Aluminium 2014: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

Alloy 2014 adalah anggota dari seri 2xxx dari paduan aluminium-tembaga yang ditempa, di mana tembaga adalah elemen paduan utama yang digunakan untuk meningkatkan kekuatan melalui pengerasan presipitasi. Ini adalah paduan yang dapat diperlakukan secara panas yang merespons dengan baik terhadap perlakuan larutan, quenching, dan penuaan buatan untuk mengembangkan kekuatan tinggi dibandingkan dengan banyak keluarga aluminium lainnya.

Elemen paduan utama adalah tembaga (biasanya sekitar ~3,9–5,0 wt%), dengan penambahan mangan, magnesium, dan krom dalam jumlah lebih sedikit untuk mengendalikan struktur butir dan kekuatan. Paduan ini mencapai performa mekaniknya melalui pembentukan presipitat halus Al2Cu (θ) selama penuaan, dikombinasikan dengan pengerjaan dingin jika diperlukan, menghasilkan kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang tinggi dengan mengorbankan sedikit keuletan dan ketahanan korosi.

Ciri utama meliputi kekuatan yang sangat tinggi untuk paduan aluminium yang ditempa, ketahanan korosi yang sedang hingga rendah pada lingkungan agresif, kemampuan pengelasan terbatas tanpa prosedur khusus, dan kemampuan pembentukan sedang pada temper lunak. Industri tipikal yang menggunakan 2014 adalah industri dirgantara untuk fitting struktural dan pengecoran tempa, pertahanan dan perlengkapan militer, komponen kekuatan tinggi di bidang transportasi, dan aplikasi mesin khusus di mana rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi menjadi kritis.

Perancang memilih 2014 ketika kekuatan dan ketahanan lelah (dalam kondisi perlakuan panas) lebih diprioritaskan dibanding kemudahan pembentukan dan konduktivitas mentah, atau ketika kombinasi kekuatan statis tinggi dan kemudahan mesin diperlukan. Trade-off-nya adalah ketahanan korosi yang lebih rendah secara umum dan performa pengelasan yang berkurang dibandingkan dengan paduan seri 5xxx dan 6xxx, sehingga pemilihan sangat tergantung pada konteks aplikasi.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Regangan	Formabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Annealed penuh; paling mudah dibentuk dan diikat, kekuatan terendah
H14	Sedang	Sedang	Baik (terbatas)	Menantang	Dikeraskan secara strain; kekuatan sedang melalui pengerjaan dingin
T5	Sedang-Tinggi	Sedang-Rendah	Cukup	Buruk-Sedang	Didinginkan dari pengerjaan panas dan dipenuaan secara buatan; stabilitas dimensi baik
T6	Tinggi	Rendah	Terbatas	Buruk	Dirawat dengan perlakuan larutan panas dan penuaan buatan; kekuatan puncak
T651	Tinggi	Rendah	Terbatas	Buruk	T6 dengan pelepasan tegangan melalui peregangan; umum untuk pengecoran tempa dirgantara

Penunjukan temper memiliki dampak besar pada perilaku mekanik dan fabrikasi 2014: material annealed (O) bersifat ulet dan mudah dibentuk sementara kondisi T6/T651 memaksimalkan kekuatan dengan mengorbankan regangan dan kemampuan bentuk. Pengelasan dan prosedur penyambungan bersuhu tinggi lebih mungkin menghasilkan zona lunak dan perubahan mikrostruktur pada temper penuaan puncak, sehingga desain dan perlakuan pasca-las harus direncanakan dengan tepat.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.5	Impuritas minor; Si rendah membantu mempertahankan ketangguhan
Fe	≤ 0.7	Impuritas umum; Fe berlebih dapat membentuk intermetalik yang mengurangi keuletan
Mn	0.4–1.2	Mengecilkan struktur butir dan meningkatkan kekuatan/ketangguhan
Mg	0.2–0.8	Berperan dalam pengerasan penuaan bersama dengan Cu
Cu	3.9–5.0	Elemen penguat utama (membentuk presipitasi Al2Cu)
Zn	≤ 0.25	Minor; Zn lebih tinggi tidak biasa untuk seri 2xxx
Cr	0.1–0.4	Mengendalikan rekristalisasi dan pertumbuhan butir selama proses termal
Ti	≤ 0.15	Pengeras butir untuk produk cor dan tempa
Lainnya	≤ 0.15 (masing-masing)	Mencakup elemen jejak dan residu; sisanya aluminium

Tembaga adalah elemen krusial yang menggerakkan respons pengerasan penuaan paduan melalui pembentukan presipitasi Al2Cu yang tersebar halus. Mangan dan krom berperan terutama sebagai aditif mikro-paduan untuk mengendalikan struktur butir dan mengurangi pelunakan selama paparan termal. Kombinasi elemen-elemen ini menyediakan keseimbangan antara mikrostruktur yang dapat dikeraskan dan kemampuan mesin sambil mengurangi sebagian ketahanan korosi yang berhubungan dengan paduan aluminium murni.

Sifat Mekanik

Dalam perilaku tarik, paduan menunjukkan ketergantungan kuat pada temper: 2014 annealed (O) menunjukkan lengkung tarik yang ulet dengan kekuatan tarik maksimum (UTS) sedang, sementara T6/T651 menunjukkan UTS tinggi dan kekuatan luluh nyata. Regangan hingga kegagalan menurun secara signifikan dalam kondisi penuaan puncak, biasanya dari regangan persentase dua digit tengah pada kondisi O menjadi nilai satu digit pada T6. Ketebalan dan proses sebelumnya (ekstrusi, rolling, forging) lebih lanjut mempengaruhi perilaku pengerasan kerja dan gradien kekuatan sisa di seluruh penampang.

Kekerasan mengikuti tren yang sama dengan sifat tarik, dengan pembacaan kekerasan Brinell atau Rockwell jauh lebih tinggi pada T6/T651 dibandingkan dengan temper O atau H. Performa lelah dari 2014 dalam kondisi T6 secara umum baik untuk paduan aluminium saat permukaan selesai dengan baik dan tegangan sisa kompresif ada; namun, korosi-lelah dan keretakan akibat tegangan-korosi dapat membatasi umur lelah dalam lingkungan layanan. Bagian yang lebih tebal dapat mempertahankan kekuatan sisa lebih tinggi dalam layanan, tetapi penumpukan tegangan sisa dan ketidakseragaman mikrostruktur juga dapat memengaruhi ketangguhan patah dan perilaku penyebaran retak.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (T6/T651)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	180–260 MPa	420–480 MPa	UTS meningkat signifikan setelah perlakuan larutan dan penuaan
Kekuatan Luluh (offset 0.2%)	70–150 MPa	340–410 MPa	Kekuatan luluh pada T6 mendekati ratusan MPa kelas menengah/tinggi
Regangan (A%)	20–30%	4–10%	Keuletan berkurang untuk mendapatkan kekuatan pada temper perlakuan panas
Kekerasan (HB)	40–70 HB	120–150 HB	Kekerasan berkorelasi dengan kerapatan presipitat dan temper

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density (Massa Jenis)	2.78 g/cm³	Tipikal untuk paduan aluminium-tembaga yang ditempa
Rentang Peleburan	Solidus ~500–515°C; Liquidus ~635–645°C	Paduan menurunkan temperatur solidus dibandingkan aluminium murni
Konduktivitas Termal	~120–150 W/m·K	Lebih rendah dibanding aluminium murni karena paduan; tergantung temper dan kondisi butir
Konduktivitas Listrik	~30–40 % IACS	Berkurang akibat keberadaan tembaga dan zat terlarut lain dibanding aluminium murni
Kalor Spesifik	~880 J/kg·K (0.88 J/g·K)	Kalor spesifik pada kisaran aluminium
Ekspansi Termal	~23.5–24.0 µm/m·K	Koefisien mirip dengan paduan aluminium lain; perlu desain untuk ekspansi diferensial

Sifat fisik mencerminkan kompromi yang diperkenalkan oleh paduan untuk kekuatan. Konduktivitas termal dan listrik secara substansial berkurang dibandingkan aluminium murni, jadi 2014 biasanya tidak dipilih untuk konduktor utama atau peran heatsink performa tertinggi kecuali kekuatan mekanik adalah kendala utama. Massa jenis tetap rendah dibandingkan baja, memberikan kekuatan spesifik tinggi yang sangat berharga dalam aplikasi dirgantara dan transportasi.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Tempering Umum	Catatan
Sheet	0,3–6,0 mm	Penggulungan menghasilkan sifat yang kuat dan seragam	O, H14, T3, T6	Sheet berketebalan tipis digunakan ketika machining mengikuti pembentukan
Plate	6–100+ mm	Bagian tebal sensitif terhadap laju quench dan tegangan sisa	T6, T651	Plate tebal membutuhkan perlakuan larutan dan pengendalian quench yang cermat
Extrusion	Penampang hingga beberapa ratus mm²	Aliran ekstrusi mempengaruhi distribusi presipitat	O, T5, T6 (setelah perlakuan panas)	Profil kompleks memungkinkan tapi perlakuan panas untuk ekstrusi tebal rumit
Tube	OD hingga beberapa ratus mm	Kualitas pengelasan dan sambungan penting untuk aplikasi tekanan	O, T6	Tabung tarik atau las; kekuatan bervariasi tergantung ketebalan dinding
Bar/Rod	Diameter 5–200 mm	Keseimbangan kemampuan mesin dan kekuatan untuk pengikat/pematrian	O, T6, T651	Umum untuk komponen machinied dan fitting ditempa

Bentuk produk memengaruhi sifat yang dapat dicapai: produk yang lebih tipis mendingin lebih cepat selama quenching, memungkinkan retensi solut supersaturasi yang lebih lengkap sehingga respons penuaan buatan lebih tinggi. Plate dan penempaan berat lebih sensitif terhadap ukuran penampang dan laju quench, sering membutuhkan T651 (direnggangkan dan dipenuaikan) untuk mengelola tegangan sisa. Bentuk ekstrusi dan tarik dapat diproses hingga geometri hampir akhir sebelum perlakuan panas untuk mengontrol distorsi selama siklus quench dan penuaan.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	2014	USA	Penamaan American Aluminum Association yang umum digunakan dalam spesifikasi
EN AW	2014	Eropa	EN AW-2014 setara dengan AA2014 dengan komposisi dan temper serupa
JIS	A2014	Jepang	Penamaan Jepang A2014 sangat sesuai dengan standar AA2014
GB/T	2A14	China	Standar China 2A14 mendekati batas kimia dan mekanik AA2014

Kesetaraan antar standar umumnya dekat dalam spesifikasi kimia dan penamaan temper, namun toleransi yang diperbolehkan, prosedur pengujian, dan batas sifat mekanik bisa sedikit berbeda. Pembeli harus memverifikasi proses tempering (misalnya perbedaan kriteria penerimaan antara T6 dan T651) dan pengujian penerimaan antar standar saat pengadaan internasional untuk menghindari ketidaksesuaian ekspektasi sifat.

Ketahanan Korosi

Dalam layanan atmosfer, 2014 menunjukkan ketahanan korosi sedang; alloy ini berperforma dapat diterima di lingkungan terlindung dan yang sedikit korosif namun lebih rendah dibandingkan paduan Al-Mg seri 5xxx dan Al-Mg-Si seri 6xxx. Kandungan tembaga yang tinggi meningkatkan aktivitas galvanik dan pembentukan sel lokal, sehingga perlindungan dengan pengecatan atau pelapisan disarankan untuk paparan luar ruangan jangka panjang. Perlakuan permukaan, pelapisan cladding (misal Alclad), dan lapisan inhibisi umum digunakan untuk mengurangi korosi umum.

Di lingkungan laut atau yang kaya klorida, paduan 2014 lebih rentan terhadap korosi titik dan korosi celah dibandingkan paduan 5xxx dan 6xxx. Retak karena korosi akibat tegangan (SCC) menjadi perhatian untuk paduan seri 2xxx yang mengandung tembaga di bawah tegangan tarik dan media korosif; temper puncak (T6/T651) sangat rentan dan memerlukan desain serta inspeksi konservatif dalam lingkungan agresif. Desain protektif, pemilihan material, dan pertimbangan katodik/anodik diperlukan saat 2014 digunakan untuk perangkat keras yang berdekatan dengan laut.

Interaksi galvanik harus diperhatikan karena 2014 (dengan potensial sirkuit terbuka lebih tinggi akibat kandungan tembaga) cenderung menjadi katodik terhadap banyak paduan aluminium murni dan anodic terhadap baja tahan karat tergantung elektrolit. Saat dipasangkan dengan logam berbeda, penggunaan material isolasi dan pengikat kompatibel atau pelapis pelindung mengurangi risiko. Dibandingkan dengan paduan seri 7xxx yang berdaya tahan tinggi, 2014 umumnya memiliki ketangguhan lebih baik namun perilaku korosi serupa atau sedikit lebih buruk, sehingga pemilihan sering bergantung pada keseluruhan kompromi kekuatan, ketahanan korosi, dan kebutuhan fabrikasi.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Las

Pengelasan 2014 menantang karena kandungan tembaga tinggi dan mikrostruktur pengerasan presipitasi; pengelasan fusi (MIG/TIG) umumnya menghasilkan pelunakan pada zona pengaruh panas (HAZ) dan dapat menyebabkan retak panas pada kondisi pengendalian buruk. Praktik yang direkomendasikan untuk rakitan yang dilas sering lebih memilih pengikatan mekanis atau perekat; ketika pengelasan diperlukan, paduan pengisi khusus dan perlakuan panas pra/pasca digunakan untuk mengembalikan sifat. Pengelasan resistansi dan brazing bisa menjadi alternatif penyambungan, namun masing-masing harus dikualifikasi untuk performa SCC dan korosi.

Kemudahan Mesin

Paduan 2014 dianggap salah satu paduan aluminium kekuatan tinggi yang mudah dimesin; pada temper T6 dan T651, alloy ini dapat dimesin dengan bersih, hasil permukaan tinggi, dan kontrol dimensi baik. Baja pahat seperti carbide atau carbide berlapis biasa digunakan dengan kecepatan potong sedang dan geometri positif untuk mengatur aliran serpihan dan menghindari built-up edge. Hardening kerja yang relatif rendah dan serpihan stabil meningkatkan produktivitas, namun pendinginan dan pembuangan serpihan penting untuk menjaga umur alat dan integritas permukaan.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk terbaik terdapat pada temper O dan H yang lebih lunak; temper puncak memiliki kelenturan terbatas dan memerlukan radius lebih besar untuk menghindari retak. Radius lentur internal minimum yang direkomendasikan untuk sheet T6 sekitar 3–6× ketebalan tergantung arah dan tooling, sedangkan temper O dapat mendekati 1–3× ketebalan dalam banyak kasus. Pembentukan hangat dan teknik pembentukan bertahap dapat memperbaiki hasil, namun perancang sebaiknya melakukan pembentukan sebelum perlakuan panas akhir ketika kekuatan tinggi dibutuhkan.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan yang dapat diperlakukan panas, 2014 diproses dengan perlakuan larutan, quenching, dan penuaan buatan untuk mengembangkan kekuatan puncak. Suhu perlakuan larutan biasanya sekitar 495–505°C (tergantung ukuran penampang) di mana fasa mengandung tembaga larut ke dalam larutan padat supersaturasi; quenching cepat ke suhu kamar diperlukan untuk mempertahankan solut dalam larutan sebelum penuaan. Laju quench yang tidak tepat pada bagian tebal dapat menghasilkan sifat tidak homogen akibat presipitasi parsial saat pendinginan.

Penuaan buatan (T6) biasanya dilakukan pada suhu antara kira-kira 160–190°C selama beberapa jam untuk mempresipitasi Al2Cu dan fasa terkait dengan distribusi halus yang memaksimalkan kekuatan. Temper T5 (didinginkan dari pengerjaan panas dan dipenuaikan secara artifisial) memberikan stabilitas dimensi baik tanpa perlakuan larutan penuh. T651 menunjukkan perlakuan larutan panas, relaksasi tegangan dengan peregangan, lalu penuaan buatan untuk meningkatkan kelurusan dan mengurangi tegangan sisa; ini umum pada bagian aerospace dan presisi mesin.

Overaging mengurangi kekuatan tetapi dapat meningkatkan ketangguhan dan ketahanan korosi; perancang kadang menentukan temper sub- atau over-aged saat SCC atau relaksasi tegangan menjadi perhatian. Karena zona pengaruh panas (HAZ) pada area las melunak akibat reaksi larutan dan penuaan, perlakuan panas pasca-las atau perbaikan mekanis sering diperlukan untuk mengembalikan performa mekanik asli.

Performa Suhu Tinggi

2014 kehilangan kekuatan tarik dan luluh secara bertahap dengan peningkatan suhu karena presipitat membesar dan larutan padat melunak; kekuatan berguna berkurang signifikan di atas ~150–200°C tergantung temper dan waktu pada suhu tersebut. Paparan jangka panjang pada suhu tinggi dapat menyebabkan overaging signifikan dan kehilangan integritas mekanik, membatasi suhu layanan kontinu pada kisaran sedang untuk aplikasi struktural.

Oksidasi paduan aluminium pada suhu tinggi relatif ringan dibandingkan baja, namun lapisan oksida pelindung dapat terganggu oleh unsur paduan dan siklus termal. HAZ di dekat las mengalami perubahan mikrostruktur selama lonjakan suhu yang dapat membuat area inisiasi retak lebih mungkin di bawah beban siklik atau mekanis. Untuk kebutuhan struktural suhu tinggi, biasanya dipilih paduan khusus dengan ketahanan suhu tinggi lebih baik dibanding 2014.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 2014
Aerospace	Fitting, forging, tulang sayap	Kekuatan terhadap berat tinggi dan performa fatigue yang baik pada kondisi T6/T651
Otomotif	Bracket mesin berkekuatan tinggi, insert struktural	Kekuatan dan kemampuan mesin untuk komponen keselamatan kritis
Defense	Fitting pelindung, dudukan senjata	Kekuatan statis tinggi dan daya tahan di bawah beban
Elektronik	Rangka struktural dan housing berkekuatan tinggi	Stabilitas dimensi dan kemampuan mesin untuk bagian presisi

Alloy 2014 tetap bernilai tinggi ketika aluminium tempa berkekuatan tinggi dibutuhkan dan ketika hasil mesin, stabilitas dimensi, serta ketahanan terhadap fatigue lebih penting daripada ketahanan korosi superior. Kombinasi pengerasan penuaan dan kemampuan mesin yang baik menjadikannya andalan untuk komponen struktural presisi, khususnya di sektor aerospace dan defense.

Wawasan Pemilihan

Gunakan 2014 ketika desain memprioritaskan kekuatan luluh dan tarik tinggi yang dipadukan dengan kemampuan mesin yang baik dan ketika perlakuan panas pasca pembentukan atau kontrol dimensi ketat dapat diterima. Spesifikasikan temper O atau H hanya jika diperlukan pembentukan signifikan sebelum penuaan akhir atau proses mesin.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (misalnya, 1100): 2014 menukar konduktivitas listrik dan termal serta kemudahan pembentukan dengan kekuatan dan ketahanan fatigue yang jauh lebih tinggi. Dibandingkan dengan alloy yang melalui pengerasan kerja umum (misalnya, 3003 / 5052): 2014 menawarkan kekuatan puncak jauh lebih tinggi namun biasanya ketahanan korosi lebih rendah dan pembentukan sedikit lebih sulit. Dibandingkan dengan alloy perlakuan panas umum (misalnya, 6061 / 6063): 2014 sering memberikan kekuatan lebih tinggi pada kondisi T6/T651 untuk aplikasi tertentu, tetapi dengan kompromi kemampuan las dan ketahanan korosi yang berkurang; pilih 2014 ketika kekuatan dan kemampuan mesin lebih diutamakan daripada penalti tersebut.

Pertimbangan praktis dalam pemilihan: evaluasi lingkungan operasi (resiko korosi dan SCC), metode penyambungan/fabrikasi yang dibutuhkan (pengelasan vs sambungan mekanik), dan apakah perlakuan panas pasca fabrikasi atau pelapisan kladding memungkinkan. Untuk pengadaan global, pastikan kesetaraan temper dan standar agar material yang dikirim memenuhi performa mekanik dan ketahanan korosi yang diinginkan.

Ringkasan Akhir

Alloy 2014 tetap menjadi pilihan bernilai tinggi pada aplikasi yang menuntut kombinasi kekuatan tinggi, kemampuan mesin baik, dan karakteristik penuaan yang stabil, khususnya pada perangkat aerospace dan defense. Pengerasan presipitasi yang didorong oleh unsur tembaga memberikan performa struktural yang melampaui banyak alloy tujuan umum, namun perancang harus mengelola perlindungan korosi, prosedur pengelasan, dan perlakuan panas dengan cermat untuk mendapatkan masa pakai optimal.