Aluminium 6201: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Ikhtisar Komprehensif
6201 adalah anggota seri paduan aluminium 6xxx (keluarga Al‑Mg‑Si) yang dapat diperlakukan dengan perlakuan panas dan dirancang untuk kombinasi kekuatan sedang, kemampuan ekstrusi yang baik, dan ketahanan korosi yang wajar. Unsur paduan utama adalah magnesium dan silikon yang membentuk presipitasi Mg2Si selama proses aging; penambahan kecil dan pengendalian zat pengotor (Fe, Mn, Cu, Cr, Ti) digunakan untuk mengatur perilaku mekanik dan proses.
Penguatan dalam 6201 dicapai terutama melalui perlakuan panas larutan diikuti dengan quenching dan aging buatan (pengerasan presipitasi), meskipun sedikit penyetelan sifat dapat dilakukan dengan pengerjaan dingin terkendali sebelum aging. Ciri utama meliputi kekuatan sedang hingga tinggi pada temper perlakuan panas, kemampuan anodisasi yang baik, kemampuan pembentukan yang baik pada temper lunak, dan kemampuan pengelasan yang dapat diterima dengan perhatian terhadap pelunakan daerah zona pengaruh panas (HAZ); kombinasi ini membuat 6201 berguna ketika diperlukan keseimbangan antara performa ekstrusi, kekuatan struktural, dan konduktivitas.
Industri tipikal yang menggunakan 6201 meliputi transportasi (ekstrusi struktural dan komponen fungsional), kelistrikan dan transmisi daya (aplikasi konduktor dan busbar di mana konduktivitas dan kekuatan harus seimbang), ekstrusi arsitektural, dan beberapa komponen mekanik yang memerlukan profil ekstrusi. Engineer memilih 6201 dibandingkan paduan lain ketika membutuhkan kompromi antara kekuatan tinggi paduan 6xxx seperti 6061 dan kemampuan ekstrusi serta konduktivitas yang lebih baik dari paduan yang disesuaikan untuk penggunaan konduktor, atau ketika geometri profil tertentu mendapat manfaat dari karakteristik aliran dan proses aging 6201.
Dibandingkan dengan paduan 6xxx lainnya, 6201 sering dipilih untuk bentuk produk spesifik (ekstrusi, konduktor ditarik) dan jendela proses termal; memberikan respons pengerasan presipitasi yang baik sekaligus mempertahankan ketahanan korosi dan hasil permukaan yang dapat diterima untuk anodisasi atau pengecatan.
Varian Temper
| Temper | Tingkat Kekuatan | Elongasi | Formabilitas | Kemampuan Pengelasan | Catatan |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Rendah | Tinggi | Istimewa | Istimewa | Kondisi fully annealed, plastisitas maksimum untuk pembentukan |
| T4 | Sedang | Sedang-Tinggi | Baik | Baik | Perlakuan panas larutan dan aging alami; keseimbangan baik antara formabilitas dan kekuatan |
| T6 | Tinggi | Rendah-Sedang | Cukup | Cukup | Perlakuan larutan dan aging buatan hingga kekuatan puncak; umum untuk aplikasi struktural |
| T5 | Sedang-Tinggi | Sedang | Baik | Baik | Didinginkan dari pengerjaan panas dan aging buatan; sering dipakai untuk ekstrusi dengan aging segera |
| T651 | Tinggi | Rendah | Cukup | Cukup | Perlakuan larutan, relief tegangan dengan peregangan, lalu aging buatan; mengurangi tegangan sisa untuk proses machining |
| H14 | Sedang | Rendah-Sedang | Terbatas | Baik | Dikeraskan dengan deformasi plastik dan sebagian annealed ke temper pengerjaan dingin stabil; digunakan untuk bagian lembaran terbentuk |
Pemilihan temper sangat memengaruhi performa mekanik 6201 karena kondisi presipitasi Mg2Si mengontrol kekuatan luluh dan tarik. Temper lunak (O, T4) digunakan saat pembentukan dan penarikan menjadi operasi utama, sedangkan temper T5/T6/T651 dipilih ketika stabilitas dimensi dan kekuatan puncak diperlukan untuk penggunaan; kemampuan las dan pelunakan HAZ harus diperhatikan untuk rakitan hasil pengelasan.
Komposisi Kimia
| Unsur | Rentang % | Catatan |
|---|---|---|
| Si | 0.5–1.2 | Mendorong pembentukan presipitasi Mg2Si; mengontrol kekuatan dan fluiditas ekstrusi |
| Fe | 0.0–0.7 | Zat pengotor; meningkatkan kekuatan dan mengurangi plastisitas serta hasil permukaan jika tinggi |
| Mn | 0.0–0.5 | Memperhalus butir dan meningkatkan ketangguhan; sering rendah pada grade konduktor |
| Mg | 0.4–0.9 | Elemen penguat utama melalui pembentukan Mg2Si |
| Cu | 0.0–0.2 | Penambahan kecil meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi ketahanan korosi |
| Zn | 0.0–0.2 | Umumnya rendah; Zn tinggi dapat meningkatkan kekuatan tapi mengurangi ketahanan retak korosi (SCC) |
| Cr | 0.0–0.25 | Mengontrol struktur butir dan rekristalisasi saat proses |
| Ti | 0.0–0.15 | Digunakan sebagai penghalus butir pada produk cor atau tempa |
| Lainnya (masing-masing) | 0.0–0.05 | Unsur jejak dan residu; sisanya aluminium |
Komposisi disetel untuk mengoptimalkan pengerasan presipitasi (Mg + Si) sekaligus menjaga zat pengotor rendah agar konduktivitas dan hasil permukaan tetap baik. Penambahan kecil elemen seperti Cr dan Mn membantu mengendalikan rekristalisasi dan pertumbuhan butir selama pengerjaan panas dan siklus termal berikutnya, mendukung kontrol dimensi dan performa lelah yang lebih baik.
Properti Mekanik
Perilaku tarik pada 6201 merupakan ciri khas paduan Al‑Mg‑Si yang dapat diperlakukan panas: lunak dan sangat plastis pada kondisi annealed atau T4 dengan rentang plastisitas lebar, serta kekuatan lebih tinggi dengan elongasi menurun pada temper T5/T6 akibat dispersi halus presipitasi Mg2Si. Kekuatan luluh dan tarik sangat dipengaruhi oleh jadwal aging, pengerjaan dingin sebelumnya, dan ketebalan penampang; ekstrusi tipis mencapai sifat puncak lebih cepat dan merata dibandingkan bagian tebal.
Kekerasan mengikuti kondisi presipitasi dan biasanya meningkat dari sekitar 35 HB pada kondisi O menjadi 70–95 HB pada kondisi puncak T6, dengan peningkatan sepadan pada kekuatan luluh dan tarik. Ketahanan lelah dipengaruhi oleh hasil permukaan, cacat ekstrusi, dan porositas lokal; 6201 yang diproses dan diaging dengan benar menunjukkan ketahanan lelah siklus tinggi yang baik untuk ekstrusi struktural tetapi kurang tahan lelah dibandingkan beberapa paduan 2xxx/7xxx dengan kekuatan tinggi.
Ketebalan dan geometri penampang memengaruhi kinetika larutan dan aging; bagian yang lebih tebal mendingin lebih lambat dan mungkin memerlukan jadwal aging dimodifikasi untuk menghindari underage di daerah inti. Tahapan manufaktur seperti pelurusan peregangan (untuk T651) dan pengerjaan dingin pra-aging yang terkontrol dapat menyesuaikan trade-off kekuatan luluh/elongasi untuk kebutuhan pembentukan atau penggunaan khusus.
| Properti | O/Annealed | Temper Utama (mis. T6) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | ~90–140 MPa | ~240–310 MPa | UTS tergantung aging dan ketebalan; rentang puncak umum ditampilkan |
| Kekuatan Luluh | ~40–80 MPa | ~130–260 MPa | YS meningkat tajam dengan presipitasi; pengerjaan dingin sebelum aging menaikkan luluh |
| Elongasi | ~20–35% | ~6–14% | Plastisitas menurun dalam kondisi puncak; elongasi tergantung ketebalan dan arah pengujian |
| Kekerasan | ~25–40 HB | ~70–95 HB | Angka Brinell kira-kira; kekerasan berkorelasi dengan distribusi presipitat |
Properti Fisik
| Properti | Nilai | Catatan |
|---|---|---|
| Density (Massa Jenis) | 2.68–2.70 g/cm³ | Tipikal untuk paduan Al‑Mg‑Si; berguna untuk perhitungan kekuatan terhadap berat |
| Rentang Leleh | ~580–650 °C (jendela solidus–liquidus) | Paduan sedikit menurunkan dan melebarkan interval leleh dibandingkan Al murni |
| Konduktivitas Termal | 140–170 W/m·K | Lebih rendah dari Al murni tetapi cukup untuk banyak aplikasi manajemen panas |
| Konduktivitas Listrik | ~30–45 % IACS | Lebih rendah dari Al murni; konduktivitas dikorbankan demi kekuatan melalui paduan |
| Kalor Jenis Spesifik | ~0.90 kJ/kg·K (900 J/kg·K) | Nilai tipikal untuk paduan aluminium pada temperatur ruang |
| Koefisien Ekspansi Termal | ~23–24 µm/m·K (23–24 ×10⁻⁶ /K) | Ekspansi termal khas untuk paduan Al, penting untuk desain sambungan |
6201 mempertahankan kombinasi menguntungkan aluminium antara massa jenis rendah dan properti termal yang baik, sehingga sering digunakan dalam struktur konduktif atau yang membuang panas di mana pengurangan berat penting. Konduktivitas termal dan listrik berkurang dibandingkan aluminium murni akibat hamburan solut oleh Mg dan Si; desain harus mempertimbangkan penurunan ini ketika konduktivitas menjadi kritis.
Bentuk Produk
| Bentuk | Ketebalan/Ukuran Umum | Perilaku Kekuatan | Temper Umum | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Plat tipis (Sheet) | 0.5–6.0 mm | Ketebalan tipis merespon penuaan dengan cepat; kemampuan bentuk baik pada temper O/T4 | O, H14, T4 | Digunakan untuk panel bentuk dan komponen struktural ringan |
| Plat tebal (Plate) | 6–50+ mm | Bagian tebal memiliki perpindahan panas lebih lambat; mungkin menunjukkan sifat inti lebih rendah setelah penuaan | O, T4, T651 | Plat tebal memerlukan perlakuan panas khusus untuk memastikan sifat seragam |
| Ekstrusi (Extrusion) | Bagian dinding dari 1–100+ mm | Ekstrudabilitas sangat baik; penuaan puncak untuk kekuatan | T5, T6, T651 | Umum digunakan untuk profil kompleks, rel, busbar, dan anggota struktural |
| Tabung (Tube) | Φ beberapa mm hingga diameter besar | Sifat bervariasi dengan penarikan dingin dan penuaan | O, T4, T6 | Digunakan untuk tabung struktural dan selongsong konduktor |
| Batang/Batangan (Bar/Rod) | Ø beberapa mm hingga 50+ mm | Bagian padat dipengaruhi oleh laju pendinginan | O, T6 | Digunakan untuk komponen mesin dan baut |
Pembentukan dan pemrosesan sangat berbeda antara plat tipis dan ekstrusi: ekstrusi mendapat manfaat dari aliran 6201 selama hot work dan merespon baik penuaan langsung (T5) atau pelarutan dan penuaan pasca ekstrusi (T6). Plat dan bagian tebal memerlukan waktu pelarutan yang lebih lama atau penuaan modifikasi untuk mengembangkan sifat konsisten di seluruh bagian, sementara ketebalan tipis lebih mudah diolah dan umum digunakan pada komponen bentuk atau produk tarik.
Grade Setara
| Standar | Grade | Wilayah | Catatan |
|---|---|---|---|
| AA | 6201 | USA | Penamaan di bawah Aluminum Association untuk paduan tempa 6201 |
| EN AW | 6201 | Europe | Umumnya dikutip sebagai EN AW‑6201; kimia dan temper selaras dengan standar AA |
| JIS | — | Japan | Tidak ada grade JIS satu-satu langsung; perilaku mirip keluarga JIS A6061/A6063 tergantung temper |
| GB/T | — | China | Tidak selalu tercantum sebagai grade GB khusus; sebanding dengan paduan Al‑Mg‑Si tempa lokal |
Praktik penamaan dan spesifikasi setara bervariasi menurut wilayah; EN AW‑6201 dan AA 6201 biasanya kompatibel dalam komposisi dan temper, tetapi detail seperti batas pengotor, arah pengujian sifat mekanik, dan temper yang diterima dapat berbeda. Jika kesetaraan langsung tidak ada di standar nasional (JIS, GB/T), engineer memilih paduan Al‑Mg‑Si terdekat dengan komposisi dan respons temper yang cocok dan memverifikasinya melalui pengujian mekanik dan listrik untuk aplikasi kritis.
Ketahanan Korosi
6201 menunjukkan ketahanan korosi atmosfer umum yang baik serupa dengan paduan Al‑Mg‑Si lain karena lapisan oksida aluminium yang mempassivasi permukaan dan elemen paduan minor tidak secara signifikan mengurangi ketahanan pitting. Di atmosfir pedesaan dan perkotaan, paduan ini berperforma baik, dan mudah diberi finishing dekoratif atau anodizing yang semakin meningkatkan proteksi korosi dan ketahanan aus.
Di lingkungan laut atau kaya klorida, 6201 cukup tahan korosi tapi kurang tahan dibandingkan paduan Al‑Mg (5xxx) yang khusus dirancang untuk paparan air laut; korosi crevice dan pitting dapat dimulai di goresan, las, atau lokasi dengan garam terperangkap. Untuk paparan laut jangka panjang, pelapis pelindung, anodizing, atau pemilihan paduan dengan ketahanan korosi lebih tinggi dianjurkan, serta perhatian terhadap kopel galvanik diperlukan.
Kerentanan terhadap stress corrosion cracking (SCC) untuk paduan 6xxx relatif rendah dibanding paduan seri 2xxx dan 7xxx yang berdaya tinggi, namun struktur mikro yang overaged atau underaged dan tegangan residu tarik dekat las dapat meningkatkan risiko. Interaksi galvanik dengan logam lebih mulia (tembaga, baja tahan karat) dapat mempercepat korosi lokal 6201, sehingga isolasi listrik atau anoda pengorbanan harus dipertimbangkan dalam rakitan multiphase.
Sifat Fabrikasi
Kemampuan Las
6201 umumnya dapat dilas dengan proses fusi umum (TIG/GTAW, MIG/GMAW) dan dapat disambung dengan kawat pengisi yang sesuai (umumnya 4043 (Al‑Si) atau 5356 (Al‑Mg) tergantung kekuatan dan ketahanan korosi yang diperlukan). Las mengalami pelunakan Zona Terpengaruh Panas (HAZ) karena pelarutan dan pembesaran presipitat; perancang harus mengantisipasi penurunan kekuatan di zona las dan mempertimbangkan perlakuan panas pasca las atau desain mekanik untuk menghindari konsentrasi beban pada sambungan las.
Kemudahan Mesin
Kemudahan mesin 6201 tergolong sedang dan mirip paduan seri 6xxx lainnya; pemotongan biasanya halus dengan serpihan kontinu pada temper lunak dan serpihan lebih pendek serta pecah-pecah pada temper penuaan puncak. Alat carbide dengan sudut rake positif dan pendingin yang memadai direkomendasikan untuk proses bubut dan frais; kecepatan dan umpan harus dioptimalkan untuk menghindari built-up edge, dan pelunakan tegangan mungkin diperlukan untuk meminimalkan distorsi pada bagian mesin.
Kemudahan Bentuk
Kinerja pembentukan sangat baik pada temper O dan T4, memungkinkan pembengkokan, penarikan dalam, dan pembentukan profil kompleks dengan relaksasi pegas (springback) relatif rendah. Radius bengkok harus mengikuti aturan umum aluminium (radius internal minimum ~1–2× ketebalan untuk sebagian besar operasi) dan kompensasi springback harus mempertimbangkan temper dan status penuaan. Pembentukan setelah perlakuan pelarutan biasanya memerlukan penuaan atau stabilisasi untuk mengontrol perubahan dimensi saat pemakaian.
Perilaku Perlakuan Panas
6201 merespon urutan perlakuan panas standar untuk paduan Al‑Mg‑Si: pelarutan pada rentang ~520–560 °C untuk melarutkan Mg2Si ke dalam larutan padat, pendinginan cepat (quenching) untuk mempertahankan matriks jenuh surplus, diikuti dengan penuaan alami (T4) atau penuaan buatan terkontrol (T5/T6) untuk mengendapkan Mg2Si halus dan mengembangkan kekuatan. Jadwal penuaan bervariasi (misal, 160–180 °C selama beberapa jam) tergantung ukuran penampang dan keseimbangan sifat diinginkan antara kekuatan dan keuletan.
Transisi temper T dikontrol oleh jadwal waktu-suhu: underaging memberi keuletan lebih tinggi dan kekuatan luluh lebih rendah, penuaan puncak (T6) memaksimalkan kekuatan, dan overaging mengurangi kekuatan sambil meningkatkan ketangguhan dan ketahanan SCC. T651 (perlakuan larutan, penarikan lurus, penuaan buatan) sering digunakan dimana pengurangan tegangan residual dan stabilitas dimensi diperlukan.
Untuk tahapan manufaktur tanpa perlakuan panas, pengerasan kerja dapat sedikit menaikkan kekuatan luluh tapi bukan mekanisme penguatan utama untuk 6201; pelunakan penuh (temper O) mengembalikan keuletan maksimum dan digunakan sebelum operasi pembentukan atau penarikan.
Kinerja Suhu Tinggi
Kekuatan layanan 6201 mulai menurun pada suhu sedang tinggi karena presipitat membesar dan matriks jenuh surplus mereda; stabilitas jangka panjang di atas ~120–150 °C akan secara signifikan mengurangi kekuatan penuaan puncak dan tidak direkomendasikan untuk aplikasi struktural. Paparan singkat hingga ~100–120 °C biasanya berdampak terbatas jika material tidak dibiarkan lama pada suhu sehingga mendorong overaging.
Oksidasi pada suhu tinggi dibatasi oleh skala alumina pelindung, tetapi paparan lama pada suhu tinggi dalam atmosfir agresif dapat mengubah kimia permukaan dan mengurangi umur lelah. Zona Terpengaruh Panas (HAZ) di dekat las sangat rentan terhadap pelunakan pada suhu tinggi, sehingga desain harus memperhitungkan potensi creep atau relaksasi jika komponen beroperasi dalam kondisi suhu hangat.
Aplikasi
| Industri | Contoh Komponen | Alasan Penggunaan 6201 |
|---|---|---|
| Otomotif | Profil struktural ekstrusi, rel trim | Keseimbangan baik antara ekstrudabilitas, kekuatan, dan kemampuan finishing untuk profil kompleks |
| Kelautan | Seksi struktural non-kritis, fitting | Ketahanan korosi cukup dan kemampuan anodizing untuk finishing pelindung |
| Aeronautika | Fitting internal sekunder, busbar konduktif | Rasio kekuatan terhadap berat yang baik serta fatigue dan kemudahan mesin yang baik jika diproses dengan benar |
| Elektrikal | Busbar, konduktor, profil konektor | Konduktivitas listrik yang memadai dengan peningkatan kekuatan mekanik dibanding Aluminium murni |
| Arsitektur | Frame jendela, ekstrusi curtain wall | Permukaan sangat baik, kemampuan anodizing, dan kontrol dimensi setelah penuaan |
6201 paling sering dipilih untuk profil ekstrusi yang membutuhkan kombinasi kinerja struktural, kualitas permukaan yang baik dan kemampuan difabrikasi menjadi bentuk kompleks. Adaptabilitasnya ke berbagai temper dan pascaproses (anodizing, pengecatan) menjadikannya pilihan umum ketika baik estetika maupun fungsi penting.
Wawasan Pemilihan
Pilih 6201 saat membutuhkan paduan Al‑Mg‑Si yang dapat diperlakukan panas dengan keseimbangan kinerja ekstrusi, kekuatan sedang hingga tinggi, dan konduktivitas yang dapat diterima untuk penggunaan konduktor atau busbar. Ini adalah paduan kelas menengah yang baik untuk ekstrusi teknik dimana temper T5/T6 memberikan kekuatan yang diperlukan tanpa biaya dan kompleksitas proses yang tinggi dari paduan kekuatan sangat tinggi.
Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), 6201 menawarkan kekuatan mekanik yang lebih tinggi dan stabilitas dimensi yang lebih baik dengan mengorbankan konduktivitas listrik dan termal yang lebih rendah; gunakan 6201 ketika kekuatan adalah prioritas tetapi konduktivitas sebagian harus dipertahankan. Dibandingkan dengan paduan yang mengalami pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, 6201 memiliki kekuatan lebih tinggi (saat diaging) tetapi menawarkan ketahanan korosi alami yang sedikit lebih rendah di lingkungan klorida yang keras; pilih 6201 untuk ekstrusi struktural daripada untuk paparan air laut yang konstan. Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas umum seperti 6061/6063, 6201 dipilih ketika ekstrudabilitas dan jendela proses gaya konduktor lebih diutamakan, atau ketika diperlukan keseimbangan khusus antara kinetika presipitasi dan hasil permukaan meskipun dengan kekuatan puncak yang sebanding atau sedikit lebih rendah.
Ringkasan Penutup
6201 tetap menjadi paduan aluminium yang relevan untuk rekayasa modern karena memberikan kompromi praktis antara performa ekstrusi, kekuatan yang dapat diperlakukan panas, dan kemampuan hasil permukaan, membuatnya bernilai untuk profil struktural, komponen konduktif, dan aplikasi arsitektural di mana sifat mekanik, termal, dan ketahanan korosi yang seimbang diperlukan.