Aluminium 5150: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Lengkap

5150 adalah paduan aluminium yang termasuk dalam seri 5xxx, yaitu keluarga yang menggunakan magnesium sebagai unsur paduan utama. Seri ini dicirikan oleh paduan yang tidak dapat diberi perlakuan panas dan diperkuat terutama melalui pengerasan larutan padat dan pengerasan regangan, bukan pengerasan presipitasi seperti pada paduan 6xxx dan 7xxx.

Komposisi utama paduan 5150 adalah aluminium dengan kandungan magnesium yang signifikan, bersama dengan jumlah kecil mangan, kromium, dan besi sebagai sisa khas. Mekanisme pengerasan terutama berasal dari pengerasan kerja (strain hardening) dan pengerasan larutan dari Mg dalam larutan padat; tidak terdapat respons pengerasan usia yang signifikan terhadap perlakuan temper T konvensional.

Sifat utama 5150 meliputi kekuatan tinggi pada temperatur tinggi untuk paduan yang tidak dapat diberi perlakuan panas, ketahanan korosi yang sangat baik dalam berbagai kondisi atmosfer dan laut, serta kemampuan bentuk yang umumnya baik pada temper yang lebih lunak. Kemampuan lasnya baik dengan proses MIG/TIG asalkan logam pengisinya tepat, dan 5150 sering dipilih ketika dibutuhkan keseimbangan antara kekuatan, kemampuan las, dan ketahanan korosi, seperti pada aplikasi kelautan, transportasi, dan struktur tertentu.

Dibandingkan dengan keluarga aluminium lain, 5150 dipilih saat perancang membutuhkan kekuatan lebih baik daripada aluminium murni atau paduan 3xxx yang diperkeras secara kerja, namun ingin menghindari biaya tinggi, sensitivitas distorsi, atau ketahanan korosi yang lebih rendah dari paduan yang diberi perlakuan panas berperforma tinggi. Kombinasi performa mekanik dan ketahanan terhadap air laut membuatnya menarik untuk lambung kapal, anggota struktur, dan komponen yang harus dibentuk lalu dilas.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi (20–35%)	Sangat Baik	Sangat Baik	Sepenuhnya di-anneal, duktilitas maksimum
H111	Sedang	Baik (15–25%)	Sangat Baik	Sangat Baik	Sedikit kerja dingin, untuk keperluan umum
H14	Sedang-Tinggi	Sedang (10–20%)	Baik	Sangat Baik	Pengerasan regangan satu tahap, temper lembaran umum
H22	Tinggi	Sedang (8–15%)	Cukup	Baik	Pengerasan regangan dan distabilkan secara termal
H32	Tinggi	Sedang (8–12%)	Cukup	Baik	Pengerasan regangan lalu distabilkan untuk pengelasan
H116	Tinggi	Lebih Rendah (6–12%)	Terbatas	Baik	Pengerasan regangan dan penghilang tegangan untuk keperluan kelautan
H321	Tinggi	Lebih Rendah (6–12%)	Terbatas	Baik	Kerja dingin dan distabilkan melalui perlakuan suhu rendah

Temper memiliki pengaruh signifikan terhadap performa mekanik dan perilaku pembentukan 5150. Temper lebih lunak (O, H111) memberikan kemampuan formasi tarik dan cetak dalam yang terbaik, sementara temper H yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan melalui kepadatan dislokasi dengan mengorbankan elongasi dan kemampuan membengkok.

Saat memilih temper, pertimbangkan operasi lanjutan seperti pembengkokan, penarikan, dan pengelasan: pilih temper lebih lunak untuk proses pembentukan ekstrem atau H32/H116 untuk perakitan las yang membutuhkan kekuatan tinggi saat pabrikan dan mengurangi distorsi pasca-las.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	0.10–0.40	Elemen impuritas; Si lebih tinggi menurunkan duktilitas dan sedikit meningkatkan kekuatan
Fe	0.40–1.00	Residu tipikal; membentuk intermetal yang dapat mempengaruhi permukaan
Mn	0.10–0.50	Meningkatkan kekuatan dan kontrol struktur butir
Mg	3.0–5.5	Elemen penguat utama; meningkatkan kekuatan dan ketahanan korosi
Cu	0.00–0.20	Direndahkan untuk mempertahankan ketahanan korosi; jumlah kecil meningkatkan kekuatan
Zn	0.00–0.25	Tingkat rendah; Zn tinggi dapat menurunkan ketahanan korosi
Cr	0.05–0.30	Mengontrol struktur butir dan meningkatkan ketahanan terhadap rekristalisasi
Ti	0.00–0.10	Penghalus butir; digunakan dalam jumlah kecil untuk proses cor atau tempa
Lainnya	0.05–0.15	Unsur jejak dan impuritas; sisanya aluminium

Kandungan Mg adalah faktor dominan yang menentukan perilaku mekanik dan korosi 5150: saat Mg meningkat, pengerasan larutan padat bertambah dan perilaku korban dalam lingkungan laut membaik. Unsur minor seperti Mn dan Cr dikontrol untuk memperbaiki struktur butir, menstabilkan dislokasi selama proses, dan mengurangi kerentanan terhadap kegagalan terkait batas butir.

Sifat Mekanik

5150 menunjukkan perilaku tarik khas paduan 5xxx dengan kandungan Mg tinggi: kurva pengerasan regangan yang relatif datar setelah luluh dan elongasi seragam yang baik pada temper lebih lunak. Kekuatan luluh dan tahan tarik naik dengan kerja dingin dan stabilisasi, sementara duktilitas dan elongasi total menurun; sehingga kompromi sifat dapat diprediksi dan diulang untuk kontrol produksi.

Kekerasan berhubungan dengan temper dan kerja dingin; 5150 yang di-anneal relatif lunak dan sangat mudah dikerjakan, sedangkan temper Hxx dapat mencapai tingkat kekerasan yang cocok untuk komponen struktural dengan beban sedang. Ketahanan lelah umumnya baik untuk paduan yang tidak diberi perlakuan panas, tetapi sensitif pada kondisi permukaan dan pelunakan zona terpengaruh las (HAZ), sehingga desain harus memperhatikan permukaan, lekukan, dan profil las.

Ketebalan mempengaruhi sifat: saat ketebalan menurun, pengerasan regangan selama pembentukan berubah, dan laju pendinginan saat stabilisasi termal mempengaruhi tegangan sisa. Untuk bentuk plat tebal, ukuran butir dan respons pengerasan kerja dapat berbeda, memerlukan verifikasi sifat spesifik temper.

Properti	O/Anneal	Temper Kunci (H116/H32)	Catatan
Kekuatan Tarik	120–170 MPa	280–350 MPa	Rentang luas akibat tingkat Mg dan kerja dingin; nilai tergantung pemasok dan ketebalan
Kekuatan Luluh	40–90 MPa	180–300 MPa	Kekuatan luluh meningkat tajam dengan pengerasan regangan dan stabilisasi
Elongasi	20–35%	6–15%	Duktilitas menurun saat kekuatan naik; tergantung ketebalan
Kekerasan	25–45 HB	80–120 HB	Kekerasan Brinell berhubungan dengan temper dan kerja dingin

Sifat Fisik

Properti	Nilai	Catatan
Kerapatan	2.66 g/cm³	Tipikal untuk paduan tempa Al-Mg
Rentang Leleh	570–645 °C	Rentang solidus–liquidus dipengaruhi oleh unsur paduan
Konduktivitas Termal	120–150 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni tapi masih tinggi untuk penggunaan pembuangan panas
Konduktivitas Listrik	28–40 % IACS	Berkurang akibat Mg dan larutan lain dibanding aluminium murni
Kalor Jenis	~0.90 J/g·K	Perkiraan pada temperatur ruang
Ekspansi Termal	23–24 ×10^-6 /K	Mirip banyak paduan aluminium; perlu diperhitungkan dalam desain sambungan

5150 mempertahankan konduktivitas termal dan kapasitas panas yang baik khas paduan aluminium, menjadikannya cocok untuk komponen yang memerlukan pembuangan panas cukup efektif. Konduktivitas listriknya lebih rendah dari aluminium murni tapi masih dapat diterima untuk aplikasi struktural atau bus-bar dimana konduktivitas bukan syarat utama.

Koefisien ekspansi termal harus diperhitungkan saat menggabungkan 5150 dengan material berbeda, terutama dalam perakitan kelautan atau otomotif yang mengalami perubahan temperatur siklik. Kerapatan dan rentang leleh konsisten dengan paduan tempa Al-Mg, mempengaruhi penolakan cor dan proses pengelasan.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Sheet (Lembaran)	0.3–6.0 mm	Respon baik terhadap pengerasan deformasi	O, H111, H14, H32	Digunakan untuk panel bodi, casing, dan bagian yang dibentuk
Plate (Pelat)	6–100+ mm	Duktibilitas lebih rendah setelah proses gulungan; bagian tebal	O, H111, H22	Pelat struktural untuk aplikasi kelautan dan transportasi
Extrusion (Ekstrusi)	Penampang melintang beberapa mm hingga 200+ mm	Orientasi mempengaruhi kekuatan luluh dan tarik secara arah	O, H112, H32	Profil untuk kerangka, rel, dan ekstrusi struktural
Tube (Pipa)	OD 10–300 mm	Pengerjaan dingin mempengaruhi kebulatan dan sifat mekanis	O, H111, H32	Pipa las atau seamless untuk penggunaan struktural
Bar/Rod (Batang/As)	Diameter 5–200 mm	Sifat batang tempa khas	O, H111	Digunakan untuk fitting dan pengikat yang dimachining

Lembaran umumnya digunakan ketika diperlukan pembentukan dan pengelasan lanjutan; lembaran dengan ketebalan tipis dapat menahan regangan tinggi selama pembentukan sebelum penuaan menjadi masalah. Pelat diproduksi untuk komponen struktural; bagian yang lebih tebal memerlukan kontrol cermat atas proses penggulungan dan stabilisasi larutan/pulsa untuk menjaga keseragaman sifat sepanjang ketebalan.

Ekstrusi memungkinkan pembuatan penampang melintang kompleks di mana anisotropi dari penggulungan dapat diterima atau dirancang sesuai kebutuhan; batang dan as biasanya disuplai dalam temper yang lebih lunak untuk machining, lalu dipengeraskan jika dibutuhkan kekuatan lebih tinggi.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	5150	USA	Penamaan Aluminium Association untuk paduan tempa yang mengandung Mg ini
EN AW	5150	Europe	Penamaan EN biasanya sama dengan seri AA namun perlu dicek datasheet pemasok
JIS	A5150	Japan	Setara Jepang dengan kadar Mg serupa; verifikasi spesifikasi mekanik
GB/T	5150	China	Nomor standar China bisa sedikit berbeda; rentang kimia umum sejalan

Kesesuaian lintas standar umumnya dekat untuk paduan tempa seri 5xxx, namun produsen dan lembaga standar dapat menerapkan batas berbeda untuk unsur residual dan persyaratan mekanik. Engineer harus memverifikasi sertifikat pabrik dan revisi standar regional untuk memastikan toleransi kimia dan mekanik sesuai dengan rancangan.

Perbedaan halus sering muncul pada residu Fe/Si/Mn, definisi temper, dan rentang ketebalan yang diizinkan; faktor ini dapat mempengaruhi kemampuan bentuk, performa las, dan ambang ketahanan korosi pada aplikasi kritis.

Ketahanan Korosi

5150 menawarkan ketahanan korosi atmosfer yang sangat baik, representatif untuk paduan 5xxx berkadar Mg tinggi, dengan performa unggul di lingkungan kelautan dan pesisir dibandingkan paduan Al-Cu. Ketahanannya terhadap pitting dan korosi umum baik terutama bila paduan bersih dan finishing dilakukan dengan baik, terutama jika diberi pelapisan pelindung atau anodizing.

Di lingkungan laut, 5150 menunjukkan ketahanan terhadap paparan air laut yang baik; namun rancangan harus mempertimbangkan interaksi galvanik dengan material lebih mulia. Penggabungan dengan baja tahan karat atau paduan kaya tembaga tanpa isolasi yang tepat dapat menyebabkan korosi akselerasi pada komponen aluminium.

Kerentanan retak korosi tegangan (SCC) pada paduan 5xxx cenderung meningkat dengan peningkatan kadar Mg dan temper kekuatan tinggi; temper stabil seperti H116 diformulasi untuk mengurangi SCC pada kondisi pengelasan dan pemakaian. Dibandingkan seri 6xxx dan 7xxx, 5150 umumnya lebih tahan korosi antarbutir saat kondisi fabrikasi tapi kurang tahan dibandingkan Al murni terhadap korosi seragam.

Kecocokan galvanik, pelapisan pelindung, dan desain sambungan adalah kontrol krusial untuk penggunaan kelautan dan industri. Bila digunakan dengan benar, 5150 memberikan keseimbangan ketahanan korosi dan performa mekanik yang sangat baik dibanding banyak alternatif komersial.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

5150 dapat dilas dengan baik menggunakan metode perlindungan gas umum (MIG/GMAW, TIG/GTAW) dengan logam pengisi yang sesuai seperti seri 5xxx (misalnya ER5356 atau ER5183 setara). Risiko retak panas rendah hingga sedang; pengendalian input panas serta stabilisasi pra/pasca las mengurangi pelunakan HAZ dan distorsi akibat tegangan residual.

Las dapat mengalami penurunan kekuatan lokal di daerah HAZ yang melunak dibanding material induk pengerjaan dingin; penggunaan perlakuan stabilisasi (tipe H116) dan prosedur pengelasan mekanis mengurangi variabilitas. Hindari filler dengan kadar Cu tinggi jika ketahanan korosi prioritas.

Kemampuan Machining

Kemampuan machining 5150 tergolong sedang; alloy ini lebih mudah dibubut dibanding banyak paduan Al-Mg lama yang keras tapi kurang dibandingkan aluminium mudah mesin yang dirancang khusus untuk bubut. Alat pahat karbida dengan geometri pahat positif dan setup kaku direkomendasikan; kecepatan potong sedang dan aliran coolant yang baik mengurangi pembentukan tepi menumpuk dan meningkatkan kualitas permukaan.

Pembentukan serpihan biasanya berupa pita kontinu; pemecah serpihan atau pemotongan terputus mungkin diperlukan pada bagian ramping. Sudut mata bor dan strategi peck drilling membantu mengontrol pembentukan burr dan kualitas lubang pada komponen bermaterial tipis.

Kemampuan Pembentukan

Formabilitas dingin sangat baik pada temper lunak (O, H111), memungkinkan operasi penarikan dalam, pembengkokan, dan hydroforming dengan radius tajam asalkan diperhitungkan efek pegas balik. Saat temper meningkat ke H32/H116, radius bengkok harus diperbesar dan celah punch/die disesuaikan untuk elongasi yang lebih rendah.

Pembentukan hangat dapat memperluas jendela pembentukan untuk bentuk kompleks, dan urutan pra-tekan yang terkontrol meningkatkan konsistensi. Untuk kebutuhan pembentukan ekstrim, spesifikasikan kondisi O atau H111 dan pertimbangkan stabilisasi pasca pembentukan jika bagian akan dilas.

Perilaku Perlakuan Panas

5150 adalah alloy yang tidak dapat diperlakukan secara panas; penguatan mekanik dicapai terutama melalui pengerjaan dingin (strain hardening) dan retensi magnesium dalam larutan padat. Stabilisasi termal (pemanggangan suhu rendah atau relief tegangan) dapat dilakukan setelah pembentukan atau pengelasan untuk menetapkan sifat mekanik dan mengurangi tegangan residual tanpa efek pengerasan karena penuaan seperti pada paduan 6xxx.

Perlakuan larutan dan penuaan presipitasi yang digunakan untuk paduan heat-treatable tidak menghasilkan pengerasan penuaan signifikan pada 5150, sehingga siklus T6/T7 tidak berlaku. Annealing mengembalikan duktibilitas melalui rekristalisasi; anneal terkontrol diikuti pendinginan cepat menghasilkan kondisi temper O yang duktile dan cocok untuk pembentukan ekstensif.

Pengerasan kerja dapat diulang dan dirancang dalam proses manufaktur: biasanya bagian dibentuk dalam temper O atau H111, kemudian diproses pengerasan dingin ke temper Hxx dengan kekuatan yang diinginkan, mungkin diikuti pemanggangan stabilisasi untuk meminimalkan penuaan alami atau relaksasi tegangan selama pemakaian.

Performa Suhu Tinggi

5150 mempertahankan kekuatan sedang pada suhu tinggi tetapi menunjukkan penurunan kekuatan progresif saat suhu mendekati 150–200 °C, dengan pelunakan signifikan di atas rentang ini. Untuk paparan intermiten hingga sekitar 150 °C alloy ini masih mempertahankan performa mekanik yang berguna; penggunaan terus-menerus pada suhu lebih tinggi tidak direkomendasikan untuk aplikasi pembawa beban.

Oksidasi minimal pada suhu operasi biasa untuk paduan aluminium, namun pengelupasan dan perubahan permukaan dapat terjadi di lingkungan termal agresif atau suhu tinggi berkelanjutan. Daerah HAZ di sekitar las dapat mengalami pelunakan lebih lanjut akibat panas lokal, sehingga pengendalian input panas las dan stabilisasi pasca las penting untuk siklus termal.

Ketahanan creep pada suhu tinggi terbatas dibandingkan paduan tahan panas khusus, sehingga 5150 sebaiknya dihindari untuk komponen pembawa beban suhu tinggi dalam jangka lama. Pertimbangkan paduan alternatif atau desain lain bila suhu dan tegangan tinggi berkelanjutan signifikan.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 5150
Kelautan	Panel lambung kapal, struktur dek	Ketahanan korosi air laut sangat baik dan kemampuan bentuk bagus
Otomotif & Transportasi	Komponen chassis ringan, tangki	Kekuatan terhadap berat tinggi dan kemampuan las untuk perakitan fabrikasi
Dirgantara (sekunder)	Fitting, bracket	Kekuatan dan ketahanan korosi baik untuk bagian struktural non-primer
Elektronik & Manajemen Termal	Chassis, penyebar panas	Konduktivitas termal cukup dengan kemampuan bentuk
Arsitektur	Fasad, pelapis	Daya tahan finishing dan ketahanan korosi untuk instalasi pesisir

5150 dipilih ketika desainer membutuhkan aluminium yang tahan korosi dan dapat dilas dengan kekuatan lebih tinggi dibandingkan aluminium murni atau seri 3xxx namun tanpa komplikasi pemrosesan dari paduan heat-treatable berkeuatan tinggi. Fleksibilitasnya dalam pembentukan, pengelasan, dan machining sedang menjadikannya cocok untuk elemen struktural fabrikasi.

Wawasan Pemilihan

Saat memilih 5150, prioritaskan aplikasi yang membutuhkan ketahanan korosi tingkat kelautan, kemampuan las yang baik, dan kekuatan sedang hingga tinggi yang diperoleh dari pengerasan kerja. Pilih temper yang lebih lunak untuk pembentukan kompleks dan temper H32/H116 untuk struktur las yang membutuhkan performa kerja yang dapat diprediksi.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (misalnya 1100): 5150 menukar kekuatan yang lebih tinggi dengan konduktivitas listrik yang sedikit lebih rendah dan kehilangan bentuk dasar yang moderat; pilih 1100 jika konduktivitas dan kemudahan pembentukan menjadi prioritas utama. Dibandingkan dengan paduan pengerasan kerja umum (misalnya 3003 / 5052): 5150 biasanya memberikan kekuatan lebih tinggi dengan ketahanan korosi yang serupa atau lebih baik, tetapi mungkin kurang dapat dibentuk dibanding 3003 pada temper yang sama. Dibandingkan dengan paduan perlakuan panas (misalnya 6061 / 6063): 5150 tidak mencapai kekuatan puncak hasil penuaan dari seri 6xxx tetapi menawarkan ketahanan korosi air laut yang lebih baik dan fabrikasi yang lebih sederhana (distorsi lebih sedikit, tanpa siklus quenching/aging), sehingga lebih disukai untuk struktur las di bidang kelautan atau transportasi.

Daftar periksa pemilihan praktis: - Gunakan temper O atau H111 untuk operasi pembentukan berat dan beralih ke H32/H116 jika diperlukan kekuatan layanan dan pengelasan. - Tentukan logam pengisi yang sesuai (pengisi seri 5xxx) untuk kompatibilitas korosi las. - Verifikasi sertifikat pabrik untuk kandungan Mg dan definisi temper guna mengontrol kerentanan SCC serta properti mekanik yang diharapkan.

Ringkasan Penutup

5150 tetap menjadi pilihan relevan dan pragmatis saat desainer membutuhkan aluminium tahan korosi, dapat dilas, dengan kekuatan tinggi yang dapat dicapai melalui pengerasan dingin. Keseimbangan sifat bentuk (pada temper yang lebih lunak), respons pengerasan kerja yang dapat diprediksi, dan daya tahan tingkat kelautan menjadikannya paduan yang dapat diandalkan untuk aplikasi transportasi, kelautan, dan struktur fabrikasi.