Aluminium 2424: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Lengkap

Aluminium 2424 adalah paduan tekan yang dapat dilalui perlakuan panas dan masuk dalam seri 2xxx yaitu paduan aluminium–tembaga–magnesium. Paduan ini sangat terkait dengan keluarga 2024 yang terkenal dan diformulasikan untuk meningkatkan kekuatan dan ketangguhan patah melalui penyesuaian moderat pada kadar tembaga, magnesium, dan mangan serta pengendalian ketat terhadap impuritas besi dan silikon.

Elemen paduan dominan adalah tembaga (agen penguat utama), magnesium (membentuk zona Guinier–Preston dan presipitat seperti Mg2Si yang berkontribusi pada pengerasan usia), dan mangan (kontrol struktur butir serta pembentukan dispersoid). Penguatan dicapai terutama melalui pengerasan presipitasi setelah perlakuan pelarutan dan penuaan buatan, dengan kontribusi sekunder dari pengerasan regangan pada beberapa kondisi temper.

Sifat utama meliputi kekuatan spesifik tinggi dan ketahanan lelah yang baik apabila diperlakukan dan difinishing permukaannya dengan tepat, kemampuan bentuk sedang pada temper yang dilunakkan, ketahanan korosi intrinsik terbatas dibandingkan paduan 5xxx/6xxx, dan kemampuan las sedang dengan prosedur dan logam pengisi yang tepat. Industri khas mencakup dirgantara (struktur dan fitting), pertahanan (komponen rangka pesawat), motorsport, dan sektor industri khusus yang membutuhkan rasio kekuatan terhadap berat dan kinerja lelah tinggi.

Para engineer memilih 2424 dibanding paduan lain ketika desain memprioritaskan ketangguhan patah tinggi dan kinerja lelah pada paduan yang dapat dilalui perlakuan panas, atau ketika diperlukan keseimbangan erat antara kekuatan statis tinggi dan toleransi kerusakan. Paduan ini dipilih dibandingkan paduan 7xxx dengan kekuatan lebih tinggi ketika ketahanan korosi, ketangguhan, dan kemampuan las yang lebih baik diperlukan, serta dibandingkan paduan 6xxx/5xxx ketika dibutuhkan kekuatan puncak lebih tinggi.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Sangat Baik	Sangat Baik	Fully annealed, plastisitas dan kemampuan bentuk maksimum
T3	Sedang-Tinggi	Sedang	Baik	Terbatas	Cold worked dan penuaan alami; sifat lelah baik
T4	Sedang	Sedang-Tinggi	Baik	Terbatas	Pelarutan dan penuaan alami
T6	Tinggi	Rendah-Sedang	Terbatas	Tantangan	Pelarutan dan penuaan buatan untuk kekuatan puncak
T8 / T851	Tinggi	Rendah-Sedang	Terbatas	Tantangan	Pelarutan, cold worked, dan penuaan buatan / distabilisasi untuk ketangguhan patah lebih baik
T351	Sedang-Tinggi	Sedang	Baik	Terbatas	Relaksasi tegangan dengan peregangan setelah perlakuan pelarutan

Temperasi sangat mengubah sifat 2424 dengan mengubah distribusi, ukuran, dan kohesi presipitat yang mengandung Cu dan Mg. Temper lunak (O, T4) memaksimalkan plastisitas dan kemampuan bentuk, sedangkan temper penuaan (T6, T8) memberikan kekuatan luluh dan tarik tertinggi dengan pengorbanan elongasi dan kemampuan pembengkokan.

Urutan perlakuan panas dan kerja dingin juga memengaruhi tegangan residual, kerentanan terhadap retak korosi akibat tegangan, dan kemampuan mesin; temper distabilisasi (misalnya T851) digunakan saat stabilitas dimensi dan ketahanan terhadap penuaan lanjutan dibutuhkan.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.50	Si rendah terkontrol untuk meminimalkan intermetalik getas dan meningkatkan ketangguhan
Fe	≤ 0.50	Direndahkan untuk mengurangi intermetalik kaya Fe kasar yang menurunkan plastisitas
Mn	0.3–1.2	Kontrol struktur butir, pembentukan dispersoid, meningkatkan ketangguhan
Mg	1.2–1.9	Berperan dalam pengerasan presipitasi bersama Cu dan penguatan larutan padat
Cu	3.8–5.0	Elemen penguat utama membentuk Al2Cu dan presipitat lain
Zn	≤ 0.25	Minoritas, biasanya residu; rendah untuk menghindari presipitat merugikan
Cr	≤ 0.10	Tingkat jejak untuk kontrol struktur butir dan rekristalisasi pada beberapa batch
Ti	≤ 0.15	Agen penghalus butir saat ditambahkan dalam jumlah kecil pada produksi ingot
Yang lain (masing-masing)	≤ 0.05	Saldo elemen paduan dan sisa; sisanya aluminium

Komposisi berpusat pada tembaga dan magnesium untuk memungkinkan reaksi pengerasan usia klasik Al–Cu–Mg yang membentuk zona GP dan presipitat metastabil (θ′ dan fasa S), yang merupakan asal kekuatan mikrostruktur pada 2424. Mangan dan tambahan kecil titanium atau krom berperan sebagai penghalus butir dan pembentuk dispersoid, meningkatkan ketangguhan dan mengurangi kerentanan terhadap rekristalisasi selama siklus termal.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik 2424 ditandai dengan kekuatan tarik maksimum yang tinggi dan peningkatan proporsional pada kekuatan luluh saat diproses ke temper T6/T8. Paduan menunjukkan plateau luluh khas pada beberapa kondisi perlakuan panas dan daerah elastis yang relatif linier sampai luluh; laju pengerasan regangan pasca luluh dipengaruhi oleh kerja dingin sebelumnya dan distribusi presipitat. Elongasi hingga putus menurun seiring peningkatan kekuatan temper; bahan yang dianil jauh lebih plastis dibanding temper T6 atau T8.

Nilai kekerasan berkorelasi baik dengan temper dan kondisi penuaan; temper T6/T8 menghasilkan nilai kekerasan puncak terkait presipitat yang koheren/semi-koheren, sementara kondisi pelarutan atau anil menunjukkan kekerasan jauh lebih rendah. Kinerja lelah adalah keunggulan utama 2424 bila diproses dan diberi perlakuan permukaan yang benar: shot peening, tegangan tekan permukaan karena peening, dan penghilangan atau penekanan cacat permukaan dapat secara signifikan menaikkan ambang inisiasi retak lelah. Ketebalan dan bentuk produk sangat memengaruhi hasil mekanik — bagian yang lebih tebal dapat mendingin lebih lambat setelah perlakuan pelarutan, menghasilkan distribusi presipitat yang lebih kasar serta kekuatan dan ketangguhan sedikit lebih rendah dibandingkan lembaran tipis.

Sifat	O/Anealing	Temper Utama (Tipikal T6 / T851)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	~240–300 MPa	~450–510 MPa	Nilai merupakan rentang tipikal; nilai spesifik tergantung kimia, ketebalan dan siklus penuaan
Kekuatan Luluh (offset 0.2%)	~100–160 MPa	~320–420 MPa	Kekuatan luluh meningkat tajam dengan penuaan buatan dan kerja dingin sebelum penuaan
Elongasi	~18–30%	~6–14%	Plastisitas menurun pada temper puncak usia; elongasi tergantung ketebalan dan perlakuan panas
Kekerasan (HB)	~40–60 HB	~120–150 HB	Kekerasan berkorelasi dengan volume dan kohesi presipitat

Sifat Fisika

Sifat	Nilai	Catatan
Kerapatan	2.78 g/cm³	Tipikal untuk paduan tekan Al–Cu–Mg; lebih tinggi dari aluminium murni karena kandungan Cu
Rentang Leleh	~500–640 °C	Rentang solidus–liquidus paduan; pencairan penuh mendekati titik leleh Al murni namun dipengaruhi fasa paduan
Konduktivitas Termal	~120–150 W/m·K	Berkurang dibandingkan Al murni karena paduan; masih baik untuk banyak aplikasi manajemen termal
Konduktivitas Listrik	~28–40 % IACS	Bergantung pada temper; lebih tinggi pada kondisi anil
Kalor Jenis	~0.90 J/g·K	Tipikal untuk paduan aluminium pada rentang suhu lingkungan
Koefisien Ekspansi Termal	~23–24 µm/m·K	Mirip paduan aluminium lain; perancangan harus memperhitungkan regangan termal pada rakitan logam campuran

Set sifat fisika menempatkan 2424 sebagai aluminium berdaya tahan tinggi dengan konduktivitas termal dan listrik lebih rendah dari aluminium murni namun cukup untuk banyak aplikasi struktural dan manajemen panas. Kerapatan sedikit meningkat oleh tembaga yang memengaruhi desain sensitif massa dan perlu diperhitungkan dalam aplikasi kritis berat. Ekspansi termal mirip dengan sebagian besar paduan aluminium dan dapat menyebabkan regangan termal diferensial jika digunakan bersama baja atau komposit.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis (Sheet)	0.4–6.4 mm	Ukuran tipis mencapai kekuatan maksimum setelah aging; permukaan halus	O, T3, T4, T6, T8	Umum untuk kulit pesawat terbang, fitting; sering dilapisi untuk perlindungan korosi
Plat Tebal (Plate)	6.4–50 mm+	Ketebalan menurunkan kekuatan yang dapat dicapai dan memerlukan waktu pelarutan lebih lama	O, T6, T851	Bagian berat digunakan untuk elemen struktural dan sekat; sensitivitas quench penting
Ekstrusi	Tergantung profil	Terbatas dibandingkan paduan seri 6xxx, tapi memungkinkan untuk profil tertentu	T4, T6	Lebih sulit diekstrusi; pengendalian homogenisasi penting
Pipa (Tube)	Tebal dinding/OD bervariasi	Perilaku serupa dengan plat tipis/tebal tergantung ketebalan dinding	O, T6	Digunakan untuk pipa struktural yang membutuhkan kekuatan tinggi
Batang / Rod	Ø beberapa mm sampai >100 mm	Diperlukan forging/ekstrusi untuk bagian besar	O, T6	Komponen tempa untuk fitting dan pengikat beban tinggi

Rute proses (rolling vs forging vs ekstrusi) dan ketebalan penampang sangat mempengaruhi mikrostruktur, laju quenching, dan kinetika presipitasi. Bentuk plat tipis dan sheet mencapai temper kekuatan tinggi yang lebih konsisten karena laju quench yang lebih cepat, sementara plat tebal memerlukan penyesuaian proses (waktu pelarutan lebih lama, pengaturan quench terkontrol) untuk menghindari bagian tengah yang lunak serta memastikan sifat mekanik yang seragam.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	2424	USA	Penamaan utama Amerika Utara yang digunakan dalam aplikasi penerbangan
EN AW	Seri 2xxx (bervariasi)	Eropa	Referensi silang EN biasanya ke paduan seri 2xxx dengan keseimbangan Cu–Mg serupa
JIS	A2xxx (bervariasi)	Jepang	Penamaan lokal ada; referensi silang harus dikonfirmasi melalui komposisi kimia dan properti
GB/T	2A24	China	Penamaan umum China menggunakan nomor gaya “2Axx” yang mendekati AA 2424

Referensi silang antar standar adalah perkiraan dan harus divalidasi berdasarkan komposisi kimia serta persyaratan sifat mekanik untuk aplikasi kritis. Perbedaan kadar impuritas yang diizinkan, praktik sertifikasi, dan definisi temper menuntut desainer selalu memeriksa sertifikat material, serta jika tersedia gunakan tabel kesetaraan standar-ke-standar langsung atau lakukan pengujian mekanik untuk kualifikasi.

Ketahanan Korosi

Ketahanan korosi atmosferik untuk 2424 adalah sedang dan lebih rendah dibandingkan paduan seri 5xxx dan 6xxx karena kandungan tembaga yang lebih tinggi yang mendorong korosi lokal (pitting) dalam lingkungan agresif. Dalam layanan atmosfer umum, 2424 cukup baik jika dilapisi cat, dianodisasi, atau dilapisi Alclad dengan lapisan aluminium murni sebagai pelindung sacrificial; metode pelapisan ini umum di industri penerbangan untuk menggabungkan perlindungan korosi permukaan dengan inti yang kuat.

Dalam lingkungan laut atau kaya klorida, 2424 rentan terhadap pitting yang dipercepat dan serangan antarbutir, terutama pada temper puncak; tindakan protektif seperti pelapisan, coating, proteksi katodik, atau pemilihan paduan alternatif (seri 5xxx) sering diperlukan. Tegangan tarik dan spesies korosif dapat menyebabkan retak korosi tegangan (SCC) pada paduan seri 2xxx; penggunaan temper stabil dan penghindaran tegangan tarik berkelanjutan dalam lingkungan agresif mengurangi risiko SCC.

Interaksi galvanik memerlukan desain hati-hati saat 2424 digabungkan dengan logam mulia lebih tinggi (misalnya baja tahan karat, paduan tembaga) karena paduan aluminium dengan tembaga cenderung menjadi katodik relatif di air laut; antarmuka isolasi, coating, atau anoda sacrificial digunakan untuk mengurangi korosi galvanik. Dibandingkan dengan keluarga 6xxx (Al–Mg–Si) dan 5xxx (Al–Mg), 2424 menukar ketahanan korosi dengan kekuatan dan performa kelelahan yang lebih tinggi, sehingga lebih banyak digunakan dengan skema perlindungan permukaan dalam kondisi korosif.

Properti Fabrikasi

Dapat Dilas

Pengelasan 2424 lebih menantang dibandingkan paduan seri 5xxx/6xxx karena rentan terhadap hot-cracking dan kehilangan kekuatan di zona terpengaruh panas (HAZ). Las fusi (TIG/MIG/GMAW) biasanya memerlukan kawat pengisi Al–Cu khusus (seperti 2319) dan kontrol panas sebelum serta sesudah pengelasan; pemilihan kawat bertujuan meminimalkan retak dan memberikan properti mekanik kompatibel. Pengelasan tahan arus dan pengikat mekanis adalah alternatif umum untuk sambungan struktural penuh; jika pengelasan digunakan, perlakuan larutan dan aging paska-las mungkin diperlukan namun sering tidak praktis untuk rakitan besar.

Dapat Dimasukkan Mesin

2424 dapat dikerjakan mesin dengan baik pada beberapa temper karena kekuatan dan tingkat pengerasan kerja yang tinggi memungkinkan pembentukan serpihan yang dapat diprediksi; namun kondisi aging puncak dapat mempercepat keausan pahat. Indeks machinability biasanya sedang; penggunaan pahat karbida dengan sudut positif dan aliran pendingin memadai dianjurkan. Praktik umum menggunakan kecepatan potong lebih lambat dan pakan lebih berat dibanding aluminium murni untuk mengontrol built-up edge dan menjaga ketelitian dimensi pada pemotongan terputus.

Dapat Dibentuk

Daya bentuk terbaik terdapat pada temper O, T4, dan beberapa T3 dengan duktalitas dan kelenturan tinggi; radius tekuk minimum lebih besar pada temper T6/T8 karena elongasi terbatas dan tendensi springback lebih tinggi. Pembentukan dingin mungkin pada plat dengan kondisi terkontrol menggunakan jig dan die yang disesuaikan untuk menghindari retak pada radius tekuk dan lubang. Pembentukan hangat atau menggunakan temper lebih lunak diikuti perlakuan panas lokal dapat memperluas daya bentuk untuk bentuk kompleks.

Perilaku Perlakuan Panas

Perlakuan larutan (solution treatment) untuk 2424 dilakukan pada suhu sekitar 495–520 °C untuk melarutkan fase-fase yang mengandung Cu dan Mg ke dalam larutan padat jenuh yang supersaturasi. Perlakuan pelarutan yang tepat memerlukan penetrasi penuh ke seluruh penampang dan menghindari pencairan awal komponen berpoin leleh rendah; laju quench setelah perlakuan harus cukup cepat untuk mempertahankan unsur dalam supersaturasi, terutama untuk penampang tebal.

Aging buatan (T6) biasanya dilakukan pada suhu 160–190 °C selama beberapa jam, menghasilkan presipitat metastabil kohesif (θ′ dan S′) yang memberikan kekuatan puncak; variasi waktu dan suhu menghasilkan kompromi antara kekuatan puncak dan ketangguhan patahan. Penamaan temper T seperti T8 dan T851 meliputi pengerjaan dingin pra-aging dan tahap stabilisasi untuk menyesuaikan ketahanan kelelahan dan SCC sambil mempertahankan kekuatan tinggi.

Jika rute proses tidak menggunakan perlakuan panas, kekuatan dapat ditingkatkan dengan pengerasan deformasi (temper H) dimana pengerjaan dingin meningkatkan kekuatan luluh dan tarik; perlunakan (O) mengembalikan duktalitas dengan memperbesar presipitat dan melarutkan pengerasan deformasi. Prosedur aging ulang dan stabilisasi digunakan dalam perakitan untuk mengontrol evolusi sifat jangka panjang selama pemakaian.

Performa Suhu Tinggi

Suhu layanan untuk 2424 terbatas dibanding baja dan beberapa paduan aluminium suhu tinggi; paparan suhu tinggi jangka panjang di atas 120–150 °C akan menurunkan kekuatan luluh dan tarik seiring presipitat yang membesar dan melarut. Paparan jangka pendek pada suhu lebih tinggi (hingga ~200 °C) dapat diterima tetapi mempengaruhi umur kelelahan dan stabilitas dimensi.

Oksidasi di udara minimal pada suhu tipikal aplikasi struktural karena lapisan aluminium oksida pelindung, namun pengelupasan pada suhu tinggi dan oksidasi antar-butir dapat terjadi pada pemakaian lama di suhu tinggi. Pelunakan zona HAZ di sekitar pengelasan dan perlakuan panas harus diperhatikan untuk komponen yang terkena beban termal siklik.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 2424
Penerbangan	Fitting, tulang sayap, permukaan kontrol	Kekuatan terhadap berat tinggi, performa kelelahan baik, kemampuan dilapisi untuk perlindungan korosi
Kelautan	Elemen struktural (dilindungi), pelengkap trim	Kekuatan kelelahan tinggi dalam kondisi terlindungi atau berlapis; digunakan ketika kekuatan melebihi kekurangan korosi
Otomotif / Motorsport	Link suspensi, komponen sasis	Kekuatan spesifik tinggi, ketangguhan dan ketahanan kelelahan untuk aplikasi performa
Elektronik	Dukungan struktural, penyebar panas sedang	Konduktivitas termal wajar dikombinasikan dengan kapasitas struktural
Pertahanan	Fitting armature, mounting	Toleransi kerusakan dan kemampuan beban tinggi pada bagian kritis misi

2424 digunakan ketika diperlukan keseimbangan antara kekuatan statis tinggi, toleransi kerusakan dan umur kelelahan serta ketika perlindungan permukaan dapat diberikan untuk mengurangi korosi. Paduan ini sering dipakai di penerbangan dan kendaraan performa tinggi di mana penghematan bobot sangat penting namun ketangguhan tidak boleh dikorbankan.

Wawasan Pemilihan

Pilih 2424 ketika desain memerlukan kekuatan spesifik yang lebih tinggi serta sifat lelah/fraktur yang unggul dibandingkan dengan paduan kerja mengeras biasa, dan ketika aplikasi dapat mengakomodasi pelapisan, coating, atau langkah desain untuk mengendalikan korosi. Paduan ini sangat menarik untuk fitting aerospace, komponen struktural, dan bagian chassis berperforma tinggi di mana kekuatan dan ketangguhan yang dapat diperlakukan panas menjadi prioritas.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), 2424 menukar kekuatan dan ketahanan lelah yang jauh lebih tinggi dengan konduktivitas listrik dan termal yang berkurang serta kemampuan bentuk yang lebih rendah pada temper puncak. Dibandingkan dengan paduan kerja mengeras seperti 3003 atau 5052, 2424 menawarkan kekuatan statis yang jauh lebih tinggi namun biasanya ketahanan korosi yang lebih rendah, sehingga pelapisan pelindung atau cladding sering kali dibutuhkan. Dibandingkan dengan paduan heat-treatable umum seperti 6061, 2424 memberikan kekuatan puncak yang lebih tinggi dan ketangguhan lelah/fraktur yang lebih baik dalam banyak kondisi, dan dipilih ketika sifat-sifat tersebut lebih penting daripada keunggulan las dan ketahanan korosi 6061.

Ringkasan Penutup

Aluminium 2424 tetap menjadi pilihan heat-treatable dengan kekuatan tinggi yang relevan untuk aplikasi struktural dan kritis terhadap kelelahan yang menuntut, di mana keseimbangan antara kekuatan, ketangguhan, dan masa layanan lebih penting daripada ketahanan korosi intrinsik. Dengan pemilihan temper yang tepat, perlindungan permukaan, dan kontrol fabrikasi, 2424 memberikan kombinasi performa mekanik yang menarik untuk aerospace, motorsport, dan penggunaan industri khusus.