Aluminium 5251: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Gambaran Komprehensif
5251 adalah anggota seri paduan aluminium 5xxx, yang berbasis magnesium dan bukan paduan yang dapat diperlakukan dengan panas, menawarkan keseimbangan antara kekuatan dan ketahanan korosi. Komposisinya menempatkannya di antara paduan Al-Mg(-Mn) dimana magnesium berperan sebagai solut penguat utama dan mangan memberikan kontrol sekunder pada struktur butir.
Kekuatan pada 5251 diperoleh terutama melalui penguatan larutan padat dan pengerasan regangan; paduan ini tidak dapat diperkuat secara signifikan dengan perlakuan panas presipitasi. Ciri utama meliputi kekuatan sedang hingga tinggi untuk paduan yang tidak dapat diperlakukan panas, ketahanan korosi atmosfer dan laut yang baik, kemampuan bentuk yang sangat baik dalam kondisi anil, dan kemampuan las yang baik dengan proses fusi aluminium tipikal.
Industri yang umum menggunakan 5251 termasuk panel interior dan eksterior otomotif, komponen struktural maritim, sistem arsitektur dan bangunan, serta beberapa aplikasi transportasi dan rekayasa umum. Insinyur memilih 5251 ketika perancang membutuhkan paduan tahan korosi dengan kekuatan lebih baik daripada aluminium murni komersial dan kemampuan bentuk lebih unggul dibanding banyak paduan yang dapat diperlakukan panas.
5251 dipilih dibandingkan paduan lain ketika dibutuhkan kombinasi kemampuan pembentukan dingin, kekuatan sedang, dan performa permukaan yang tahan lama sambil menjaga biaya fabrikasi rendah dan menghindari siklus pengerasan setelah penuaan (age-hardening). Profil pemakaiannya sering menjadikannya lebih diutamakan daripada paduan yang mengorbankan ketahanan korosi demi kekuatan puncak yang lebih tinggi.
Varian Temper
| Temper | Tingkat Kekuatan | Elongasi | Kemampuan Bentuk | Kemampuan Las | Catatan |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Rendah | Tinggi (18–30%) | Sangat baik | Sangat baik | Sepenuhnya dianil; terbaik untuk penarikan dalam dan pembentukan kompleks |
| H12 | Rendah–Sedang | Sedang (12–20%) | Baik sekali | Baik sekali | Dikeraskan dingin ringan untuk penguatan sedikit |
| H14 | Sedang | Sedang (10–18%) | Baik | Baik sekali | Perempat keras; umum untuk aplikasi lembaran |
| H22 | Sedang | Sedang (10–18%) | Baik | Baik sekali | Distabilkan termal setelah anil sebagian |
| H24 | Sedang–Tinggi | Lebih rendah (8–14%) | Cukup | Baik | Dikeraskan regangan dan dianil sebagian |
| H32 | Tinggi | Rendah (6–12%) | Terbatas | Baik | Dikeraskan regangan dan distabilkan; temper struktural umum |
| Temper T (T5 / T6 / T651) | T/A | T/A | T/A | T/A | 5251 adalah paduan yang tidak dapat diperlakukan panas; temper T tidak berlaku |
Temper memiliki pengaruh menentukan pada karakter mekanik 5251: O memberikan keuletan maksimum untuk pembentukan sementara temper indeks H memberikan kekuatan luluh dan tarik yang semakin tinggi dengan mengorbankan elongasi. Kemampuan las tetap baik di semua temper karena 5251 tidak bergantung pada pengerasan penuaan, tetapi zona terpengaruh panas dapat melembutkan kondisi pengerasan regangan secara lokal dan mengurangi kekuatan setempat.
Komposisi Kimia
| Elemen | Rentang % | Catatan |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.25 | Impuritas; kandungan rendah untuk mempertahankan ketahanan korosi |
| Fe | ≤ 0.40 | Impuritas umum yang dapat membentuk intermetalik yang mempengaruhi keuletan |
| Mn | 0.20–0.80 | Mengendalikan struktur butir dan pemulihan; mengurangi rekristalisasi |
| Mg | 2.0–3.0 | Elemen penguat utama melalui larutan padat; meningkatkan ketahanan korosi |
| Cu | ≤ 0.10–0.15 | Dipertahankan rendah untuk menghindari penurunan ketahanan korosi |
| Zn | ≤ 0.20 | Minor; jumlah kecil ditoleransi tanpa perubahan sifat signifikan |
| Cr | ≤ 0.25 | Dapat hadir untuk mengendalikan pertumbuhan butir dan meningkatkan ketahanan rekristalisasi |
| Ti | ≤ 0.15 | Penghalus butir saat sengaja ditambahkan; biasanya residu |
| Lainnya | ≤ 0.05 masing-masing / ≤ 0.15 total | Elemen jejak dan residu dibatasi oleh standar |
Komposisi 5251 dirancang untuk memanfaatkan penguatan larutan padat yang didorong oleh magnesium sambil meminimalkan elemen yang mendorong pembentukan intermetalik atau korosi lokal. Mn dan Cr berperan sebagai stabilisator mikrostruktur dan membantu paduan mempertahankan kekuatan setelah pengerjaan panas, sementara kandungan Cu rendah dan Fe serta Si dikontrol menjaga ketahanan korosi tinggi dan mempertahankan keuletan yang baik.
Sifat Mekanik
5251 memperlihatkan perilaku tarik khas keluarga 5xxx yang dikerjakan dingin: ductile dan tangguh dalam kondisi anil dengan peningkatan tajam pada kekuatan luluh dan tarik saat dikeraskan regangan. Kekuatan luluh meningkat signifikan dengan temper H sementara rasio tarik-ke-luluh tetap moderat, menghasilkan karakter deformasi plastis yang dapat diprediksi berguna untuk operasi pembentukan. Elongasi menurun saat kekuatan meningkat, sehingga operasi pembentukan dan pembentukan akhir harus dijadwalkan sebelum atau dikendalikan selama pengerasan regangan.
Kekerasan berkorelasi dengan temper; paduan anil menunjukkan kekerasan Brinell/Vickers yang rendah sedangkan temper H mendorong kekerasan ke rentang yang berguna untuk aplikasi struktural. Performa lelah umumnya menguntungkan untuk eksposur laut dan atmosfer berkat mode patah yang ductile dan ketahanan terhadap korosi lokal; namun batas lelah menurun saat ketebalan meningkat dan kondisi permukaan memburuk. Ketebalan mempengaruhi baik kekuatan luluh maupun perilaku pembentukan: ketebalan lebih tipis lebih mudah dibentuk, sedangkan bagian lebih tebal mempertahankan lebih banyak kekuatan melalui ketebalan dan mungkin kurang rentan terhadap retak selama bending.
| Sifat | O/Anil | Temper Utama (H32) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | 95–155 MPa | 240–310 MPa | Rentang tergantung pada pengerjaan dingin dan ketebalan; H32 memberikan kekuatan struktural khas |
| Kekuatan Luluh | 30–80 MPa | 170–220 MPa | Peningkatan substansial dari O ke H32 akibat pengerasan regangan |
| Elongasi | 18–30% | 6–12% | Elongasi menurun saat kekerasan temper meningkat |
| Kekerasan | 20–45 HB | 70–95 HB | Perkiraan kekerasan Brinell; bervariasi dengan temper dan proses |
Sifat Fisik
| Sifat | Nilai | Catatan |
|---|---|---|
| Density (Massa Jenis) | 2.68 g/cm³ | Tipikal untuk paduan Al-Mg; rasio kekuatan terhadap berat yang baik |
| Rentang Peleburan | ≈ 600–655 °C | Rentang solidus ke liquidus khas untuk paduan aluminium pengerjaan |
| Konduktivitas Termal | ≈ 120–150 W/m·K | Lebih rendah dari aluminium murni tapi tetap tinggi; bermanfaat untuk manajemen panas |
| Konduktivitas Listrik | ≈ 28–38 % IACS | Berkurang dari aluminium murni karena paduan; cukup untuk beberapa aplikasi konduktif |
| Kalor Spesifik | ≈ 0.90 J/g·K (900 J/kg·K) | Standar untuk paduan aluminium; berguna untuk perhitungan massa termal |
| Ekspansi Termal | ≈ 23–24 µm/m·K | Sejalan dengan paduan aluminium lain; penting dalam rakitan multi-bahan |
5251 mempertahankan sifat transportasi termal dan listrik yang menguntungkan dibanding banyak paduan struktural, sehingga berguna dalam aplikasi yang membutuhkan kombinasi kemampuan bentuk dan konduksi panas. Massa jenis dan karakteristik ekspansi termal mendukung desain ringan dan stabil secara termal, namun perancang harus mempertimbangkan penurunan konduktivitas yang moderat relatif terhadap aluminium murni saat performa termal atau listrik yang presisi diperlukan.
Bentuk Produk
| Bentuk | Ketebalan/Ukuran Tipikal | Perilaku Kekuatan | Temper Umum | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Lembaran | 0.3–4.0 mm | Konsisten dengan temper; ketebalan tipis lebih mudah dibentuk | O, H14, H24, H32 | Bentuk paling umum untuk panel otomotif dan arsitektur |
| Plat | 4–25 mm | Kekuatan melalui ketebalan lebih tinggi; kurang dapat dibentuk | H22, H24, H32 | Digunakan untuk komponen struktural yang memerlukan kekakuan |
| Ekstrusi | Penampang variabel | Kekuatan tergantung pada pengerjaan dingin pasca-ekstrusi | O, H14 | Profil ekstrusi sering dikerjakan lebih lanjut untuk meningkatkan kekuatan |
| Tabung | Ketebalan dinding 0.5–6.0 mm | Kekuatan dan ketahanan lelah tergantung pada pengerjaan dan ketebalan dinding | O, H14, H32 | Digunakan dalam sistem struktural ringan dan tabung maritim |
| Batang | 6–100 mm | Bagian besar mempertahankan kemampuan mesin yang baik | O, H12, H14 | Digunakan untuk komponen mesin, fitting, dan pengikat |
Perbedaan bentuk produk mengontrol temper yang tersedia dan sifat mekanik akhir; lembaran yang lebih tipis diproduksi dan diproses untuk kemampuan bentuk maksimal sedangkan plat dan ekstrusi tebal ditawarkan untuk komponen pembawa beban. Rute pemrosesan seperti penggilingan dingin, anil, dan stabilisasi digunakan untuk menyesuaikan keuletan atau kekuatan sebelum fabrikasi dan penyelesaian akhir.
Grade Equivalent
| Standar | Grade | Wilayah | Catatan |
|---|---|---|---|
| AA | 5251 | USA | Penamaan Paduan Amerika Standar untuk 5251 tempa |
| EN AW | 5251 | Eropa | Versi EN sangat sesuai dengan komposisi dan temper AA |
| JIS | A5251 (perkiraan) | Jepang | Standar Jepang merujuk pada grade Al-Mg yang sebanding; periksa spesifikasi lokal |
| GB/T | 5251 (perkiraan) | Tiongkok | Penamaan Cina menggunakan nomor serupa; verifikasi toleransi lokal |
Tabel ekuivalensi adalah perkiraan karena spesifikasi regional dapat berbeda dalam batas impuritas yang diizinkan, kualifikasi proses, dan definisi temper. Saat mengganti paduan antar standar, engineer harus memeriksa komposisi kimia, properti mekanik, dan persyaratan sertifikasi daripada hanya mengandalkan kesesuaian numerik.
Ketahanan Korosi
5251 menawarkan ketahanan korosi atmosfer yang baik khas paduan Al-Mg; lapisan alami aluminium oksida yang dipadukan dengan keberadaan magnesium memberikan performa yang ditingkatkan di lingkungan luar ruangan dan agresif ringan. Material ini berkinerja baik untuk skenario umum paparan laut dan pesisir, meskipun ketahanan terhadap pitting lokal tergantung pada hasil permukaan dan kandungan Mg dibandingkan dengan paduan Mg yang lebih tinggi.
Sensitivitas terhadap retak korosi tegangan (stress corrosion cracking) pada 5251 rendah jika dibandingkan dengan beberapa paduan Al-Mg berkuatan lebih tinggi; karena tidak mengalami pengerasan umur (age-hardening), paduan ini menghindari mekanisme SCC yang didukung presipitasi yang menyerang beberapa paduan yang dapat perlakuan panas. Kontak dengan logam lebih mulia atau material katodik dapat menyebabkan galvani, sehingga perancang harus menghindari kopling langsung dengan baja tahan karat atau tembaga tanpa penghalang isolasi ketika terjadi pembasahan terus-menerus.
Dibandingkan dengan paduan seri 6xxx, 5251 memberikan ketahanan korosi umum yang lebih baik namun kekuatan maksimum lebih rendah. Dibandingkan dengan paduan 3xxx dan 1xxx, 5251 menukar kemampuan bentuk dan konduktivitas listrik yang sedikit berkurang untuk kemampuan struktural yang lebih tinggi dan perilaku korosi lebih baik dalam lingkungan klorida.
Properti Fabrikasi
Kemampuan Pengelasan
5251 mudah dilas menggunakan proses MIG (GMAW) dan TIG (GTAW) dengan kawat pengisi aluminium seri 4xxx dan 5xxx. Kawat pengisi yang direkomendasikan termasuk ER4043 (silikon) untuk mengurangi risiko retak dan ER5356 atau ER5183 (pengisi Al-Mg) saat kesesuaian kekuatan dan ketahanan korosi penting; minimalkan porositas melalui penyambungan yang baik dan pembersihan. Risiko retak panas rendah dibandingkan dengan paduan yang dapat perlakuan panas, tetapi zona panas (HAZ) pada temper kerja keras akan melunak dan mengurangi kekuatan lokal.
Kemampuan Mesin
Kemampuan mesin 5251 cukup sampai sedang dan umumnya lebih baik dibandingkan paduan 5xxx berkuatan lebih tinggi karena keseimbangan duktalitas dan kekuatan; paduan ini bukan aluminium yang mudah diproses mesin secara bebas (free-machining). Penggunaan perkakas karbida dengan sudut potong positif dan strategi kecepatan pakan tinggi tetapi kecepatan rendah memberikan hasil permukaan terbaik dan umur perkakas. Kontrol serpihan biasanya dapat dicapai dengan alat tajam dan pendingin yang tepat; hindari pengerasan kerja berlebihan pada zona potong langsung.
Kemampuan Bentuk
Kemampuan bentuk pada temper O sangat baik untuk proses penarikan dalam, pembengkokan, dan stamping kompleks, dengan efek pegas (springback) yang relatif rendah dibandingkan temper paduan yang lebih kuat. Radius lentur yang dianjurkan tergantung pada ketebalan dan temper namun umumnya mengikuti aturan praktis aluminium biasa (misalnya radius dalam ≥ 1–2× ketebalan untuk temper H dan ≥ 0,5–1× ketebalan untuk temper O). Pengerjaan dingin adalah jalur penguatan utama sehingga pembentukan berurutan dan anil kontrol recovery adalah praktik normal untuk mencapai geometri kompleks tanpa retak.
Perilaku Perlakuan Panas
5251 diklasifikasikan sebagai paduan yang tidak dapat perlakuan panas; tidak dapat mencapai pengerasan signifikan melalui presipitasi dengan perlakuan larutan dan penuaan. Upaya menerapkan perlakuan panas tipe T tidak akan menghasilkan peningkatan kekuatan seperti yang terlihat pada paduan 6xxx dan 7xxx dan dapat menyebabkan efek mikrostruktur yang tidak diinginkan.
Pengerasan kerja melalui deformasi dingin adalah mekanisme utama untuk meningkatkan kekuatan luluh dan tarik. Annealing standar (misalnya anneal penuh ke temper O) akan mengembalikan duktalitas melalui proses recovery dan rekristalisasi, dan perlakuan stabilisasi (ditandai H3x/H4x) digunakan untuk meminimalkan perubahan mekanik selama fabrikasi atau pemakaian.
Performa Suhu Tinggi
Suhu tinggi menurunkan kekuatan 5251 secara progresif, dengan pelunakan yang nyata biasanya terjadi di atas 100–150 °C tergantung temper dan tingkat tegangan. Paparan terus-menerus pada suhu mendekati rentang leleh paduan tidak dianjurkan; untuk penggunaan bersuhu tinggi tidak konstan, perancang harus mengakomodasi kapasitas beban yang menurun dan percepatan mekanisme creep.
Oksidasi pada suhu kerja dibatasi pada pembentukan lapisan oksida aluminium stabil yang bersifat protektif; tidak terjadi skala signifikan atau pengerasan getas seperti pada beberapa baja. Stabilitas termal temper kerja-dingin moderat, sehingga paparan lama pada suhu sedang dapat melemaskan tegangan sisa dan menurunkan kekuatan luluh pada temper H, terutama di sekitar lasan dan daerah tegangan tinggi.
Aplikasi
| Industri | Contoh Komponen | Alasan Penggunaan 5251 |
|---|---|---|
| Otomotif | Panel bodi interior dan eksterior | Kemampuan bentuk baik dan kekuatan sedang; tahan korosi |
| Kelautan | Panel struktural dan fitting non-kritis | Ketahanan terhadap air laut dan kinerja kelelahan yang baik |
| Aerospace | Fitting sekunder dan fairing | Rasio kekuatan terhadap berat yang menguntungkan dan tahan korosi untuk bagian non-kritis |
| Elektronika | Chassis dan penyebar panas | Konduktivitas termal dan stabilitas korosi |
| Arsitektur | Panel curtain wall dan cladding | Kemampuan bentuk untuk bentuk kompleks dan daya tahan luar ruangan jangka panjang |
5251 menempati ceruk praktis di mana kemampuan bentuk, ketahanan korosi, dan kekuatan struktural yang wajar dibutuhkan secara bersamaan dan di mana perlakuan panas akan menambah biaya atau kerumitan. Material ini banyak digunakan dalam bentuk lembar dan ekstrusi yang menjalani operasi pembentukan signifikan sebelum penggunaan akhir.
Wawasan Pemilihan
5251 adalah pilihan logis saat engineer membutuhkan kekuatan lebih tinggi dibanding aluminium komersial murni (misal 1100) tetapi tetap mengutamakan kemampuan bentuk dan ketahanan korosi. Dibandingkan 1100, 5251 menukar kekuatan lebih tinggi dan konduktivitas listrik/termal sedikit menurun untuk kapasitas struktural dan performa korosi lebih baik di lingkungan klorida.
Dibandingkan dengan paduan kerja keras lain seperti 3003 dan 5052, 5251 umumnya berada dekat dengan 5052 dalam kekuatan dan ketahanan korosi, menawarkan performa kelautan setara namun sering kali kemampuan bentuk lebih baik dibanding varian sangat kerja keras. Saat perancang membutuhkan paduan yang lebih kuat dan dapat perlakuan panas seperti 6061, 5251 dipilih jika ketahanan korosi, kemampuan las, atau kemampuan bentuk pada temper O lebih prioritas dibanding kekuatan puncak maksimum yang dapat dicapai.
Pilih 5251 saat rangkaian fabrikasi melibatkan pembentukan dingin atau pengelasan signifikan dan saat eksposur jangka panjang ke atmosfer atau lingkungan laut diperkirakan; pertimbangkan keseimbangan biaya dan ketersediaan terhadap kekuatan puncak sedikit lebih rendah dibanding alternatif dapat perlakuan panas.
Ringkasan Penutup
5251 tetap merupakan paduan Al-Mg yang relevan dan praktis untuk rekayasa modern karena menggabungkan kemampuan bentuk, kemampuan las, dan ketahanan korosi dengan rentang kekuatan yang bekerja diperoleh melalui pengerasan kerja. Perilaku yang dapat diprediksi antar temper, ketersediaan produk yang luas, dan performa teruji di otomotif, kelautan, serta aplikasi arsitektur menjadikannya pilihan andal saat aluminium tahan lama dan dapat dibentuk diperlukan.