatan sedikit lebih tinggi dibanding banyak paduan 5xxx/6xxx karena beban tembaga; desainer harus memperhitungkan ini pada aplikasi yang kritis terhadap berat. Pemrosesan termal harus dikontrol untuk menghindari pencairan lokal fase Pb/Bi selama perlakuan panas atau operasi pengelasan, serta untuk memastikan sifat mekanik yang konsisten di seluruh ketebalan penampang.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis (Sheet)	0.5–6.0 mm	Kekuatan terbatas oleh ketebalan; kemampuan bentuk baik pada temper O	O, H14, H16	Digunakan untuk bagian cetakan dangkal dan komponen trim
Plat Tebal (Plate)	6–25 mm	Bagian tebal menunjukkan sensitivitas quench yang lebih rendah	O, T3	Kurang umum; memerlukan perlakuan panas yang teliti
Ekstrusi	4–80 mm (profil)	Sifat tergantung pada penampang dan proses quench	O, T4, T6	Profil untuk komponen yang diolah mesin dan bagian struktural
Pipa	Ketebalan dinding 1–20 mm	Stabilitas dimensi baik; kemampuan mesin tetap terjaga	O, H14	Digunakan untuk fitting dan komponen bubut
Batang/Batang Bulat	Diameter 3–100 mm	Bentuk paling umum untuk pemesinan berkecepatan tinggi	O, H12, H14, T3/T6	Preferred untuk pemesinan baut dan bagian bubut karena kontrol serbuk yang konsisten

Plat tipis dan plat tebal terutama diproses untuk pembentukan dan bagian struktural ringan, sedangkan batang dan batang bulat adalah bentuk dominan untuk pemesinan otomatis volume tinggi karena karakteristik free-machining 2011 paling optimal dieksploitasi pada komponen bubut atau frais. Ekstrusi menyediakan penampang kompleks tetapi memerlukan operasi quench/pematangan yang teliti untuk mencapai temper T yang seragam. Bagian tebal membutuhkan pendinginan lebih lambat atau siklus penuaan yang dimodifikasi untuk menghindari titik lunak dan memastikan hasil mekanik yang dapat direproduksi.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	2011	USA	UNS A92011; sering dirujuk dalam spesifikasi Amerika Utara
EN AW	—	Eropa	Tidak ada padanan langsung EN AW karena kimia free-machining tanpa Pb/Bi; substitusi memerlukan validasi proses
JIS	A2011	Jepang	Designasi serupa ada di JIS tetapi kontrol komposisi dan batas Pb/Bi bisa berbeda menurut spesifikasi
GB/T	2A01	China	Standar lokal mungkin mencantumkan paduan Cu free-machining yang sebanding; pemeriksaan komposisi penting

Tidak ada padanan internasional satu-satu yang sempurna untuk 2011 karena banyak standar membatasi atau melarang tambahan timbal dan bismut demi alasan lingkungan dan kesehatan. Jika perlu substitusi, engineer sering memilih grade free-machining dengan paduan berbeda (misalnya varian 2011A bebas timbal atau paduan Cu lain) sambil memverifikasi kemampuan mesin, perilaku korosi, dan respons perlakuan panas. Sertifikat material dan laporan uji pabrik harus diperiksa dengan seksama saat pengadaan di luar wilayah standar asal.

Ketahanan Korosi

Ketahanan korosi atmosferik 2011 bersifat sedang dan tergantung temper serta permukaan akhir; paduan membentuk lapisan pelindung Al2O3 tetapi intermetalik kaya tembaga serta inklusi Pb/Bi menciptakan situs mikro-galvani yang dapat mempercepat serangan lokal. Di lingkungan urban atau dalam ruangan, paduan berperforma cukup baik jika dilindungi dengan pelapis, anodizing, atau cat; namun jika tidak diberi lapisan akan lebih rentan terhadap pitting dan korosi celah dibandingkan paduan seri 5xxx atau 6xxx.

Dalam lingkungan laut atau yang mengandung klorida tinggi, 2011 menunjukkan performa yang buruk dibanding paduan Al-Mg (5xxx) dan banyak paduan 6xxx, dengan pitting yang dipercepat dan potensi eksfoliasi pada permukaan yang terkena tekanan. Uji semprotan garam dan rendaman jangka panjang sering mengindikasikan perlunya tindakan protektif dan substitusi paduan untuk komponen yang terus-menerus terekspos lingkungan laut.

Sensitivitas retak korosi tegangan lebih tinggi dibandingkan paduan rendah Cu; tegangan residual tarik yang dipadukan dengan lingkungan korosif dapat menghasilkan serangan intergranular di depan ujung retakan, terutama pada bagian overaged atau perlakuan yang kurang tepat. Secara galvanik, 2011 anodis terhadap baja tahan karat umum dan logam mulia, sehingga strategi isolasi atau anoda korban disarankan saat kontak dengan logam berbeda tidak dapat dihindari.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Las

Pengelasan 2011 umumnya sulit karena keberadaan inklusi timbal dan bismut yang memicu porositas dan pencairan lokal saat pengelasan fusi. Proses TIG/MIG standar sering menghasilkan lasan yang lemah dan berpori serta pelunakan zona pengaruh panas (HAZ) yang signifikan; oleh karena itu pengelasan biasanya dihindari untuk sambungan kritikal atau memerlukan filler alloy dan kontrol proses yang sudah dipra-kualifikasi. Jika pengelasan tak terhindarkan, penggunaan teknik panas masukan rendah, pelindung belakang, serta filler khusus (Al-Cu yang kompatibel) dapat mengurangi risiko retak panas dan kehilangan integritas, meski tidak menghilangkannya sepenuhnya.

Kemampuan Mesin

Kemampuan mesin adalah keunggulan utama fabrikasi 2011, dengan peringkat tertinggi di antara paduan aluminium komersial berkat tambahan Pb/Bi yang memfasilitasi chip pendek yang mudah dikontrol dan gaya potong rendah. Peralatan carbide dengan sudut pahat positif, baja kecepatan tinggi untuk volume lebih rendah, dan pelapisan modern (TiN/TiAlN) memberikan masa pakai alat yang sangat baik pada kecepatan potong tinggi. Praktik umum menggunakan kecepatan makan tinggi, kedalaman potong sedang, serta breaker chip atau geometri peralatan tersegmentasi untuk memaksimalkan pemutusan chip dan meminimalkan pengerasan permukaan.

Kemampuan Bentuk

Pembentukan terbaik dilakukan pada temper annealed O dimana keuletan dan elongasi maksimal; radius tekuk 2–4× tebal dapat dicapai pada plat tipis temper O tanpa retak. Pengolahan dingin dan temper T sangat mengurangi kemampuan bentuk dan meningkatkan pantulan pegas, sehingga formasi bertahap atau bina hangat lebih disukai untuk geometri kompleks. Penarikan dalam dan peregangan ekstensif memungkinkan pada temper lunak O/H tapi terbatas pada temper T dimana retak dan performa tekuk buruk lebih mungkin terjadi.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan Cu yang dapat diberi perlakuan panas, 2011 merespon perlakuan larutan (solutionizing) dan pemanasan penuaan konvensional, meski tambahan Pb/Bi mempersulit perpindahan panas dan perilaku titik leleh. Perlakuan larutan biasanya dilakukan pada suhu sekitar 495–520 °C untuk melarutkan Cu ke dalam larutan padat, diikuti dengan quenching cepat untuk mempertahankan matriks jenuh super; perhatian harus diberikan agar tidak terbentuk fase titik leleh rendah lokal dan mengelola deformasi.

Penuaan buatan untuk sifat tipe T6 umum dilakukan pada suhu 150–190 °C selama beberapa jam untuk mengendapkan partikel Al2Cu halus, secara dramatis meningkatkan kekuatan luluh dan tarik. Penuaan alami dan kondisi seperti T3 (larutan, pengerjaan dingin, penuaan alami) memberikan set properti menengah dengan kontrol dimensi lebih baik. Overaging menurunkan kekuatan puncak tetapi dapat memperbaiki ketahanan retak korosi; karena kandungan free-machining, jadwal penuaan mungkin perlu disesuaikan dari paduan Al-Cu standar untuk menghindari pengerasan inklusi yang berlebihan.

Untuk temper non-heat-treatable, pengerasan kerja (temper H) dipakai untuk menaikkan kekuatan dan stabilitas; annealing hingga temper O melunakkan material sepenuhnya untuk pembentukan atau untuk meredakan tegangan sisa sebelum pemesinan presisi.

Performa Suhu Tinggi

2011 mengalami penurunan kekuatan signifikan pada suhu tinggi, dengan properti mekanik memburuk cepat di atas sekitar 150–200 °C karena endapan berbasis Cu menggumpal dan larut. Pemakaian terus-menerus dekat atau di atas suhu penuaan buatan dapat menyebabkan overaging, pelunakan, dan ketidakstabilan dimensi; oleh karena itu penggunaan suhu tinggi berkelanjutan tidak direkomendasikan.

Oksidasi dibatasi oleh oksida aluminium pelindung tetapi pada suhu tinggi keberadaan tembaga dapat memicu reaksi antarmuka lebih agresif dan pembentukan skala saat siklus pemanasan. Zona pengaruh panas saat pengelasan atau pemanasan lokal sangat rentan terhadap pelunakan dan ketidakhomogenan mikrostruktur, yang mengurangi ketahanan creep dan kelelahan di zona panas.

Perancang dianjurkan membatasi suhu operasi jangka panjang di bawah rentang penuaan untuk temper yang dimaksud dan melakukan pengujian spesifik aplikasi ketika siklus panas pendek atau suhu tinggi berselang diperkirakan.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa 2011 Digunakan
Otomotif	Pengikat, fitting mesin kecil	Kemampuan mesin kecepatan tinggi yang sangat baik mengurangi waktu siklus dan biaya
Elektronik	Rumah konektor, badan terminal	Mudah dimesin, konduktivitas memadai, dan bisa dilapisi untuk konduktivitas/kontak
Peralatan Konsumen	Sekrup, kenop, trim dekoratif	Hasil permukaan baik dan ekonomi produksi cepat-putar
Peralatan & Mesin	Bushing, baut presisi bubut	Stabilitas dimensi dan kemampuan mencapai toleransi ketat pasca pemesinan

2011 paling sering dipilih untuk bagian yang diproduksi dalam volume tinggi dengan pembubutan, pengfraisan, atau pengeboran dimana kemampuan mesin sangat berdampak pada biaya per unit. Ketika dilapisi atau diberi pelapis, 2011 dapat berfungsi dalam peran listrik atau dekoratif dimana performa dasar mencukupi dan finishing memberikan properti korosi atau konduktivitas yang dibutuhkan.

Wawasan Pemilihan

Pilih 2011 ketika prioritas manufaktur mengutamakan kemampuan mesin yang sangat tinggi, waktu siklus pendek, dan kekuatan pasca-mesin yang memadai setelah perlakuan tempering yang tepat. Keunggulan biaya dan kemampuan mesin dari aluminium 2011 sangat menarik untuk komponen putar bervolume tinggi dan bodi konektor listrik dimana pelapisan atau coating dapat mengkompensasi keterbatasan ketahanan korosinya.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), 2011 menukar konduktivitas listrik/termal yang lebih rendah dan kemampuan bentuk yang sedikit menurun dengan kekuatan dan kemampuan mesin yang lebih baik. Dibandingkan dengan paduan pengerasan dingin seperti 3003 atau 5052, 2011 memberikan kekuatan yang lebih tinggi setelah perlakuan panas tetapi memiliki ketahanan korosi dan kemampuan las yang lebih rendah. Jika dibandingkan dengan paduan 6xxx yang dapat diperlakukan panas (6061/6063), 2011 dapat dipilih ketika karakteristik mesin bebas dan aspek ekonomi produksi lebih diutamakan daripada kekuatan puncak yang lebih tinggi dan ketahanan korosi yang lebih baik dari paduan 6xxx.

Bagi pembeli dan engineer, trade-off utama adalah kemampuan mesin versus ketahanan korosi dan kemampuan pengelasan; jika pengelasan atau pemakaian di lingkungan agresif diperlukan, pertimbangkan paduan alternatif atau mitigasi dengan pelapisan dan strategi isolasi desain.

Ringkasan Penutup

Paduan 2011 tetap menjadi andalan untuk aplikasi pemesinan presisi bervolume tinggi dimana kimia bebas-mesinnya memberikan efisiensi manufaktur luar biasa dan kekuatan memadai setelah perlakuan panas. Meskipun mengandung kompromi dalam ketahanan korosi dan pengelasan, keunggulan ekonomis dan produktivitasnya menjaga relevansinya untuk banyak komponen otomotif, elektronik, dan perangkat keras konsumen ketika praktik desain dan finishing yang tepat diterapkan.