Aluminium 6101: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Komprehensif

6101 adalah paduan aluminium seri 6xxx, yang termasuk keluarga Al-Si-Mg dari paduan yang dapat perlakuan panas. Klasifikasinya menempatkannya bersama paduan Al-Si-Mg lain di mana pengerasan presipitasi melalui Mg2Si merupakan mekanisme penguatan utama, dan mengikuti konvensi pemrosesan umum komposisi 6xxx seperti perlakuan panas larutan dan penuaan buatan.

Elemen paduan utama dalam 6101 adalah silikon dan magnesium dengan penambahan terkendali besi, tembaga, kromium, dan titanium dalam jumlah kecil. Silikon dan magnesium berikatan membentuk presipitat Mg2Si selama tempering, yang memberikan sebagian besar respons pengerasan usia, sementara elemen jejak memperbaiki struktur butiran serta memengaruhi proses ekstrusi, konduktivitas, dan perilaku korosi.

Ciri utama 6101 meliputi keseimbangan kekuatan struktural sedang, konduktivitas listrik dan termal yang baik dibandingkan banyak paduan struktural, ketahanan korosi yang wajar serta kemampuan bentuk dan kemampuan las yang diterima pada temper yang sesuai. Industri tipikal yang menggunakan 6101 mencakup transmisi dan distribusi daya (busbar, konduktor, radiator trafo), rumah casing elektrik dan elektronik serta komponen penukar panas, serta ekstrusi struktural khusus di mana konduktivitas dan kekuatan sedang dibutuhkan.

Insinyur memilih 6101 dibandingkan paduan lain ketika aplikasi membutuhkan konduktivitas listrik lebih baik dibanding paduan struktural biasa sambil mempertahankan peningkatan kekuatan yang dapat diperoleh dari perlakuan panas dan sifat ekstrusi yang baik. Ia dipilih dibandingkan paduan yang lebih lunak dan aluminium murni komersial saat dibutuhkan kekuatan tarik tambahan, dan dibandingkan paduan seri 6xxx kekuatan tinggi ketika konduktivitas dan hasil permukaan ekstrusi menjadi prioritas.

Varian Temper

Temper	Level Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Kemampuan Las	Keterangan
O	Rendah	Tinggi	Ekselen	Ekselen	Kondisi annealed penuh; daktilitas maksimum untuk pembentukan
H12 / H14	Rendah–Sedang	Sedang	Baik	Baik	Dikeraskan secara strain hingga tingkat terkendali; digunakan untuk bagian yang memerlukan retensi bentuk
T1	Sedang	Sedang–Tinggi	Sangat Baik	Baik	Didinginkan dari proses pembentukan suhu tinggi dan alami dipendewasakan
T4	Sedang	Sedang–Tinggi	Sangat Baik	Baik	Perlakuan panas larutan dan alami dipendewasakan; kekuatan menengah
T5	Sedang–Tinggi	Sedang	Baik	Baik	Didinginkan dari pembentukan suhu tinggi dan dipendewasakan secara buatan untuk stabilitas temper
T6	Tinggi	Sedang–Rendah	Cukup	Baik	Perlakuan panas larutan dan dipendewasakan secara buatan untuk kekuatan puncak
T651	Tinggi	Sedang–Rendah	Cukup	Baik	T6 dengan relaksasi tegangan melalui peregangan terkendali untuk mengurangi tegangan residu

Temper memiliki pengaruh besar terhadap performa 6101 karena kimia Al-Si-Mg merespon kuat terhadap perlakuan larutan dan penuaan buatan. Temper lunak seperti O atau H1x memaksimalkan daktilitas untuk pembentukan dan mengurangi springback, sementara temper keluarga T5/T6 mengembangkan pengerasan presipitasi signifikan yang meningkatkan kekuatan luluh dan tarik dengan pengorbanan daktilitas.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Keterangan
Si	0.9 – 1.6	Silikon berikatan dengan Mg membentuk presipitat Mg2Si dan meningkatkan kemampuan pengecoran serta kekuatan.
Fe	0.0 – 0.35	Besi adalah kotoran yang membentuk intermetalik memengaruhi daktilitas dan hasil permukaan.
Mn	0.0 – 0.1	Manganese memperhalus butiran dan sedikit meningkatkan kekuatan; dibatasi rendah untuk mempertahankan konduktivitas.
Mg	0.45 – 0.90	Magnesium adalah elemen paduan utama untuk pengerasan presipitasi sebagai Mg2Si.
Cu	0.0 – 0.2	Tembaga meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan tetapi mengurangi ketahanan korosi dan konduktivitas.
Zn	0.0 – 0.1	Seng biasanya rendah dalam 6101; jumlah besar dihindari untuk membatasi hot-cracking dan penurunan konduktivitas.
Cr	0.0 – 0.1	Kromium mengontrol struktur butir dan meningkatkan ketangguhan serta stabilitas pada suhu tinggi.
Ti	0.0 – 0.1	Titanium adalah perhalus butir yang digunakan dalam jumlah kecil untuk meningkatkan ekstrudabilitas dan kualitas permukaan.
Lainnya	<= 0.15 total	Residue dan elemen jejak dikontrol untuk menghindari efek negatif pada konduktivitas dan korosi.

Rasio silikon ke magnesium dalam 6101 diatur untuk menghasilkan presipitasi Mg2Si efektif selama penuaan buatan, yang mengontrol kekuatan puncak yang dicapai. Level jejak elemen seperti Fe, Cu, dan Cr diseimbangkan untuk mempertahankan konduktivitas listrik dan kemampuan ekstrusi sekaligus menghindari pembentukan intermetalik berlebih yang merusak daktilitas dan tampilan permukaan.

Sifat Mekanik

Dalam perilaku tarik, 6101 menunjukkan ketergantungan kuat pada temper: material annealed memperlihatkan kekuatan luluh rendah dan elongasi tinggi, sedangkan temper T5/T6 mengembangkan kekuatan luluh dan tarik signifikan melalui pengerasan presipitasi. Kekuatan luluh pada temper puncak memadai untuk ekstrusi struktural dan penopang konduktor, namun tidak setinggi paduan 6xxx yang dioptimalkan khusus untuk kekuatan struktural, sehingga perancang harus mempertimbangkan perbedaan ini saat menentukan ukuran komponen.

Elongasi dan kekerasan saling menukar secara prediktif dengan temper; kondisi O memungkinkan penarikan dalam dan pembengkokan rapat, sementara T6 dan T651 memberikan komponen yang tahan lelah, lebih kaku dengan elongasi berkurang. Performa lelah diuntungkan oleh mikrostruktur seragam paduan dan distribusi presipitat yang terkontrol pada produk yang diperlakukan panas dengan benar, tetapi umur lelah sensitif terhadap hasil permukaan, lekukan, dan tegangan residu dari pembentukan atau pemesinan.

Ketebalan dan geometri penampang memengaruhi sifat yang dapat dicapai karena laju pendinginan saat quenching dan kinetika penuaan; bagian tebal mungkin tidak mengembangkan kekerasan puncak secara merata tanpa siklus termal khusus. Pengelasan menyebabkan pelunakan lokal pada zona terpengaruh panas (HAZ) dan dapat mengurangi umur lelah kecuali diberikan perlakuan panas pasca las atau rancangan yang memperhitungkan hal ini.

Sifat	O/Annealed	Temper Kunci (misalnya T6/T651)	Keterangan
Kekuatan Tarik	~80–140 MPa (tipikal)	~160–260 MPa (tipikal)	Nilai bergantung pada ukuran penampang dan temperasi tepat; T6 memberikan kekuatan puncak melalui presipitasi Mg2Si.
Kekuatan Luluh	~30–70 MPa (tipikal)	~120–220 MPa (tipikal)	Kekuatan luluh sangat dipengaruhi temper; perancang harus menggunakan data dari pabrik yang tervalidasi.
Elongasi	>20%	~6–15%	Elongasi berkurang seiring meningkatnya kekuatan; minimum tergantung bentuk produk dan ketebalan.
Kekerasan	~25–45 HB	~60–95 HB	Kekerasan Brinell meningkat dengan pengerasan usia; kekerasan berkorelasi dengan kekuatan tarik pada sistem paduan ini.

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Keterangan
Density (Massa Jenis)	2.70 g/cm³	Nilai standar untuk paduan aluminium yang digunakan dalam perhitungan massa dan momen inersia.
Rentang Leleh	~580–640 °C	Solidus/liquidus bergantung pada kandungan Si; paduan menunjukkan rentang leleh bukan titik leleh tunggal.
Konduktivitas Termal	~150–170 W/m·K (tipikal)	Konduktivitas termal baik jika dibandingkan dengan banyak paduan struktural; berguna untuk komponen heat-sink.
Konduktivitas Listrik	~40–50 % IACS (tipikal)	Lebih tinggi dari banyak paduan struktural seri 6xxx tetapi lebih rendah dari aluminium murni; bernilai untuk aplikasi konduktor.
Kalor Spesifik	~0.90 J/g·K	Berguna untuk perhitungan penyimpanan termal dan pemanasan sementara.
Koefisien Ekspansi Termal	~23–24 µm/m·K	Koefisien ekspansi termal khas untuk paduan aluminium, penting saat dipadukan dengan material lain.

Sifat fisik menempatkan 6101 sebagai kompromi praktis antara paduan struktural dan material konduktivitas tinggi: menawarkan konduktivitas jauh lebih baik dari banyak paduan struktural kekuatan tinggi sekaligus mempertahankan kemampuan bentuk dan kemampuan pengerasan usia. Konduktivitas termal dan kalor spesifik menjadikannya pilihan efektif untuk aplikasi penukar panas, sirip, dan konduktor, dan perancang harus memperhitungkan ekspansi termal saat merancang rakitan multi-material.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0.5–6.0 mm	Kekuatan bervariasi sesuai temper; ketebalan tipis merespon cepat terhadap perlakuan panas	O, H14, T5, T6	Lembaran digunakan untuk housing, radiator, dan sirip yang memerlukan hasil permukaan dan perpindahan panas yang baik
Plat	>6.0 mm	Penampang tebal mengalami penuaan heterogen; kekuatan efektif lebih rendah pada plat sangat tebal	O, T4, T6 (terbatas)	Plat kurang umum; profil ekstrusi lebih disukai untuk banyak aplikasi 6101
Ekstrusi	Profil dinding tipis hingga berat	Ekstrusi mencapai keseimbangan mekanik dan konduktivitas yang baik setelah penuaan	O, H12/H14, T5, T6, T651	Bentuk produk utama untuk 6101; hasil permukaan dan akurasi dimensi adalah keunggulan utama
Pipa	OD 6–150 mm	Pipa mengikuti aturan temper seperti ekstrusi; kekuatan dipengaruhi oleh ketebalan dinding	O, T5, T6	Digunakan pada rakitan pendingin, konduktor bus, dan elemen struktural
Batang/Rod	Diameter bervariasi	Batang digunakan sebagai konduktor dan bagian forged; sifat mekanik tergantung temper	O, H12/H14, T6	Rod/batang digunakan untuk terminal, pengikat, dan komponen yang dikerjakan mesin

Ekstrusi adalah bentuk komersial dominan untuk 6101 karena paduan ini memiliki kemampuan kerja panas dan hasil permukaan yang baik saat diekstrusi, cocok untuk profil konduktor dan heat sink. Bentuk lembaran dan pipa digunakan jika diperlukan stamping, bending, atau fabrikasi kontinu, sedangkan plat relatif jarang dan memerlukan perlakuan panas yang cermat untuk memastikan keseragaman sifat pada penampang tebal.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	6101	USA	Penetapan Aluminum Association; referensi dasar untuk spesifikasi pabrik.
EN AW	6101	Eropa	Penamaan Eropa yang biasanya digunakan untuk kimia dan bentuk produk yang sama.
JIS	A96101 (perkiraan)	Jepang	Standar Jepang mungkin merujuk ke UNS setara atau keluarga paduan; cek spesifikasi lokal untuk kesesuaian tepat.
GB/T	6101	Cina	Standar nasional Cina merujuk pada kimia serupa; verifikasi temper dan properti mekanik dengan pemasok.

Perbedaan halus antar standar regional biasanya melibatkan batas impuritas yang diperbolehkan, pengujian produk yang diwajibkan, dan nomenklatur temper, bukan perubahan kimia fundamental. Untuk aplikasi kritis seperti konduktor listrik, verifikasi sertifikat pabrik dan laporan uji untuk memastikan konduktivitas, kekuatan tarik, dan persyaratan temper di berbagai standar dan produsen.

Ketahanan Korosi

6101 menunjukkan ketahanan korosi atmosfer umum yang baik, sebanding dengan banyak paduan Al-Si-Mg dan biasanya lebih unggul dari grade aluminium kandungan tembaga tinggi dalam lingkungan luar ruangan biasa. Pembentukan oksida alami memberikan lapisan pelindung permukaan, dan pada banyak paparan atmosfer industri atau pedesaan, paduan ini mempertahankan penampilan dan kinerja memuaskan tanpa pelapisan khusus.

Dalam lingkungan laut, 6101 menunjukkan kinerja memadai untuk paparan tanpa perendaman tetapi bukan pilihan utama untuk perendaman kontinu di air dengan kadar klorida tinggi karena risiko korosi lokal dan pitting meningkat dengan salinitas dan konsentrasi oksigen. Pelindung permukaan, anodizing, atau elemen desain pengorbanan umum digunakan saat diperkirakan paparan laut jangka panjang.

Kerentanan terhadap stress corrosion cracking (SCC) pada 6101 lebih rendah dibandingkan paduan alumunium tinggi tembaga, tetapi seperti paduan 6xxx lainnya, dapat dipengaruhi oleh temper, tegangan residu, dan beban yang diterapkan; temper puncak penuaan dan zona terpengaruh las harus dievaluasi risiko SCC-nya untuk aplikasi kritis. Interaksi galvanik dengan logam berbeda memerlukan perhatian desain: ketika dipasangkan dengan logam katodik (misalnya stainless steel, tembaga), aluminium bertindak sebagai anoda dan dapat mengalami korosi lebih dulu kecuali secara elektrik diisolasi atau dilindungi.

Dibandingkan keluarga paduan lain, 6101 menawarkan ketahanan korosi lebih baik dari banyak paduan 2xxx berisi tembaga dan sering setara dengan anggota seri 6xxx lainnya, walau tidak menandingi perilaku pengorbanan paduan magnesium tinggi seri 5xxx di semua kondisi laut. Pilihan perlakuan permukaan sangat memengaruhi kinerja jangka panjang dan ketahanan kelelahan dalam paparan korosif.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

6101 dapat dilas menggunakan proses fusi umum seperti TIG dan MIG, tetapi area terpengaruh panas (heat-affected zone) mudah mengalami pelunakan akibat pelarutan dan pertumbuhan butir presipitat. Pengisi las yang direkomendasikan meliputi 4043 dan 5356 sesuai kebutuhan ketahanan korosi dan sifat mekanik; pemilihan filler harus menyeimbangkan konduktivitas, kekuatan, dan kompatibilitas dengan logam dasar. Perlakuan panas sebelum dan setelah las atau pelepasan tegangan mekanik dapat digunakan untuk memulihkan sifat bila diperlukan.

Kemampuan Mesin

Sebagai paduan aluminium kekuatan sedang, 6101 memiliki kemampuan mesin yang wajar dengan hasil permukaan baik menggunakan perkakas karbida standar. Parameter pengerjaan mesin harus mempertimbangkan temper dan ukuran penampang; temper tinggi meningkatkan kekuatan dan gaya alat, sedangkan material annealed menghasilkan serpihan lebih lunak. Penggunaan coolant dan kecepatan makan tinggi efektif untuk kontrol suhu dan pembuangan serpihan pada suku cadang kompleks.

Kemampuan Bentuk

6101 mudah dibentuk pada temper lunak (O, H1x) dan dapat ditarik dalam, dibengkokkan, serta dilengkungkan dengan risiko retak permukaan yang relatif rendah. Temper puncak penuaan mengurangi kemampuan bentuk dan meningkatkan springback, sehingga pembentukan biasanya dilakukan dalam kondisi O/T4 atau penuaan setelah pembentukan untuk stabilitas dimensi dan kekuatan. Radius lentur minimum dan batas pembentukan bergantung pada tebal, temper, dan geometri alat; uji coba dianjurkan untuk radius ketat dan profil rumit.

Perilaku Perlakuan Panas

6101 adalah paduan yang dapat diperlakukan panas dan merespon perlakuan solusi klasik, quenching, dan penuaan buatan untuk membentuk presipitat Mg2Si guna meningkatkan kekuatan. Perlakuan solusi biasanya dilakukan pada suhu cukup tinggi untuk melarutkan Mg2Si (umumnya antara 520–560 °C), diikuti quenching cepat untuk mempertahankan larutan padat jenuh sebelum penuaan.

Penuaan buatan (T5/T6) dilakukan pada suhu sedang (biasanya 160–200 °C) dengan waktu disesuaikan untuk mencapai kombinasi kekuatan dan keuletan yang diinginkan; over-ageing menurunkan kekuatan tetapi dapat memperbaiki ketangguhan dan stabilitas dimensi. T4 (penuaan alami) memberikan sifat menengah dan berguna saat pembentukan selanjutnya direncanakan sebelum penuaan buatan final.

Jika dibiarkan tanpa perlakuan panas, 6101 dapat diperkuat dengan pengerasan kerja terbatas, tetapi jalur utama untuk performa mekanik puncak adalah melalui perlakuan panas dan siklus penuaan terkontrol. Annealing mengembalikan paduan ke kondisi lunak dan digunakan untuk mempersiapkan bagian untuk pembentukan dingin atau melepaskan tegangan residu sebelum perlakuan panas akhir.

Kinerja Suhu Tinggi

Suhu layanan di atas kira-kira 150–200 °C mulai merusak mikrostruktur pengerasan presipitasi 6101, menyebabkan penurunan kekuatan progresif saat presipitat membesar atau larut. Paparan jangka panjang mendekati atau melebihi suhu penuaan buatan standar mengurangi sifat mekanik dan dapat merubah stabilitas dimensi, sehingga perancang sebaiknya membatasi suhu operasi kontinu untuk komponen pembawa beban.

Oksidasi umumnya ringan pada temperatur layanan teknik biasa, tetapi pada suhu tinggi dapat terjadi pengelupasan dan degradasi difusi yang dipercepat. Pada struktur las, perilaku HAZ sangat kritis karena pelunakan lokal dapat menurunkan kekuatan creep dan kelelahan pada suhu operasi tinggi.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 6101
Transmisi Daya	Busbar, konduktor arus	Konduktivitas listrik baik dipadukan dengan kekuatan mekanik memadai dan kemampuan ekstrusi
Kelautan & Lepas Pantai	Sirip pendingin, elemen struktural non-perendaman	Ketahanan korosi dan perpindahan panas yang wajar untuk bagian pertukaran panas
Aerospace (sekunder)	Fitting, housing	Keseimbangan berat, kekuatan sedang dan konduktivitas dengan ketahanan korosi yang dibutuhkan
Elektronik & Manajemen Termal	Heat sink, radiator, ekstrusi bersirip	Konduktivitas termal tinggi dan hasil permukaan baik untuk disipasi panas efisien
Industri Umum	Profil ekstrusi, rangka, enclosure	Kemudahan ekstrusi, penampilan permukaan, dan kemampuan pengerasan penuaan untuk kekakuan

6101 dipilih untuk komponen yang memerlukan kombinasi konduktivitas, kinerja termal, dan kekuatan mekanik, terutama ketika geometri ekstrusi kompleks menguntungkan. Kemampuan paduan untuk diperlakukan penuaan buatan memungkinkan perancang membentuk atau mengekstrusi bagian kemudian mengembangkan kekuatan dan stabilitas dimensi yang terarah melalui perlakuan panas terkontrol.

Wawasan Pemilihan

Pilih 6101 ketika aplikasi membutuhkan konduktivitas listrik atau termal yang lebih tinggi daripada paduan struktural 6xxx biasa, sekaligus tetap memerlukan kemampuan pengerasan umur (age-hardening). Paduan ini sangat menarik untuk profil ekstrusi dengan permukaan halus dan kekuatan sedang yang dibutuhkan, seperti busbar dan ekstrusi penukar panas.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (misalnya, 1100), 6101 mengorbankan sedikit kemampuan pembentukan dan konduktivitas puncak untuk mendapatkan kekuatan yang jauh lebih tinggi serta kemampuan struktural yang lebih baik; pilih 1100 untuk tingkat ductilitas dan konduktivitas maksimum jika kekuatan tidak diperlukan. Dibandingkan dengan paduan yang dikeraskan secara mekanis seperti 3003 atau 5052, 6101 menawarkan kekuatan pengerasan umur yang lebih tinggi dan konduktivitas termal/listrik yang lebih baik dengan pengorbanan ketahanan korosi umum yang sedikit berkurang dalam kondisi laut ekstrim.

Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas umum seperti 6061 atau 6063, 6101 lebih dipilih ketika konduktivitas listrik atau termal serta kemudahan ekstrusi lebih diutamakan daripada pencapaian kekuatan struktural tertinggi; 6061 menawarkan kekuatan puncak yang lebih tinggi dalam banyak kondisi temper, tetapi biasanya dengan konduktivitas yang lebih rendah dan karakteristik penyelesaian ekstrusi yang berbeda.

Ringkasan Akhir

6101 tetap relevan karena menempati posisi praktis sebagai perantara antara aluminium murni dengan konduktivitas tinggi dan paduan struktural dengan kekuatan tinggi, menawarkan kombinasi yang berguna antara performa listrik/termal, kemudahan ekstrusi, dan kekuatan pengerasan umur. Untuk engineer yang merancang penghantar listrik, komponen manajemen termal, dan ekstrusi kompleks yang membutuhkan keseimbangan properti, 6101 memberikan pilihan yang kuat, sudah mapan dengan rute proses yang dapat diprediksi dan performa lapangan yang dapat diandalkan.