Aluminium 2017: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Ikhtisar Komprehensif
Alloy 2017 adalah anggota dari seri 2xxx dari paduan aluminium, yang merupakan paduan yang mengandung tembaga dan dapat menjalani perlakuan panas, dioptimalkan untuk kekuatan dan kekakuan tinggi. Sistem kimianya didominasi oleh tembaga sebagai unsur paduan utama, dengan kontribusi sedang dari mangan, magnesium, dan elemen jejak yang memperhalus mikrostruktur serta memengaruhi respon proses.
Penguatan pada 2017 terutama dicapai melalui pengerasan presipitasi (perlakuan larutan, pendinginan cepat, dan penuaan buatan) yang dikombinasikan dengan pengerasan kerja pada beberapa temper; paduan ini mencapai kekuatan luluh dan tarik yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan sebagian besar paduan komersial yang tidak dapat menjalani perlakuan panas. Ciri utama dari 2017 meliputi kekuatan tinggi, kemampuan mesin yang cukup baik, ketahanan korosi sedang dibandingkan dengan paduan aluminium lain, dan keterbatasan formabilitas dalam kondisi penuaan puncak; kemampuan lasnya lebih menantang dibandingkan keluarga 5xxx dan 6xxx dan memerlukan kehati-hatian untuk menghindari pelunakan zona pengaruh panas (HAZ) dan retak panas.
Industri- industri yang umum menggunakan 2017 meliputi dirgantara (fitting, forging, dan komponen struktural), pertahanan, transportasi, komponen presisi hasil mesin, dan beberapa komponen konsumen dengan kekuatan tinggi di mana keseimbangan antara kemampuan mesin dan kekuatan tinggi diperlukan. Engineer memilih 2017 ketika rasio kekuatan terhadap berat tinggi dan kemampuan mesin yang baik dibutuhkan serta saat desain dapat mengakomodasi perlindungan korosi intensif atau ketika penguatan lokal melalui perlakuan panas menguntungkan.
Dibandingkan dengan keluarga aluminium lain, 2017 dipilih dibandingkan paduan yang lebih lunak dan lebih mudah dibentuk ketika prioritasnya adalah kekuatan dan ketahanan lelah. Paduan ini juga dipilih di atas paduan berdaya tahan lebih tinggi tetapi dengan duktibilitas lebih rendah ketika kemampuan mesin dan perilaku penuaan yang dapat diprediksi menjadi pertimbangan desain penting.
Varian Temper
| Temper | Tingkat Kekuatan | Elongasi | Formabilitas | Daya Las | Catatan |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Rendah | Tinggi | Istimewa | Istimewa | Sepenuhnya anil; duktibilitas maksimal untuk pembentukan |
| T4 | Sedang-Tinggi | Sedang | Cukup | Buruk-Sedang | Diproses perlakuan larutan dan penuaan alami; seimbang untuk pengerjaan mesin |
| T6 | Tinggi | Rendah-Sedang | Terbatas | Buruk | Diproses perlakuan larutan dan penuaan buatan untuk kekuatan puncak |
| T651 | Tinggi | Rendah-Sedang | Terbatas | Buruk | T6 dengan relaksasi tegangan melalui peregangan; digunakan untuk stabilitas saat mesin |
| H14 | Sedang | Rendah-Sedang | Terbatas | Buruk-Sedang | Pengerasan mekanis setengah keras; digunakan saat peningkatan kekuatan sedang diperlukan |
| H18 | Sedang-Tinggi | Rendah | Terbatas | Buruk-Sedang | Sepenuhnya keras melalui pengerasan kerja; digunakan untuk aplikasi lembaran khusus |
Temper sangat mempengaruhi trade-off antara kekuatan dan duktibilitas pada 2017. Kondisi anil (O) memberikan formabilitas tertinggi dan menjadi pilihan untuk deep drawing dan pembentukan dingin yang ekstensif, sedangkan T6/T651 mendorong kekuatan ke batas praktis paduan dengan pengorbanan elongasi dan kemampuan pembengkokan.
Kondisi T4 umum digunakan sebagai temper yang dapat dikerjakan mesin karena menawarkan kekuatan lebih tinggi dibandingkan O sambil menghindari kekerasan ekstrim dan penurunan ketangguhan pada T6; temper seri H memberikan peningkatan kekuatan pengerasan kerja secara inkremental yang berguna untuk lembaran dan strip tetapi umumnya kurang seragam dibandingkan temper hasil perlakuan panas.
Komposisi Kimia
| Elemen | Rentang % | Catatan |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.12 | Dijaga rendah untuk menghindari intermetalik rapuh; mengurangi efek fluiditas lelehan |
| Fe | ≤ 0.30 | Unsur pengotor; Fe berlebih membentuk partikel intermetalik keras yang mengurangi duktibilitas |
| Cu | 3.5 – 4.5 | Unsur penguat utama; membentuk presipitat Al2Cu saat penuaan |
| Mn | 0.3 – 0.9 | Memperhalus struktur butir dan meningkatkan ketangguhan; mengurangi anisotropi |
| Mg | 0.2 – 0.8 | Mendukung pengerasan presipitasi bersama Cu dan meningkatkan kekuatan |
| Zn | ≤ 0.25 | Minor; Zn tinggi dapat meningkatkan kerentanan terhadap retak korosi tegangan |
| Cr | 0.10 – 0.25 | Mengontrol rekristalisasi dan struktur butir selama proses termomekanik |
| Ti | ≤ 0.15 | Pemurni butir yang digunakan saat pengecoran dan pemrosesan awal |
| Lainnya | ≤ 0.05 tiap elemen, ≤ 0.15 total | Mencakup elemen jejak dan residu; sisanya adalah aluminium |
Kandungan tembaga yang tinggi adalah ciri kimia utama 2017 dan bertanggung jawab atas sifatnya yang dapat menjalani perlakuan panas serta potensi kekuatan presipitasi yang tinggi. Mangan dan krom sengaja dikontrol untuk memperhalus struktur butir serta menstabilkan kekuatan dan ketangguhan, sedangkan magnesium mengatur kinetika pengerasan usia dan memberikan kontribusi pada kekuatan keseluruhan.
Sifat Mekanik
Dalam perilaku tarik, 2017 menunjukkan kekuatan tarik ultimit yang tinggi dan kekuatan luluh yang tinggi pada temper T6 dan T651 akibat populasi presipitat Al–Cu yang padat. Elongasi secara signifikan berkurang dalam kondisi penuaan puncak, sehingga desain yang sensitif terhadap duktibilitas sering menggunakan temper T4 atau O atau memasukkan relaksasi tegangan/peregangan untuk memulihkan ketangguhan tertentu.
Kekerasan pada 2017 berhubungan erat dengan temper: material anil relatif lunak, sedangkan T6 memberikan kekerasan Brinell/Vickers tinggi yang konsisten dengan setara baja karbon sedang dalam beberapa konteks layanan. Performa lelah mendapat manfaat dari kekuatan statis tinggi tetapi dapat terganggu oleh cacat permukaan, intermetalik kasar, dan lubang korosi; pengendalian proses dan shot peening dapat secara signifikan memperpanjang umur lelah.
Ketebalan dan bentuk produk memengaruhi performa mekanik melalui laju pendinginan dan ukuran butir; bagian yang lebih tipis cenderung memperoleh laju quench yang lebih seragam dan respons penuaan yang lebih konsisten, sedangkan forging dan plat tebal memerlukan siklus perlakuan panas yang disesuaikan untuk menghindari inti lunak yang tetap tertinggal.
| Properti | O/Anil | Temper Kunci (T6/T651) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik (MPa) | ~200 – 250 | ~420 – 490 | Nilai T6 tipikal untuk temper hasil pengerjaan; tergantung ketebalan dan siklus penuaan |
| Kekuatan Luluh (MPa) | ~60 – 120 | ~330 – 370 | Peningkatan substansial dengan perlakuan panas; luluh bisa lebih rendah pada bagian tebal akibat inti lunak |
| Elongasi (%) | ~18 – 25 | ~6 – 12 | Anil menunjukkan duktibilitas tinggi; elongasi T6 berkurang tapi masih dapat diterima untuk banyak bagian hasil mesin |
| Kekerasan (HB) | ~30 – 60 | ~110 – 140 | Rentang kekerasan tergantung proses dan perlakuan penuaan spesifik |
Sifat Fisik
| Properti | Nilai | Catatan |
|---|---|---|
| Density | ~2.78 g/cm³ | Tipikal untuk paduan Al-Cu kekuatan tinggi; sedikit lebih tinggi dari aluminium murni akibat paduan |
| Rentang Leleh | ~500 – 650 °C | Awal leleh ditekan oleh kandungan tembaga dan elemen paduan lain; bukan titik leleh tajam |
| Konduktivitas Termal | ~120 – 150 W/m·K | Lebih rendah dari aluminium murni tetapi cukup untuk banyak aplikasi pengelolaan panas |
| Konduktivitas Listrik | ~28 – 35 % IACS | Menurun relatif terhadap aluminium murni karena keberadaan Cu dan solut lain |
| Kalor Spesifik | ~0.90 kJ/kg·K (≈900 J/kg·K) | Tipikal untuk paduan aluminium pada suhu kamar |
| Koefisien Ekspansi Termal | ~23 – 24 µm/m·K | Koefisien ekspansi termal sebanding dengan paduan aluminium lain; berguna untuk desain komposit |
Konduktivitas termal dan listrik berkurang dibandingkan aluminium murni karena atom solut dan presipitat menghamburkan elektron dan fonon; namun, 2017 mempertahankan konduktivitas yang cukup untuk beberapa aplikasi struktural konduktif. Rentang leleh dan perilaku ekspansi termal harus dipertimbangkan selama pengelasan dan perlakuan panas karena ekspansi diferensial dan fase yang tertahan dapat memengaruhi distorsi dan tegangan sisa.
Bentuk Produk
| Bentuk | Ketebalan/Ukuran Umum | Perilaku Kekuatan | Temper Umum | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Sheet (Pelat Tipis) | 0.3 – 6 mm | Keseragaman yang baik pada ketebalan tipis | O, H14, T4, T6 | Banyak digunakan untuk komponen yang dibentuk dan dimesin; sifat melintang pendek penting |
| Plate (Pelat Tebal) | 6 – 150 mm | Gradien ketebalan mempengaruhi proses quenching dan aging | T4, T6, T651 | Bagian tebal memerlukan waktu solusi yang lama dan metode quench khusus untuk menghindari inti yang lunak |
| Extrusion (Ekstrusi) | Penampang variabel | Anisotropi mekanik tergantung rasio ekstrusi | T4, T6 | Terbatas jika dibandingkan dengan paduan 6xxx tetapi digunakan untuk profil kekuatan tinggi |
| Tube (Tabung) | OD 6 mm – 300 mm | Kekuatan mirip dengan sheet untuk tabung dinding tipis | T4, T6 | Umum untuk komponen struktural dan hidrolik yang memerlukan kemudahan mesin |
| Bar/Rod (Batang) | 3 – 200 mm diameter | Kemudahan mesin sangat baik pada temper T4; kekuatan puncak pada T6 | T4, T6, O | Digunakan untuk pengikat, fitting, dan komponen putar presisi |
Bentuk dan ukuran sangat mempengaruhi sifat akhir produk; produk tipis mengalami quench lebih cepat dan biasanya mencapai kekuatan target dengan lebih andal, sedangkan pelat dan ekstrusi tebal memerlukan pengendalian parameter perlakuan panas yang cermat. Pemilihan bentuk produk harus memperhitungkan proses lanjutan seperti machining, penyambungan, dan finishing permukaan agar menghindari pelunakan zona terpengaruh panas (HAZ) dan mempertahankan toleransi dimensi.
Grade Setara
| Standar | Grade | Wilayah | Catatan |
|---|---|---|---|
| AA | 2017 / 2017A | USA | Penamaan komersial umum; 2017A adalah varian dengan kontrol lebih ketat |
| EN AW | 2017A | Europe | Spesifikasi EN menyelaraskan kimia dan mekanik dengan AA 2017A |
| JIS | A2017 | Japan | Penamaan Jepang konsisten dengan praktik seri Al–Cu tempa |
| GB/T | 2A12 (perkiraan) | China | Sering digunakan sebagai ekuivalen kasar di China; periksa sertifikat pabrik untuk kecocokan tepat |
Standar di berbagai wilayah bertujuan memproduksi material dengan fungsi setara tetapi berbeda dalam toleransi unsur jejak, batas sifat mekanik, dan konvensi penamaan; untuk aplikasi kritis selalu bandingkan sertifikat material spesifik dan lakukan pengujian kualifikasi jika perlu. Sufiks A (2017A) biasanya menandakan kontrol kimia yang lebih ketat untuk meningkatkan konsistensi respon perlakuan panas dan performa kelelahan.
Ketahanan Korosi
Ketahanan korosi atmosfir dari 2017 termasuk sedang dan lebih rendah dibandingkan paduan seri 5xxx (mengandung Mg) dan 6xxx (Mg+Si); matriks kaya tembaga meningkatkan kerentanan terhadap korosi lokal dan menurunkan performa di lingkungan agresif kecuali dilindungi. Dalam atmosfir industri dan lingkungan pedesaan, komponen 2017 yang dilapisi atau dianodisasi dengan benar dapat memberikan umur pakai memuaskan, namun korosi pit lokal dan filiform harus dipertimbangkan dalam desain finishing dan penyegelan.
Di lingkungan laut, 2017 memiliki performa yang lebih rendah dibandingkan paduan Al-Mg; korosi pit dan crevice yang disebabkan oleh klorida bisa signifikan tanpa perlindungan katodik, pelapis, atau anoda korban. Retak korosi tegangan (SCC) merupakan risiko pada paduan kaya tembaga di bawah tegangan tarik di lingkungan asin hangat; desain yang memerlukan ketahanan SCC sebaiknya memilih keluarga paduan lain atau menerapkan mitigasi korosi ketat.
Interaksi galvanik harus dikelola dengan hati-hati: 2017 bersifat anod terhadap banyak baja namun bersifat katod relatif terhadap paduan aluminium mulia dengan lapisan anod berat; saat dipasangkan dengan baja karbon, isolasi dan langkah protektif diperlukan. Dibandingkan paduan seri 1xxx atau 3xxx, 2017 mengorbankan ketahanan korosi demi kekuatan lebih tinggi dan harus dipilih dengan memperhatikan perlakuan permukaan dan lingkungan.
Sifat Fabrikasi
Dapat Dilas
Pengelasan 2017 lebih menantang dibanding paduan 5xxx dan 6xxx karena kandungan tembaga dan kecenderungan retak panas pada proses pengelasan fusi. Pengelasan TIG dan MIG memungkinkan dengan parameter khusus dan logam pengisi yang tepat (umumnya 4043 atau 5356 untuk mengurangi risiko retak), namun zona terpengaruh panas (HAZ) biasanya lebih lunak dibandingkan logam dasar kondisi puncak dan mungkin memerlukan perlakuan panas pasca-las atau penguatan mekanik.
Kelancaran Mesin
2017 dianggap salah satu paduan aluminium kekuatan tinggi dengan kemudahan mesin terbaik, khususnya pada temper T4 dan O; mesin memberikan hasil permukaan yang baik dan masa pakai alat yang konsisten saat menggunakan alat carbide dan kecepatan makan tinggi. Peralatan yang direkomendasikan menggunakan geometri pahat positif dengan setup kaku, pendinginan atau semburan udara untuk evakuasi serbuk, serta kecepatan sedang untuk menghindari pengerasan permukaan; morfologi serpihan biasanya kontinu tetapi dapat membentuk stringer bila intermetallic kaya Mn hadir.
Kelenturan Bentuk
Pembentukan dingin paling mudah pada temper O atau T4 di mana regangan dan kelenturan lentur paling tinggi; radius lentur minimum tergantung temper dan ketebalan tetapi umumnya lebih besar dibanding paduan lunak seperti 1100. Untuk penarikan dalam atau pembentukan kompleks, annealing sebelum pembentukan umum dilakukan, dan perancang harus memperhitungkan springback yang lebih besar pada temper kekuatan tinggi seperti T6; teknik pembentukan hangat kadang dapat memperluas kelenturan tanpa mengorbankan kekuatan akhir.
Perilaku Perlakuan Panas
Sebagai paduan Al–Cu yang dapat diperlakukan panas, 2017 merespon urutan presipitasi klasik: perlakuan larutan melarutkan fasa kaya Cu ke dalam larutan padat jenuh berlebih, quench cepat mempertahankan kondisi tersebut, dan aging buatan terkontrol menghasilkan presipitasi penguat Al2Cu dan fasa terkait. Perlakuan larutan umumnya dilakukan pada suhu sekitar 495–535 °C tergantung ukuran penampang dan fabrikasi, dengan quench segera ke suhu ruang untuk menghambat pembentukan intermetallic kasar.
Aging buatan untuk mencapai kondisi T6 biasanya dilakukan pada suhu 160–190 °C selama beberapa jam; T4 dicapai melalui aging alami setelah quench namun lebih lambat dan mungkin menghasilkan kekuatan puncak yang lebih rendah dibanding aging buatan. Ketebalan, pengerjaan dingin sebelumnya, dan variasi paduan minor menggeser jendela optimal T-T-T (waktu-suhu-transformasi); overaging mengurangi kekuatan namun meningkatkan keuletan dan ketahanan korosi dalam beberapa kasus.
Pengerasan kerja tanpa perlakuan panas (temper H) menyediakan jalur menuju tingkat kekuatan menengah tanpa siklus solusi dan aging lengkap; annealing (temper O) mengembalikan keuletan dan digunakan sebelum operasi pembentukan. Perbaikan pasca-las atau tambalan sering memerlukan urutan solusi/aging lokal atau penerimaan pelunakan HAZ dalam desain.
Performa Suhu Tinggi
Suhu layanan untuk 2017 umumnya dibatasi jauh di bawah suhu aging biasa; paparan suhu tinggi menyebabkan pembesaran presipitat dan penurunan kekuatan secara progresif. Paparan jangka panjang di atas ~150 °C akan menurunkan sifat puncak aged dan mungkin menetap dalam kondisi overaged dengan kekuatan luluh dan tarik lebih rendah; desain harus memperhitungkan hal ini ketika komponen mengalami suhu ambien atau proses yang tinggi.
Oksidasi bukan mode kegagalan utama untuk 2017 dalam layanan atmosfer normal karena film oksida aluminium yang protektif, namun pada suhu tinggi skala oksida dan difusi unsur paduan yang dipercepat dapat mengubah sifat permukaan dan dekat permukaan. Pada sambungan las, pelunakan HAZ dan kehilangan kekuatan bawah beban termal bisa menjadi pembatas utama ketimbang oksidasi bulk, sehingga diperlukan pengelolaan termal atau pemilihan paduan alternatif untuk paparan suhu tinggi yang terus-menerus.
Aplikasi
| Industri | Contoh Komponen | Alasan Penggunaan 2017 |
|---|---|---|
| Aerospace | Fitting, braket, forgings | Kekuatan terhadap berat tinggi dan keseimbangan kelelahan/kemudahan mesin yang baik |
| Defense | Mounting struktural, housing | Paduan kekuatan tinggi yang dapat dimachine, cocok untuk bagian presisi |
| Automotive | Komponen mesin kekuatan tinggi | Memberikan produktivitas mesin dan penghematan berat untuk bagian kecil |
| Electronics | Rangka struktural, konektor | Konduktivitas termal memadai dan kekakuan untuk aplikasi chassis |
| Commercial | Fastener, rivet, coupling | Kekuatan dan stabilitas dimensi setelah perlakuan panas |
2017 menempati ceruk di mana bagian mesin memerlukan kekuatan statis dan kelelahan tinggi dikombinasikan dengan kemudahan mesin dan stabilitas dimensi setelah perlakuan panas. Paduan ini sangat bernilai untuk bagian struktural berukuran kecil hingga menengah yang alternatif kekuatan tingginya terlalu rapuh atau terlalu mahal untuk mesin secara efisien.
Wawasan Pemilihan
Pilih 2017 ketika desain memerlukan kekuatan lebih tinggi dan kemudahan mesin yang lebih baik dibanding aluminium murni komersial dan ketika perlindungan permukaan atau anodisasi dapat mengurangi kerentanan korosi paduan yang sedang. Paduan ini unggul untuk fitting mesin presisi, braket aerospace, dan komponen struktural yang dapat memanfaatkan perlakuan panas untuk menyesuaikan performa.
Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), 2017 menukarkan konduktivitas listrik dan termal serta kemudahan pembentukan dengan kekuatan yang jauh lebih tinggi dan ketahanan kelelahan yang lebih baik; gunakan 1100 ketika konduktivitas dan kemampuan pembentukan maksimum menjadi prioritas utama. Dibandingkan dengan paduan yang dikeraskan secara mekanik seperti 3003 atau 5052, 2017 memberikan kekuatan lebih tinggi dan kemampuan mesin yang lebih baik dengan biaya penurunan ketahanan korosi dan kebutuhan sambungan yang lebih kompleks.
Dibandingkan dengan paduan yang umum diperlakukan panas seperti 6061 atau 6063, 2017 dapat dipilih untuk aplikasi yang mengutamakan kemampuan mesin maksimum dan respons pengerasan presipitasi tertentu daripada ketahanan korosi yang lebih luas dan kemampuan las dari paduan 6xxx; pilih 2017 ketika pengerasan presipitasi berbasis Cu dan sifat mekanik yang dihasilkan sangat penting serta perlindungan permukaan dapat dijamin.
Ringkasan Penutup
Paduan 2017 tetap relevan karena kombinasi kekuatan presipitasi tinggi, respons penuaan yang dapat diprediksi, dan kemampuan mesin yang sangat baik untuk komponen struktural berkinerja tinggi dan presisi. Ketika digunakan dengan perlindungan korosi yang sesuai dan perlakuan panas yang dikontrol dengan baik, 2017 menawarkan solusi ekonomis bagi perancang untuk mencapai performa rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi di bidang dirgantara, pertahanan, dan aplikasi komersial berdaya tahan tinggi.