Aluminium 5051: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

5051 adalah anggota seri 5xxx dari paduan aluminium, yang diperkuat oleh magnesium dan merupakan paduan yang tidak dapat diolah dengan perlakuan panas. Unsur paduan utamanya adalah magnesium, biasanya dalam kisaran persentase rendah hingga menengah, dengan kadar mangan dan kromium yang sangat kecil untuk memperbaiki struktur butir dan meningkatkan ketahanan korosi. Penguatan dicapai hampir secara eksklusif melalui penguatan larutan padat dan pengerasan deformasi daripada perlakuan panas presipitasi, yang menempatkan 5051 dalam kelas proses yang sama dengan paduan 5xxx lainnya.

Ciri utama 5051 meliputi keseimbangan yang baik antara kekuatan sedang, ketahanan korosi yang baik (terutama di lingkungan laut dan klorida), serta kemampuan las yang sangat baik. Kemampuan pembentukan pada temper yang lebih lunak berkisar dari baik hingga sangat baik, dan paduan ini merespons dengan prediktabel terhadap pekerjaan dingin untuk peningkatan kekuatan secara bertahap. Industri tipikal yang memanfaatkan 5051 termasuk konstruksi kapal laut, transportasi (bodi trailer dan van), pressure vessel, serta beberapa aplikasi arsitektural di mana ketahanan korosi dan kekuatan sedang menjadi prioritas.

Insinyur memilih 5051 dibandingkan paduan lain ketika mereka membutuhkan kekuatan yang lebih baik dibanding aluminium murni komersial sekaligus mempertahankan ketahanan korosi laut yang lebih baik dibanding banyak paduan 3xxx yang dikeraskan dengan proses kerja dingin. Paduan ini dipilih ketika pengelasan dan performa pasca-las penting serta perlakuan panas tidak praktis atau tidak diperlukan. Biaya dan ketersediaan juga menjadi faktor pendukung; 5051 sering menawarkan posisi biaya-performa yang menarik untuk panel struktural, ekstrusi, dan rakitan las.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi (20–35%)	Excellent	Excellent	Sepenuhnya dianil, duktalitas dan formabilitas maksimum
H12	Sedang	Sedang (12–20%)	Baik	Excellent	Pengerasan parsial, pembentukan terbatas setelah tempering
H14	Sedang-Tinggi	Sedang (8–15%)	Baik	Excellent	Seperempat keras, umum untuk pembentukan lembaran dan kekuatan sedang
H18	Tinggi	Rendah (6–12%)	Terbatas	Excellent	Sepenuhnya keras, digunakan di mana luluh lebih tinggi diperlukan tanpa anil
H22	Sedang (distabilkan)	Sedang	Baik	Excellent	Strain-relieved setelah pengerasan parsial untuk stabilitas dalam fabrikasi
H32	Sedang-Tinggi	Sedang	Baik	Excellent	Strain-hardened dan distabilkan, umum untuk struktur yang dilas
H111	Sedang	Sedang	Baik	Excellent	Kondisi strain-hardened sementara untuk operasi pembentukan terbatas

Pemilihan temper untuk 5051 mengendalikan kompromi antara kekuatan dan duktalitas; temper yang lebih dingin memberikan kekuatan luluh dan tarik yang lebih tinggi dengan mengorbankan elongasi dan kemampuan pembentukan. Karena 5051 tidak dapat diproses dengan perlakuan panas, keluarga temper H (kerja dingin dan strain relief) merupakan mekanisme bagi produsen dan fabrikator untuk mengatur performa mekanik sesuai bagian dan metode produksi tertentu.

Komposisi Kimia

Unsur	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.25	Silicon rendah terkontrol untuk menghindari kerapuhan dan mempertahankan kemampuan las
Fe	≤ 0.40	Elemen impuritas umum; Fe berlebih dapat menurunkan formabilitas
Mn	≤ 0.20	Penambahan kecil meningkatkan kekuatan dan ketahanan korosi perbatasan butir
Mg	2.2–2.8	Elemen penguat utama; mengatur performa korosi dan respon pengerasan kerja
Cu	≤ 0.10	Dipertahankan rendah untuk menjaga ketahanan korosi dan kemampuan las
Zn	≤ 0.25	Minor; Zn lebih tinggi meningkatkan kekuatan tapi bisa memicu masalah galvanik
Cr	0.05–0.25	Microalloying untuk mengontrol struktur butir dan meningkatkan ketahanan strain-aging
Ti	≤ 0.15	Grain refiner digunakan pada beberapa produk cor atau ditempa
Lainnya	≤ 0.15 total	Termasuk V, Zr, dll., dijaga rendah untuk mempertahankan konsistensi sifat

Kimia paduan berfokus pada magnesium untuk penguatan larutan padat sekaligus menjaga tembaga dan seng pada tingkat rendah untuk mempertahankan ketahanan korosi dan perilaku pengelasan. Level kromium dan mangan kecil membantu mengontrol rekrisal dan pertumbuhan butir selama proses, yang meningkatkan ketangguhan dan ketahanan korosi intergranular pada komponen yang diperoleh.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik 5051 khas untuk paduan 5xxx kekuatan menengah: kondisi dianil (O) menunjukkan kekuatan tarik dan luluh sedang dengan elongasi relatif tinggi, sedangkan kondisi temper H yang dihasilkan oleh pekerjaan dingin meningkatkan kekuatan tarik dan luluh secara signifikan dengan mengorbankan duktalitas. Perilaku luluh meningkat progresif seiring bertambahnya kerja dingin dan penetapan temper; H12/H14 menghasilkan peningkatan luluh yang terukur sementara H18 atau H32 memberikan kekuatan tempa tertinggi tanpa perlakuan panas. Kekerasan mengikuti tren luluh dan biasanya diukur untuk memantau pengendalian proses dalam operasi stamping dan pembentukan.

Performa lelah sensitif terhadap kondisi permukaan, proses, dan lingkungan kerja; 5051 yang dipoles dan dilas dengan baik menunjukkan umur lelah siklus tinggi yang wajar untuk aplikasi struktural, tetapi retak lelah cenderung mulai pada sambungan las dan konsentrator tegangan. Efek ketebalan signifikan: ketebalan yang lebih tipis lebih mudah dikerjakan dingin untuk mencapai tingkat kekuatan lebih tinggi, sementara plat dan ekstrusi tebal mempertahankan duktalitas sisa lebih banyak pada temper lunak dan dapat menantang untuk mencapai kekuatan seragam melalui ketebalan tanpa operasi upsetting.

Sifat	O/Anil	Temper Utama (mis. H14/H32)	Catatan
Kekuatan Tarik	110–145 MPa	210–275 MPa	Nilai tergantung ketebalan dan tingkat kerja dingin
Kekuatan Luluh	40–75 MPa	150–240 MPa	Temper H meningkatkan luluh secara signifikan melalui pengerasan deformasi
Elongasi	20–35%	6–15%	Duktalitas menurun dengan peningkatan temper/kekerasan
Kekerasan	25–35 HB	55–85 HB	Kekerasan berkorelasi dengan kerja dingin dan digunakan untuk QC pada bagian fabrikasi

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Kepadatan	2.68 g/cm³	Tipe paduan aluminium tempa; rasio kekuatan-terhadap-berat yang menguntungkan
Rentang Leleh	~605–655 °C	Paduan melebar sedikit rentang leleh di bawah titik leleh aluminium murni (660 °C)
Konduktivitas Termal	~130 W/m·K	Konduktivitas termal baik, sedikit lebih rendah dari aluminium murni
Konduktivitas Listrik	~34–44 % IACS	Berkurang relatif terhadap aluminium murni akibat magnesium dalam larutan padat
Kalor Jenis	~900 J/kg·K	Kalor jenis khas untuk paduan aluminium pada suhu lingkungan
Koefisien Ekspansi Termal	23.0–24.5 µm/m·K	Koefisien sedang; penting untuk perakitan multi-material

5051 mempertahankan banyak sifat fisik aluminium yang menarik: ringan dan konduktivitas termal tinggi relatif terhadap baja, sehingga bermanfaat untuk manajemen termal dan struktur ringan. Kombinasi kepadatan dan sifat mekanik menghasilkan kekuatan spesifik yang baik, namun perancang harus memperhitungkan ekspansi termal ketika memadukan 5051 dengan logam berbeda atau saat digunakan pada lingkungan siklus suhu.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0.4–6 mm	Mudah dikerjakan dingin; ketebalan tipis mencapai kekuatan temper H lebih tinggi	O, H14, H18, H32	Digunakan luas untuk panel, pelapis, dan enclosure
Plat	6–50 mm	Formabilitas kerja dingin berkurang; biasanya disuplai dengan temper lunak untuk proses machining	O, H112, H32	Plat struktural dan komponen fabrikasi tebal
Ekstrusi	Profil kompleks	Kekuatan tergantung kerja dingin pasca-ekstrusi; dapat distabilkan dengan penuaan	O, H32	Umum untuk rangka, rel, dan bagian marine
Tabung	Ketebalan dinding 1–12 mm	Mirip dengan lembaran; opsi las dan seamless memengaruhi sifat	H14, H32	Digunakan untuk tubing struktural dan pipa yang terekspos korosi
Batang/Rod	Ø3–100 mm	Batang cold-drawn meningkatkan kekuatan; stok machining biasanya lebih lunak	O, H18, H22	Fitting, pin, dan komponen bubut

Rute proses (rolling, ekstrusi, drawing) memengaruhi rekrisal dan anisotropi dalam sifat mekanik; lembaran dan ketebalan tipis adalah bentuk paling ekonomis dan paling mudah dikerjakan dingin untuk menghasilkan temper H berdaya tahan tinggi. Ekstrusi dan plat dipilih saat fitur penampang kompleks atau ketebalan tebal diperlukan, tetapi mungkin memerlukan perlakuan relief tegangan atau pendinginan terkontrol untuk menghindari distorsi pada rakitan yang dilas.

Setara Grade

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	5051	USA	Penunjukan Aluminum Association untuk paduan Mg seri 5xxx yang dituang
EN AW	5051	Eropa	EN AW-5051 umum digunakan; batas kimia dan mekanik mirip dengan AA
JIS	A5051	Jepang	Varian JIS secara komposisi sejalan tetapi dapat menentukan kondisi uji mekanik yang berbeda
GB/T	5051	China	Grade standar Cina dengan komposisi yang sebanding; toleransi pemrosesan dapat berbeda

Perbedaan antar standar biasanya terdapat pada rentang toleransi yang ditentukan, metode pengujian mekanik yang diperlukan, dan batas impuritas yang diizinkan, bukan pada komposisi kimia yang mendasar. Insinyur harus memverifikasi sertifikat pabrik untuk aplikasi kritis agar memastikan kepatuhan terhadap standar lokal untuk sifat mekanik, temper, dan jalur pemrosesan.

Ketahanan Korosi

5051 menunjukkan ketahanan korosi atmosfer yang sangat baik yang merupakan karakteristik seri 5xxx karena kandungan magnesium dan tingkat tembaga yang rendah. Paduan ini membentuk lapisan oksida pelindung yang memberikan ketahanan terhadap pitting dalam banyak lingkungan luar ruangan dan lingkungan yang sedikit agresif. Pada paparan laut dan atmosfer kaya klorida, 5051 tampil baik dibandingkan dengan banyak paduan 3xxx dan 6xxx, meskipun perendaman jangka panjang dan air asin stagnan tetap dapat menyebabkan serangan lokal jika pelapis permukaan gagal.

Sensitivitas terhadap retak korosi tegangan (SCC) pada 5051 lebih rendah dibandingkan paduan seri 5xxx dengan kandungan Mg lebih tinggi (>3,5%), tetapi SCC tidak dapat sepenuhnya diabaikan untuk komponen yang sangat tertekan dalam lingkungan agresif. Tegangan tarik sisa dari pembentukan atau pengelasan meningkatkan risiko SCC, sehingga detail desain yang tepat, perlakuan lunak pasca-las, dan pemilihan material sangat penting untuk komponen struktural kritis. Interaksi galvanik harus diatur saat 5051 dipasangkan dengan logam lebih mulia seperti baja tahan karat atau tembaga; isolasi yang tepat atau anoda pengorbanan merupakan langkah mitigasi umum pada rakitan laut dan arsitektur.

Dibandingkan dengan keluarga paduan lain, 5051 menawarkan ketahanan korosi laut yang lebih unggul dibanding banyak paduan bisa diperlakukan panas (misalnya seri 6xxx) yang mengandung tembaga atau zinc lebih tinggi, meskipun kekuatan puncaknya sedikit lebih rendah daripada paduan 6xxx yang telah dikeraskan dengan penuaan. Desainer sering memilih 5051 saat daya tahan di lingkungan klorida dan kemampuan las menjadi prioritas dibandingkan kekuatan maksimal yang dapat dicapai.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Las

5051 mudah di-las dengan proses fusi umum termasuk TIG (GTAW) dan MIG (GMAW). Lasan pada 5051 biasanya menunjukkan fluiditas kolam las yang baik dan kerentanan rendah terhadap retak panas karena komposisinya bebas dari tembaga signifikan dan mengandung magnesium dalam jumlah sedang. Logam pengisi yang disarankan biasanya 5356 (Al-Mg) untuk kekuatan lebih tinggi dan ketahanan korosi yang baik, atau 4043 (Al-Si) untuk peningkatan kemudahan las dalam beberapa situasi; pilihan tergantung pada kekuatan pasca-las dan perilaku anodisasi yang diinginkan. Desainer harus memperhatikan pelunakan HAZ jika logam dasar dalam temper pengerasan regangan dan mengikuti praktik stabilisasi pasca-las atau perlakuan panas lokal bila perlu.

Kemudahan Mesin

Kemudahan mesin 5051 sedang; lebih mudah dikerjakan daripada paduan kekuatan tinggi tetapi kurang mudah dibanding aluminium murni komersial. Alat dengan ujung karbida dan geometri gigi positif disarankan untuk mengendalikan pembentukan serpihan dan menghindari penumpukan pisau; pendingin atau pelumas meningkatkan hasil permukaan dan umur alat. Kecepatan potong sedang, dan laju makan harus dioptimalkan agar menghindari pengerasan kerja pada permukaan potong yang dapat mempengaruhi finishing. Untuk bubut atau frais volume tinggi, pelapisan alat dan penjepitan kaku mengurangi getaran dan memperpanjang umur alat.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk sangat baik dalam kondisi annealed (O) dan tetap sangat baik dalam temper H ringan seperti H12 dan H14, menjadikan 5051 cocok untuk deep drawing, bending, dan stretch forming. Radius bengkok minimum harus mengacu pada temper dan ketebalan, tetapi praktik umum untuk pembentukan plat adalah radius bengkok 1–3× ketebalan material pada temper yang lebih lunak; radius lebih kecil membutuhkan annealing sebelum pembentukan atau penggunaan temper yang lebih lunak. Pengerasan dingin secara signifikan meningkatkan kekuatan dan mengurangi keuletan, sehingga operasi pembentukan progresif harus diatur secara berurutan untuk menghindari retak dan mungkin memerlukan annealing antara tahap untuk geometri kompleks.

Perilaku Perlakuan Panas

5051 adalah paduan yang tidak dapat diperlakukan panas dan karena itu tidak merespon perlakuan larutan dan penuaan buatan untuk meningkatkan kekuatan; perubahan sifat mekaniknya dicapai melalui pengerasan dingin yang terkendali dan penetapan temper. Siklus termal standar untuk paduan yang bisa diperlakukan panas (pelarutan dan quenching diikuti penuaan) tidak efektif untuk menghasilkan kondisi pengerasan presipitasi pada 5051, sehingga desainer tidak boleh mengandalkan peningkatan temper T untuk grade ini.

Annealing digunakan untuk mengembalikan keuletan setelah pengerjaan dingin berat; anneal penuh untuk 5051 biasanya dilakukan pada kisaran sekitar 350–415 °C dengan pendinginan terkendali untuk mencapai temper O. Perlakuan stabilisasi (misal H22 atau H32) melibatkan pemanasan suhu rendah atau langkah pelunakan stres untuk meminimalkan penuaan regangan dan memberikan stabilitas dimensi yang dapat diprediksi untuk fabrikasi dan pengelasan. Jadwal pengerasan dan pengendalian temper merupakan bagian dari jalur pemrosesan pabrik untuk menghasilkan material dengan rentang kekuatan luluh dan tarik yang ditargetkan guna pembentukan atau penggunaan struktural.

Kinerja Pada Suhu Tinggi

Pada suhu tinggi, 5051 kehilangan kekuatan secara bertahap karena penguatan larutan padat menjadi kurang efektif dan proses pemulihan berlangsung lebih cepat; suhu penggunaan kontinu praktis untuk integritas struktural umumnya terbatas di bawah 100 °C untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan sesuai spesifikasi. Ketahanan creep pada suhu sedang terbatas dibandingkan dengan paduan suhu tinggi khusus, dan beban berkelanjutan pada suhu tinggi akan menyebabkan deformasi terukur seiring waktu. Oksidasi di udara minimal karena aluminium membentuk oksida stabil, tetapi paparan suhu tinggi dapat mengubah tampilan permukaan dan mempengaruhi perlakuan atau pelapis permukaan berikutnya.

Sambungan las dapat menunjukkan pelunakan lokal pada zona terdampak panas (HAZ) akibat paparan termal; desainer harus mempertimbangkan ini untuk suhu kerja tinggi karena HAZ dapat menjadi wilayah pembatas dalam mempertahankan kekuatan. Untuk aplikasi yang memerlukan kemampuan suhu tinggi, paduan alternatif atau toleransi desain harus dipertimbangkan.

Aplikasi

Industri	Komponen Contoh	Mengapa Menggunakan 5051
Otomotif	Panel bodi, tangki bahan bakar	Formabilitas, kemudahan las, dan ketahanan korosi yang baik
Kelautan	Panel lambung, struktur dek	Ketahanan pitting klorida yang superior dan kemudahan las
Aeronautika	Fitting, fairing (non-kritis)	Rasio kekuatan terhadap berat yang baik dan performa korosi
Elektrikal/Manajemen Panas	Heat sink, housing	Konduktivitas termal dan kemampuan manufaktur yang baik
Arsitektur	Cladding, fasad	Ketahanan cuaca dan kemampuan anodisasi estetis

5051 banyak digunakan dimana kombinasi ketahanan korosi, kemudahan las, dan kekuatan sedang diperlukan tanpa kebutuhan perlakuan panas. Keseimbangan sifatnya mendukung aplikasi beragam dari struktur laut hingga rakitan ringan yang diproduksi dimana lingkungan layanan dan metode fabrikasi menjadi faktor pemilihan paduan.

Wawasan Pemilihan

Pilih 5051 saat Anda membutuhkan paduan yang tidak dapat diperlakukan panas dengan kekuatan lebih baik daripada aluminium murni komersial dan ketahanan korosi superior di lingkungan mengandung klorida. Ini sangat menarik ketika pengelasan dan pembentukan diperlukan dan saat desainer lebih memilih perilaku dapat diprediksi dari pengerasan regangan dibandingkan pengerasan dengan penuaan.

Dibandingkan dengan 1100 (aluminium murni komersial), 5051 menukar sebagian konduktivitas listrik dan kemampuan bentuk maksimal untuk kekuatan jauh lebih tinggi dan performa laut yang lebih baik. Dibandingkan paduan seri 3xxx (misalnya 3003 atau 5052), 5051 memberikan kekuatan yang sebanding atau sedikit lebih tinggi dengan ketahanan korosi yang mirip, sehingga menjadi pilihan tengah antara kekuatan dan keuletan. Dibandingkan dengan paduan bisa diperlakukan panas seperti 6061/6063, 5051 menawarkan kemudahan pengelasan dan ketahanan korosi klorida yang lebih baik walaupun tidak mencapai kekuatan puncak paduan seri 6xxx yang telah dikeraskan dengan penuaan; gunakan 5051 saat ketahanan korosi selama pemakaian dan integritas las lebih penting daripada kekuatan maksimal yang dapat dicapai.

• Preferensikan 5051 untuk struktur laut yang dilas dan bagian fabrikasi yang terekspos korosi.
• Preferensikan 6061 jika kekuatan struktural puncak dan kemudahan mesin adalah kritis serta korosi dapat dikendalikan.
• Preferensikan 1100/3003 untuk kemampuan bentuk optimal atau konduktivitas listrik saat kekuatan tinggi tidak diperlukan.

Ringkasan Penutup

5051 tetap menjadi paduan aluminium yang praktis dan serba guna untuk aplikasi yang memerlukan keseimbangan kuat antara ketahanan korosi, kemudahan pengelasan, dan kekuatan sedang tanpa bergantung pada perlakuan panas. Perilaku yang dapat diprediksi di bawah pengerjaan dingin dan ketersediaannya dalam bentuk produk umum menjadikannya pilihan ekonomis untuk struktur laut, transportasi, dan tugas fabrikasi struktural dimana daya tahan jangka panjang di lingkungan agresif sangat dibutuhkan.