Aluminium 535: Komposisi, Properti, Panduan Temper, & Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Ikhtisar Komprehensif
Paduan aluminium 535 merupakan anggota seri 5xxx dari paduan aluminium-magnesium yang ditempa, yang ditandai dengan magnesium sebagai elemen paduan utama. Seri 5xx bersifat non-heat-treatable dan mengandalkan terutama pada penguatan larutan padat dan pengerasan plastis untuk mencapai sifat mekanik yang lebih tinggi, dengan tambahan minor seperti mangan dan krom yang digunakan untuk mengendalikan struktur butir dan meningkatkan ketahanan korosi.
Elemen paduan dominan dalam 535 adalah magnesium dalam kisaran persen tunggal menengah, didukung oleh tingkat kecil mangan dan elemen jejak yang memperhalus mikrostruktur serta memengaruhi respons pengerasan kerja. Ciri utama termasuk kekuatan sedang hingga tinggi yang baik untuk paduan non-heat-treatable, ketahanan korosi umum dan laut yang kuat, kemampuan las yang baik dengan pilihan filler tertentu, dan kemampuan pembentukan dingin yang baik dalam kondisi anil.
Industri yang umum menggunakan 535 meliputi industri kelautan dan pembuatan kapal, struktur transportasi dan otomotif di mana penghematan berat dan ketahanan korosi penting, serta fabrikasi umum untuk bejana tekan dan panel arsitektural. Paduan ini dipilih ketika perancang membutuhkan kombinasi kekuatan lebih tinggi daripada aluminium murni dan daya tahan lingkungan yang unggul tanpa kompleksitas atau biaya perlakuan panas.
Dibandingkan dengan paduan heat-treatable, 535 menghindari siklus larutan dan penuaan serta mempertahankan sifat stabil setelah pengelasan dan layanan jangka panjang dalam atmosfer yang mengandung klorida. Pemilihannya sering didorong oleh keseimbangan antara kekuatan, kemampuan las, dan biaya ketika kekuatan statis sedang hingga tinggi serta ketahanan lelah yang baik dalam kondisi korosif diperlukan.
Varian Temper
| Temper | Tingkat Kekuatan | Regangan | Formabilitas | Kemampuan Las | Catatan |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Rendah | Tinggi (18–25%) | Sangat baik | Sangat baik | Kondisi anil penuh untuk pembentukan dan penarikan dalam |
| H111 / H112 | Sedang-Rendah | Sedang-Tinggi (12–18%) | Sangat baik | Sangat baik | Sedikit pengerasan plastis, temper serbaguna |
| H14 / H18 | Sedang | Sedang (8–14%) | Baik | Baik | Dikeraskan secara komersial untuk kekuatan sedang |
| H22 / H24 | Sedang-Tinggi | Sedang (8–12%) | Dapat diterima | Baik | Pengerasan kerja lebih tinggi untuk bagian struktural |
| H32 / H116 | Tinggi | Lebih rendah (6–12%) | Terbatas | Baik | Distabilkan atau dilepaskan regangan untuk layanan pengelasan/laut |
| T5 / T6 / T651 | Tidak berlaku / Tidak umum | Variabel | Variabel | Variabel | Penamaan perlakuan panas tidak digunakan untuk seri 5xxx; tercantum hanya untuk referensi |
Temper yang dipilih untuk 535 secara langsung mengontrol interaksi antara kekuatan dan keuletan: temper anil (O) memaksimalkan kemampuan bentuk sementara tingkat temper H secara bertahap meningkatkan kekuatan luluh dan tarik dengan mengorbankan regangan. Stabilisasi kelas laut seperti H116 atau H321 digunakan untuk meminimalkan pelunakan pasca las dan memberikan perilaku konsisten pada struktur las.
Komposisi Kimia
| Elemen | Kisaran % | Catatan |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.25 | Dipertahankan rendah agar terhindar dari intermetalik merugikan, meningkatkan kompatibilitas pengecoran |
| Fe | ≤ 0.50 | Elemen pengotor; Fe berlebihan membentuk intermetalik getas yang dapat merugikan keuletan |
| Mn | 0.3–1.0 | Penghalus butir; meningkatkan kekuatan dan mengurangi kerentanan korosi lokal |
| Mg | 3.0–4.5 | Elemen penguat utama; meningkatkan kekuatan dan ketahanan korosi |
| Cu | ≤ 0.10 | Dijaga minimal untuk mempertahankan ketahanan korosi dan meminimalkan risiko SCC |
| Zn | ≤ 0.25 | Toleransi tingkat rendah; Zn tinggi dapat menurunkan ketahanan korosi |
| Cr | 0.05–0.25 | Mengontrol struktur butir dan meningkatkan stabilitas kekuatan saat paparan panas |
| Ti | ≤ 0.10 | Tambahan jejak untuk penghalusan butir pada produk cor atau berpenampang besar |
| Lainnya | Saldo Al | Aluminium adalah sisanya dengan elemen jejak yang diizinkan sesuai spesifikasi |
Tingkat magnesium yang moderat adalah penggerak utama penguatan larutan padat pada 535 dan meningkatkan ketahanan korosi anodik, khususnya dalam lingkungan klorida. Mangan dan krom berperan sebagai stabilisator mikrostruktur yang mencegah pertumbuhan butir berlebih selama fabrikasi dan pengelasan, mempertahankan ketangguhan dan mengurangi kerentanan korosi antar butir.
Sifat Mekanik
Perilaku tarik 535 sangat bergantung pada temper dan riwayat pemrosesan. Pada kondisi anil (O), paduan menunjukkan keuletan tinggi dan kekuatan tarik sedang, memungkinkan penarikan dalam dan operasi pembentukan kompleks. Pengerasan plastis ke tingkat temper H secara signifikan meningkatkan kekuatan luluh sambil mengurangi regangan, hal ini penting untuk aplikasi struktural di mana kekakuan dan tahan terhadap deformasi permanen diperlukan.
Kekuatan luluh dan UTS juga dipengaruhi oleh ketebalan; ketebalan yang lebih tipis cenderung menunjukkan pengerasan kerja lebih tinggi dan kekuatan sedikit lebih tinggi setelah pengerjaan dingin dibandingkan plat yang lebih tebal karena perbedaan proses. Kekerasan berkorelasi dengan temper dan berfungsi sebagai metrik praktis lapangan untuk menilai tingkat pengerasan kerja dan potensi pelunakan setelah paparan panas. Kinerja kelelahan umumnya baik untuk paduan aluminium non-heat-treatable, terutama saat dideformasi dengan cara yang menghindari konsentrator tegangan dan mempertahankan perlindungan korosi.
| Sifat | O/Anil | Temper Utama (misal H32 / H116) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik (UTS) | 200–260 MPa | 320–360 MPa | UTS meningkat pesat dengan pengerasan plastis; nilai tepat tergantung ketebalan |
| Kekuatan Luluh (offset 0.2%) | 80–120 MPa | 210–260 MPa | Kekuatan luluh sangat dipengaruhi temper dan riwayat pengerjaan dingin |
| Regangan | 18–25% | 6–14% | Keuletan berkurang pada temper H yang lebih tinggi; modus patah tetap duktile |
| Kekerasan (HB) | 40–55 HB | 75–95 HB | Kekerasan bertambah dengan pengerasan kerja dan digunakan untuk pengecekan QA |
Sifat Fisik
| Sifat | Nilai | Catatan |
|---|---|---|
| Density | ~2.66–2.70 g/cm³ | Lebih rendah sedikit dibandingkan baja, memungkinkan penghematan berat |
| Rentang Leleh | ~570–645 °C | Rentang solidus ke liquidus khas untuk paduan Al-Mg tempa |
| Konduktivitas Termal | ~120–150 W/m·K | Konduksi panas yang baik; bergantung pada kadar paduan dan temper |
| Konduktivitas Listrik | ~28–42 % IACS | Berkurang dari aluminium murni karena paduan; masih cocok untuk bagian konduktif |
| Kalor Spesifik | ~0.90 J/g·K | Setara dengan paduan aluminium lain; penting untuk perhitungan kapasitas panas |
| Ekspansi Termal | ~23–24 µm/m·K (20–100 °C) | Ekspansi termal sedang; perlu dipertimbangkan dalam desain untuk siklus termal |
Konduktivitas termal yang relatif tinggi dan konduktivitas listrik sedang membuat 535 menjadi pilihan masuk akal untuk komponen manajemen termal yang membutuhkan ketahanan korosi. Density yang digabungkan dengan kekuatan spesifik tinggi menghasilkan rasio kekuatan terhadap berat yang baik untuk bagian struktural. Ekspansi termal harus diperhitungkan dalam perakitan dengan material berbeda untuk menghindari distorsi atau masalah penyegelan selama perubahan suhu pelayanan.
Bentuk Produk
| Bentuk | Ketebalan/Ukuran Tipikal | Perilaku Kekuatan | Temper Umum | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Plat Tipis | 0.3–6.0 mm | Kekuatan lebih tinggi pada ketebalan yang digulung dingin | O, H111, H32 | Sering digunakan untuk komponen bentuk dan panel |
| Plat Tebal | 6–150 mm | Keuletan lebih rendah pada penampang tebal; input panas saat fabrikasi penting | O, H116 | Umum untuk lambung kapal dan anggota struktural |
| Ekstrusi | Ketebalan dinding >1 mm | Kekuatan bervariasi tergantung penampang dan pendinginan | O, H111 | Digunakan untuk profil struktural dan rangka |
| Pipa | Ketebalan dinding 0.5–10 mm | Pelurusan dan pembentukan memengaruhi sifat akhir | O, H32 | Pipa tekan dan tabung struktural untuk penggunaan laut |
| Batang/Rod | Ø 6–100 mm | Pengerasan kerja terbatas pada penampang besar | O, H112 | Digunakan untuk fitting mesin dan pengikat |
Plat tipis dan produk ketebalan kecil biasanya digulung dingin dan dapat di-aging atau distabilkan untuk memperbaiki ketahanan korosi tegangan, sementara produksi plat fokus pada pengendalian proses penggilingan dan riwayat larutan untuk mempertahankan ketangguhan. Ekstrusi memerlukan desain die yang cermat untuk mengelola tegangan sisa dan meminimalkan distorsi saat pelurusan, dan pengelasan plat atau struktur ekstrusi biasanya memerlukan paduan filler yang disesuaikan dengan kandungan magnesium.
Grade Setara
| Standar | Grade | Wilayah | Catatan |
|---|---|---|---|
| AA | 535 | USA | Penamaan yang digunakan di beberapa katalog pemasok; termasuk dalam keluarga Al-Mg |
| EN AW | ~5xxx | Eropa | Serupa dengan paduan seri EN AW 5xxx; kecocokan tepat tergantung kandungan Mg |
| JIS | Seri A5xxx | Jepang | Setara terdapat dalam keluarga paduan tempa Al-Mg Jepang |
| GB/T | Seri Al-Mg | Tiongkok | Grade standar Tiongkok mendekati komposisi seri 5xxx |
Penamaan numerik setara antar standar bersifat perkiraan karena batas elemen dan pengendalian impuritas berbeda menurut spesifikasi. Saat mengganti material antar standar, engineer harus memeriksa batas spesifik Mg, Mn, dan elemen jejak serta kondisi temper untuk memastikan kesetaraan performa mekanik dan korosi.
Ketahanan Korosi
Aluminium 535 menunjukkan ketahanan korosi umum yang kuat di lingkungan atmosfer dan industri berkat lapisan oksida aluminium pelindung yang diperkuat oleh efek magnesium untuk stabilitas film pasif. Dalam lingkungan laut dan yang mengandung klorida, 535 berkinerja baik dibanding banyak paduan yang dapat perlakuan panas, meskipun pitting lokal dapat terjadi pada area pelindung tergores dan celah tertentu.
Sensitivitas terhadap retak akibat korosi tegangan (SCC) rendah dibanding paduan seri 2xxx yang mengandung tembaga dengan kekuatan tinggi dan dikendalikan oleh kandungan tembaga rendah serta pemilihan temper yang tepat; namun, temper yang mengalami cold work berat dapat meningkatkan risiko pada tegangan tarik di lingkungan agresif. Interaksi galvanik dengan material lebih mulia seperti baja tahan karat dapat mempercepat korosi lokal pada 535 kecuali ada isolasi listrik atau perlindungan korban.
Dibandingkan dengan keluarga 6xxx dan 7xxx, 535 menawarkan ketahanan klorida yang lebih baik tetapi kekuatan yang dicapai lebih rendah dibanding paduan 6xxx/7xxx yang diaging puncak. Desainer sering memilih 535 untuk komponen struktural laut karena keseimbangan antara ketahanan korosi dan kemampuan las serta tidak mengalami pelunakan pasca-las yang bergantung temper seperti pada banyak paduan yang dapat perlakuan panas.
Properti Fabrikasi
Kemampuan Pengelasan
535 mudah dilas dengan proses fusi umum seperti TIG dan MIG dengan risiko retak panas rendah saat menggunakan logam isi dan desain sambungan yang tepat. Logam isi yang cocok dengan komposisi Al-Mg (misalnya seri ER5356/5183) direkomendasikan untuk mempertahankan ketahanan korosi dan meminimalkan fase antarbutir. Zona terpengaruh panas bisa mengalami pelunakan pada temper yang sangat dikerjakan, sehingga perlakuan pengurangan tegangan pasca-las atau memilih temper stabil sering digunakan untuk aplikasi struktural.
Kemampuan Mesin
Sebagai paduan Al-Mg yang tidak dapat perlakuan panas, 535 memiliki kemampuan mesin sedang yang umumnya lebih mudah daripada banyak paduan kekuatan tinggi tapi tidak sebaik paduan cor Al-Si tertentu. Alat carbide dan kecepatan potong sedang dengan pendinginan cukup memberikan keseimbangan terbaik antara umur alat dan hasil permukaan. Pembentukan serpihan cenderung kontinu dan duktile; kontrol serta evakuasi serpihan penting untuk operasi dengan pemakanan tinggi.
Kemampuan Pembentukan
Dalam kondisi anil O, 535 menunjukkan kemampuan pembentukan sangat baik dan dapat menjalani penarikan dalam, bending, dan stamping kompleks dengan radius lengkung kecil relatif terhadap ketebalan. Cold working dengan temper H meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi kemampuan bentuk; desainer disarankan memilih O atau H111 untuk komponen dengan pembentukan signifikan dan merencanakan kompensasi springback saat menggunakan temper H32/H116. Pembentukan hangat jarang diperlukan tetapi bisa dipakai untuk meningkatkan kemampuan tarik pada bagian tebal.
Perilaku Perlakuan Panas
Sebagai anggota keluarga 5xxx, 535 tidak responsif terhadap perlakuan solusi-aging klasik dan tidak memiliki perilaku pengerasan usia tipe T6 yang bermakna. Penyesuaian kekuatan dicapai terutama melalui cold work terkontrol dan memilih temper H yang sesuai, kadang dikombinasikan dengan stabilisasi temperatur rendah untuk mengurangi sensitisasi.
Anil penuh ke kondisi O dicapai dengan pemanasan dalam rentang annealing spesifik paduan, biasanya antara 300–415 °C dilanjutkan dengan pendinginan terkontrol untuk mengembalikan duktibilitas dan melunakkan material. Desainer sering menggunakan siklus stabilisasi strain-aging atau pemanasan ringan untuk meredakan tegangan sisa sekaligus mempertahankan ketahanan korosi daripada meningkatkan kekuatan puncak.
Kinerja Suhu Tinggi
Penurunan kekuatan 535 terjadi dengan bertambahnya suhu; penurunan signifikan pada sifat luluh dan tarik terlihat di atas kira-kira 100–150 °C jika dibebani terus-menerus. Untuk paparan sementara sampai ~200 °C durasi pendek dapat diterima, tapi pemakaian lama pada suhu tinggi mempercepat pemulihan mikrostruktur hasil cold work dan menurunkan sifat mekanik.
Oksidasi pada suhu tinggi dibatasi oleh lapisan alumina pelindung, namun paparan termal lama dapat menyebabkan pengelupasan dan pembesaran mikrostruktur yang menurunkan performa lelah. Region las sangat sensitif terhadap siklus termal, sehingga manajemen panas dan stabilisasi pasca-perlakuan panas perlu dipertimbangkan untuk rakitan yang terpapar suhu tinggi.
Aplikasi
| Industri | Contoh Komponen | Alasan Penggunaan 535 |
|---|---|---|
| Otomotif | Panel struktural dan penguat | Kekuatan terhadap berat dan kemampuan bentuk baik untuk komponen stamping |
| Kelautan | Panel lambung, anggota struktur atas | Ketahanan korosi air laut yang sangat baik dan kemampuan las |
| Dirgantara | Fitting sekunder dan bracket | Ketahanan korosi tinggi dengan kekuatan kompetitif untuk komponen non-kritis |
| Elektronik | Enclosure dan panel pembuangan panas | Konduktivitas termal dan ketahanan korosi yang memadai |
535 sering dipilih untuk aplikasi yang membutuhkan performa korosi tahan lama dengan kemampuan manufaktur baik. Kemampuannya untuk dilas, dibentuk, dan diselesaikan tanpa siklus termal kompleks menjadikannya pilihan menarik untuk aplikasi kelautan dan struktural umum dimana umur pakai dan biaya siklus hidup menjadi perhatian utama.
Wawasan Pemilihan
Pilih 535 ketika membutuhkan aluminium dengan kekuatan menengah dan ketahanan korosi yang dapat dilas dan dibentuk tanpa perlakuan panas. Ini pilihan praktis untuk struktur kelautan dan transportasi dimana ketahanan klorida dan integritas las sangat penting.
Dibanding aluminium murni komersial seperti 1100, 535 menukar sedikit konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan bentuk dengan kekuatan jauh lebih tinggi dan performa struktural lebih baik. Dibanding paduan pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, 535 biasanya menawarkan kekuatan lebih tinggi dengan ketahanan korosi sama atau lebih baik, walau mungkin sedikit kurang mudah dibentuk daripada 3003 pada beberapa temper. Dibanding paduan yang dapat perlakuan panas seperti 6061 atau 6063, 535 sering dipilih jika sifat pasca-las dan ketahanan korosi kelautan lebih penting daripada pencapaian kekuatan puncak maksimal.
Saat menentukan, penting menilai kebutuhan pengelasan dan ketahanan korosi servis saat memilih 535, serta pertimbangkan pilihan temper H untuk menyeimbangkan pembentukan dan kekuatan akhir. Biaya dan ketersediaan umumnya menguntungkan untuk 535, tetapi konfirmasi temper dan ukuran lembar/plat dari pemasok lokal agar sesuai dengan proses fabrikasi.
Ringkasan Penutup
Paduan aluminium 535 tetap merupakan material rekayasa relevan dengan menggabungkan penguatan magnesium dalam larutan padat dengan ketahanan korosi kuat dan kemampuan las yang sangat baik, memberikan alternatif pragmatis terhadap paduan komersial kekuatan rendah maupun paduan kekuatan tinggi yang dapat perlakuan panas. Respons pengerasan kerja yang dapat diprediksi dan ketersediaan dalam berbagai temper membuatnya pilihan serbaguna untuk aplikasi kelautan, transportasi, dan fabrikasi umum dimana daya tahan dan kemudahan manufaktur menjadi kunci.