Aluminium 2118: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

Alloy 2118 termasuk dalam seri 2xxx dari paduan aluminium-tembaga yang ditandai dengan tembaga sebagai elemen paduan utama. Keluarga ini dapat diperlakukan dengan perlakuan panas dan dirancang untuk memberikan kekuatan tinggi melalui pengerasan presipitasi, dengan kandungan tembaga dan tambahan paduan minor yang disesuaikan untuk membentuk presipitat penguat selama proses aging.

Konstituen paduan utama dalam 2118 adalah tembaga, dengan tambahan magnesium, mangan, dan elemen jejak seperti besi, silikon, krom, dan titanium. Kombinasi ini menghasilkan kekuatan spesifik tinggi dan ketahanan lelah yang baik dibandingkan dengan aluminium non-heat-treatable dan aluminium murni komersial.

Pengerasan dicapai terutama melalui perlakuan solusi, quenching, dan aging buatan untuk mengembangkan presipitat halus berbasis Al2Cu; ini memberikan kekuatan puncak yang lebih tinggi dibandingkan paduan yang mengeras secara kerja tetapi juga membuat sifat lebih sensitif terhadap paparan panas. Ciri utama meliputi kekuatan tarik dan ketahanan lelah yang tinggi, ketahanan korosi sedang yang biasanya memerlukan pelapisan pelindung untuk lingkungan keras, serta kemampuan las yang terbatas dibandingkan paduan seri 5xxx/6xxx kecuali prosedur dan bahan pengisi yang tepat digunakan.

Industri yang umum menggunakan 2118 mencakup fitting struktural dan pengikat dirgantara, komponen otomotif berkinerja tinggi, serta aplikasi khusus di bidang kelautan dan pertahanan di mana rasio kekuatan terhadap berat dan umur lelah sangat kritis. Perancang memilih 2118 ketika dibutuhkan kekuatan dan performa lelah lebih tinggi daripada paduan umum seperti 1100, 3003, atau 5052, namun kekuatan puncak superior dari paduan 7xxx tidak diperlukan atau ketika ketangguhan dan perilaku patahan dari paduan 2xxx lebih diutamakan.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Sepenuhnya di-anneal, duktalitas dan formabilitas maksimum
H14	Sedang-Rendah	Sedang	Baik	Cukup	Dikeraskan secara strain untuk kekuatan sedang pada aplikasi drawing
T4	Sedang	Sedang-Tinggi	Baik	Cukup	Di-heat treatment solusi dan aging alami; keseimbangan baik untuk pembentukan lanjut
T5	Sedang-Tinggi	Sedang	Cukup-Baik	Cukup	Didinginkan dari suhu tinggi dan di-aging buatan untuk mengembangkan kekuatan
T6	Tinggi	Rendah-Sedang	Terbatas	Buruk-Cukup	Di-heat treatment solusi dan di-aging buatan untuk kekuatan puncak; temper teknik umum
T651	Tinggi	Rendah-Sedang	Terbatas	Buruk-Cukup	Di-heat treatment solusi, residual stress dikurangi dengan peregangan, kemudian di-aging buatan untuk stabilitas dimensi lebih baik

Temper sangat berpengaruh pada keseimbangan kekuatan dan formabilitas 2118, karena urutan perlakuan panas mengontrol ukuran, distribusi, dan koherensi presipitat. Varian O dan H digunakan ketika pembentukan atau drawing menjadi prioritas, sedangkan T6/T651 dipilih ketika kekuatan dan performa lelah menjadi faktor desain utama.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	maks 0.2	Diatur rendah untuk membatasi intermetallic rapuh dan mempertahankan ketangguhan
Fe	maks 0.5	Impuritas yang membentuk partikel intermetallic memengaruhi kemampuan mesin dan ketahanan lelah
Mn	0.3–0.9	Meningkatkan kekuatan, struktur butir dan resistensi terhadap rekristalisasi
Mg	0.2–1.0	Berperan dalam pengerasan presipitasi bersama Cu dan meningkatkan ketangguhan
Cu	3.5–5.0	Elemen penguat utama; mengontrol potensi pengerasan presipitasi
Zn	maks 0.25	Minor, dijaga rendah untuk menghindari kompleksitas pengerasan penuaan berlebih
Cr	0.05–0.25	Microalloying untuk memurnikan struktur butir dan menstabilkan sifat selama pemanasan
Ti	0.02–0.12	Penghalus butir, digunakan untuk mengontrol ukuran butir saat casting dan ekstrusi
Lainnya (masing-masing)	maks 0.05	Elemen jejak dan residu; batasan memastikan perilaku presipitasi yang dapat diprediksi

Kandungan tembaga mendominasi respons pengerasan presipitasi, menghasilkan Al2Cu dan fase terkait pada saat aging yang meningkatkan kekuatan dan mengurangi duktalitas. Magnesium dan mangan memodifikasi kimia presipitat dan interaksi matriks; mangan menekan pertumbuhan butir dan meningkatkan ketangguhan sementara magnesium dapat memperkuat pengerasan penuaan bila dikombinasikan dengan tembaga. Batas ketat pada besi, silikon, dan seng dipertahankan untuk mengontrol duktalitas, perilaku patahan, dan kerentanan korosi.

Sifat Mekanik

Dalam beban tarik, 2118 menunjukkan kekuatan tarik ultimitas tinggi dan retensi luluh yang baik pada temper T6/T651 dibandingkan banyak paduan aluminium umum. Kondisi peak-aged menghasilkan mikrostruktur dengan presipitat tersebar halus yang membatasi gerakan dislokasi, memberikan kekuatan luluh tinggi dan ketahanan lelah yang baik. Elongasi pada temper puncak menurun dibandingkan dengan kondisi annealed, sehingga perancang harus memperhitungkan duktalitas yang lebih rendah saat pembentukan dan kondisi benturan atau beban berlebih.

Performa lelah 2118 umumnya menguntungkan untuk paduan seri 2xxx karena kombinasi kekuatan statis tinggi dan ambang inisiasi retak yang dikendalikan presipitat; namun, umur lelah sensitif terhadap kualitas permukaan, geometri notch, dan korosi lokal. Efek ketebalan penting: bahan dengan ketebalan lebih tipis dapat di-aging lebih seragam dan sering mencapai kekuatan efektif lebih tinggi pada temper tertentu, sementara bagian lebih tebal mungkin membutuhkan siklus perlakuan solusi/aging lebih lama dan dapat menunjukkan ketangguhan lebih rendah serta kekuatan sedikit berkurang.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (T6/T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	150–260 MPa	400–480 MPa	Rentang luas tergantung komposisi tepat, ketebalan dan siklus aging
Kekuatan Luluh	60–150 MPa	320–380 MPa	Luluh meningkat signifikan dengan proses T6/T651
Elongasi	15–25%	7–14%	Duktalitas turun pada kondisi peak-aged; desain pembentukan harus disesuaikan
Kekerasan (HB)	40–80 HB	120–160 HB	Rentang Brinell; kekerasan berkorelasi dengan performa tarik/luluh

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density	2.78 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al-Cu; kekuatan spesifik baik dibanding baja
Rentang Peleburan	~500–640 °C	Paduan memperluas interval solidus-liquidus dibanding aluminium murni
Konduktivitas Termal	120–150 W/m·K	Lebih rendah dibanding Al murni akibat tambahan Cu tetapi tetap tinggi
Konduktivitas Listrik	25–40 % IACS	Lebih rendah dari Al murni; konduktivitas menurun karena paduan dan pengerasan dingin
Kalor Spesifik	~0.88 J/g·K (880 J/kg·K)	Tipikal untuk paduan aluminium; digunakan dalam perhitungan manajemen termal
Ekspansi Termal	23–24 µm/m·K (20–100°C)	Koefisien sedang; perubahan dimensi harus diperhitungkan dalam rakitan

2118 mempertahankan sebagian besar konduktivitas termal unggul aluminium dan densitas rendah, menghasilkan rasio kekuatan terhadap berat dan kemampuan pembuangan panas yang baik untuk berbagai komponen. Konduktivitas listriknya jauh berkurang dibanding aluminium murni, sehingga 2118 tidak umum digunakan ketika konduktivitas menjadi prioritas utama.

Rentang peleburan dan perilaku ekspansi termal menunjukkan bahwa input panas selama pengelasan dan siklus termal selama pemakaian akan secara signifikan memengaruhi mikrostruktur dan sifat mekanik; aspek ini harus dipertimbangkan dalam proses penyambungan, perlakuan panas, dan desain untuk beban termal.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0,3–6 mm	Lembaran tipis merespon dengan baik perlakuan penuaan T5/T6; keseragaman lebih baik pada ketebalan tipis	O, H14, T4, T5, T6	Digunakan untuk panel terbentuk dan struktur yang dipasang
Plat	6–50+ mm	Bagian tebal memerlukan siklus perlakuan larutan/penuaan yang diperpanjang; dapat menunjukkan ketangguhan yang lebih rendah	O, T6, T651	Bagian struktural berat dan fitting
Ekstrusi	Ketebalan dinding 1–20 mm	Profil ekstrusi memungkinkan kekuatan arah tertentu; perlakuan panas diterapkan setelah ekstrusi	O, T4, T6	Profil kompleks untuk anggota struktural
Pipa	OD 6–200 mm	Kinerja tergantung pada ketebalan dinding dan kecepatan quench; penggunaan kritis kelelahan pada T6	O, T4, T6	Digunakan untuk pipa struktural ringan
Batang/As	Diameter sampai 100 mm	Batang dapat diperlakukan panas dan dipenua untuk kekuatan tinggi; bahan untuk machining	O, T6	Pengikat, pin, dan komponen yang dikerjakan mesin

Produk lembaran dan ketebalan tipis sering dipilih ketika membutuhkan kemampuan pembentukan dan keseragaman pengerasan akibat penuaan, sementara plat dan ekstrusi berat perlu siklus termal khusus karena kecepatan quench yang lebih lambat. Jalur ekstrusi dan rolling juga memengaruhi struktur butir; ekstrusi memungkinkan penampang kompleks namun memerlukan perhatian pada quench dan penuaan untuk mencapai properti yang ditargetkan.

Produsen memilih bentuk produk berdasarkan proses lanjutan: lembaran untuk stamping dan pembentukan, ekstrusi untuk profil terintegrasi, dan batang untuk komponen yang dikerjakan mesin. Setiap bentuk produk juga menentukan pilihan temper guna mencapai keseimbangan kemampuan bentuk dan kekuatan yang dibutuhkan.

Grade Setara

Standar	Grade	Region	Catatan
AA	2118	USA	Penunjukan dalam daftar ANSI/AA untuk paduan Al-Cu ini
EN AW	Tidak ada yang tepat	Eropa	Tidak ada padanan langsung EN AW; paling mirip dalam perilaku dengan keluarga EN AW-2014/2024
JIS	Tidak ada yang tepat	Jepang	JIS memiliki paduan Al-Cu (A2017/A2024) dengan sifat mirip tapi batasan berbeda
GB/T	Tidak ada yang tepat	China	Standar Cina memiliki paduan Al-Cu yang sebanding tapi bukan pasangan satu lawan satu dengan AA 2118

Tidak ada standar universal tunggal yang langsung menerjemahkan 2118 ke nomor EN, JIS, atau GB/T; padanan paling tepat dianggap sebagai “kesamaan perilaku terdekat” bukan pengganti langsung. Perbedaan elemen jejak yang diizinkan, respons perlakuan panas, dan penunjukan temper berarti para desainer harus merujuk datasheet spesifik dan melakukan pengujian kualifikasi saat substitusi antar standar.

Ketahanan Korosi

2118 memiliki ketahanan korosi atmosferik sedang khas paduan Al-Cu yang bisa diperlakukan panas; pelindung seperti pelapisan, anodizing atau cladding sering digunakan untuk paparan jangka panjang. Dalam atmosfer netral sampai sedikit korosif, paduan ini berkinerja cukup baik, namun korosi lokal bisa diperburuk oleh intermetalik kaya tembaga dan permukaan yang kurang halus.

Dalam lingkungan laut atau yang mengandung klorida tinggi, 2118 kurang tangguh dibanding paduan 5xxx yang mengandung magnesium atau seri 6xxx yang tahan korosi; oleh karena itu biasanya memerlukan cladding, pelapis pengorbanan atau proteksi katodik untuk layanan struktural laut. Korosi titik dan antar butir bisa terjadi ketika zona tanpa presipitat terbentuk di batas butir akibat perlakuan panas yang tidak tepat atau paparan termal lama.

Kerentanan terhadap retak korosi tegangan lebih tinggi pada paduan seri 2xxx dibanding banyak grade non-heat-treatable, terutama di bawah beban tarik dan kondisi korosif. Interaksi galvanik perlu diperhatikan: 2118 lebih anodic dibanding baja tapi lebih cathodic dibanding aluminium murni tergantung perlakuan permukaan; isolasi atau pengikat dan pelapis kompatibel sering diperlukan. Dibanding seri 6xxx, 2118 menukar ketahanan korosi dengan kekuatan dan ketahanan lelah yang lebih tinggi, sehingga pemilihan harus menyeimbangkan lingkungan dan kebutuhan mekanis.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Las

Pengelasan 2118 cukup menantang dibanding banyak keluarga aluminium lain karena kandungan Cu mempromosikan retak panas dan pelunakan zona pengaruh panas (HAZ). Pengelasan gas tungsten arc (TIG) dan gas metal arc (MIG) memungkinkan dengan kontrol ketat input panas, prapemanasan/quenching, dan pemilihan kawat pengisi seperti filler Al-Cu-Mg atau filler 4043/2319 dengan kekuatan lebih rendah untuk mengurangi risiko retak. Perlakuan panas pasca-las dapat mengembalikan sebagian kekuatan tetapi pemulihan penuh ke tingkat T6 sulit karena pelarutan dan pembesaran presipitat di HAZ.

Kemampuan Machining

2118 mudah dikerjakan mesin dalam temper anil dan beberapa temper menengah, dengan kontrol serpihan baik dan keausan alat sedang akibat keberadaan partikel tembaga dan mangan. Peralatan carbide dengan sudut positif, penjepitan rigid, dan pendinginan banjir menghasilkan finis permukaan konsisten dan toleransi dimensi ketat; kecepatan harus konservatif untuk temper puncak penuaan agar menghindari keausan alat cepat. Indeks kemampuan machining umumnya lebih baik dibanding paduan Al-Zn-Mg kekuatan tinggi tetapi kurang baik dibanding 2011 free-machining atau aluminium murni 1100.

Kemampuan Pembentukan

Pembentukan paling baik dilakukan pada temper O, H14, atau T4 di mana keuletan cukup untuk operasi stamping, bending, dan drawing. Radius lentur minimum tergantung temper dan ketebalan, tapi biasanya desainer menggunakan 2–3× ketebalan material untuk lekukan ketat di temper menengah dan radius lebih besar untuk T6. Kerja dingin meningkatkan kekuatan melalui pengerasan kerja namun dapat memperkenalkan tegangan sisa yang berinteraksi dengan perlakuan panas berikutnya; pembentukan hangat atau strategi pra-penuaan bisa digunakan untuk mengoptimalkan properti akhir.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan yang dapat diperlakukan panas, 2118 merespon siklus perlakuan larutan, quench, dan penuaan standar yang digunakan untuk paduan Al-Cu. Perlakuan larutan umum dilakukan pada suhu sekitar 495–505 °C untuk melarutkan fase kaya Cu ke dalam matriks, diikuti dengan quench cepat untuk mempertahankan larutan padat jenuh. Penuaan buatan biasanya dilakukan pada rentang 160–190 °C selama beberapa jam untuk menghasilkan presipitat halus dan mencapai kondisi T5/T6; waktu dan suhu penuaan diperdagangkan antara kekuatan puncak dan ketangguhan serta ketahanan retak korosi tegangan.

Transisi temper cukup mudah: material yang telah perlakuan larutan dapat dipenua secara alami ke T4 atau dipenua buatan ke T5/T6; T651 melibatkan perlakuan larutan, peregangan untuk menghilangkan tegangan sisa, dan kemudian penuaan buatan. Overaging pada suhu lebih tinggi atau waktu penuaan lebih lama menyebabkan presipitat mengeras dan mengurangi kekuatan sambil meningkatkan keuletan dan ketahanan korosi, sehingga kontrol siklus sangat krusial untuk mencapai keseimbangan teknik yang diinginkan.

Kinerja pada Suhu Tinggi

2118 menunjukkan penurunan kekuatan yang nyata dengan kenaikan suhu layanan; paparan terus-menerus di atas ~120–150 °C akan mengurangi penguatan presipitat dan secara bertahap menurunkan kekuatan luluh dan tarik. Oksidasi pada suhu tinggi terbatas di atmosfer inert namun skala permukaan dan perubahan mikrostruktur akan terjadi jika suhu mendekati suhu perlakuan larutan, yang dapat mengubah kinerja mekanis secara permanen.

Zona pengaruh panas selama pengelasan mengalami pelunakan akibat pelarutan dan pembesaran presipitat, dan pemulihan properti melalui perlakuan panas pasca-las terbatas karena cacat akibat quench dan tegangan sisa. Untuk penggunaan suhu tinggi yang berselang-seling, desainer harus menurunkan beban yang diizinkan dan mempertimbangkan paduan alternatif yang dioptimalkan untuk stabilitas suhu tinggi jika suhu operasi sering melebihi 100 °C.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa 2118 Digunakan
Aerospace	Fitting, bracket, dan komponen struktural non-primer	Kekuatan spesifik tinggi dan ketahanan lelah baik untuk bagian yang kritis terhadap bobot
Otomotif	Komponen suspensi performa tinggi dan bracket struktural	Keseimbangan rasio kekuatan-terhadap-berat dan umur lelah untuk kendaraan performa
Kelautan	Elemen struktural kecil dan fitting yang dikerjakan mesin	Kekuatan dan kemampuan machining baik; memerlukan pelapisan untuk perlindungan korosi
Defensa	Fitting misil dan perlengkapan ordnance	Kekuatan tinggi dan kemampuan machining untuk komponen presisi
Elektronik	Rangka struktural dan penyebar panas	Konduktivitas termal baik dan kekakuan per berat untuk rakitan

2118 biasanya dipilih ketika kombinasi kekuatan statis dan lelah tinggi, kemampuan machining yang dapat diterima, dan konduktivitas termal yang wajar diperlukan. Kebutuhan perlakuan pelindung pada lingkungan berat diimbangi oleh keuntungan mekanis paduan ini di banyak konteks aerospace dan rekayasa performa.

Wawasan Pemilihan

Pilih 2118 saat kekuatan tinggi dan ketahanan lelah adalah tujuan desain utama dan ketika Anda dapat mengontrol perlindungan korosi serta variabel fabrikasi. Paduan ini sangat menarik untuk komponen yang dikerjakan mesin atau dibentuk yang mendapat keuntungan dari pengerasan akibat perlakuan panas dan ketika paduan 7xxx dengan kekuatan lebih tinggi tidak diperlukan atau memperkenalkan kerapuhan atau kesulitan proses yang tidak diinginkan.

Dibandingkan dengan aluminium komersial murni (1100), 2118 mengorbankan konduktivitas listrik dan kemampuan bentuk untuk kekuatan dan umur lelah yang jauh lebih tinggi. Dibandingkan dengan paduan yang umum dikeraskan secara kerja seperti 3003 atau 5052, 2118 menawarkan kekuatan yang jauh lebih besar dengan mengorbankan kemampuan pengelasan dan ketahanan korosi bawaan, sehingga 2118 dipilih ketika performa menahan beban lebih penting daripada kemudahan penyambungan atau pembentukan. Dibandingkan dengan paduan 6xxx yang dapat dilakukan perlakuan panas (misalnya, 6061/6063), 2118 sering memberikan kekuatan lelah yang lebih baik dan kekuatan puncak lebih tinggi untuk temper tertentu, tetapi biasanya memerlukan perlindungan korosi dan praktik pengelasan yang lebih hati-hati; pilih 2118 ketika profil kekuatan/lelahannya sesuai dengan aplikasi dan ketika rantai produksi dapat mengakomodasi kebutuhan perlakuan panas dan perlindungannya.

Ringkasan Penutup

Paduan 2118 tetap menjadi aluminium teknik yang relevan dimana desain memerlukan keseimbangan kekuatan tinggi, performa lelah yang baik, dan kemampuan mesin yang dapat diterima melalui perlakuan panas. Penggunaannya dioptimalkan ketika engineer mempertimbangkan sifat keuletan yang tergantung pada temper, kebutuhan perlindungan korosi, dan sensitivitas fabrikasi, sehingga struktur dan komponen dapat mencapai performa tinggi dengan rasio kekuatan terhadap berat yang menguntungkan.