Aluminium 2018A: Komposisi, Properti, Panduan Temper & Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Gambaran Menyeluruh
Penunjukan 2018A merupakan bagian dari seri paduan aluminium 2xxx, yang ditandai dengan tembaga sebagai elemen paduan utama. Seri ini dapat diperkuat melalui perlakuan panas dengan pengerasan endapan dan biasanya diperkuat melalui perlakuan panas pelarutan diikuti dengan penuaan buatan untuk menghasilkan kondisi kekuatan tinggi seperti T6 dan T651.
Elemen paduan utama pada 2018A adalah tembaga (primer), dengan magnesium, mangan, besi, dan silikon hadir dalam kadar lebih rendah untuk mengontrol kekuatan, struktur butir, dan kemampuan mesin. Kandungan tembaga mendorong pembentukan endapan pengerasan yang kuat (utama bentuk Al2Cu) yang memberikan kekuatan luluh dan tarik tinggi dibandingkan dengan paduan yang tidak bisa diperkuat dengan perlakuan panas.
Ciri utama 2018A meliputi kekuatan statis tinggi dan kemampuan mesin yang baik pada banyak temper, sementara ketahanan korosi dan kemampuan lasnya sedang hingga rendah dibandingkan dengan paduan 5xxx dan 6xxx. Kemampuan bentuk pada kondisi annealed (lunak) baik, tetapi kemampuan bentuk menurun secara signifikan setelah perlakuan panas; paduan ini umum digunakan di industri yang mengutamakan kekuatan dan stabilitas dimensi lebih daripada kemuluran mentah.
Industri khas untuk 2018A meliputi penerbangan (fitting struktural, braket), pertahanan, pengikat kekuatan tinggi, dan beberapa komponen otomotif berperforma tinggi. Insinyur memilih 2018A ketika dibutuhkan kekuatan per massa tinggi dan sifat mekanik hasil perlakuan panas yang dapat diprediksi serta ketika metode pemesinan atau penyambungan dapat mengakomodasi keterbatasan metalurgi paduan ini.
Varian Temper
| Temper | Tingkat Kekuatan | Regangan | Kemampuan Bentuk | Kemampuan Las | Catatan |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Rendah | Tinggi | Unggul | Unggul | Fully annealed, kemampuan bentuk maksimal untuk pembentukan |
| H14 | Sedang | Rendah sampai Sedang | Baik | Buruk | Strain-hardened, peningkatan kekuatan terbatas |
| T3 | Sedang-Tinggi | Sedang | Baik | Buruk | Perlakuan solusi panas dan penuaan alami |
| T4 | Sedang-Tinggi | Sedang | Baik | Buruk | Perlakuan solusi panas dan penuaan alami (unstabilized) |
| T5 | Tinggi | Rendah | Buruk | Buruk | Didinginkan dari suhu tinggi dan penuaan buatan |
| T6 | Tinggi | Rendah sampai Sedang | Buruk | Buruk | Perlakuan solusi panas dan penuaan buatan hingga kekuatan puncak |
| T651 | Tinggi | Rendah sampai Sedang | Buruk | Buruk | T6 dengan pelepasan tegangan melalui peregangan terkontrol |
Temper berpengaruh utama pada keadaan endapan dan kerapatan dislokasi; perlakuan solusi dan penuaan buatan (T6/T651) memaksimalkan kekuatan dan mengurangi kemuluran. Temper O (annealed) digunakan dimana pembentukan dan penarikan diperlukan, sementara T5/T6 dipilih untuk komponen akhir yang memerlukan stabilitas dimensi dan sifat mekanik puncak.
Komposisi Kimia
| Elemen | Kisaran % | Catatan |
|---|---|---|
| Si | 0.10 – 0.50 | Deoksidan/impuritas; Si berlebih dapat membentuk intermetalik keras. |
| Fe | 0.20 – 0.70 | Impuritas umum yang memengaruhi fase batas butir dan kekuatan. |
| Mn | 0.30 – 1.20 | Mengontrol rekristalisasi dan struktur butir; meningkatkan kekuatan. |
| Mg | 0.20 – 0.80 | Kontribusi kekuatan minor melalui larutan padat dan pemasakan endapan. |
| Cu | 3.9 – 5.0 | Elemen penguat utama; membentuk endapan Al2Cu saat penuaan. |
| Zn | ≤ 0.25 | Elemen minor; Zn berlebih dapat menyebabkan kerapuhan pada kondisi tertentu. |
| Cr | 0.05 – 0.25 | Membantu mengontrol struktur butir dan menghambat rekristalisasi. |
| Ti | ≤ 0.15 | Pemurni butir jika hadir dalam jumlah kecil. |
| Lainnya (masing-masing) | ≤ 0.05 | Elemen jejak dan residu; dikontrol sesuai spesifikasi. |
Kandungan tembaga yang relatif tinggi adalah faktor dominan dalam respons pengerasan usia dan kekuatan tinggi 2018A. Mangan dan kromium ditambahkan untuk menstabilkan struktur butir dan membatasi rekristalisasi selama proses termo-mekanis. Besi dan silikon adalah impuritas yang dikontrol; jika kelebihan dapat membentuk intermetalik rapuh yang mengurangi ketangguhan dan ketahanan korosi.
Sifat Mekanik
Perilaku tarik dan luluh 2018A sangat tergantung pada temper karena paduan ini dapat diperkuat dengan perlakuan panas. Pada kondisi annealed, paduan menunjukkan kekuatan tarik sedang dengan regangan tinggi yang cocok untuk operasi pembentukan. Setelah perlakuan solusi dan penuaan buatan (T6/T651), kekuatan tarik dan luluh naik tajam akibat endapan Al2Cu yang terdispersi halus, memberikan kemampuan beban statis tinggi namun dengan regangan berkurang.
Kekerasan mengikuti tren serupa; kekerasan Vickers/Brinell meningkat signifikan setelah penuaan T6 dan berkorelasi dengan nilai luluh dan tarik. Performa lelah mendapat manfaat dari kekuatan statis tinggi dan pemasakan endapan homogen pada material yang diproses baik, tetapi umur lelah sensitif terhadap hasil permukaan, lekukan, dan zona pengaruh panas yang terbentuk akibat pengelasan. Ketebalan memiliki pengaruh sekunder: penampang lebih tebal lebih lambat dalam perlakuan solusi dan pendinginan cepat (quenching), yang dapat menyebabkan gradien sifat mekanik kecuali siklus perlakuan panas yang disesuaikan digunakan.
| Sifat | O/Annealed | Temper Utama (T6 / T651) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | ~180 – 240 MPa | ~430 – 480 MPa | Nilai T6/T651 khas untuk paduan Al-Cu kekuatan tinggi; kisaran tergantung bentuk produk dan proses. |
| Kekuatan Luluh | ~60 – 120 MPa | ~350 – 390 MPa | Kekuatan luluh naik tajam setelah penuaan; desain harus menggunakan nilai minimal yang dijamin dari pemasok. |
| Regangan | ~18 – 30% | ~8 – 15% | Kelenturan turun setelah penuaan; regangan lebih rendah pada penampang tebal dan temper pengerasan endapan. |
| Kekerasan (HB) | ~35 – 60 HB | ~100 – 135 HB | Kekerasan dan kekuatan tarik meningkat bersamaan; kekerasan membantu menilai kualitas perlakuan panas. |
Sifat Fisik
| Sifat | Nilai | Catatan |
|---|---|---|
| Kepadatan | ~2.78 g/cm³ | Tipeikal untuk paduan Al-Cu; sedikit lebih berat dibanding aluminium murni. |
| Rentang Titik Leleh | ~500 – 650 °C | Solidus dan likuidus tergantung paduan; kontrol ketat diperlukan saat brazing/perlakuan panas. |
| Konduktivitas Termal | ~120 – 160 W/m·K | Lebih rendah dibanding aluminium murni karena paduan; masih baik untuk penghantaran panas dibanding baja. |
| Konduktivitas Listrik | ~25 – 35 % IACS | Turun dibanding aluminium komersial murni karena tembaga dan paduan lainnya. |
| Kalor Jenis | ~880 J/kg·K | Tipeikal untuk paduan aluminium dalam rentang suhu ruangan. |
| Koefisien Ekspansi Termal | ~23 – 24 ×10⁻⁶ /K | Mirip dengan paduan aluminium lain; perlu diperhatikan pada rakitan dengan material berbeda. |
Set sifat fisik ini membuat 2018A menguntungkan saat dibutuhkan kombinasi ringan dan konduktivitas termal, walaupun tidak setara seri 1xxx untuk konduktivitas listrik atau termal. Kepadatan dan ekspansi termal dapat diprediksi sehingga memungkinkan pemodelan termomekanik elemen hingga yang andal untuk rentang layanan umum. Perilaku leleh dan konduktivitas termal berpengaruh pada strategi perlakuan panas dan pengendalian distorsi termal selama proses.
Bentuk Produk
| Bentuk | Ketebalan/Ukuran Tipikal | Perilaku Kekuatan | Temper Umum | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Lembaran | 0.3 – 6 mm | Seragam jika digulung dan diperlakukan panas dengan tepat | O, T3, T5, T6 | Sering digunakan untuk bagian yang diproses mesin dan dibentuk; kontrol ketat pada quench dan penuaan diperlukan. |
| Plat | 6 – 50 mm | Berisiko gradien sifat sepanjang ketebalan | O, T6, T651 | Penampang tebal memerlukan perlakuan solusi dan quench yang disesuaikan untuk menghindari inti lunak. |
| Ekstrusi | Profil ukuran besar sampai kecil | Bagus sebagai produk ekstrusi untuk bentuk kompleks saat diikuti dengan penuaan | T5, T6 | Kecepatan ekstrusi dan desain cetakan memengaruhi endapan dan struktur butir. |
| Tabung | Diameter dan ketebalan dinding bervariasi | Mirip perilaku plat/pipa | O, T6 | Digunakan saat dibutuhkan kekuatan tinggi dan anggota tabung ringan. |
| Batang/Rod | Diameter hingga 200 mm | Baik dalam kemampuan mesin dan stabilitas dimensi | O, T6 | Batang untuk fitting, pengikat, dan komponen presisi mesin. |
Rute pemrosesan memengaruhi mikrostruktur dan sifat akhir: produk tempaan (lembar, plat, ekstrusi) biasanya dilakukan perlakuan solusi dan penuaan untuk mencapai kekuatan target, sedangkan plat tebal sering memerlukan waktu tahan lebih lama dan media quench khusus. Pemilihan bentuk produk harus mempertimbangkan perpindahan panas saat quench, risiko melengkung, dan operasi mesin atau pembentukan berikutnya.
Grade Ekivalen
| Standar | Grade | Region | Catatan |
|---|---|---|---|
| AA | 2018A | USA | Penamaan ASTM/AA umum untuk paduan Al-Cu dengan komposisi dan temper tertentu. |
| EN AW | 2018A | Europe | EN AW-2018A adalah penamaan analog di bawah standar EN; periksa batas unsur jejak spesifik EN. |
| JIS | A2017/A2018* | Jepang | Grade JIS lokal tersedia dengan komposisi kimia serupa, tapi batas temper dan impuritas bisa berbeda. |
| GB/T | 2A01 / 2018A* | China | Standar China menyediakan paduan serupa; pastikan jaminan mekanik dan temper dengan pemasok. |
Penamaan ekivalen adalah perkiraan dan harus ditangani dengan hati-hati: rentang komposisi nominal, batas residu, dan impuritas yang diperbolehkan bervariasi menurut standar dan pabrikan. Saat mengganti material lintas region, verifikasi batas kimia tepat, jaminan sifat mekanik, dan definisi perlakuan panas (misalnya T651 vs temper stabilisasi lokal).
Ketahanan Korosi
Ketahanan korosi atmosferik 2018A tergolong sedang; matriks kaya tembaga mengurangi passivitas alami dibanding paduan aluminium–magnesium. Dalam lingkungan atmosfer yang tidak agresif, paduan ini bekerja cukup baik dengan pelapis yang diterapkan dengan benar, namun paduan seri 2xxx tanpa pelapis lebih rentan terhadap pitting dan serangan intergranular dibanding banyak paduan 5xxx dan 6xxx.
Dalam lingkungan laut atau yang mengandung klorida, 2018A menunjukkan ketahanan berkurang relatif terhadap paduan Al-Mg; pitting lokal dan korosi celah menjadi perhatian, terutama untuk komponen dengan tegangan residu tarik. Serangan akibat klorida dan eksfoliasi dapat diminimalkan dengan pelapis pelindung, anodizing bila memungkinkan, atau strategi proteksi katodik untuk struktur kritis.
Kerentanan terhadap stress corrosion cracking (SCC) meningkat untuk paduan Al-Cu kekuatan tinggi di bawah tegangan tarik berkelanjutan dan lingkungan agresif. Perancang harus menghindari kombinasi tegangan tarik aplikasi atau residu tinggi, temper yang rentan, dan paparan klorida. Pada pasangan galvanik, 2018A lebih mulia daripada aluminium murni tetapi kurang mulia daripada baja tahan karat; kopling galvanik ke logam katodik memerlukan isolasi atau pemisahan desain untuk mencegah korosi yang dipercepat.
Properti Fabrikasi
Kemampuan Pengelasan
Pengelasan 2018A sulit karena paduan kehilangan kekuatan di zona pengaruh panas (HAZ) dan rentan terhadap retak panas akibat kandungan tembaga tinggi pada suhu tinggi. Pengelasan fusi dengan TIG/MIG sering menyebabkan pelunakan signifikan di HAZ dan umumnya tidak dianjurkan untuk bagian beban berat kecuali diikuti perlakuan panas lokal pasca-las dan kualifikasi prosedur yang ketat. Logam pengisi seperti elektroda pengelasan berbasis Al-Cu jarang digunakan; praktik umum adalah sambungan rivet atau baut dan perekat untuk aplikasi struktural.
Kemudahan Mesin (Machinability)
2018A dianggap salah satu paduan aluminium kekuatan tinggi yang mudah dimesin karena menghasilkan pembentukan chip bersih dengan keausan alat relatif rendah dibanding paduan keras lain. Alat potong yang dioptimalkan untuk logam non-ferrous—karbida berlapis atau baja kecepatan tinggi dengan sudut positif—direkomendasikan, bersama kecepatan pemberian makan terkontrol untuk menghindari terbentuknya built-up edge. Hasil akhir permukaan dan kontrol dimensi sangat baik bila memproduksi dari batang T6 atau T651 karena kestabilan struktur presipitat.
Kemampuan Pembentukan
Pembentukan terbaik dilakukan pada temper annealed O, di mana paduan memiliki regangan dan keuletan jauh lebih tinggi. Pembengkokan dingin pada T6 atau temper serupa terbatas dan membutuhkan radius lebih besar serta kompensasi springback; pembentukan hangat atau pra-annealing diikuti perlakuan ulang dapat digunakan untuk mencapai bentuk kompleks. Perancang harus mendefinisikan temper pembentukan sejak awal agar perlakuan panas dan proses mesin berikutnya kompatibel.
Perilaku Perlakuan Panas
2018A adalah paduan aluminium klasik yang dapat diperlakukan panas (age-hardening) dan merespon siklus pelarutan Al-Cu dan penuaan standar. Perlakuan pelarutan khas melarutkan fase pengandung Cu pada suhu tinggi untuk menghasilkan larutan padat jenuh; rentang umum pelarutan adalah sekitar 495–525 °C dengan durasi tergantung ketebalan penampang. Setelah pelarutan, pendinginan cepat (quenching) diperlukan untuk mempertahankan keadaan jenuh dan menjadi basis untuk presipitasi selanjutnya.
Penuaan buatan (tipe T6) dilakukan pada suhu sedang (biasanya antara 150–190 °C) selama beberapa hingga puluhan jam tergantung kompromi sifat antara kekuatan puncak dan ketangguhan. Overaging mengurangi kekuatan namun dapat meningkatkan ketahanan terhadap stress-corrosion cracking dan ketangguhan. T651 menunjukkan temper tipe T6 dengan operasi pelurusan/penarikan untuk mengurangi tegangan residual dan memperbaiki stabilitas dimensi.
Kinerja Suhu Tinggi
2018A tidak dimaksudkan untuk penggunaan pada suhu tinggi tahan lama; suhu tinggi mempercepat pengerasan presipitat dan pelarutan, menyebabkan kehilangan kekuatan cepat. Suhu penggunaan kontinu praktis biasanya dibatasi di bawah ~120–150 °C untuk aplikasi pembawa beban; di atas kisaran ini, degradasi sifat yang signifikan terjadi seiring waktu.
Oksidasi suhu tinggi minim dibandingkan paduan ferrous karena oksida pelindung aluminium, tetapi kinerja mekanik dan ketahanan creep buruk pada suhu tinggi jika dibandingkan dengan paduan khusus tahan suhu tinggi. Zona pengaruh panas dari pengelasan atau pemanasan lokal dapat mengalami kehilangan kekuatan yang tidak proporsional dan harus diperhitungkan dalam desain serta rencana inspeksi.
Aplikasi
| Industri | Komponen Contoh | Alasan Pemakaian 2018A |
|---|---|---|
| Aerospace | Fittings, bracket, fitting gear pendaratan (non-kritis) | Kekuatan tinggi terhadap berat dan sifat perlakuan panas yang dapat diprediksi |
| Maritim | Anggota struktural, komponen hasil mesin | Kombinasi kekuatan dan kemudahan mesin yang baik saat dilindungi pelapis |
| Pertahanan | Komponen armor, dudukan senjata, fitting kekuatan tinggi | Kekuatan statis tinggi dan kemudahan mesin untuk bagian presisi |
| Otomotif | Bracket dan dudukan hasil mesin kekuatan tinggi | Mencapai pengurangan berat dengan kapasitas beban statis tinggi |
| Elektronik | Bagian struktural penyebar panas | Konduktivitas termal wajar dengan kekakuan tinggi |
2018A dipilih bila prioritas desain adalah kekuatan statis tinggi, stabilitas dimensi ketat, dan kemudahan mesin. Komprominya—pengelasan dan ketahanan korosi berkurang dibandingkan kekuatan unggul—menjadikannya ideal untuk komponen baut, rivet, atau mesin dalam rakitan struktural yang menuntut.
Wawasan Pemilihan
2018A menukar konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan pembentukan untuk peningkatan signifikan kekuatan dibanding aluminium kemurnian komersial (1100). Gunakan 2018A bila kekuatan dan kemudahan mesin kritis serta pelapis pelindung atau isolasi dapat mengelola risiko korosi.
Dibanding paduan pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, 2018A menawarkan kekuatan luluh dan tarik jauh lebih tinggi setelah perlakuan panas namun ketahanan korosi lebih rendah dan kemampuan las lebih buruk. Pilih 2018A untuk rakitan kekuatan tinggi, hasil mesin atau baut di mana pembentukan dan ketahanan korosi ekstrim bukan kebutuhan utama.
Dibanding paduan perlakuan panas umum seperti 6061 atau 6063, 2018A biasanya memberikan kekuatan puncak lebih tinggi untuk aplikasi statis namun lebih rentan terhadap SCC dan kemampuan las lebih rendah. Pilih 2018A bila kekuatan terpanas dan performa mesin yang lebih tinggi membenarkan perlindungan permukaan tambahan dan pertimbangan penyambungan.
Ringkasan Akhir
2018A tetap menjadi paduan aluminium kekuatan tinggi yang relevan untuk aplikasi rekayasa di mana kekuatan penuaan, kemudahan mesin luar biasa, dan stabilitas dimensi diprioritaskan daripada kemampuan las dan ketahanan korosi lingkungan terbuka. Dengan spesifikasi temper, perlakuan panas, dan tindakan pelindung yang cermat, 2018A memberikan keseimbangan kinerja yang solid untuk komponen aerospace, pertahanan, dan industri kekuatan tinggi.