Aluminium 5154: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Lengkap

5154 adalah anggota dari seri 5xxx paduan aluminium–magnesium, yang ditandai dengan magnesium sebagai elemen paduan utama dan perilaku penguatan yang tidak dapat diperkuat dengan perlakuan panas. Material ini termasuk dalam keluarga Al–Mg yang mengombinasikan kekuatan sedang hingga tinggi dengan ketahanan korosi yang sangat baik serta kemampuan las yang baik, sehingga cocok digunakan di mana diperlukan kombinasi kemampuan pembentukan, kekuatan, dan ketahanan terhadap lingkungan laut.

Konstituen paduan utama umumnya adalah magnesium (sebagai elemen utama), dengan penambahan terkontrol mangan dan jejak kromium, besi, silikon, dan elemen lain untuk mengendalikan struktur butir dan respon pengerasan kerja. Kekuatan dikembangkan terutama melalui penguatan larutan padat dari magnesium dan pengerasan regangan (cold work); material ini tidak merespon perlakuan panas larutan dan penuaan seperti pada paduan seri 6xxx atau 7xxx.

Ciri utama 5154 meliputi kekuatan lebih tinggi dibanding aluminium murni komersial dan banyak paduan seri 3xxx, ketahanan yang sangat baik terhadap air laut dan korosi atmosfer, kemampuan las yang sangat baik dengan penggunaan kawat las yang tepat, serta kemampuan pembentukan yang baik pada kondisi temper anil (annealed). Industri yang umum memakai material ini antara lain komponen bodi dan struktural otomotif, kelautan dan galangan kapal, bejana tekan dan perpipaan, fabrikasi lembar logam umum, serta beberapa struktur sekunder di industri dirgantara.

Para engineer memilih 5154 dibanding alternatif lain ketika spesifikasi mengharuskan material yang tahan korosi, dapat dibentuk, dan mempertahankan kekuatan praktis setelah pengelasan dan pengerjaan dingin moderat. Material ini dipilih di mana paduan non-perlakuan panas yang menghindari siklus penuaan pasca las dan memberikan performa plat/lembar yang konsisten sangat diuntungkan.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Pembentukan	Kemampuan Pengelasan	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Sangat Baik	Sangat Baik	Kondisi anil penuh untuk kemampuan pembentukan maksimal
H111	Sedang	Sedang	Baik	Sangat Baik	Pengerasan regangan sedikit, pengendalian sifat sekaligus
H14	Sedang-Tinggi	Rendah-Sedang	Cukup	Sangat Baik	Kondisi quarter-hard dari pengerjaan dingin
H16	Tinggi	Rendah	Buruk-Sedang	Sangat Baik	Kondisi setengah keras akibat pengerasan regangan
H32	Sedang-Tinggi	Sedang	Baik	Sangat Baik	Pengerasan regangan dan distabilisasi dengan perlakuan termal ringan
H34 / H36	Tinggi	Rendah	Terbatas	Sangat Baik	Tingkat pengerjaan dingin lebih berat, dipakai saat kekuatan lebih tinggi dibutuhkan

Temper pada 5154 diperoleh melalui pengerjaan dingin (temper H) atau anil (temper O), bukan dengan pengerasan presipitasi. Temper yang dipilih menentukan keseimbangan antara kekuatan, keuletan, dan kemampuan pembentukan; temper anil O menawarkan elongasi maksimal untuk pembentukan, sementara temper H memberikan kekuatan lebih tinggi dengan mengorbankan kelenturan atau kemampuan membengkok.

Transisi temper biasanya dikendalikan dengan proses rolling dan pendinginan terkontrol, atau stabilisasi termal ringan untuk mencegah penuaan alami; panas yang dihasilkan dari pengelasan dapat menyebabkan temper H secara lokal melemah mendekati kondisi temper O di area HAZ (zona pengaruh panas), sehingga pemilihan temper harus mempertimbangkan tahap pengelasan dan fabrikasi selanjutnya.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.40	Deoksidator dan impuritas; dijaga rendah agar keuletan tetap terjaga
Fe	≤ 0.40	Impuritas; membentuk intermetallic yang mempengaruhi struktur butir
Mn	0.20–0.80	Kontrol struktur butir, meningkatkan kekuatan dan ketahanan korosi
Mg	3.1–4.3	Elemen penguat utama; menyediakan penguatan larutan padat
Cu	≤ 0.10	Kandungan rendah untuk membatasi penurunan ketahanan korosi
Zn	≤ 0.25	Minor; dikontrol untuk membatasi penurunan kekuatan akibat intermetallic
Cr	≤ 0.30	Ditambahkan dalam jumlah kecil untuk mengontrol pertumbuhan butir dan rekristalisasi
Ti	≤ 0.15	Pemurni butir; hadir dalam jumlah jejak
Lainnya (masing-masing)	≤ 0.05–0.15	Elemen jejak dan residu; jumlah total dibatasi

Magnesium merupakan penggerak performa dominan dalam 5154: peningkatan Mg menaikkan kekuatan luluh dan tarik melalui penguatan larutan padat tapi meningkatkan risiko sensitisasi terkait magnesium jika pengelasan atau siklus termal tidak tepat. Mangan dan kromium digunakan untuk menstabilkan mikrostruktur terhadap rekristalisasi dan memperbaiki ukuran butir; besi dan silikon adalah impuritas yang dikendalikan yang mempengaruhi partikel intermetallic dan distribusi fasa sekunder yang berpengaruh pada ketangguhan dan kelelahan.

Sifat Mekanik

5154 menunjukkan spektrum perilaku tarik yang luas bergantung pada temper dan ketebalan, dengan kondisi anil menampilkan keuletan tinggi sedangkan temper kerja dingin memperlihatkan kekuatan luluh dan tarik jauh lebih tinggi. Kekuatan luluh pada plat anil cukup moderat, memungkinkan operasi pembentukan signifikan, sementara temper H menaikkan kekuatan luluh puluhan MPa melalui akumulasi dislokasi. Elongasi pada temper O biasanya melebihi 20–30% untuk lembaran tipis, sedangkan kondisi kerja dingin berat menurunkan elongasi ke persentase satu digit.

Kekerasan berkorelasi dengan temper dan pengerjaan dingin; nilai kekerasan Vickers atau Brinell meningkat dengan temper H dan pengurangan dingin. Performa lelah dipengaruhi oleh kondisi permukaan, ketebalan, dan tegangan sisa dari pembentukan atau pengelasan; seperti banyak paduan Al–Mg, permukaan yang dipersiapkan dengan baik dan desain pasca-las mengurangi efek konsentrasi tegangan. Efek ketebalan signifikan: ketebalan yang lebih tipis biasanya menunjukkan kekuatan tarik lebih tinggi untuk temper tertentu karena pengerjaan dingin dan regangan rolling yang lebih besar selama proses.

Properti	O/Anil	Temper Kunci (H14 / H111)	Catatan
Kekuatan Tarik (MPa)	190–240 MPa	250–330 MPa	Nilai bervariasi sesuai ketebalan dan proses; temper H meningkatkan UTS
Kekuatan Luluh (offset 0,2%, MPa)	70–140 MPa	150–260 MPa	Temper H umum menggandakan atau lebih kekuatan luluh anil
Elongasi (%)	20–35%	6–18%	Elongasi menurun saat kekerasan/kekuatan naik
Kekerasan (HV)	40–60 HV	70–110 HV	Kekerasan naik dengan pengerjaan dingin; nilai kekerasan berkorelasi dengan luluh

Perancang sebaiknya menggunakan sertifikat pemasok material dan sampel uji untuk mendapatkan nilai kekuatan dan elongasi yang tepat sesuai temper dan ketebalan spesifik, karena jadwal rolling, paparan panas, dan pasca-proses mengubah data mekanik secara signifikan.

Sifat Fisik

Properti	Nilai	Catatan
Density	~2.66 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al–Mg; digunakan untuk perhitungan massa dan kekakuan
Rentang Leleh	~570–650 °C	Liquidus/solidus paduan sedikit lebih rendah dari Al murni (660 °C)
Konduktivitas Termal	~120–150 W/m·K	Lebih rendah daripada Al murni; cukup untukMany aplikasi penyebaran panas
Konduktivitas Listrik	~30–45 %IACS	Tereduksi oleh paduan; lebih rendah daripada Al murni atau seri paduan rendah
Kalor Spesifik	~900 J/kg·K	Tipikal untuk paduan aluminium; berguna untuk analisis termal transient
Koefisien Ekspansi Termal	~23–24 µm/m·K	Koefisien linier mendekati paduan Al lain; relevan untuk regangan termal

Sifat fisik 5154 sesuai dengan paduan aluminium kekuatan menengah: konduktivitas termal yang baik dan berat jenis rendah membuatnya menarik untuk aplikasi dengan kebutuhan bobot dan performa termal. Konduktivitas listrik dan termal berkurang dibanding aluminium murni karena magnesium dan elemen paduan lain, tapi tetap memadai untuk banyak aplikasi struktural dan pembuangan panas yang membutuhkan konduktivitas bersamaan dengan kekuatan mekanik.

Perancang harus mempertimbangkan koefisien ekspansi termal paduan ini saat menggabungkannya dengan material berbeda; perbedaan ekspansi dan potensi galvanik dapat menentukan pemilihan pengikat dan kebutuhan isolasi dalam lingkungan pelayanan.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis (Sheet)	0,3–6,0 mm	Kekuatan bervariasi sesuai temper dan proses rolling	O, H111, H14	Bentuk paling umum untuk panel bodi, bejana tekanan, dan fabrikasi umum
Plat	6–150 mm	Duktilitas lebih rendah pada bagian tebal; tempering dibatasi oleh proses rolling	O, H32, H34	Digunakan untuk anggota struktur dan bagian fabrikasi tebal
Ekstrusi	Ketebalan dinding 1–25 mm, profil bervariasi	Kekuatan dipengaruhi oleh stabilisasi T4 dan pengerjaan dingin	H112, H32	Bagian kompleks untuk rangka struktur dan komponen marine
Tabung	OD 6–200 mm	Perilaku tergantung siklus drawing dan anneal	O, H32	Tabung las dan tanpa sambungan untuk sistem fluida dan struktur
Batang/Rod	Ø 3–100 mm	Biasanya kekuatan kerja lebih tinggi	H14, H16	Digunakan untuk komponen mesin dan fitting

Plat tipis dan gauge tipis adalah bentuk yang paling banyak digunakan dan diproduksi dengan skedul rolling terkontrol untuk menghasilkan temper yang diperlukan. Plat dan ekstrusi memerlukan riwayat termal yang berbeda dan mungkin lebih sulit untuk dikerjakan dingin; bagian yang lebih berat sering memerlukan annealing larutan atau kontrol rekristalisasi selama fabrikasi.

Pemilihan bentuk produk harus mempertimbangkan langkah manufaktur seperti drawing, stamping, bending, atau pengelasan karena setiap bentuk menghasilkan struktur butir awal dan keadaan tegangan residual yang berbeda yang mempengaruhi performa akhir bagian dan kebutuhan pasca-proses.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	5154	USA	Penunjukan Aluminium Association standar
EN AW	5154	Eropa	Biasanya disebut EN AW-5154 dalam standar Eropa
JIS	A5154	Jepang	JIS umumnya memiliki komposisi dan penggunaan serupa
GB/T	5154	China	Penunjukan standar China sejajar dengan seri internasional

Di berbagai standar, penunjukan 5154 sering dipertahankan, dengan perbedaan kecil pada batas kandungan impuritas dan persyaratan sertifikasi. Standar Eropa dan Asia mungkin menetapkan batas sedikit berbeda pada elemen jejak atau nomenklatur temper dan protokol pengujian yang berbeda, sehingga menentukan standar dan temper pada dokumen pengadaan menghindari ambiguitas.

Perbedaan regional kecil bisa memengaruhi aplikasi yang sensitif terhadap korosi antarbutir atau membutuhkan sifat mekanik spesifik; engineer pengadaan sebaiknya meminta sertifikat mill dan mengkonfirmasi standar yang berlaku.

Ketahanan Korosi

5154 menawarkan ketahanan korosi atmosferik yang sangat baik secara umum dan banyak digunakan di lingkungan marine dan pesisir karena kandungan magnesium yang tinggi dikombinasikan dengan elemen minor yang dikontrol. Alloy ini tahan korosi seragam di air laut dan lingkungan payau lebih baik daripada banyak paduan yang dapat diperlakukan panas serta banyak paduan yang mengandung tembaga, asalkan zona pengelasan dan sambungan pengikat dirancang dan dilindungi dengan baik.

Di lingkungan yang mengandung klorida, pitting dapat terjadi di lokasi terlokalisasi seperti tepian, goresan, atau kopel galvanik; persiapan permukaan yang baik, pelapis, dan proteksi katodik dapat mengurangi pitting. Sensitisasi (presipitasi fase β di batas butir) menjadi perhatian untuk paduan Al–Mg dengan kandungan Mg lebih tinggi jika terekspos pada suhu sekitar 65–180 °C dalam waktu lama; sensitisasi ini dapat meningkatkan kerentanan korosi antarbutir, khususnya di sekitar HAZ las.

5154 memiliki ketahanan terhadap retak korosi tegangan (SCC) lebih baik daripada banyak paduan 2xxx dan 7xxx, tetapi tidak kebal: di bawah tegangan tarik berkelanjutan di lingkungan klorida korosif, risiko SCC ada walaupun relatif rendah dibandingkan dengan paduan kekuatan tinggi yang dapat diperlakukan panas. Saat menyambungkan dengan material lebih mulia, korosi galvanik merupakan perhatian desain; lapisan isolasi dan pemilihan pengikat yang bijak mengurangi potensi serangan yang dipercepat.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Las

5154 dapat dilas dengan mudah menggunakan proses fusi umum seperti GTAW (TIG) dan GMAW (MIG), serta menghasilkan lasan yang baik bila digunakan filler metal dan prosedur pra/pasca las yang tepat. Filler yang direkomendasikan adalah paduan Al–Mg seperti 5356 atau 5183 untuk menyamai kekuatan dan ketahanan korosi serta meminimalkan retak panas; pemilihan filler harus mempertimbangkan kebutuhan layanan dan mode pengelasan pulse maupun konvensional. Risiko retak panas rendah dibanding paduan kekuatan tinggi tertentu, tetapi pelunakan HAZ dan potensi sensitisasi pada kandungan Mg tinggi memerlukan perhatian pada input panas dan proteksi pasca las.

Kemudahan Mesin

Kemudahan mesin 5154 termasuk sedang dan umumnya lebih rendah dibanding paduan seri 6xxx yang memiliki temper pistol untuk pemotongan lebih mudah. Alat potong berbahan karbida atau karbida berlapis dengan sudut potong positif dan geometri tepi kuat lebih disarankan, serta aplikasi pendingin membantu pembuangan serbuk dan hasil permukaan. Kecepatan pemotongan biasanya konservatif dibandingkan paduan free-cutting; kecepatan umpan dan kedalaman potong harus dioptimalkan untuk menghindari built-up edge dan mengontrol pembentukan burr.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk sangat baik dalam temper annealed O dan tetap praktis pada temper H ringan; radius tekuk di temper O bisa sekecil 1–2T untuk banyak profil tergantung gauge dan tooling. Pengerjaan dingin meningkatkan luluh dan mengurangi kemampuan bentuk, sehingga operasi stamping kompleks dan deep drawing memilih temper O atau temper kerja strain ringan. Springback umum pada paduan aluminium dan harus diperhitungkan dalam desain cetakan, terutama pada temper H dimana luluh tinggi meningkatkan recovery elastis.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan seri 5xxx, 5154 tidak dapat diperlakukan panas untuk peningkatan kekuatan; kekuatan diperoleh melalui penguatan larutan padat dan pengerjaan kerja keras. Tidak ada siklus aging presipitasi yang bermanfaat seperti pada paduan 6xxx. Perlakuan panas difokuskan pada annealing dan stabilisasi daripada urutan larutan/aging.

Annealing penuh (O) mengembalikan duktilitas dengan memungkinkan rekristalisasi dan dapat dilakukan pada suhu yang umum untuk paduan Al–Mg (biasanya 350–420 °C dengan waktu sesuai), diikuti dengan pendinginan terkontrol. Pengerjaan dingin digunakan untuk mendapatkan temper H; perlakuan stabilisasi (pemanasan ringan) digunakan untuk meminimalkan efek penuaan alami dan menetapkan temper yang diinginkan. Struktur hasil las biasanya hanya menjalani annealing atau relief tegangan; operasi ini akan mengurangi kekuatan yang diperoleh dari pengerjaan dingin sebelumnya.

Kinerja pada Suhu Tinggi

5154 mempertahankan sifat mekanik yang dapat dipakai pada suhu sedang tinggi, namun kekuatan menurun seiring kenaikan suhu karena penguatan larutan solid menjadi kurang efektif dan pergerakan dislokasi meningkat. Suhu layanan kontinu biasanya direkomendasikan di bawah sekitar 100–150 °C untuk menghindari kehilangan kekuatan yang nyata dan mencegah efek sensitisasi jika terpapar pada temperatur/waktu tertentu.

Oksidasi sangat minimal berkat lapisan pelindung aluminium oksida, dan tidak mengalami skala suhu tinggi yang cepat seperti paduan ferrous. Namun, paparan siklus termal dan pengelasan dapat menciptakan zona HAZ lokal dengan sifat melemah dan performa korosi berubah. Untuk aplikasi pembawa beban suhu tinggi, perancang biasanya memilih paduan tahan panas atau mengurangi batas tegangan yang diizinkan pada 5154.

Aplikasi

Industri	Komponen Contoh	Mengapa 5154 Digunakan
Otomotif	Panel bodi, komponen struktural dalam	Kemampuan bentuk baik, ketahanan korosi, kekuatan memadai untuk bagian struktural non-primer
Marine	Panel lambung, superstruktur, pipa	Ketahanan luar biasa terhadap korosi air laut dan kemudahan las untuk fabrikasi kapal
Aerospace	Fitting sekunder, fairing	Kekuatan terhadap berat tinggi untuk struktur non-primer dan karakteristik fabrikasi baik
Elektronik	Enklosur, penyebar panas	Density rendah dan konduktivitas termal cukup untuk housing ringan
Bejana Tekanan / Tangki	Tangki, komponen LPG	Ketahanan korosi dan kemampuan las dipadukan dengan kekuatan cukup pada geometris berbentuk

5154 dipilih dalam aplikasi ini karena keseimbangan sifat mekanik, ketahanan korosi, dan fleksibilitas fabrikasi yang mengurangi biaya siklus hidup serta menyederhanakan manufaktur. Sifat non-heat-treatable mempermudah proses sekaligus memberikan kekuatan lebih tinggi dibanding banyak alternatif paduan rendah.

Wawasan Pemilihan

5154 adalah pilihan pragmatis saat membutuhkan aluminium tahan korosi dengan kekuatan lebih baik dibanding aluminium murni komersial sambil mempertahankan kemampuan bentuk dan kemudahan las yang baik. Dibanding 1100 (aluminium murni komersial), 5154 menukar sedikit konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan bentuk ekstrem untuk kenaikan luluh dan tarik yang signifikan, menjadikannya lebih disukai untuk plat struktural dan bagian marine.

Dibandingkan dengan paduan yang sering mengalami pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, 5154 umumnya menawarkan kekuatan yang lebih tinggi sambil mempertahankan ketahanan korosi yang serupa atau sedikit lebih baik; pilih 5154 ketika desain memerlukan kekuatan tambahan tersebut namun tetap dalam keluarga Al–Mg. Dibandingkan dengan paduan yang dapat perlakuan panas seperti 6061 atau 6063, 5154 memberikan perilaku korosi pasca las yang lebih baik dan menghindari kompleksitas perlakuan panas; pilih 5154 ketika pengelasan dan ketahanan korosi yang konsisten lebih diutamakan daripada kekuatan puncak yang lebih tinggi dari paduan yang dapat perlakuan panas.

Untuk pengadaan, seimbangkan biaya dan ketersediaan dengan persyaratan temper dan ketebalan, serta verifikasi sertifikat pabrik untuk kandungan Mg dan uji sifat mekanik ketika kelelahan, pengelasan, atau paparan laut menjadi faktor desain yang kritis.

Ringkasan Penutup

5154 tetap menjadi paduan Al–Mg yang banyak digunakan karena secara unik menggabungkan performa mekanik yang diperkuat oleh larutan padat dengan ketahanan korosi yang sangat baik dan fleksibilitas fabrikasi; kemudahan pengelasan, kemampuan pembentukan yang baik dalam kondisi annealed, dan perilaku yang andal di berbagai bentuk produk menjadikannya relevan untuk aplikasi otomotif, kelautan, dan rekayasa struktural umum.