Aluminium 2018: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Gambaran Lengkap
Alloy 2018 merupakan bagian dari seri aluminium 2xxx, yaitu kelas paduan yang ditandai dengan tembaga sebagai elemen paduan utama. Keluarga 2xxx dikenal dengan kekuatan tinggi yang diperoleh melalui pengerasan presipitasi, dan 2018 biasanya mengandung tembaga dalam kadar tinggi serta jumlah mangan, besi, dan magnesium yang dikontrol untuk menyesuaikan kekuatan dan ketangguhan.
2018 adalah paduan yang dapat diperkuat dengan perlakuan panas melalui proses solusi heat treatment, quenching, dan penuaan buatan untuk membentuk presipitasi Al2Cu dan fase terkait; pengerasan kerja berperan sekunder pada beberapa temper. Paduan ini memberikan kekuatan statis tinggi dan kemampuan mesin yang baik, namun memiliki ketahanan korosi yang relatif rendah serta keterbatasan kemampuan pengelasan dibandingkan dengan banyak paduan 5xxx dan 6xxx.
Industri- industri yang umum menggunakan 2018 meliputi fitting dan elemen struktural untuk aerospace, peralatan militer, tooling dan fixture, serta beberapa aplikasi otomotif berdaya tinggi di mana rasio kekuatan-terhadap-berat sangat penting dan korosi dapat dikendalikan dengan pelapisan atau coating. Engineer memilih 2018 ketika kombinasi kekuatan tinggi, ketangguhan patahan yang baik setelah penuaan, dan kemampuan mesin lebih diutamakan daripada keterbatasan ketahanan korosi atmosfer/maritim dan kemampuan lasnya.
Varian Temper
| Temper | Tingkat Kekuatan | Elongasi | Kemampuan Bentuk | Kemampuan Las | Catatan |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Rendah | Tinggi | Istimewa | Istimewa | Sepenuhnya dianil; terbaik untuk pembentukan dan brazing |
| H14 | Sedang | Rendah–Sedang | Cukup | Buruk | Pengerasan kerja; kelenturan terbatas |
| T3 | Sedang-Tinggi | Sedang | Cukup | Buruk | Solusi heat treatment, pengerjaan dingin, penuaan alami |
| T4 | Sedang-Tinggi | Sedang | Cukup | Buruk | Solusi heat treatment dan penuaan alami |
| T5 | Tinggi | Rendah–Sedang | Terbatas | Buruk | Didinginkan dari suhu tinggi dan penuaan buatan |
| T6 | Tinggi | Rendah–Sedang | Terbatas | Buruk | Solusi heat treatment dan penuaan buatan untuk kekuatan puncak |
| T651 | Tinggi | Rendah–Sedang | Terbatas | Buruk | T6 dengan pelepasan tegangan melalui penarikan untuk mengurangi distorsi |
Temper memiliki pengaruh besar pada sifat 2018 karena presipitasi kaya tembaga mengendalikan kekuatan dan ketangguhan. Material dianil (O) digunakan saat proses pembentukan dominan, sementara T6/T651 dipakai ketika kekuatan maksimum dan stabilitas dimensi diperlukan meskipun kelenturan menurun.
Jalur pemrosesan (pengerjaan dingin sebelum penuaan, pelurusan tarik) juga menyesuaikan tegangan residual dan umur lelah; spesifikasi temper harus sesuai dengan kondisi fabrikasi dan penggunaan agar komponen tidak menjadi over- atau under-design.
Komposisi Kimia
| Elemen | Rentang % | Catatan |
|---|---|---|
| Si | maks 0.15 | Impuritas; silikon rendah meminimalkan intermetalik getas |
| Fe | 0.5–1.2 | Impuritas; meningkatkan kekuatan namun bisa mengurangi kelenturan |
| Mn | 0.4–1.0 | Mengontrol struktur butir dan meningkatkan ketangguhan patahan |
| Mg | 0.2–0.8 | Berperan dalam pengerasan usia bersama Cu |
| Cu | 3.5–5.0 | Elemen penguat utama (membentuk presipitasi Al2Cu) |
| Zn | maks 0.25 | Minor; kontribusi kekuatan terbatas |
| Cr | 0.1–0.3 | Kontrol struktur butir; mengurangi rekristalisasi |
| Ti | 0.05–0.20 | Penghalus butir untuk produk tempa |
| Lainnya / Al keseimbangan | Keseimbangan | Residu dan elemen jejak; aluminium sebagai keseimbangan |
Kinerja 2018 didominasi oleh kandungan tembaga yang memungkinkan pengerasan presipitasi dan kekuatan puncak setelah penuaan. Penambahan minor seperti mangan dan kromium memperbaiki struktur butir dan menstabilkan sifat mekanik selama siklus termal dan pengerjaan, sementara besi dan silikon dikontrol untuk membatasi intermetalik yang merusak dan menyebabkan kerapuhan alloy.
Sifat Mekanik
Dalam temper puncak penuaan (T6/T651), 2018 menunjukkan kekuatan tarik maksimum tinggi dan kekuatan luluh yang baik relatif terhadap sebagian besar paduan aluminium tempa, membuatnya cocok untuk komponen struktural dengan beban tinggi. Elongasi pada temper puncak terbatas namun cukup untuk banyak komponen mesin atau pembentukan ringan; kekuatan lelah cukup baik tetapi sensitif terhadap kondisi permukaan dan korosi.
2018 dalam kondisi dianil (O) menunjukkan kelenturan jauh lebih tinggi dan kekuatan luluh/tarik lebih rendah yang bermanfaat untuk proses pembentukan dan bending namun memerlukan perlakuan panas lanjutan untuk aplikasi struktural. Ketebalan juga memengaruhi kekuatan luluh dan tarik; bagian tebal sulit untuk diolah secara merata dengan solusi heat treatment dan mungkin menunjukkan respons penuaan yang menurun atau sifat berbeda di seluruh ketebalan.
Kekerasan pada temper puncak naik signifikan dibandingkan kondisi O dan berkorelasi dengan parameter tarik; namun, kekerasan dan kekuatan menurun pada zona pengaruh panas (HAZ) selama pengelasan fusi dan ketika terjadi overaging pada suhu layanan tinggi. Inisiasi retak lelah pada 2018 yang sudah dipenua sering muncul dari bekas mesin atau lubang korosi, sehingga perlakuan permukaan dan desain penahan retak sangat penting.
| Properti | O/Dianil | Temper Kunci (misal T6/T651) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | ~200–260 MPa | ~430–520 MPa | T6 menghasilkan UTS jauh lebih tinggi karena penguatan presipitasi |
| Kekuatan Luluh | ~70–150 MPa | ~320–380 MPa | Kekuatan luluh naik seiring penuaan; pengerjaan dingin menaikkan luluh lebih lanjut pada beberapa temper H |
| Elongasi | >20% | ~6–12% | Kelenturan turun pada temper puncak; tergantung ketebalan produk |
| Kekerasan (Brinell) | ~40–60 HB | ~110–140 HB | Berkorelasi dengan tarik; pelunakan HAZ mengurangi kekerasan lokal setelah las |
Sifat Fisik
| Properti | Nilai | Catatan |
|---|---|---|
| Kerapatan | ~2.78–2.82 g/cm³ | Sedikit lebih tinggi daripada aluminium murni karena kandungan Cu |
| Rentang Lebur | ~500–635 °C | Rentang solidus–liquidus; paduan melebur secara bertahap, bukan pada titik tunggal |
| Konduktivitas Termal | ~120–150 W/m·K | Lebih rendah daripada aluminium murni; Cu menurunkan konduktivitas |
| Konduktivitas Listrik | ~20–35% IACS | Tembaga menurunkan konduktivitas dibandingkan paduan 1xxx |
| Kalor Spesifik | ~0.88–0.92 J/g·K | Mirip dengan paduan aluminium lain; bervariasi sedikit dengan suhu |
| Ekspansi Termal | ~23–24 µm/m·K (20–100°C) | Sejajar dengan paduan aluminium lain; penting untuk desain siklus termal |
Sifat transport termal dan listrik 2018 berkurang dibandingkan aluminium murni komersial akibat tembaga dan elemen paduan lain. Penurunan ini penting saat 2018 dipilih untuk manajemen panas; paduan lain atau tembaga murni mungkin lebih disukai saat konduktivitas kritis.
Karakteristik lebur dan pembekuan memengaruhi perlakuan panas dan pengelasan; rentang lebur yang relatif lebar meningkatkan kerentanan retak panas selama pengelasan fusi dan membutuhkan siklus pemanasan/pendinginan yang dikontrol saat larutan heat treatment untuk menghindari pelelehan parsial.
Bentuk Produk
| Bentuk | Ketebalan/Ukuran Umum | Perilaku Kekuatan | Temper Umum | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Sheet | 0.5–6 mm | Baik pada T6; O untuk pembentukan | O, T3, T4, T6, T651 | Sering digunakan untuk komponen mesin dan struktur kecil |
| Plate | >6 mm hingga 150+ mm | Sensitivitas penampang pada perlakuan panas | O, T6 (jika memungkinkan) | Plat tebal sulit menua secara merata |
| Extrusion | Profil tergantung | Kekuatan aksial baik; dapat dikeraskan usia | T6 setelah penuaan | Terbatas oleh kemampuan kerja panas dan pelarutan fase Cu |
| Tube | Diameter/dinding beragam | Mirip dengan ekstrusi saat dipenua | O, T6 | Digunakan untuk tabung struktural dan fitting bila diperlukan kekuatan |
| Bar/Rod | Diameter dari beberapa mm sampai 150 mm | Mesin mudah pada kondisi dipenua | O, T3, T6 | Umum dipakai untuk komponen bubut dan pengikat |
Bentuk produk dan jalur pemrosesan sangat mempengaruhi sifat mekanik yang bisa dicapai karena efektivitas perlakuan panas bervariasi menurut ukuran penampang dan laju pendinginan. Sheet dan ekstrusi tipis dapat diperlakukan solusi dan dipenua lebih merata dibanding plat tebal, sehingga pemilihan bentuk produk harus mempertimbangkan fabrikasi dan kebutuhan mekanik akhir.
Pengerjaan dingin sebelum penuaan (T3) memberikan kompromi antara stabilitas dimensi dan kekuatan akhir, sedangkan kondisi O memudahkan operasi pembentukan kompleks; perancang harus mengkoordinasikan kemampuan pemasok (misal solusi heat treatment untuk bagian tebal) dengan beban servis yang dimaksudkan.
Grade Setara
| Standar | Grade | Wilayah | Catatan |
|---|---|---|---|
| AA | 2018 | USA | Penunjukan Asosiasi Aluminium Primer |
| EN AW | 2018 / 2018A | Eropa | Sering tercantum sebagai EN AW-2018A; toleransi spesifikasi kimia dan mekanik mungkin berbeda |
| JIS | A2018 | Jepang | Perbedaan spesifikasi lokal dalam batas kotoran dan temper |
| GB/T | 2A01 | Tiongkok | Penunjukan standar Tiongkok; pertukaran terbatas tanpa pemeriksaan spesifikasi |
Penunjukan setara memang ada namun tidak selalu identik secara universal; batas mikro-paduan, impuritas yang diizinkan, dan spesifikasi temper dapat berbeda antar standar. Insinyur harus merujuk standar tepat dan sertifikat pabrik saat mengganti material dari wilayah berbeda untuk memastikan kesesuaian sifat mekanik dan respons perlakuan panas.
Ketahanan Korosi
2018 memiliki ketahanan korosi atmosfer umum dan korosi pit yang jauh lebih rendah dibandingkan sebagian besar paduan seri 5xxx dan 6xxx karena kandungan tembaga yang tinggi, yang mendorong korosi lokal dan serangan antar butir di lingkungan agresif. Pada atmosfer laut dan yang mengandung klorida, 2018 tanpa perlindungan rentan terhadap korosi pit dan korosi celah, sehingga biasanya memerlukan pelapisan (alclad) atau lapisan pelindung yang tahan lama untuk penggunaan jangka panjang.
Paduan ini juga lebih rentan terhadap retak korosi tegangan (SCC) dibandingkan paduan dengan kandungan tembaga lebih rendah, terutama saat pada temper kekuatan tinggi dan di bawah tegangan tarik dalam lingkungan korosif. Interaksi galvanik harus diperhatikan: 2018 bersifat anodis terhadap baja tahan karat dan paduan tembaga-nikel, yang dapat menciptakan arus galvanik jika tercoupling secara listrik dalam lingkungan konduktif.
Untuk aplikasi dengan paparan korosi yang tak terhindarkan, langkah desain seperti pelapisan, proteksi katodik, isolasi dengan pengikat non-konduktif, dan penggunaan produk bercladding umum dilakukan. Sebagai perbandingan, paduan seri 6xxx menawarkan kemampuan las dan ketahanan korosi jauh lebih baik walaupun dengan kekuatan puncak yang sedikit lebih rendah, sehingga sering menjadi pertimbangan dalam pemilihan paduan.
Properti Fabrikasi
Kemampuan Las
Pengelasan fusi pada 2018 cukup menantang; matriks kaya tembaga mengurangi kemampuan las dan meningkatkan kecenderungan retak panas serta porositas. Praktik umum menghindari pengelasan fusi untuk struktur beban tinggi dan menggunakan sambungan mekanik, brazing dengan fluks yang tepat, atau friction stir welding yang sangat mengurangi pelunakan dan retak di zona pengaruh panas (HAZ). Bila pengelasan diperlukan, pemilihan kawat las pengisi yang sesuai seperti filler Al-Cu (misal, varian 2319/4043 tergantung layanan) dan kontrol pra-pemanasan serta pasca-pemanasan ketat sangat dianjurkan, dengan ekspektasi penurunan sifat mekanik di area HAZ.
Kemudahan Mesin
2018 sering dikategorikan berkemampuan mesin dari baik hingga sangat baik di antara paduan aluminium kekuatan tinggi karena paduan 2xxx yang telah mengalami penuaan menghasilkan pemotongan yang bersih dan pembentukan serpihan yang dapat diprediksi. Peralatan carbide dengan sudut positif, setup kaku, pendinginan banjir, dan pemecah serpihan membantu mengendalikan baut tepi serta mempertahankan akurasi dimensi. Praktik umum menggunakan kecepatan potong sedang hingga tinggi, kedalaman potong relatif ringan untuk finishing, dan alat dirancang untuk potongan terputus saat menemui area yang mengeras akibat pengerasan kerja.
Kemampuan Bentuk
Kemampuan bentuk 2018 sangat tergantung pada temper; temper O memberikan radius lentur dan kemampuan stretch formability terbaik sementara T6/T651 memiliki kelenturan terbatas dan memerlukan radius lentur lebih besar. Untuk pembengkokan, radius lentur bagian dalam minimum sekitar 1–2× ketebalan material adalah titik awal praktis dalam kondisi O, sementara temper puncak penuaan mungkin membutuhkan >3× ketebalan dan desain die yang hati-hati. Jika diperlukan pembentukan kompleks kemudian digunakan dalam layanan kekuatan tinggi, pembentukan dalam kondisi O diikuti perlakuan solusi dan penuaan (jika memungkinkan) bisa diterapkan, tetapi ini memerlukan kontrol distorsi dan potensi pelunakan selama perlakuan panas berikutnya.
Perilaku Perlakuan Panas
Perlakuan solusi pada 2018 dilakukan untuk melarutkan fase kaya Cu ke dalam matriks aluminium, biasanya pada rentang suhu sekitar 500–535 °C tergantung ketebalan penampang dan keterbatasan foil/plat. Pemanasan yang seragam dan quench cepat sangat penting untuk mempertahankan solut dalam larutan padat yang sangat jenuh; laju quench yang lambat pada bagian tebal dapat memungkinkan presipitat kasar terbentuk dan mengurangi potensi pengerasan penuaan berikutnya.
Penuaan buatan (T6) dilakukan pada suhu umum antara ~150–190 °C selama beberapa jam untuk nukleasi dan pertumbuhan presipitat Al2Cu halus yang meningkatkan kekuatan luluh dan kekuatan tarik; siklus penuaan dipilih untuk menyeimbangkan kekuatan puncak dengan ketangguhan yang dapat diterima serta menghindari overaging. Overaging atau paparan suhu tinggi dalam layanan akan memperbesar presipitat dan menurunkan kekerasan dan kekuatan, mempergeser sifat menuju kondisi seperti T4.
Penunjukan temper mencerminkan riwayat proses: T3 menunjukkan perlakuan solusi, pengerjaan dingin, dan penuaan alamiah sedangkan T4 adalah perlakuan solusi dan penuaan alamiah. Transisi antar temper (misalnya re-solusi pada bagian T6) akan mengatur ulang jam penuaan namun bisa menyebabkan distorsi dan perubahan metalurgi; karena itu, pelurusan pasca-perlakuan panas atau relief tegangan (T651) sering disyaratkan untuk komponen presisi.
Performa pada Suhu Tinggi
2018 mengalami penurunan kekuatan signifikan seiring meningkatnya suhu karena presipitat halus yang memberikan pengerasan penuaan menggerut dan larut antara sekitar 120–200 °C, tergantung kondisi penuaan dan lama paparan. Akibatnya, layanan jangka panjang biasanya dibatasi pada suhu yang agak tinggi, dan komponen yang diperkirakan mengalami suhu >~150 °C harus dievaluasi untuk creep dan penurunan kekuatan luluh.
Oksidasi pada suhu tinggi mirip dengan paduan aluminium lain dan umumnya membentuk lapisan pasif aluminium oksida, namun kombinasi lingkungan termal dan korosif (misalnya semprotan garam panas) dapat mempercepat degradasi. Zona HAZ setelah pengelasan bisa sangat rentan terhadap penurunan kekuatan dan pembesaran butir pada suhu layanan tinggi, sehingga margin desain dan perlakuan pasca-las harus memperhitungkan pelemahan lokal.
Aplikasi
| Industri | Komponen Contoh | Alasan Penggunaan 2018 |
|---|---|---|
| Aerospace | Fitting, braket, pengikat | Kekuatan terhadap berat tinggi dan ketangguhan patah yang baik pada temper penuaan |
| Militer / Pertahanan | Perangkat struktural, dudukan | Kekuatan statik tinggi dan kemudahan mesin untuk komponen kritis |
| Otomotif | Braket bermesin kekuatan tinggi, tooling | Kekuatan dengan kemudahan mesin baik saat korosi terkendali |
| Tooling / Fixturing | Jig, die, mandrel | Stabilitas dimensi (T651) dan kekerasan untuk ketahanan aus |
| Elektronik | Beberapa rangka struktural | Kekakuan dan kekuatan untuk elemen struktural kecil |
2018 dipilih untuk komponen yang membutuhkan kekuatan puncak setelah penuaan, kemampuan mesin, dan sifat mekanik stabil pada beban statis serta dimana paparan korosi dapat diminimalkan. Pelapisan, cladding, atau lingkungan terkendali biasanya digunakan untuk memperpanjang umur layanan dalam kondisi korosif.
Wawasan Pemilihan
Bagi insinyur yang memilih antara 2018 dan aluminium paduan rendah atau aluminium murni komersial, trade-off-nya jelas: dibandingkan 1100, 2018 mengorbankan konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan bentuk demi kekuatan yang jauh lebih tinggi, yang berguna untuk bagian bermesin menahan beban.
Dibandingkan paduan yang mengeras kerja umum seperti 3003 atau 5052, 2018 menawarkan kekuatan puncak jauh lebih tinggi dan kemampuan mesin lebih baik tetapi dengan performa korosi lebih buruk dan kemampuan las yang lebih rendah; pilih 2018 saat kekuatan dan umur lelah lebih dipentingkan daripada ketahanan korosi.
Dibandingkan paduan perlakuan panas seperti 6061 atau 6063, 2018 sering memberikan kekuatan yang sebanding atau lebih tinggi pada temper tertentu dan kemampuan mesin lebih baik untuk komponen dengan kebutuhan mesin berat; namun, 6061 menawarkan kemampuan las, ketahanan korosi, dan respons penuaan yang lebih mudah dikelola, sehingga 2018 dipilih hanya bila profil kekuatan spesifik, ketangguhan, atau ketahanan aus dari presipitat Al-Cu diperlukan.
Ringkasan Penutup
Paduan 2018 tetap relevan bagi aplikasi yang membutuhkan kekuatan statis tinggi, respons penuaan andal, dan kemudahan mesin yang baik serta dimana batasan korosi dan pengelasan dapat diatasi melalui desain, cladding, atau pelapisan. Perannya berlanjut di sektor aerospace, pertahanan, dan aplikasi industri khusus dimana sistem pengerasan presipitat Al–Cu memberikan performa mekanik yang sulit dicapai oleh paduan aluminium tempa lain.