Aluminium 2017A: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Komprehensif

2017A adalah anggota dari seri paduan aluminium-tembaga 2xxx, kelas yang secara historis dioptimalkan untuk kekuatan tinggi melalui pengerasan presipitasi. Matriknya didominasi oleh aluminium dengan tembaga sebagai elemen paduan utama, dilengkapi oleh mangan dan tambahan kecil magnesium, besi, serta unsur jejak yang memperbaiki mikrostruktur dan mengontrol kinetika presipitat.

Pengerasan pada 2017A terutama dicapai dengan perlakuan panas pengerasan presipitasi: perlakuan solusi melarutkan fasa kaya Cu, quenching mempertahankan larutan padat jenuh lebih, dan penuaan alami atau buatan berikutnya mempresipitasi Al2Cu (θ') yang halus beserta fasa terkait yang meningkatkan kekuatan luluh dan kekuatan tarik maksimum. Paduan ini menampilkan trade-off khas yaitu peningkatan kekuatan tarik melawan penurunan keuletan dan kerentanan terhadap korosi lokal dan retak akibat tekanan dibandingkan dengan paduan yang tidak bisa diperlakukan panas.

Ciri utama termasuk kekuatan statis tinggi yang dapat dicapai pada tempers gaya T6, performa kelelahan yang wajar bila perlakuan panas dan pelepasan tegangan dilakukan dengan benar, serta konduktivitas termal/elektrik sedang yang lebih rendah dibandingkan aluminium murni komersial. Industri tipikal yang menggunakan 2017A meliputi aerospace dan pertahanan untuk fitting dan forging, transportasi dan otomotif untuk penghubung struktural dan rivet, serta hardware khusus di mana rasio kekuatan-terhadap-berat dan kemampuan mesin menjadi prioritas.

Para insinyur memilih 2017A ketika kombinasi kekuatan tinggi, kemudahan mesin yang baik, dan respons penuaan yang dapat diprediksi diperlukan serta aplikasi dapat mengatasi atau mentoleransi sensitivitas korosi dan keterbatasan pengelasan. Paduan ini dipilih dibandingkan beberapa seri kekuatan tinggi lainnya ketika kontrol presipitasi yang halus dan stabilitas dimensi setelah penuaan penting untuk rakitan pas.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Baik Sekali	Baik Sekali	Kondisi annealed penuh untuk keuletan maksimum
H14	Sedang-Tinggi	Rendah-Sedang	Cukup	Terbatas	Setengah keras akibat pengerasan bentuk; kekuatan meningkat melalui pengerjaan dingin
T4	Sedang	Sedang	Baik	Terbatas	Perlakuan solusi + penuaan alami; cukup lunak untuk pembentukan sebelum penuaan akhir
T6	Tinggi	Rendah	Cukup	Buruk	Perlakuan solusi + penuaan buatan; kondisi kekuatan puncak digunakan untuk bagian struktural
T651	Tinggi	Rendah	Cukup	Buruk	T6 dengan pelepasan tegangan melalui peregangan atau perlakuan tekan untuk meminimalkan tegangan sisa

Temper memiliki pengaruh menentukan terhadap performa 2017A karena keadaan presipitasi dan struktur dislokasi mengontrol kekuatan luluh, keuletan, dan kelelahan. Material annealed tipe O digunakan ketika pembentukan dalam diperlukan, sedangkan T6/T651 digunakan ketika kekuatan statis maksimum dan stabilitas dimensi dibutuhkan serta pembentukan diminimalkan.

Rute perlakuan panas juga memengaruhi kerentanan terhadap retak korosi akibat tegangan dan perilaku galvanik lokal; temper dengan pelepasan tegangan seperti T651 atau temper peregangan mengurangi distorsi selama pemesinan dan meningkatkan konsistensi pada aplikasi kritis kelelahan.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.50	Deoksidator dan pengotor; dijaga rendah untuk mengontrol intermetalik dan perilaku pemesinan
Fe	≤ 0.70	Pengotor yang membentuk partikel intermetalik yang mempengaruhi kemampuan mesin dan inisiasi korosi
Mn	0.30–1.00	Memperhalus struktur butir dan meningkatkan kekuatan serta ketangguhan
Mg	0.10–0.80	Kontributor minor kekuatan melalui larutan padat dan mendukung interaksi pengerasan penuaan
Cu	3.5–4.5	Elemen penguat utama; membentuk presipitat Al2Cu yang menentukan kekuatan puncak
Zn	≤ 0.25	Level rendah; bukan kontributor utama kekuatan pada paduan 2xxx
Cr	≤ 0.10	Pengontrol struktur butir dan penghambat rekristalisasi pada beberapa temper
Ti	≤ 0.15	Penghalus butir pada pengecoran dan beberapa produk tempa
Unsur Lain (masing-masing)	≤ 0.05	Unsur jejak dikontrol untuk menjaga penuaan dan perilaku korosi yang dapat diprediksi

Kandungan tembaga yang relatif tinggi merupakan penyebab utama performa mekanis 2017A dengan mempromosikan distribusi presipitat θ' yang padat dan halus selama penuaan. Mangan dan krom hadir untuk mengontrol ukuran butir, tekstur, dan pemulihan selama perlakuan panas dan proses mekanis, yang membantu menyeimbangkan kekuatan, ketangguhan, dan umur lelah.

Tingkat pengotor besi dan silikon dijaga rendah untuk membatasi fasa kasar yang menjadi situs nukleasi korosi dan inisiasi keretakan; kontrol komposisi secara keseluruhan penting untuk kinetika presipitasi yang dapat direproduksi dan sifat mekanis konsisten di seluruh batch produksi.

Sifat Mekanis

Pada regangan tarik, 2017A menunjukkan ketergantungan kuat terhadap temper dan ketebalan karena pengerasan presipitasi dan pengerjaan dingin menentukan kekuatan luluh dan kekuatan tarik maksimum. Kondisi penuaan puncak (T6/T651) memberikan kekuatan tarik dan luluh tertinggi tetapi dengan penurunan signifikan pada elongasi dan ketangguhan lekukan dibanding material annealed. Ketahanan kelelahan umumnya baik untuk bagian yang diperlakukan panas dan dilepaskan tegangan dengan mikrostruktur yang terkontrol baik, tetapi desain harus memperhitungkan penurunan ketahanan lelah korosi pada lingkungan klorida atau lembap.

Kekerasan mengikuti perilaku tarik: kondisi annealed tipe O menghasilkan nilai Brinell rendah dan formabilitas tinggi sementara T6/T651 menghasilkan kekerasan jauh lebih tinggi yang mendukung pemesinan dan ketahanan aus dalam pemakaian. Efek ketebalan signifikan selama perlakuan solusi dan penuaan; bagian tebal mungkin mengorbankan kekerasan dan kekuatan puncak karena laju pendinginan yang lebih lambat dan pelarutan yang tidak lengkap, sehingga parameter proses harus disesuaikan untuk forging atau plat besar.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (T6 / T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	220–320 MPa	430–480 MPa	Nilai T6 tergantung ketebalan potongan dan jadwal penuaan
Kekuatan Luluh	100–160 MPa	350–420 MPa	Kekuatan luluh naik tajam dengan pengerasan penuaan dan pengerjaan dingin
Elongasi	18–30%	6–12%	Keuletan berkurang pada temper penuaan puncak; modus patahan dapat menjadi lebih rapuh
Kekerasan (HB)	50–80 HB	120–150 HB	Kekerasan berkorelasi dengan kepadatan presipitat dan interaksi dislokasi

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density	2.78 g/cm³	Sedikit lebih tinggi dari aluminium murni karena kandungan Cu
Rentang Leleh (sekitar)	Solidus ~500°C – Liquidus ~640°C	Interval leleh paduan; penting untuk proses brazing dan pengecoran
Konduktivitas Termal	~140–160 W/m·K (pada 20°C)	Lebih rendah dari aluminium murni; Cu mengurangi konduktivitas tetapi masih memadai untuk banyak aplikasi termal
Konduktivitas Elektrik	~30% IACS (tipikal)	Berkurang akibat paduan; tidak dimaksudkan untuk konduktor listrik berdaya tinggi
Kalor Spesifik	~0.90 J/g·K (900 J/kg·K)	Tipikal untuk paduan aluminium pada suhu ambient
Ekspansi Termal	~23.5 µm/m·K (20–100°C)	Sejajar dengan paduan aluminium lain; relevan untuk rakitan pas dengan material berbeda

Fraksi tembaga yang meningkat mengurangi konduktivitas termal dan elektrik dibandingkan aluminium murni komersial dan seri 6xxx, tetapi performa termal tetap dapat diterima untuk aplikasi di mana konduktivitas bukan prioritas utama dibanding kekuatan. Rentang leleh mengindikasikan kehati-hatian pada pemrosesan termal; brazing dan pemanasan lokal harus menghindari suhu mendekati solidus untuk mencegah pelelehan awal dan likuasi fasa penyusun.

Ekspansi termal setara dengan paduan aluminium lain, sehingga desain rakitan baut atau press-fit dengan material campuran harus memperhitungkan strain termal diferensial dalam rentang suhu operasi yang diharapkan.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0,3–6,0 mm	Kekuatan baik pada T6; O untuk pembentukan	O, H14, T4, T6	Sering digunakan untuk panel, kulit, dan bagian fabrikasi
Plat	>6 mm hingga lebih dari 150 mm	Penampang tebal mungkin menunjukkan penurunan kekerasan puncak	T6, T651	Bagian besar memerlukan waktu perendaman lebih lama untuk pelarutan lengkap dan pendinginan cepat yang hati-hati
Ekstrusi	Profil hingga penampang 200 mm	Kekuatan tergantung pada temper dan penuaan berikutnya	T4, T6	Ekstrusi memungkinkan penampang kompleks tetapi memerlukan kontrol proses untuk sifat material
Tabung	Ø10–300 mm	Mirip dengan ekstrusi; ketebalan dinding mempengaruhi respons penuaan	T6, T651	Umum dalam aplikasi struktural dan hidrolik saat kekuatan tinggi diperlukan
Batang	Ø4–150 mm	Batang menawarkan kemampuan mesin tinggi pada kondisi T6	T6, O	Digunakan untuk pengikat, fitting, dan komponen presisi hasil machining

Proses lembaran dan plat berbeda terutama pada massa termal dan kemampuan pendinginan cepat; plat memerlukan waktu rendam lebih lama untuk pelarutan penuh dan strategi pendinginan cepat yang lebih agresif untuk menghindari pertumbuhan kasar presipitat. Ekstrusi dan tabung harus dirancang dengan mempertimbangkan perubahan temper selama perlakuan panas dan kemungkinan tegangan sisa yang dapat dikurangi melalui proses peregangan atau stabilisasi.

Produk yang dibentuk atau diolah dingin sering melalui urutan T4 → T6 di mana bagian dibentuk setelah perlakuan larutan dan penuaan alami, kemudian dipenuaan secara buatan untuk mencapai kekuatan akhir, menyeimbangkan kemampuan bentuk dan performa mekanik akhir.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	2017A	USA/Internasional	Penamaan Aluminum Association umum untuk paduan Al-Cu-Mn yang dikerjakan
EN AW	2017A	Eropa	Klasifikasi EN secara komposisional umumnya sejalan tetapi mungkin memiliki batas kontrol berbeda
JIS	A2017	Jepang	Kimia mirip, dengan toleransi lokal dan temper disesuaikan untuk praktik JIS
GB/T	2A17 (atau 2017A)	Tiongkok	Standar Tiongkok sering tercantum sebagai 2A17 dengan rentang komposisi yang sebanding

Penamaan setara mencerminkan kimia Al-Cu-Mn yang serupa secara luas, tetapi standar regional berbeda dalam batas impuritas spesifik, temper yang diizinkan, dan toleransi dimensi. Pengguna harus memeriksa data sertifikat untuk sifat kritis karena perbedaan kecil pada Mn, Fe, atau Si dapat memengaruhi kinetika penuaan, ketangguhan, dan ketahanan korosi.

Ketika melakukan substitusi antar standar, pastikan persyaratan sifat mekanik dan temper yang diizinkan; beberapa standar memperbolehkan jadwal perlakuan larutan dan penuaan yang sedikit berbeda yang mempengaruhi kekuatan akhir dan tingkat tegangan sisa.

Ketahanan Korosi

Dalam lingkungan atmosfir, 2017A menunjukkan ketahanan sedang tetapi lebih rentan dibandingkan paduan seri 5xxx dan 6xxx karena intermetalik kaya tembaga yang bertindak sebagai situs katodik. Korosi lokal seperti pitting dan serangan antarbutir dapat dimulai di partikel penyusun atau sepanjang batas butir, terutama setelah perlakuan panas yang tidak tepat atau keberadaan ion klorida. Pelapis pelindung, anodizing, dan desain yang cermat untuk menghindari celah sangat mengurangi risiko ini dan merupakan praktik umum untuk bagian yang terekspos luar ruangan dan lingkungan laut.

Perilaku di lingkungan laut kurang baik dibanding paduan Al-Mg grade laut; paduan seri 2xxx biasanya dihindari untuk struktur lambung utama di air asin yang sangat korosif kecuali perlindungan korosi signifikan dan anoda korbatif digunakan. Retak korosi karena tegangan (SCC) adalah bahaya yang diketahui pada paduan Al-Cu berkekuatan tinggi di bawah tegangan tarik dalam lingkungan klorida lembab dan harus dipertimbangkan dalam proses pemilihan dan kualifikasi material untuk komponen kritis.

Interaksi galvanik menempatkan 2017A berisiko saat dipasangkan dengan material yang lebih mulia seperti baja tahan karat; desain harus memastikan lapisan isolasi atau anoda pengorban untuk mencegah percepatan korosi galvanik. Dibandingkan dengan keluarga 1xxx/3xxx/5xxx, 2017A menukar ketahanan korosi untuk kekuatan mekanik dan memerlukan perlindungan permukaan tambahan dalam lingkungan agresif.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Pengelasan 2017A dengan proses fusi (MIG/TIG) menantang karena paduan Al-Cu kehilangan kekuatan di zona terpengaruh panas las dan rentan terhadap retak panas serta porositas. Metode penyatuan keadaan padat seperti friction stir welding (FSW) sering dipilih untuk komponen struktural karena mengurangi risiko retak likuasi dan mempertahankan lebih banyak kekuatan logam dasar. Saat pengelasan fusi diperlukan, paduan pengisi yang dirancang untuk keuletan lebih tinggi dan perlakuan panas pasca las dianjurkan, namun perancang harus mengantisipasi pelunakan signifikan di zona terpengaruh panas dan potensi re-presipitasi.

Kemampuan Mesin

2017A menunjukkan kemampuan mesin yang baik relatif terhadap banyak paduan aluminium karena kekuatan yang tinggi dan pembentukan serpihan yang stabil saat dalam kondisi T6; proses mesin dengan keausan alat dan stabilitas dimensi yang dapat diprediksi. Peralatan karbida dengan pelapisan yang sesuai (TiN, AlTiN) dan kecepatan terkontrol (kecepatan potong sedang dengan umpan kuat) memberikan hasil terbaik terutama untuk pemotongan terputus-putus, sementara kontrol pendinginan mengurangi pembentukan bibir terakumulasi pada alat. Morfologi serpihan cenderung serpihan segmen pendek pada temper keras dan terus menerus pada temper anil; geometri alat dan pilihan pendingin harus disesuaikan dengan temper dan ketebalan penampang.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk terbaik pada temper lunak seperti O atau T4 di mana ductilitas memungkinkan pembengkokan dan penarikan dengan radius moderat; T6 yang dipenuaan puncak menawarkan kemampuan bentuk terbatas dan rentan retak jika dibentuk dingin. Radius lentur minimum yang direkomendasikan bergantung pada temper dan ketebalan tetapi biasanya berkisar antara 2–6× ketebalan material untuk O dan T4, dan meningkat secara signifikan untuk T6 di mana pembentukan awal sebelum penuaan akhir umum dilakukan. Pembentukan hangat terkontrol dan siklus perlakuan larutan/bentuk/penuaan sering digunakan untuk mencapai bentuk kompleks sambil mempertahankan kekuatan akhir.

Perilaku Perlakuan Panas

2017A adalah paduan yang dapat diperlakukan panas di mana perlakuan larutan, pendinginan cepat, dan penuaan menentukan sifat mekanik akhir. Suhu perlakuan larutan tipikal berada pada kisaran 500–525°C, dilakukan untuk melarutkan fase kaya tembaga ke dalam matriks aluminium, diikuti oleh pendinginan cepat (water quench) untuk menjebak larutan padat jenuh. Kecepatan pendinginan dan ketebalan penampang sangat menentukan; pendinginan lambat atau quench tidak memadai mengurangi gaya penggerak presipitasi dan menurunkan kekuatan puncak yang dapat dicapai.

Penuaan buatan umum dilakukan pada suhu 150–190°C selama 4–12 jam tergantung pada keseimbangan kekuatan dan ketangguhan yang diinginkan; penamaan T6 sesuai dengan kondisi pelarutan dan penuaan buatan yang diatur untuk kekuatan puncak. Penuaan alami (T4) dapat memberikan penguatan parsial pada suhu ruang tetapi menghasilkan sifat puncak yang lebih rendah dibandingkan penuaan buatan terkontrol dan dapat digunakan sebagai langkah antara saat bagian harus dibentuk sebelum penuaan akhir.

Peralihan temper seperti T4 → T6 sering diterapkan dalam alur kerja fabrikasi: bagian diperlakukan larutan dan dipenuaan ringan untuk memungkinkan pembentukan, kemudian dipenuaan buatan untuk mencapai sifat mekanik akhir. Operasi pelepasan tegangan seperti peregangan (T651) mengurangi distorsi sisa dan meningkatkan umur lelah untuk rakitan yang sudah di-frais atau dipasang.

Performa Suhu Tinggi

2017A mempertahankan kekuatan yang berguna pada suhu sedang tinggi, tetapi pertumbuhan kasar presipitat dan over-aging mulai menurunkan kekuatan secara signifikan di atas sekitar 150°C. Pelayanan berkelanjutan di atas 150–175°C secara bertahap akan merusak presipitat halus yang bertanggung jawab atas pengerasan, menyebabkan penurunan nilai kekuatan luluh dan tarik serta peningkatan ductilitas dalam kondisi over-aged. Desain untuk aplikasi suhu tinggi harus mencakup pengujian penuaan dipercepat dan kualifikasi suhu layanan untuk mengukur kehilangan integritas mekanik seiring waktu.

Oksidasi bukan masalah utama untuk aluminium pada suhu sedang karena lapisan alumina pelindung, tetapi pemanasan lokal berlebih selama pengelasan atau machining dapat menyebabkan likuasi permukaan dan kehilangan sifat mekanik. Zona terpengaruh panas dekat las sangat rentan terhadap pelunakan dan presipitasi ulang yang tidak diinginkan.