Aluminium 2618: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Gambaran Menyeluruh
Alloy 2618 adalah salah satu dari seri 2xxx pada paduan aluminium, yang terutama berbasis aluminium-tembaga. Klasifikasi 2xxx menunjukkan keluarga aluminium yang dapat dilakukan perlakuan panas dan memiliki kekuatan tinggi, di mana tembaga adalah elemen penguat utama yang diperkuat oleh magnesium dan sedikit tambahan unsur lain seperti besi, nikel, dan krom.
Elemen paduan utama pada alloy ini adalah tembaga dan magnesium, dengan mikro-paduan sengaja oleh nikel, besi, mangan, serta jejak titanium/kromium. Penguatan dicapai terutama melalui perlakuan panas larutan diikuti dengan quenching dan penuaan buatan, menghasilkan presipitat halus Al2Cu (θ′) dan presipitat terkait; tambahan nikel memodifikasi stabilitas presipitat untuk kinerja yang lebih baik pada suhu tinggi.
Ciri utama 2618 meliputi kekuatan statis dan pada suhu tinggi yang tinggi, keuletan sedang, serta ketahanan korosi intrinsik yang relatif rendah dibandingkan dengan keluarga 5xxx/6xxx. Kemampuan las terbatas dan memerlukan praktik khusus; kemampuan bentuk sedang pada kondisi anil tetapi berkurang setelah pengerasan usia. Industri khas untuk 2618 adalah dirgantara, otomotif berperforma tinggi (terutama komponen mesin), dan aplikasi lain yang memerlukan kekuatan tinggi pada suhu tinggi atau ketahanan lelah superior.
Para engineer memilih 2618 ketika kombinasi kekuatan tinggi, properti yang dipertahankan pada suhu tinggi, dan kinerja kelelahan lebih diutamakan daripada ketahanan korosi yang berkurang dan kesulitan pengelasan. Alloy ini sering dipilih dibandingkan aluminium dengan kekuatan lebih rendah ketika pengurangan massa komponen, stabilitas dimensi pada suhu, dan performa beban siklik menjadi faktor desain.
Varian Temper
| Temper | Tingkat Kekuatan | Elongasi | Kemampuan Bentuk | Kemampuan Las | Catatan |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Rendah | Tinggi | Sangat Baik | Sangat Baik | Sepenuhnya dianil, paling mudah dibentuk dan dikerjakan mesin |
| H12 | Rendah-Sedang | Sedang-Rendah | Cukup | Cukup | Dikeraskan dengan deformasi, penguatan terbatas |
| H14 | Sedang | Rendah-Sedang | Terbatas | Cukup | Dikeraskan ringan untuk kekuatan sedang |
| T4 | Sedang-Tinggi | Sedang | Cukup | Buruk | Perlakuan larutan dan penuaan alami |
| T6 | Tinggi | Rendah-Sedang | Buruk | Buruk | Perlakuan panas larutan dan penuaan buatan untuk kekuatan puncak |
| T61 / T651 | Tinggi | Rendah-Sedang | Buruk | Buruk | Temper stabil dengan kontrol tegangan sisa dan penuaan |
| T62 / T64 | Tinggi | Rendah-Sedang | Buruk | Buruk | Profil penuaan alternatif untuk creep/kekuatan yang disesuaikan |
Temper memiliki pengaruh utama terhadap keseimbangan antara kekuatan dan keuletan: material anil (O) memberikan kemampuan bentuk dan pengerjaan mesin maksimum tetapi kekuatan rendah, sedangkan keluarga T6/T61 memaksimalkan kekuatan dengan mengorbankan elongasi dan kemampuan pembentukan dingin. Temper stabil T61/T651 mengurangi tegangan sisa dan distorsi pada bagian uraian mesin, yang penting untuk forging dirgantara dan bagian berat dimana stabilitas dimensi sangat kritis.
Komposisi Kimia
| Elemen | Rentang % | Catatan |
|---|---|---|
| Si | 0.10–0.50 | Silicon terkendali rendah untuk membatasi cacat pengecoran; pengaruh kekuatan minor |
| Fe | 0.20–1.20 | Unsur pengotor; kadar tinggi membentuk intermetal yang mengurangi keuletan |
| Mn | 0.30–1.30 | Meningkatkan kekuatan melalui dispersoid dan memperbaiki struktur butir |
| Mg | 1.00–1.70 | Bekerja sama dengan Cu untuk mendorong presipitat pengerasan usia dan menaikkan kekuatan |
| Cu | 2.30–3.30 | Elemen penguat utama yang membentuk presipitat Al2Cu selama penuaan |
| Zn | ≤0.25 | Zn rendah; bukan elemen paduan utama pada 2618 |
| Cr | 0.05–0.35 | Mikro-paduan untuk kontrol butir dan menghambat rekristalisasi |
| Ti | 0.05–0.30 | Penghalus butir yang digunakan selama pengecoran/pengerasan |
| Lainnya | Seimbang Al; jejak Ni ~0.60–1.30 | Penambahan nikel (umumnya 0,6–1,3%) umum pada varian 2618 untuk meningkatkan kekuatan pada suhu tinggi; sisa lainnya bervariasi |
Kimia alloy diatur untuk mendukung pengerasan presipitasi terutama melalui fase Al–Cu dengan Mg mempercepat kinetika presipitasi dan memodifikasi kimia presipitat. Nikel dan kromium bertindak sebagai mikro-paduan untuk menstabilkan dispersoid dan memperpanjang penahanan kekuatan pada suhu tinggi, sedangkan mangan dan titanium membantu mengendalikan struktur butir dan morfologi intermetal, meningkatkan ketangguhan dan umur lelah.
Sifat Mekanik
Dalam pemakaian, 2618 menunjukkan kekuatan tarik tinggi dan kekuatan luluh yang wajar ketika diberi perlakuan panas gaya T6/T61, dengan rasio tarik-terhadap-luluh biasanya antara 1,2–1,4. Elongasi lebih rendah pada temper puncak, biasanya dalam rentang satu digit hingga dua digit rendah persen, yang memengaruhi strategi pembentukan dan penyambungan. Kekuatan lelah adalah keunggulan dari 2618 dibanding banyak paduan aluminium lain, terutama jika mikrostruktur dan finis permukaan dikendalikan dengan baik.
Kekerasan berkorelasi erat dengan temper; material anil lunak dan mudah dikerjakan mesin sedangkan temper puncak mencapai nilai kekerasan Brinell/Vickers jauh lebih tinggi yang konsisten dengan perkembangan presipitat halus. Ketebalan dan ukuran potongan memengaruhi sifat yang dapat dicapai karena laju pendinginan saat quenching dan penuaan berikutnya; bagian tebal mungkin menunjukkan kekuatan puncak lebih rendah dan waktu penuaan lebih lama untuk mencapai sifat target.
Faktor korosi dan lingkungan berinteraksi dengan kinerja mekanik: konsentrasi tegangan dan cacat permukaan dapat menurunkan umur lelah dan mempercepat inisiasi retak di lingkungan klorida. Perlakuan permukaan yang tepat, pelapisan, dan desain untuk allowance korosi sering dibutuhkan agar keunggulan mekanik 2618 dapat dimanfaatkan dengan andal.
| Sifat | O/Anil | Temper Utama (misal T6/T61) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | ~180–260 MPa | ~420–480 MPa | Nilai puncak tergantung profil penuaan dan ketebalan potongan |
| Kekuatan Luluh | ~100–150 MPa | ~320–380 MPa | Kekuatan luluh bervariasi dengan temper dan deformasi sebelumnya |
| Elongasi | ~20–30% | ~6–12% | Elongasi menurun tajam setelah pengerasan usia |
| Kekerasan | ~50–80 HB | ~120–150 HB | Kekerasan berkorelasi dengan kerapatan dan distribusi presipitat |
Sifat Fisik
| Sifat | Nilai | Catatan |
|---|---|---|
| Density | ~2.78 g/cm³ | Sedikit lebih tinggi dari aluminium murni karena adanya Cu dan unsur paduan lain |
| Rentang Pelelehan | ~500–635 °C | Rentang solidus–liquidus tergantung kimia lokal dan intermetal |
| Konduktivitas Termal | ~120–140 W/m·K | Lebih rendah dari aluminium murni; tembaga menurunkan konduktivitas dibanding seri 1xxx |
| Konduktivitas Listrik | ~20–40 %IACS | Diturunkan oleh paduan; nilai tergantung temper dan proses |
| Kalor Jenis | ~880 J/kg·K | Tipikal untuk paduan aluminium; bervariasi ringan dengan suhu |
| Ekspansi Termal | ~23–24 µm/m·K | Serupa dengan paduan aluminium lain; perlu desain untuk ekspansi diferensial |
Konduktivitas termal yang relatif tinggi jika dibandingkan dengan baja membuat 2618 berguna pada aplikasi yang memerlukan pembuangan panas, meskipun kalah dibandingkan grade aluminium dengan konduktivitas tinggi. Density dan ekspansi termal alloy ini khas aluminium namun harus diperhitungkan saat disambungkan dengan material berbeda atau didesain dengan toleransi termal ketat. Rentang peleburan/solidus memberi panduan jendela forging dan perlakuan panas dan menentukan suhu pemrosesan yang aman.
Bentuk Produk
| Format | Ketebalan/Ukuran Tipikal | Perilaku Kekuatan | Temper Umum | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Sheet | 0.5–6 mm | Sheet tipis mencapai kekuatan hampir puncak dengan temper yang sesuai | O, T4, T6 | Digunakan ketika pembentukan sedang dan rasio kekuatan-terhadap-berat tinggi dibutuhkan |
| Plate | 6–100+ mm | Bagian tebal dapat mengalami under-aging dan memerlukan waktu aging lebih lama | T6, T61, T651 | Plat berat digunakan untuk bagian struktural dan forging |
| Extrusion | Profil kompleks hingga penampang besar | Sifat hasil extrusion bervariasi sesuai pendinginan dan aging | O, T6 (pasca-aging) | Extrusion mendapat keuntungan dari kontrol butir dan temper setelah pembentukan |
| Tube | Tabung tipis hingga tebal | Kekuatan tergantung metode pembentukan dan perlakuan panas selanjutnya | O, T6 | Digunakan dalam aplikasi tabung struktural dan beban tinggi |
| Bar/Rod | Diameter hingga ukuran besar | Batang mempertahankan kemudahan pengerjaan di kondisi O, kekuatan tinggi saat di-aging | O, T6, T61 | Umum untuk komponen aerospace yang dibubut dan difrais |
Rute proses (casting, extrusion, rolling, forging) sangat memengaruhi mikrostruktur, distribusi presipitat, dan kondisi tegangan residual. Bagian yang lebih tebal membutuhkan jadwal quenching dan aging yang hati-hati untuk meminimalkan zona lunak internal dan memastikan performa mekanik yang merata; untuk komponen aerospace kritis, proses pelurusan dan pelepasan tegangan (T651) menjadi standar guna mengendalikan distorsi.
Grade Setara
| Standar | Grade | Wilayah | Catatan |
|---|---|---|---|
| AA | 2618 | USA | Penunjukan utama dari American Aluminum Association |
| EN AW | AlCu2.5Mg (kira-kira) | Eropa | Analogi kimiawi kira-kira, bukan kesesuaian satu-satu yang ketat |
| JIS | A2618 (kira-kira) | Jepang | Penunjukan lokal bervariasi; cek standar nasional untuk spesifikasi tepat |
| GB/T | 2A61 | China | Sering dikutip sebagai ekuivalen domestik dalam standar China |
Ekuivalen langsung satu-satu adalah perkiraan karena spesifikasi regional mengontrol batas kemurnian, mikro-paduan yang diperbolehkan, dan metode uji mekanik. Saat substitusi, selalu lakukan pengecekan silang kebutuhan properti mekanik dan protokol perlakuan panas, jangan hanya mengandalkan kesetaraan kimia nominal. Unsur jejak dan mikro-paduan (terutama kandungan Ni) dalam varian 2618 dapat membuat perbedaan signifikan pada perilaku suhu tinggi dan kelelahan antar standar.
Ketahanan Korosi
Secara atmosferik, 2618 kurang tahan korosi dibandingkan seri 5xxx (Mg) dan 6xxx (Mg+Si) akibat kandungan tembaga yang relatif tinggi; presipitat kaya tembaga dan fase intermetalik berperan sebagai situs katodik lokal yang mendorong korosi galvanik. Dalam lingkungan netral hingga sedikit korosif dengan pelapisan yang sesuai atau anodizing, umur pakai dapat diterima, namun paparan tanpa proteksi pada atmosfer agresif umumnya dihindari.
Dalam lingkungan laut atau yang mengandung klorida, 2618 rentan terhadap pitting dan serangan intergranular jika tidak dilindungi dengan baik; korosi lokal akibat klorida adalah mode kegagalan umum. Kerentanan terhadap keretakan korosi akibat tegangan (SCC) lebih tinggi dibanding banyak paduan Al-Mg, terutama saat mendapat tegangan tarik dan paparan korosif; desain harus meminimalkan tegangan triaxial dan mempertimbangkan pelapisan pelindung, proteksi katodik, atau anoda pengorbanan.
Interaksi galvanik dengan logam lebih mulia (misalnya baja tahan karat, tembaga) dapat mempercepat korosi lokal pada 2618, sehingga isolasi dielektrik atau penggunaan pengikat (fastener) yang kompatibel sangat dianjurkan. Jika dibandingkan dengan keluarga 1xxx/3xxx, 2618 menukar ketahanan korosi untuk kekuatan dan kemampuan suhu tinggi, sehingga strategi mitigasi korosi (pelapisan, inhibitor, kontrol lingkungan) sering diperlukan untuk aplikasi jangka panjang.
Sifat Fabrikasi
Kemampuan Las
Pengelasan 2618 menantang karena kandungan tembaga yang tinggi dan perilaku pengerasan usia yang menyebabkan pelunakan di zona terdampak panas serta rentan retak panas. Pengelasan fusi (TIG/MIG) dapat diterapkan untuk sambungan non-kritis dengan kontrol ketat pra-pemanasan, pemilihan logam pengisi, dan perlakuan panas pasca las; pengisi berbasis paduan Al-Cu-Mg atau sistem Al-Cu-Ni biasanya direkomendasikan untuk menyesuaikan kekuatan dan mengurangi risiko retak. Untuk bagian aerospace kritis, pengelasan sering dihindari dan digantikan dengan pengikat mekanis atau bonding adhesif karena perlakuan panas pasca las untuk mengembalikan properti sulit dilakukan pada rakitan besar.
Kemudahan Pengerjaan
2618 dalam kondisi annealed dapat dikerjakan cukup baik dengan perkakas karbida konvensional; temper puncak yang di-aging lebih keras dan abrasif karena presipitat. Praktik umum menggunakan perkakas kaku, sudut geser positif, dan pendinginan untuk mengendalikan suhu pemotongan; kecepatan potong harus konservatif dibandingkan paduan aluminium self-cutting, dan pelapis perkakas yang tahan terbentuknya tepi terakumulasi (BUE) berguna. Pembentukan serpihan cenderung kontinu dan duktile; pemakanan agresif dan alat yang tajam mengurangi pengerasan akibat pengerjaan di depan potongan.
Kemampuan Pembentukan
Pembentukan terbaik dilakukan dalam kondisi O (annealed) di mana radius bengkok dapat ketat dan springback dapat diprediksi; radius bengkok minimum tipikal sekitar 1–2× ketebalan material tergantung perkakas dan ketebalan dinding. Pembentukan dingin setelah pengerasan usia terbatas karena duktibilitas menurun dan tegangan residual tinggi; saat pembentukan diperlukan untuk geometri akhir, strategi solution-treat-dan-form atau form-dalam-annealed-dan-aging dianjurkan. Untuk bentuk kompleks, pembentukan hangat atau superplastik biasanya tidak digunakan—keluarga paduan lain lebih disukai untuk kebutuhan formabilitas ekstrem.
Perilaku Perlakuan Panas
Sebagai paduan seri 2xxx yang dapat diperlakukan panas, 2618 merespon perlakuan solus, quenching, dan aging buatan terkontrol untuk mengembangkan kekuatan tinggi. Perlakuan solus biasanya dilakukan pada kisaran sekitar 510–535 °C untuk melarutkan fase Al2Cu, diikuti dengan quench cepat untuk mempertahankan larutan padat jenuh berlebih. Profil aging buatan umumnya menggunakan suhu menengah (misal 160–190 °C) selama beberapa jam untuk mempresipitasi fase θ′ dan fase terkait yang halus sehingga memaksimalkan kekuatan sambil menjaga ketangguhan.
Transisi temper T bergantung proses spesifik: T4 berarti sudah disolusikan dan aging alami, T6 adalah disolusikan dan aging buatan hingga kekerasan puncak, dan T61/T651 menandakan langkah stabilisasi dan pelepasan tegangan untuk membatasi tegangan residual atau efek pra-deformasi. Overaging menghasilkan presipitat yang lebih kasar yang menurunkan kekuatan namun dapat meningkatkan ketangguhan dan ketahanan korosi; overaging terkontrol kadang digunakan untuk memperbaiki ketahanan SCC atau mengurangi sensitivitas quench.
Performa Suhu Tinggi
2618 menunjukkan kekuatan tahan panas yang unggul dibandingkan paduan seri 6xxx umum karena penambahan nikel dan tembaga yang menstabilkan presipitat. Retensi kekuatan statis yang berguna dapat mencapai sekitar 150–250 °C tergantung temper dan kandungan Ni; di atas rentang ini, pelapukan presipitat dan pelunakan meningkat, serta creep jangka panjang menjadi perhatian desain. Oksidasi bukan mode kegagalan utama untuk aluminium pada suhu ini di udara, tetapi kehilangan sifat mekanik dan kemungkinan skala permukaan mungkin terjadi di atmosfer agresif.
Zona terdampak panas pada sekitar las kehilangan kekuatan karena pelarutan dan pelapukan presipitat pengeras, dan pemulihan/pelunakan dapat terjadi pada suhu pasca las yang relatif rendah. Untuk pemakaian di atas ~200–250 °C, desainer harus memvalidasi perilaku creep jangka pendek dan panjang serta mempertimbangkan paduan yang khusus dirancang untuk stabilitas suhu tinggi jika operasi terus-menerus pada suhu tinggi diperlukan.
Aplikasi
| Industri | Contoh Komponen | Alasan Penggunaan 2618 |
|---|---|---|
| Otomotif | Piston performa tinggi, batang penghubung | Kekuatan statis dan suhu tinggi tinggi; ketahanan fatigue |
| Kelautan | Bracket struktural dan fitting (dilindungi) | Rasio kekuatan-terhadap-berat tinggi dengan pelapisan yang mengurangi korosi |
| Aerospace | Fitting, bushing, komponen gear pendaratan | Kekuatan tinggi, ketahanan fatigue, stabilitas dimensi setelah aging |
| Elektronik | Penyebar panas dan penopang struktural | Kondduktivitas termal baik dengan kekuatan mekanik lebih tinggi |
Meski 2618 bukan paduan sheet serbaguna, kombinasi kekuatan tinggi dan properti termal yang relatif baik membuatnya menarik untuk komponen di mana berat, kekuatan pada suhu tinggi, dan umur fatigue menjadi pertimbangan desain utama. Perlakuan permukaan pelindung dan strategi penyambungan yang hati-hati biasanya diterapkan untuk mewujudkan performa jangka panjang dalam lingkungan layanan.
Wawasan Pemilihan
Pilih 2618 jika desain membutuhkan kekuatan statis tinggi dan retensi sifat mekanik pada suhu tinggi serta ketahanan fatigue yang lebih penting dibandingkan ketahanan korosi intrinsik atau kemampuan pengelasan. Gunakan 2618 dalam kondisi annealed untuk pembentukan dan pengerjaan, dan terapkan aging terkontrol atau stabilisasi saat stabilitas dimensi dan kekuatan puncak diperlukan.
Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (misalnya, 1100), 2618 menukar konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan bentuk yang superior dengan kekuatan dan performa kelelahan yang jauh lebih tinggi. Dibandingkan dengan paduan yang telah dikeraskan secara mekanis seperti 3003 atau 5052, 2618 memberikan kekuatan yang secara substansial lebih tinggi namun biasanya memiliki ketahanan korosi yang lebih buruk dan penyambungan yang lebih sulit; oleh karena itu, pilih 2618 untuk bagian struktural dengan beban tinggi daripada untuk bagian plat lembaran umum. Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas seperti 6061/6063, 2618 sering menawarkan kekuatan pada suhu tinggi dan performa kelelahan yang lebih baik; namun, 6061 memberikan ketahanan korosi dan kemampuan las yang lebih baik—gunakan 2618 ketika performa mekanik pada suhu tinggi merupakan faktor penentu.
Ringkasan Penutup
Paduan 2618 tetap menjadi pilihan aluminium kekuatan tinggi yang khusus di mana penguatan berbasis tembaga yang dapat diperlakukan panas dan performa pada suhu tinggi dibutuhkan meskipun mengorbankan ketahanan korosi dan kemampuan las. Dengan pemrosesan yang cermat, pemilihan temper, dan perlindungan permukaan, 2618 memberikan kombinasi kekuatan, ketahanan kelelahan, dan sifat termal yang menarik untuk aplikasi yang menuntut di bidang dirgantara, otomotif, dan struktur kinerja tinggi.