Aluminium 2124: Komposisi, Properti, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Menyeluruh

2124 adalah paduan aluminium-tembaga dalam seri 2xxx, yang ditandai dengan tembaga sebagai elemen paduan utama dengan magnesium dan mangan sebagai elemen sekunder penting. Ini adalah paduan yang dapat diperkuat dengan perlakuan panas yang mengembangkan kekuatan tinggi terutama melalui perlakuan panas pelarutan, quenching, dan penuaan buatan, dengan penguatan tambahan diperoleh dari pengerjaan dingin terkendali saat temper tertentu mengharuskannya.

Paduan ini menunjukkan kekuatan statis tinggi dan ketangguhan patahan yang baik untuk grade aluminium yang mengandung tembaga, namun mengorbankan beberapa ketahanan korosi umum dan kemampuan las dibandingkan dengan keluarga 5xxx dan 6xxx. Kemampuan pembentukan dalam kondisi annealed dapat diterima, sementara temper keras secara signifikan mengurangi keuletan; kemampuan mesin umumnya baik untuk bentuk produk yang ditempa yang digunakan di bidang dirgantara.

Industri tipikal yang menentukan spesifikasi 2124 meliputi struktur primer dan sekunder dirgantara, fitting kekuatan tinggi, dan beberapa komponen pertahanan dimana rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi serta performa kelelahan adalah persyaratan utama. Engineer memilih 2124 dibandingkan paduan lain saat kombinasi kekuatan tinggi, toleransi kerusakan, dan respons penuaan yang dapat diprediksi diperlukan serta saat pelapisan atau tindakan protektif dapat mengatasi sensitivitas korosi paduan ini.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Pembentukan	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Annealed penuh, keuletan maksimum untuk pembentukan
H14	Sedang	Rendah-Sedang	Cukup	Buruk	Dikeraskan dengan pengerjaan dingin dengan keuletan terbatas
T3	Sedang-Tinggi	Sedang	Cukup	Buruk	Perlakuan panas pelarutan, pengerjaan dingin, penuaan alami
T4	Sedang	Sedang	Cukup	Buruk	Perlakuan panas pelarutan dan penuaan alami
T6	Tinggi	Rendah	Terbatas	Buruk	Perlakuan panas pelarutan dan penuaan buatan untuk kekuatan puncak
T8	Tinggi	Rendah	Terbatas	Buruk	Perlakuan panas pelarutan, pengerjaan dingin, dan penuaan buatan
T351	Sedang-Tinggi	Sedang	Cukup	Buruk	Perlakuan panas pelarutan, perlakuan penghilang tegangan dengan peregangan
T851	Tinggi	Rendah-Sedang	Terbatas	Buruk	Perlakuan panas pelarutan, penghilang tegangan (dengan peregangan), dan penuaan buatan; temper umum di dirgantara

Temperatur sangat menentukan trade-off antara kekuatan, keuletan, dan ketahanan kelelahan pada 2124. Material annealed (O) digunakan ketika pembentukan adalah prioritas utama, sedangkan temper T6/T851 dipilih untuk kekuatan statis tertinggi dan retensi sifat yang stabil pada temperatur kamar.

Tingkat pengerjaan dingin dan penuaan buatan selanjutnya (misalnya, T8) dapat digunakan untuk menyesuaikan yield strength versus ketangguhan, tetapi secara dramatis mengurangi kemampuan pembentukan dan membuat pengelasan tidak praktis karena pelunakan area pengaruh panas (HAZ) dan kerentanan terhadap retak panas.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.50	Impuritas; dikendalikan untuk mengurangi cacat pengecoran dan mempertahankan keuletan
Fe	≤ 0.50	Impuritas; kelebihan dapat mengurangi ketahanan korosi dan membentuk intermetalik
Cu	3.8 – 4.9	Elemen penguat utama yang mendorong pengerasan presipitasi
Mn	0.20 – 0.50	Mengendalikan struktur butir dan rekristalisasi; meningkatkan ketangguhan
Mg	1.2 – 1.8	Bekerjasama dengan Cu untuk pengerasan presipitasi dan kemampuan pengerasan
Zn	≤ 0.25	Minor; biasanya rendah dan hampir tidak berperan dalam penguatan di sini
Cr	≤ 0.10	Mengontrol struktur butir dan membantu membatasi rekristalisasi
Ti	≤ 0.15	Penghalus butir dalam proses ingot dan pengecoran
Lainnya	≤ 0.15 total	Elemen jejak dan sisa; dijaga rendah untuk mempertahankan penuaan yang dapat diprediksi

Tembaga dan magnesium adalah elemen kunci yang memungkinkan pengerasan presipitasi pada 2124; tembaga membentuk CuAl2 dan fase terkait yang mengendap selama penuaan. Mangan dan jejak kromium/titanium memurnikan struktur butir dan menstabilkan sifat, sementara silikon dan besi dikontrol untuk menghindari intermetalik getas yang mengurangi ketangguhan dan ketahanan korosi.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik pada 2124 sangat tergantung pada temper dengan peningkatan signifikan pada kekuatan luluh dan tarik ultimate pada temper yang mengalami penuaan presipitasi. Kondisi penuaan puncak seperti T6 atau T851 menghasilkan rasio yield-to-ultimate yang tinggi dan elongasi seragam yang relatif rendah; temper ini juga meningkatkan kekerasan dan mengurangi ketangguhan notch dibandingkan material annealed. Kekuatan lelah umumnya baik untuk paduan Al-Cu kekuatan tinggi asalkan kualitas permukaan dan tegangan residual dikendalikan serta korosi diatasi dengan perlakuan protektif atau pelapisan.

Ketebalan dan bentuk produk mempengaruhi parameter mekanik akibat laju pendinginan melalui ketebalan saat quench dan potensi penuaan diferensial; penampang tipis dapat mencapai kekuatan puncak lebih seragam dibandingkan plat tebal. Elongasi menurun seiring bertambahnya kekuatan dan juga berkurang pada kondisi pengerjaan dingin berat; desain untuk keuletan harus mempertimbangkan temper yang tersedia dan operasi pembentukan. Kekerasan berkorelasi erat dengan sifat tarik, namun pelunakan lokal di lasan atau HAZ dapat secara signifikan merusak performa saat pemakaian jika tidak diperhitungkan.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (T851/T6)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	~200–300 MPa	~470–520 MPa	Nilai tergantung ketebalan penampang dan proses; material spesifikasi aero biasanya di ujung atas
Kekuatan Luluh (offset 0.2%)	~80–220 MPa	~350–470 MPa	Yield meningkat kuat dengan penuaan; T851 biasanya memberikan yield lebih tinggi dibanding T6 untuk kondisi proses tertentu
Elongasi (dalam 50 mm)	~18–26%	~6–12%	Elongasi menurun dengan bertambahnya penuaan dan pengerjaan dingin
Kekerasan (Brinell HB)	~30–60 HB	~120–160 HB	Kekerasan sesuai dengan kekuatan tarik dan kondisi penuaan; perlakuan permukaan mengubah kekerasan saat pemakaian

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density	2.78 g/cm³	Tipikal paduan aluminium kekuatan tinggi, menguntungkan rasio kekuatan terhadap berat
Rentang Leleh	~500–640 °C	Rentang solidus/liquidus tergantung pada kandungan tembaga dan elemen minor lainnya
Konduktivitas Termal	~120 W/m·K	Lebih rendah dibanding aluminium murni tetapi masih baik untuk banyak aplikasi termal
Konduktivitas Listrik	~30–40 %IACS	Berhasil dikurangi oleh paduan; tidak dipilih bila konduktivitas listrik tinggi diperlukan
Kalor Spesifik	~0.90 J/g·K (900 J/kg·K)	Tipikal untuk paduan aluminium pada suhu ambient
Ekspansi Termal	~23–24 µm/m·K	Koefisien ekspansi termal mirip dengan paduan aluminium lain

Densitas dan sifat termal membuat 2124 menarik ketika massa rendah dan konduksi termal yang cukup dibutuhkan bersama dengan kapasitas mekanik. Konduktivitas listrik sangat berkurang oleh penambahan tembaga, sehingga 2124 bukan pengganti aluminium grade listrik saat konduktivitas adalah faktor utama desain.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Sheet	0.5 – 6 mm	Uniformitas baik pada ketebalan tipis	O, T3, T6, T851	Ketebalan kulit dan panel dirgantara umum; pelapisan memungkinkan
Plate	6 – 200 mm	Gradien sifat melewati ketebalan mungkin terjadi	O, T6, T851	Plat tebal memerlukan quench terkontrol untuk menghindari inti lunak
Ekstrusi	Profil sampai penampang besar	Tergantung pendinginan penampang	T6 (dapat dipenuaikan) setelah perlakuan pelarutan	Kurang umum dari sheet/plate; baik untuk penguatan kompleks
Tube	Diameter luar bervariasi, ketebalan dinding variabel	Batas mekanik ditentukan oleh ketebalan dinding	T3, T6	Digunakan pada fitting dan tubing struktural di dirgantara
Bar/Rod	Diameter hingga 200 mm	Homogen pada diameter kecil	O, T6	Digunakan untuk fitting mesin dan forging

Perbedaan dalam pemrosesan menghasilkan konsekuensi sifat yang berbeda: lembaran dan ekstrusi tipis dapat diquench dengan cepat dan mencapai penuaan seragam lebih baik, sementara plat tebal memerlukan praktik quench khusus dan mungkin memerlukan siklus penuaan pasca proses. Pemilihan produk harus mempertimbangkan perlakuan panas pasca pembentukan yang diperlukan, potensi pelapisan, dan apakah machining atau pengelasan akan dilakukan pada komponen.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	2124	USA	Penamaan utama di bawah Aluminum Association
EN AW	2124	Eropa	Sering dirujuk sebagai EN AW-2124 dalam standar Eropa dengan komposisi kimia serupa
JIS	A2618/A?	Jepang	Tidak ada padanan JIS yang tepat; grade Al-Cu kekuatan tinggi serupa tersedia
GB/T	AlCu4Mg1 / analog 2124	China	Standar Cina mungkin mencantumkan komposisi di bawah nama deskriptif daripada nomor paduan yang identik

2124 terutama dikodifikasikan di AA/ASTM dan dikenali dalam nomenklatur EN sebagai AW-2124; namun, beberapa wilayah menerapkan paduan yang terkait erat dengan batas kandungan impuritas dan temper yang sedikit berbeda. Perbedaan kecil pada elemen jejak yang diperbolehkan atau prosedur penerimaan lot dapat menghasilkan hasil mekanik yang sedikit berbeda, sehingga cross-referencing spesifikasi mekanik dan sertifikasi lot sangat penting saat penggantian antar wilayah.

Ketahanan Korosi

Dalam lingkungan atmosferik, 2124 kurang tahan dibandingkan paduan 5xxx dan 6xxx karena presipitat yang mengandung tembaga dapat memicu inisiasi korosi lokal. Saat terkena atmosfer lembab atau sedikit korosif, 2124 mendapat manfaat dari pelapisan pelindung atau pelapisan kromat yang umum diterapkan dalam praktik dirgantara. Cladding (alclad) sering digunakan untuk aplikasi kulit luar guna menyediakan penghalang aluminium murni yang bersifat korban dan meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan eksfoliasi.

Dalam lingkungan laut, paduan ini rentan terhadap pitting dan korosi antarbutir kecuali dilindungi oleh pelapis, cladding, atau perlindungan katodik; paparan terus-menerus pada semprotan garam mempercepat serangan pada daerah presipitat kaya tembaga. Retakan karena korosi tegangan (SCC) dapat terjadi di lingkungan yang mengandung klorida dan di bawah tegangan tarik, terutama dalam kondisi peak-aged dan saat tegangan tarik sisa dari pembentukan atau pemesinan masih ada.

Interaksi galvanik cukup signifikan saat 2124 bersentuhan dengan logam mulia seperti baja tahan karat atau tembaga; aluminium akan berperan sebagai anoda dan korosi lebih cepat jika tidak terisolasi secara elektrik atau dilindungi. Dibandingkan dengan paduan 6xxx (Al-Mg-Si), 2124 menukar sebagian ketahanan korosi dengan kekuatan yang lebih tinggi, dan dibandingkan dengan paduan 5xxx jauh lebih tidak tahan terhadap paparan klorida laut.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Pengelasan 2124 cukup menantang dan umumnya tidak dianjurkan untuk aplikasi yang membutuhkan sifat struktural penuh karena rentan terhadap retak panas dan pelunakan zona pengaruh panas (HAZ). Jika pengelasan diperlukan, proses seperti TIG atau MIG dengan kawat pengisi Al-Cu yang sesuai (misalnya 2319 atau varian khusus 4047/5356) umum digunakan untuk mengurangi retak dan meningkatkan keuletan pada logam las. Perlakuan panas pasca las tidak dapat sepenuhnya mengembalikan sifat peak-aged asli di zona las, sehingga perancang biasanya menghindari pengelasan anggota struktural kritis yang mendapat beban tinggi.

Kemampuan Mesin

2124 dianggap cukup dapat dimesin dibandingkan banyak paduan aluminium ber-kekuatan tinggi; dapat dimesin dengan baik menggunakan alat baja cepat atau karbida dengan kecepatan dan feed yang tepat. Serpihan cenderung kontinu dan ulet; pendingin dan fixture yang kaku meningkatkan hasil permukaan dan kontrol dimensi. Umur alat bisa lebih panjang dari beberapa paduan bebas tembaga karena kecenderungan paduan ini membentuk morfologi serpihan yang menguntungkan, namun kekuatan tinggi meningkatkan gaya pemotongan sehingga perlu diperhitungkan.

Kemampuan Bentuk

Pembentukan paling baik dilakukan pada temper annealed (O) atau temper yang ringan; temper keras seperti T6/T851 menunjukkan keuletan rendah dan sulit dibentuk tanpa retak. Radius lentur minimum dan kedalaman tarik yang direkomendasikan harus didekati secara konservatif pada temper yang sudah diaging, dan pembentukan hangat atau perlakuan larutan diikuti aging dapat digunakan untuk memperoleh bentuk kompleks. Springback pada temper kekuatan tinggi cukup signifikan dan harus diantisipasi dalam desain alat.

Perilaku Perlakuan Panas

Perlakuan larutan untuk 2124 dilakukan pada suhu biasanya antara 495–505 °C untuk melarutkan fase yang mengandung tembaga dan magnesium ke dalam larutan padat jenuh. Quenching cepat, biasanya quenching air dari suhu larutan, diperlukan untuk mempertahankan solut dalam keadaan supersaturasi dan memungkinkan presipitasi selanjutnya selama aging buatan. Jadwal aging buatan untuk kondisi seperti T6 umumnya menggunakan suhu sekitar 160–190 °C selama beberapa jam untuk mencapai keseimbangan antara kekuatan dan ketangguhan dengan urutan presipitasi yang dapat direproduksi.

Temper T851 dan sejenisnya untuk keperluan dirgantara menambahkan langkah peregangan terkendali (relaksasi tegangan) setelah quench dan sebelum aging untuk mengurangi tegangan sisa dan meningkatkan kestabilan dimensi. Overaging dapat dilakukan secara sengaja untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi tegangan dengan mengorbankan kekuatan puncak, dan re-aging terkontrol atau aging perbaikan dapat dilakukan pada bagian setelah paparan termal terbatas. Perilaku non-heat-treatable tidak berlaku untuk 2124, karena penguatan utamanya berbasis presipitasi bukan semata pengerasan kerja.

Kinerja pada Suhu Tinggi

2124 mengalami penurunan kekuatan secara bertahap dengan peningkatan suhu, dengan reduksi yang jelas di atas 100–150 °C dan pelunakan signifikan mendekati suhu aging buatan khusus. Paparan jangka panjang pada suhu tinggi memicu overaging dan pembesaran presipitat penguat, mengurangi kekuatan luluh dan ketahanan fatigue. Oksidasi minimal untuk aluminium pada suhu ini dalam udara kering, namun penurunan properti mekanik menjadi batasan utama untuk layanan suhu tinggi.

Zona pengaruh panas akibat pengelasan mengalami pelunakan lokal dan perubahan mikrostruktur yang menurunkan kapasitas beban, terutama pada suhu di mana pembesaran presipitat meningkat cepat. Untuk aplikasi siklik atau sensitif terhadap creep, perancang biasanya membatasi suhu layanan di bawah awal pembesaran presipitat yang signifikan dan menentukan pelapis pelindung untuk membatasi interaksi lingkungan.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Pemakaian 2124
Dirgantara	Fitting sayap, pelat sambungan, bracket struktural beban tinggi	Kekuatan per berat tinggi dan ketahanan fatigue/retak yang baik
Kelautan	Anggota struktural kekuatan tinggi (dengan perlindungan atau cladding)	Kekuatan dan ketangguhan saat korosi dikendalikan
Pertahanan	Komponen armor, struktur misil, penempaan struktural	Kekuatan statis tinggi dengan massa relatif rendah
Elektronik	Mounting struktural, komponen chassis	Kekakuan dan konduksi termal dengan kekuatan tinggi

2124 paling sering digunakan ketika kekuatan spesifik tinggi dan perilaku aging yang dapat diprediksi dibutuhkan dan dimana langkah perlindungan mengurangi risiko korosi. Material ini tetap menjadi pilihan untuk elemen struktural dirgantara di mana penghematan bobot dan toleransi kerusakan memberikan keuntungan sistemik.

Wawasan Pemilihan

Gunakan 2124 saat faktor desain utama adalah kekuatan luluh dan tarik tinggi yang dipadukan dengan properti fatigue dan retak yang baik, serta saat pelapis pelindung, cladding, atau lingkungan terkendali mengurangi risiko korosi. Tentukan temper T851 atau sejenis yang ditarik dan diaging untuk stabilitas dimensi kelas dirgantara dan kekuatan luluh tinggi; pilih temper O atau temper kurang diaging untuk operasi pembentukan sebelum perlakuan panas akhir.

Dibandingkan aluminium murni komersial (1100), 2124 menukar konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan bentuk unggul dengan kekuatan jauh lebih tinggi dan performa fatigue lebih baik. Dibandingkan paduan pengerasan kerja umum seperti 3003 atau 5052, 2124 memberikan kekuatan jauh lebih tinggi tetapi ketahanan korosi umum lebih rendah dan kemampuan las lebih buruk. Dibandingkan paduan heat-treatable yang banyak digunakan seperti 6061 atau 6063, 2124 sering menawarkan kekuatan luluh yang lebih tinggi dan ketangguhan retak yang superior untuk aplikasi struktural menuntut, namun dengan kompromi toleransi korosi dan kemudahan las/perbaikan; pilih 2124 bila kekuatan dan efisiensi fatigue lebih diutamakan daripada kompromi tersebut.

Kesimpulan Akhir

2124 tetap menjadi paduan aluminium ber-kekuatan tinggi yang relevan dalam rekayasa modern di mana kekuatan spesifik tinggi dan respons pengerasan presipitasi yang andal diperlukan, khususnya di sektor dirgantara dan pertahanan. Pemilihannya harus disertai perlindungan korosi, kontrol temper, dan perencanaan fabrikasi yang tepat untuk memaksimalkan keuntungan mekaniknya.