Aluminium 6181: Komposisi, Properti, Panduan Temper & Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Gambaran Menyeluruh
Alloy 6181 adalah anggota dari seri aluminium 6xxx (keluarga Al-Mg-Si) yang penguatannya terutama diperoleh melalui pengerasan presipitasi setelah perlakuan panas pelarutan dan penuaan buatan. Unsur paduan utama adalah magnesium dan silikon, yang membentuk presipitat Mg2Si yang menyediakan mekanisme penguatan utama.
Ciri khas 6181 meliputi kombinasi seimbang antara kekuatan sedang hingga tinggi, ketahanan korosi yang baik untuk lingkungan atmosfer umum dan korosif ringan, serta kemampuan bentuk yang baik pada temper yang lebih lunak. Kemampuan las umumnya baik untuk keluarga paduan ini, meskipun perlu diperhatikan pelunakan zona terpengaruh panas (HAZ) dan pemilihan filler pada aplikasi struktural.
6181 banyak digunakan di sektor otomotif (panel kulit luar dan panel struktural), komponen rekayasa umum, dan aplikasi yang membutuhkan kompromi antara kemampuan bentuk dan kekuatan dengan hasil permukaan yang baik. Insinyur memilih 6181 ketika mereka membutuhkan paduan lembaran atau ekstrusi yang dapat diproses dan diperlakukan panas, menawarkan kekuatan yang lebih baik dibanding aluminium murni sambil mempertahankan kemampuan bentuk dan ketahanan korosi yang memadai dibandingkan dengan paduan 2xxx atau 7xxx yang memiliki kekuatan lebih tinggi.
Varian Temper
| Temper | Tingkat Kekuatan | Elongasi | Kemampuan Bentuk | Kemampuan Las | Catatan |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Rendah | Tinggi (20–35%) | Istimewa | Istimewa | Sepenuhnya direlaksasi; terbaik untuk pengepresan dalam dan pembentukan berat |
| H14 | Rendah-Sedang | Sedang (10–20%) | Baik | Istimewa | Dikeraskan oleh deformasi guna meningkatkan yield sambil mempertahankan kemampuan bentuk |
| T4 | Sedang | Sedang (10–18%) | Baik | Istimewa | Perlakuan panas pelarutan dan penuaan alami; digunakan ketika penuaan lanjutan diinginkan |
| T5 | Sedang-Tinggi | Sedang (8–15%) | Cukup-Baik | Baik | Didinginkan dari pengerjaan panas dan diperlakukan penuaan buatan; dimensi lebih stabil |
| T6 | Tinggi | Lebih Rendah (6–12%) | Cukup | Baik | Perlakuan panas pelarutan dan penuaan buatan hingga kekuatan puncak |
| T651 | Tinggi | Lebih Rendah (6–12%) | Cukup | Baik | Perlakuan panas pelarutan, dikurangi tegangan oleh peregangan, kemudian penuaan buatan; untuk stabilitas dimensi yang lebih baik |
Temper memiliki pengaruh besar terhadap performa 6181: temper yang lebih lunak (O, H1x) memaksimalkan kemampuan bentuk dan dipilih untuk operasi stamping kompleks. Temper penuaan puncak (T6/T651) memberikan kekuatan statis tertinggi dan ketahanan lelah, tetapi mengurangi elongasi dan kemampuan bentuk, sehingga dipilih untuk komponen struktural atau yang kritis terhadap kekakuan.
Komposisi Kimia
| Unsur | Rentang % | Catatan |
|---|---|---|
| Si | 0.3–0.8 | Mengendalikan pembentukan Mg2Si; memengaruhi kekuatan dan karakteristik pengecoran/fabrikasi |
| Fe | 0.15–0.7 | Unsur pengotor; Fe tinggi mengurangi keuletan dan dapat membentuk intermetalik |
| Mn | 0.0–0.15 | Penambahan minor untuk mengendalikan struktur butir dan meningkatkan ketangguhan |
| Mg | 0.4–1.0 | Unsur penguat utama bersama Si membentuk presipitat Mg2Si |
| Cu | 0.0–0.2 | Kadar kecil dapat meningkatkan kekuatan tetapi menurunkan ketahanan korosi |
| Zn | 0.0–0.2 | Biasanya rendah; Zn tinggi tidak umum untuk keluarga 6xxx |
| Cr | 0.0–0.05 | Membatasi rekristalisasi dan mengendalikan struktur butir pada beberapa temper |
| Ti | 0.0–0.15 | Penghalus butir saat ditambahkan dalam jumlah kecil pada produksi coran/ingot |
| Lainnya (masing-masing) | ≤0.05 | Residu seperti V, Zr, dll.; sisanya Al |
Perimbangan Mg dan Si adalah faktor penentu untuk performa paduan yang dapat diperlakukan panas karena presipitat Mg2Si menyediakan respons pengerasan penuaan. Unsur minor seperti Fe dan Cu memodifikasi kinetika presipitasi, pembentukan intermetalik dan perilaku korosi; produsen mengendalikan pengotor ini untuk menyesuaikan kemampuan bentuk dan kualitas permukaan produk lembaran dan ekstrusi.
Sifat Mekanik
Dalam perilaku tarik, 6181 menunjukkan ketergantungan kuat terhadap temper. Dalam keadaan direlaksasi, paduan memiliki kekuatan luluh rendah dan elongasi seragam tinggi yang memudahkan pembentukan dan pengepresan dalam. Setelah perlakuan larutan panas dan penuaan buatan (T6), kekuatan tarik dan luluh naik secara signifikan karena presipitat Mg2Si yang halus dan tersebar, sementara elongasi dan kemampuan bentuk lokal menurun.
Kekerasan mengikuti tren yang sama dengan sifat tarik, dengan nilai BHN annealed di rentang rendah dan nilai BHN atau Vickers penuaan puncak jauh lebih tinggi. Performa lelah ditingkatkan oleh temper yang sesuai dan kondisi permukaan; pengerjaan dingin dan tegangan residual dari proses pembentukan memengaruhi umur lelah dan mungkin memerlukan proses penghilangan tegangan atau peregangan untuk memperbaiki ketahanan. Pengaruh ketebalan khas untuk keluarga ini: lembaran yang lebih tipis akan mencapai kekuatan luluh dan tarik lebih tinggi per satuan ketebalan pada beberapa proses pembentukan, sedangkan plat dan ekstrusi yang lebih tebal menunjukkan perilaku pendinginan dan presipitasi berbeda yang dapat mengubah sifat mekanik akhir.
| Properti | O/Annealed | Temper Utama (T6/T651) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | 110–150 MPa | 260–320 MPa | Nilai bervariasi dengan ketebalan dan siklus penuaan; T5 sedikit lebih rendah dari T6 |
| Kekuatan Luluh | 40–70 MPa | 150–260 MPa | Kekuatan luluh meningkat signifikan dengan penuaan buatan |
| Elongasi | 20–35% | 6–12% | Keuletan menurun seiring kenaikan kekuatan; kemampuan bentuk terbaik pada O/H1x |
| Kekerasan (HB) | 30–55 HB | 80–110 HB | Kekerasan berkorelasi dengan status presipitasi dan pengerjaan dingin |
Sifat Fisik
| Properti | Nilai | Catatan |
|---|---|---|
| Density | 2.70 g/cm³ | Tipikal untuk paduan aluminium yang ditempa |
| Rentang Leleh | ~555–650 °C | Rentang solidus–liquidus bervariasi dengan komposisi dan kadar pengotor |
| Konduktivitas Termal | ~150–170 W/m·K | Lebih rendah dari aluminium murni tetapi masih tinggi untuk aplikasi pelepasan panas |
| Konduktivitas Listrik | ~30–45 % IACS | Lebih rendah dari aluminium murni; temper dan pengerjaan dingin memengaruhi nilai konduktivitas |
| Kalor Spesifik | ~0.9 J/g·K (900 J/kg·K) | Serupa dengan paduan aluminium lain; berguna untuk pemodelan termal |
| Ekspansi Termal | ~23–24 µm/m·K | Koefisien tipikal untuk paduan Al, penting untuk desain multi-material |
Sifat fisik konsisten dengan perilaku seri 6xxx: konduktivitas termal yang baik dan densitas rendah memberikan rasio kekuatan-terhadap-berat yang menguntungkan serta kemampuan pengelolaan termal. Konduktivitas listrik berkurang dibanding aluminium murni karena penambahan paduan dan presipitasi; desain harus memperhitungkan variabilitas yang bergantung pada temper dan proses.
Produk Bentuk
| Bentuk | Ketebalan/Ukuran Tipikal | Perilaku Kekuatan | Temper Umum | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Lembaran | 0.2–4.0 mm | Ketebalan mempengaruhi pendinginan/penuaan; lembaran lebih tipis digunakan untuk panel luar | O, H14, T4, T5, T6 | Diproduksi luas untuk panel otomotif dan peralatan |
| Plat | >4.0 mm | Kecepatan quench yang lebih lambat dapat menurunkan kekuatan puncak yang dicapai | O, T4, T6 | Digunakan untuk bagian struktural dengan penampang tebal |
| Ekstrusi | Profil hingga 200 mm | Bagian ekstrusi dapat diperlakukan larutan dan diputihkan | T4, T5, T6 | Hasil permukaan baik, digunakan untuk rel struktural dan rangka |
| Tabung | Diameter beragam | Tabung las atau tarik mempertahankan perilaku presipitat serupa | O, T4, T6 | Digunakan untuk pipa struktural dan komponen otomotif |
| Batang/Gagang | Diameter hingga ~100 mm | Kecepatan pendinginan dan ukuran penampang mempengaruhi respons temper akhir | O, T6 | Bahan stok yang dapat dikerjakan untuk fitting dan komponen mesin |
Produk lembaran mendominasi penggunaan 6181 karena aplikasi kulit dan panel dalam otomotif; produk ekstrusi dipilih untuk penampang kompleks dan stabilitas dimensi yang baik. Perbedaan proses (rolling vs ekstrusi vs forging) mengubah mikrostruktur dan tegangan residual, sehingga temper akhir dan penuaan disesuaikan menurut bentuk produk untuk mencapai sifat target.
Grade Setara
| Standar | Grade | Wilayah | Catatan |
|---|---|---|---|
| AA | 6181 | USA/Internasional | Penunjukan Aluminium Association untuk paduan tempa |
| EN AW | 6181 | Eropa | Notasi EN AW Eropa sering selaras namun spesifikasi kimia dan temper yang tepat distandarisasi di bawah norma EN |
| JIS | A6xxx (bervariasi) | Jepang | Tidak ada padanan satu-ke-satu; setara dengan grade seri Al-Mg-Si yang digunakan pada plat otomotif |
| GB/T | 6181 | China | Tabel kimia dan mekanik standar China tersedia untuk plat otomotif Al-Mg-Si |
Kesetaraan antar standar bersifat perkiraan karena jalur pemrosesan, batas impuritas, dan definisi temper berbeda antara badan standar dan produsen. Engineer sebaiknya membandingkan sertifikat kimia dan mekanik resmi daripada hanya mengandalkan nama grade nominal saat mengganti material dari wilayah berbeda.
Ketahanan Korosi
Paduan 6181 menunjukkan ketahanan korosi atmosfer umum yang baik khas paduan Al-Mg-Si karena pembentukan cepat lapisan oksida aluminium pelindung saat terpapar udara. Dalam lingkungan industri ringan dan perkotaan, paduan ini bekerja dengan baik terutama jika dilapisi atau dicat dengan benar; finishing permukaan dan temper dapat memengaruhi kerentanan korosi lokal.
Di lingkungan laut atau dengan kadar klorida tinggi, 6181 dapat digunakan untuk banyak aplikasi non-kritis namun kurang tahan dibanding paduan 5xxx (Al-Mg) yang khusus diformulasi untuk eksposur air laut. Pitting dapat terjadi pada permukaan tanpa pelindung jika lapisan pelindung tergores, sehingga 6181 harus dilindungi di zona cipratan laut yang agresif.
Risiko stress corrosion cracking pada paduan 6xxx umumnya rendah dibandingkan paduan 2xxx atau 7xxx berdaya tahan tinggi, tapi tidak bisa diabaikan: sensitasi akibat siklus termal tidak tepat atau tegangan sisa ditambah lingkungan korosif dapat memacu eksfoliasi atau serangan intergranular. Kopling galvanik dengan logam lebih mulia (misal baja tahan karat) dapat mempercepat korosi lokal 6181; perancang disarankan mengisolasi logam tak serasi atau menggunakan pengikat serta perlakuan permukaan yang kompatibel.
Properti Fabrikasi
Kemudahan Pengelasan
Kemudahan pengelasan 6181 dianggap baik untuk proses pengelasan beku seperti MIG (GMAW) dan TIG (GTAW), dengan filler yang direkomendasikan biasanya dari keluarga Al-Si (misal ER4043/ER4047) atau filler Al-Mg-Si (ER5356) tergantung kebutuhan kekuatan pasca las dan ketahanan korosi. Tendensi hot-cracking relatif rendah untuk paduan Al-Mg-Si, namun kontrol ketat desain sambungan, input panas, serta perlakuan pre/post las diperlukan untuk meminimalkan porositas dan pelunakan zona terpengaruh panas (HAZ). Pelunakan HAZ dapat mengurangi kekuatan luluh lokal pada temper puncak usia, sehingga perlakuan penuaan buatan pasca las atau penggunaan temper lebih lunak untuk pembentukan lalu penuaan akhir merupakan strategi umum.
Kemudahan Mesin
Kemudahan mesin 6181 tergolong sedang dibandingkan paduan mesin bebas potong; lebih mudah dikerjakan daripada banyak paduan aerospace kekuatan tinggi namun kurang tajam dibandingkan paduan 2xxx jenis ber-timbal. Alat potong carbide dengan geometri sudut positif, pendingin yang sesuai, dan pengaturan pakan terkendali memberikan hasil terbaik; kontinuitas serpihan cukup baik tapi built-up edge bisa terjadi pada kecepatan potong lambat. Bengkel biasanya menggunakan kecepatan potong lebih rendah dibanding aluminium murni untuk menghindari serpihan lembek dan mengelola variasi kekerasan tergantung temper.
Kemudahan Bentuk
Kemudahan bentuk sangat baik pada temper annealed (O) dan sedikit dikeraskan (H1x) serta memadai pada temper T4/T5 untuk banyak operasi stamping. Radius lengkung minimum tergantung pada temper dan ketebalan, tapi pedoman umum adalah 1–2× ketebalan material untuk pembengkokan udara pada temper lunak dan 2–3× ketebalan untuk temper puncak usia guna menghindari retak permukaan. Pembentukan dingin dan deep drawing praktis dilakukan pada temper lebih lunak; untuk temper kekuatan tinggi dapat dilakukan incremental forming atau warm-forming plus penuaan berikutnya untuk mencapai geometri rumit.
Perilaku Perlakuan Panas
Sebagai paduan Al-Mg-Si yang dapat diperlakukan panas, 6181 merespon perlakuan larutan dan penuaan buatan. Perlakuan larutan biasanya dilakukan pada suhu sekitar 520–540 °C untuk melarutkan fase larut dan menciptakan larutan padat jenuh berlebihan, kemudian dilakukan quenching cepat untuk mempertahankan solut dalam bentuk supersaturasi. Penuaan buatan (T6) pada suhu sekitar 160–200 °C selama beberapa jam menghasilkan presipitasi dispersi Mg2Si halus dan memberikan kekuatan puncak.
Transisi temper T dapat diprediksi: T4 (perlakuan larutan + penuaan alami) memberikan kekuatan sedang dan kemudahan bentuk baik, sedangkan T6 (perlakuan larutan + penuaan buatan) memaksimalkan kekuatan dengan pengorbanan kelenturan. Jika part diproduksi dengan pengerjaan dingin setelah perlakuan larutan, perilaku penuaan alami dan jadwal penuaan buatan berikutnya harus dikordinasikan; pemulihan dan overaging dapat terjadi jika part terpapar suhu tinggi selama fabrikasi atau pemakaian.
Kinerja Suhu Tinggi
6181 kehilangan sebagian besar kekuatan pada suhu kamar saat terpapar suhu tinggi; di atas kira-kira 150–200 °C struktur presipitasi mengeras dan kekuatan luluh/tarik menurun. Untuk penggunaan kontinu, perancang biasanya membatasi suhu operasi di bawah ~120–150 °C untuk menjaga performa mekanik dan stabilitas dimensi.
Oksidasi aluminium minimal karena lapisan oksida pelindung, namun paparan suhu tinggi berkepanjangan dapat mempengaruhi penampilan permukaan dan mempercepat pengerasan intermetal. Pada struktur las, zona HAZ dapat mengalami pelunakan mikrostruktur yang mengurangi daya tahan creep dan beban suhu tinggi; perlakuan panas pasca las atau toleransi desain diperlukan untuk beban suhu tinggi jangka panjang.
Aplikasi
| Industri | Contoh Komponen | Mengapa 6181 Digunakan |
|---|---|---|
| Otomotif | Panel bodi luar, panel dalam, penguat | Kombinasi kemudahan bentuk, kualitas permukaan, dan kekuatan penuaan |
| Kelautan | Anggota struktural non-kritis, trim | Ketahanan korosi memadai dengan pelapisan yang tepat dan kemampuan manufaktur baik |
| Aerospace | Pemberat sekunder dan bracket | Rasio kekuatan-terhadap-berat baik dan finishing permukaan bersih untuk struktur non-primer |
| Elektronik | Penghambur panas, casing | Konduktivitas termal baik dan densitas rendah |
| Peralatan Konsumen | Panel kulkas, housing | Kemudahan bentuk, penampilan permukaan, dan kemampuan dicat |
Kombinasi kemudahan bentuk pada temper lunak dan kemampuan meningkatkan kekuatan melalui penuaan menjadikan 6181 berharga untuk aplikasi yang membutuhkan bagian stamping, cat, atau ekstrusi dengan keseimbangan antara kemudahan pembuatan dan performa saat pakai.
Wawasan Pemilihan
Pilih 6181 ketika desain membutuhkan aluminium yang dapat diperlakukan panas dengan kekuatan lebih baik dibanding aluminium murni komersial, sekaligus mempertahankan kemudahan bentuk untuk stamping dan finishing. Ini merupakan pilihan pragmatis untuk panel eksterior dan interior otomotif di mana kualitas permukaan dan kemampuan dicat penting.
Dibanding aluminium murni komersial (1100), 6181 menukar sebagian konduktivitas listrik dan termal serta sedikit berkurang kemudahan bentuk dengan kekuatan jauh lebih tinggi dan performa struktural lebih baik. Dibanding paduan pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, 6181 umumnya memberikan kekuatan puncak lebih tinggi setelah penuaan dan mempertahankan ketahanan korosi baik, namun paduan 5xxx sering lebih unggul di lingkungan klorida laut berat. Dibanding paduan perlakuan panas umum seperti 6061 atau 6063, 6181 mungkin memiliki kekuatan puncak lebih rendah pada beberapa temper tapi bisa menawarkan kemudahan bentuk dan finishing permukaan yang superior untuk aplikasi plat otomotif, dan sering dipilih bila membutuhkan kemampuan deep draw sekaligus pengerasan penuaan.
Ringkasan Penutup
Paduan 6181 tetap relevan dan banyak digunakan sebagai paduan Al-Mg-Si karena memberikan keseimbangan praktis antara kemudahan bentuk, ketahanan korosi, dan kekuatan pengerasan penuaan untuk aplikasi plat dan ekstrusi, khususnya di bidang otomotif dan rekayasa umum di mana kemudahan manufaktur dan kualitas permukaan sangat penting.