Aluminium 2024: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

2024 adalah paduan aluminium-tembaga dari seri 2xxx, yang secara historis dikembangkan untuk aplikasi struktural dengan kekuatan tinggi. Paduan ini menggunakan tembaga sebagai elemen paduan utama dan mengandung magnesium serta mangan untuk memperbaiki mikrostruktur serta mendukung pengerasan presipitasi.

Bahan ini adalah paduan yang dapat diperlakukan secara panas, memperoleh kekuatannya melalui perlakuan pelarutan (solution treating), quenching, dan penuaan buatan (artificial aging) untuk menghasilkan presipitasi halus Al2Cu (θ′). Tingkat kekuatannya tinggi dibandingkan dengan sebagian besar paduan aluminium lainnya, namun hal ini diimbangi dengan ketahanan korosi umum yang sedang hingga buruk dan keterbatasan kemampuan las tanpa prosedur khusus.

Ciri utama meliputi rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi, ketahanan kelelahan yang baik jika diproses dengan benar, kemampuan pembentukan yang berkurang pada temper yang kuat, serta rentan terhadap retak korosi karena tegangan (stress-corrosion cracking) di beberapa lingkungan. Industri khas penggunaannya meliputi dirgantara, militer, otomotif berperforma tinggi, dan aplikasi struktural lain di mana kekakuan dan kekuatan tinggi diutamakan dibanding kemudahan pembentukan.

Para engineer memilih 2024 ketika kekuatan struktural maksimal dan ketahanan terhadap patah/kelelahan diperlukan pada bagian berketebalan tipis hingga sedang, dan saat komponen bisa dilindungi dengan pelapis atau dirancang untuk menghindari paparan korosi yang berat. Performa paduan ini sering kali melampaui paduan alternatif ketika kekakuan kritis beban dan umur kelelahan menentukan pemilihan material.

Variasi Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Lasabilitas	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Bagus Sekali	Bagus Sekali	Kondisi anil penuh untuk kelenturan maksimal
H14	Menengah	Rendah–Menengah	Terbatas	Buruk	Berkerut (strain-hardened) pada tingkat terkendali, kelenturan berkurang
T3	Tinggi	Menengah	Terbatas	Buruk	Diperlakukan panas larutan (solution heat-treated), dikeraskan dingin, dan dipenuaan alami
T4	Tinggi	Menengah	Terbatas	Buruk	Diperlakukan panas larutan dan dipenuaan alami (melembut selama pembentukan)
T6	Sangat Tinggi	Rendah–Menengah	Buruk	Buruk	Diperlakukan panas larutan dan dipenuaan buatan untuk kekuatan puncak
T351	Sangat Tinggi	Rendah–Menengah	Buruk	Buruk	Diperlakukan larutan, distres rilief dengan peregangan, kemudian dipenuaan alami
T651	Sangat Tinggi	Rendah–Menengah	Buruk	Buruk	Diperlakukan larutan, distres rilief dengan peregangan terkendali, dipenuaan buatan

Temperasi secara kuat mengontrol keseimbangan antara kekuatan dan kelenturan pada 2024. Temperan puncak seperti T6/T651 memberikan kekuatan tarik dan luluh tertinggi namun mengurangi elongasi dan membatasi operasi pembentukan.

Untuk fabrikasi, temper yang lebih lunak (O atau H-state dengan pengerasan dingin ringan) digunakan ketika diperlukan pembentukan dan pembentukan bentuk, dan kemudian dapat diperlakukan panas larutan dan dipenuaan jika diperlukan kekuatan lebih tinggi. Pemilihan temper juga memengaruhi tegangan sisa, perilaku kelelahan, dan kerentanan terhadap SCC, sehingga aplikasi dirgantara sering menggunakan temper terkendali seperti T351 dan T651.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.5	Elemen kotoran; tingkat tinggi mengurangi ketahanan korosi dan ketangguhan
Fe	≤ 0.5	Besi membentuk intermetalik yang dapat menurunkan kelenturan dan ketangguhan
Mn	0.30–0.90	Kontrol struktur butir; meningkatkan kekuatan dan ketangguhan patah
Mg	1.2–1.8	Mendukung pengerasan presipitasi dengan Cu; meningkatkan kekuatan
Cu	3.8–4.9	Elemen penguat utama; meningkatkan kekuatan dan menurunkan ketahanan korosi
Zn	≤ 0.25	Kotoran minor; Zn berlebih dapat mengurangi ketahanan SCC
Cr	0.04–0.35	Kontrol struktur butir dan perilaku rekristalisasi
Ti	≤ 0.15	Penghalus butir dalam pemrosesan cast/ingot
Lainnya	≤ 0.15 masing-masing; sisanya Al	Elemen jejak tambahan; Al menjadi keseimbangan paduan

Karakteristik mekanik dan korosi paduan ini terutama didorong oleh kombinasi Cu–Mg, yang memungkinkan pengerasan penuaan melalui Al2Cu dan presipitat terkait. Kromium dan mangan adalah tambahan mikro-paduan utama yang mengontrol struktur butir, menghambat rekristalisasi berlebihan, dan meningkatkan ketangguhan serta performa kelelahan. Kotoran minor seperti Si dan Fe dibatasi karena membentuk partikel intermetalik rapuh yang menurunkan kemampuan pembentukan dan perlakuan patah.

Sifat Mekanis

Perilaku tarik pada 2024 ditandai dengan kekuatan tarik maksimum yang tinggi dan kekuatan luluh yang relatif tinggi pada temper puncak. Kekuatan luluh dan ultimate maksimum tercapai pada varian T6/T351 karena distribusi presipitat yang halus. Elongasi menurun seiring peningkatan kekuatan, dengan kelenturan yang cukup untuk banyak desain struktural namun terbatas untuk proses drawing atau stretch forming berat.

Kekerasan berkorelasi erat dengan temper; nilai kekerasan Brinell atau Vickers bisa dua kali lipat atau lebih saat beralih dari kondisi anil ke kondisi puncak penuaan. Ketahanan kelelahan 2024 umumnya lebih baik dibanding banyak paduan aluminium lain pada kekuatan statis setara, terutama saat titik inisiasi retak diminimalkan dengan permukaan halus dan perlindungan korosi. Ketebalan memengaruhi respons mekanis; ketebalan tipis lebih mudah dikeraskan dan menunjukkan ketahanan kelelahan lebih tinggi, sedangkan penampang tebal bisa sulit diproses larutan secara merata dan menunjukkan penurunan sifat puncak.

Sifat	O/Anil	Temper Kunci (misal T351/T6)	Catatan
Kekuatan Tarik (MPa)	280–350	430–505	Temper puncak mencapai rentang atas; nilai bervariasi menurut bentuk produk dan ketebalan
Kekuatan Luluh (offset 0.2%, MPa)	125–200	300–390	Kekuatan luluh meningkat signifikan setelah penuaan; variasi bergelombang mungkin terjadi pada ketebalan
Elongasi (%)	18–30	8–16	Kelenturan menurun pada temper dengan kekuatan tinggi dan plat lebih tebal
Kekerasan (HB)	55–75	115–140	Kekerasan berkaitan dengan kerapatan presipitat dan temper

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Kepadatan	2.78 g/cm³	Kepadatan khas untuk paduan Al seri 2xxx
Rentang Leleh	Solidus ~500–515 °C; Liquidus ~640–650 °C	Interval leleh khas untuk paduan Al–Cu; brazing/pengelasan harus memperhatikan retak panas
Konduktivitas Termal	~120 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni karena elemen paduan
Konduktivitas Listrik	~30–35 %IACS (≈18–20 MS/m)	Kira-kira sepertiga konduktivitas aluminium murni
Kalor Jenis	~0.88 J/g·K (880 J/kg·K)	Bergantung suhu; digunakan dalam desain termal
Ekspansi Termal	~23.2 μm/m·K (20–100 °C)	Sama dengan paduan aluminium lain; penting untuk desain siklus termal

Konduktivitas termal dan listrik 2024 lebih rendah dari aluminium murni, akibat adanya tembaga dan elemen paduan lain yang menghambat pergerakan elektron dan fonon. Kepadatan dan koefisien ekspansi termalnya khas untuk paduan aluminium struktural, memungkinkan desain ringan namun memerlukan perhatian pada ekspansi diferensial saat bergabung dengan material berbeda.

Rentang leleh dan kerentanan terhadap retak panas menuntut siklus termal yang dikontrol saat pengelasan dan brazing, serta konduktivitas termal yang relatif tinggi membutuhkan input panas lebih besar untuk operasi pemanasan lokal.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0.2–6.0 mm	Respons seragam pada ketebalan tipis; pengerasan penuaan yang baik	O, T3, T351, T6	Sering digunakan untuk kulit dan fitting dirgantara
Plat	>6.0 mm hingga 150–250 mm	Lebih sulit untuk perlakuan larutan yang merata; pendinginan lambat memengaruhi sifat mekanik	O, T351, T6	Bagian tebal memerlukan fasilitas perlakuan larutan khusus
Ekstrusi	Diameter hingga 200 mm penampang	Pengerasan presipitasi setelah penuaan; bergantung pada profil	O, T3, T6	Kurang umum dibandingkan ekstrusi 6061, digunakan untuk profil dengan kekuatan tinggi
Pipa	Dinding tipis hingga sedang	Kekuatan bervariasi sesuai ketebalan dinding dan temper	O, T3, T6	Digunakan pada pipa struktural dan saluran hidrolik dirgantara (dengan pelapis)
Batang	Diameter hingga 300 mm	Homogen pada penampang kecil	O, T3, T6	Digunakan untuk manufaktur tempa dan bagian mesin dengan kebutuhan kekuatan tinggi

Lembaran dan produk tipis merespons dengan cepat terhadap perlakuan larutan dan quenching, sehingga menghasilkan sifat puncak yang konsisten dan performa kelelahan yang baik. Plat tebal dan ekstrusi besar menghadirkan tantangan quench; mereka mungkin tidak mencapai kekuatan puncak yang sama tanpa kontrol proses khusus, sehingga perancangan harus mengakomodasi variasi sifat. Bentuk produk memengaruhi temper yang diizinkan serta kelayakan pembentukan, pengelasan, dan pemesinan dalam produksi.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	2024	USA	Penamaan ASTM/AA dan baseline umum untuk spesifikasi
EN AW	2024	Europa	Sering disebut sebagai AlCu4Mg1; standar kimia dan temper sesuai spesifikasi EN
JIS	A2017 / A2024 (perkiraan)	Jepang	Setara yang dekat ada, namun paduan JIS bisa sedikit berbeda dalam batas Cu/Mg
GB/T	2A12	China	Setara China umum untuk paduan seri 2024; penamaan temper serupa

Penamaan setara ada di berbagai standar, tapi histori pemrosesan, batas kandungan impuritas yang diizinkan, dan definisi temper bisa berbeda menurut wilayah dan pabrik. Untuk komponen dirgantara atau yang bersifat kritis keselamatan, engineer harus memverifikasi spesifikasi standar dan notasi temper persisnya daripada hanya mengandalkan nomor paduan nominal. Perbedaan minor dalam kontrol impuritas dan praktik manufaktur dapat memengaruhi kerentanan terhadap retak korosi akibat tegangan (SCC), umur kelelahan, dan kemampuan mesin.

Ketahanan Korosi

2024 menunjukkan ketahanan korosi atmosfer yang sedang bila dibandingkan dengan aluminium murni dan paduan berbasis magnesium, namun lebih sensitif dibanding banyak paduan Al-Mg (5xxx) atau Al-Mg-Si (6xxx). Kandungan tembaga yang tinggi menurunkan pasivitas alami dan meningkatkan laju korosi umum di lingkungan basah-kering siklik atau atmosfir yg kaya klorida kecuali diberi pelapis pelindung atau kladding.

Dalam lingkungan laut atau terekspos klorida, 2024 tanpa kladding rentan pada korosi lokal dan pitting kecuali dilindungi. Paduan aluminium-tembaga juga memiliki kerentanan lebih tinggi terhadap retak korosi akibat tegangan (SCC) pada beban tarik berkelanjutan di lingkungan korosif, khususnya pada temper puncak. Strategi desain dan pemeliharaan biasanya mencakup temper terkontrol, kladding dengan aluminium murni, atau pelapis penghalang untuk mengurangi SCC dan pitting.

Interaksi galvanik menjadi perhatian saat 2024 dipasang berdekatan dengan logam mulia seperti baja tahan karat atau tembaga; isolasi protektif atau anoda korban umum digunakan. Dibandingkan paduan 5xxx seperti 5052, 2024 menukar ketahanan korosi dengan kekuatan lebih tinggi, sehingga memerlukan perlindungan lingkungan yang lebih kuat untuk paparan jangka panjang.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Las

Pengelasan 2024 sulit pada temper kekuatan tinggi karena presipitat kaya tembaga memicu retak panas dan daerah las sering melunak akibat pelarutan presipitat penguat. Pengelasan fusi (MIG/TIG) biasanya dihindari untuk bagian struktural kritis; jika perlu dilas, digunakan kawat pengisi khusus (misal 2319 atau kawat Al-Cu serupa) dan perlakuan panas pasca las. Pengelasan resistansi dan sambungan mekanis umum untuk aplikasi dirgantara.

Kemampuan Mesin

2024 tergolong cukup mudah dimesin di antara paduan aluminium kekuatan tinggi, dengan kontrol serpih yang baik dan laju penghilangan material yang tinggi pada kondisi T3/T6 dibanding banyak baja. Peralatan carbide dengan sudut rekan positif dan pendingin yang tepat direkomendasikan untuk menghindari buildup edge dan pengerasan kerja sekunder. Indeks kemudahan mesin cukup tinggi dibanding baja namun lebih rendah dari paduan aluminium mudah mesin; kecepatan dan feed harus disesuaikan dengan temper dan kekakuan bagian.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk terbaik pada temper annealed O dan menurun tajam seiring peningkatan kekuatan. Bending dan penarikan dangkal memungkinkan pada temper lunak dengan radius tekuk minimum relatif kecil (radius rapat untuk lembaran tipis), sedangkan penarikan dalam dan pembentukan tarik kompleks terbatas pada kondisi T6/T351. Bila bentuk kompleks dibutuhkan, umum dilakukan pembentukan pada temper lunak lalu perlakuan larutan dan penuaan atau memilih paduan yang lebih mudah dibentuk.

Perilaku Perlakuan Panas

2024 adalah paduan yang klasik dapat diperlakukan panas, merespons perlakuan larutan, quenching, dan penuaan buatan. Perlakuan larutan biasanya dilakukan pada suhu sekitar 495–505 °C untuk melarutkan Cu dan Mg dalam larutan padat, diikuti dengan quenching cepat untuk mempertahankan matriks jenuh lebih. Penuaan buatan (presipitasi) dilakukan pada suhu terkontrol (misalnya 160–190 °C) untuk mencapai temper yang diinginkan seperti T6 atau T651.

Transisi temper penting: penuaan berlebih mengurangi kekuatan namun dapat meningkatkan ketahanan SCC dan ketangguhan, sementara penuaan kurang menghasilkan kekerasan dan kekuatan lebih rendah. Untuk komponen kelas pesawat, kontrol tepat waktu rendam, laju quench, dan siklus penuaan digunakan untuk memperoleh sifat ulang-alik dan meminimalkan tegangan sisa serta distorsi. Bagian tebal memerlukan siklus termal disesuaikan untuk menghindari segregasi dan memastikan presipitasi merata di seluruh penampang.

Kinerja Suhu Tinggi

2024 kehilangan kekuatan lebih cepat dengan kenaikan suhu dibanding banyak paduan aluminium tahan panas lainnya; batas desain praktis biasanya di bawah 150 °C untuk beban berkelanjutan. Di atas 100–150 °C, pengerasan presipitasi menggerombol menyebabkan pelunakan dan penurunan kekuatan luluh, membuat paduan ini tidak cocok untuk penggunaan struktural suhu tinggi jangka panjang. Oksidasi tidak separah pada beberapa paduan suhu tinggi, tetapi pelapis pelindung tetap dianjurkan untuk lingkungan siklus termal guna membatasi degradasi permukaan.

Zonater pengaruh panas di sekitar las mengalami penuaan berlebih atau pelarutan presipitat, mengurangi kekuatan lokal dan ketahanan kelelahan. Untuk komponen dengan suhu tinggi sementara, desain harus mempertimbangkan pengurangan tegangan yang diizinkan dan kemungkinan percepatan mekanisme korosi.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa 2024 Digunakan
Dirgantara	Fitting fuselage dan sayap, tempa, struktur tempat paku rivet	Kekuatan terhadap berat tinggi dan ketahanan kelelahan unggul
Kelautan	Komponen struktural dan fitting (dilapisi atau dikladding)	Kekuatan dan umur kelelahan untuk elemen struktural dengan kontrol korosi diterapkan
Otomotif	Bracket struktural performa tinggi, komponen suspensi	Kekuatan statis dan kelelahan tinggi untuk bagian performa ringan
Elektronik	Rangka dan penyangga mekanik	Kekuatan dengan konduktivitas termal sedang untuk struktur ringan dan kaku

2024 tetap menjadi andalan pada aplikasi dirgantara di mana integritas struktural dan ketahanan kelelahan sangat penting serta finishing pelindung atau kladding dapat diterapkan. Kombinasi performa mekanik dan ketersediaan temper terkontrol menjadikannya menarik untuk hardware misi-kritis di industri yang diatur.

Wawasan Pemilihan

Pilih 2024 ketika kekuatan struktural dan ketahanan kelelahan lebih penting dibanding kemudahan pembentukan dan ketahanan lingkungan. Ini ideal untuk struktur tipis beban tinggi di mana pelapis, kladding, atau langkah desain dapat mengurangi risiko korosi dan SCC.

Dibandingkan aluminium murni komersial (misal 1100), 2024 menukar konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan membentuk yang superior dengan kekuatan jauh lebih tinggi dan performa kelelahan lebih baik. Dibandingkan paduan kerja-keras seperti 3003 atau 5052, 2024 memberikan kekuatan statis jauh lebih tinggi namun memerlukan perlindungan korosi lebih ketat dan cenderung kurang duktile. Dibandingkan paduan perlakuan panas lain seperti 6061, 2024 biasanya menawarkan kekuatan kelelahan dan ketangguhan patah lebih tinggi pada banyak temper, meskipun 6061 lebih mudah dilas dan memiliki ketahanan korosi umum lebih baik; pilih 2024 saat kekuatan struktural puncak dan umur kelelahan adalah kriteria utama.

Ringkasan Penutup

Paduan aluminium 2024 tetap menjadi pilihan utama untuk aplikasi dengan kekuatan tinggi dan kritis terhadap kelelahan, di mana pengurangan berat sangat penting dan perlindungan lingkungan dapat diterapkan. Sifatnya yang dapat diperlakukan dengan panas serta metalurgi yang telah dipahami dengan baik memberikan performa tinggi yang dapat diulang dalam industri dirgantara dan industri berat lainnya, menjaga relevansinya meskipun terdapat alternatif yang lebih tahan korosi atau lebih mudah untuk dilas.