Aluminium 8021: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

8021 dikategorikan dalam seri 8xxx dari paduan aluminium, sebuah keluarga yang memiliki komposisi di luar kelompok tradisional 1xxx–7xxx dan biasanya dirancang untuk kombinasi kinerja spesifik daripada standarisasi pasar massal. Kimianya cenderung mengandung jumlah sedang silikon dan magnesium dengan kadar besi dan mangan yang terkontrol; penambahan kecil tembaga, kromium, dan titanium digunakan untuk penyetelan kekuatan dan pengendalian butiran.

Paduan ini umumnya dapat diperlakukan panas melalui pengerasan presipitasi ketika Mg dan Si hadir dalam rasio yang efektif, meskipun beberapa proses produksi komersial juga menggunakan pengerasan kerja terkontrol untuk mencapai sifat menengah. Ciri utama meliputi kekuatan spesifik sedang hingga tinggi untuk paduan non-7xxx, ketahanan korosi atmosfer yang baik, konduktivitas termal dan listrik yang wajar untuk aluminium, serta kemampuan pembentukan yang baik pada temper anil; kemampuan las biasanya dapat diterima dengan perhatian pada kecocokan filler dan input panas.

Industri yang sering memanfaatkan keseimbangan gaya 8021 meliputi otomotif (panel struktural dan penutup), transportasi (penukar panas dan trim), barang konsumen (aplikasi dan rumah ringan), dan kemasan khusus di mana kombinasi kemampuan bentuk dan kekuatan dibutuhkan. Insinyur memilih 8021 ketika mereka memerlukan aluminium yang dapat diperlakukan panas dengan kekuatan menengah yang menawarkan kekuatan lebih baik daripada paduan 1xxx/3xxx umum sambil mempertahankan kemudahan pembentukan dan biaya lebih rendah dibandingkan dengan sistem 6xxx/7xxx yang berstruktur kuat.

Dibandingkan dengan banyak paduan yang dapat diperlakukan panas, 8021 menekankan kinerja kombinasi—respon pengerasan presipitasi yang cukup tanpa sensitifitas ekstrim terhadap quench/aging—dan sering dipilih di mana kemampuan las dan kinerja korosi tidak boleh dikompromikan demi peningkatan kekuatan sedikit saja.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Perpanjangan	Kemampuan Bentuk	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi (20–35%)	Sangat Baik	Sangat Baik	Sepenuhnya anil, duktisitas maksimum untuk pembentukan
H14	Sedang	Sedang (10–18%)	Baik	Baik	Pengerasan regangan hingga kekuatan menengah, digunakan untuk bagian yang ditarik
T4	Sedang	Sedang (12–20%)	Baik	Baik	Diperlakukan panas larut dan penuaan alami; keseimbangan bentuk dan kekuatan
T5	Sedang–Tinggi	Lebih Rendah (8–15%)	Cukup	Baik	Didinginkan dari pembentukan dan penuaan buatan; baik untuk ekstrusi dan bentuk ekstrusi
T6	Tinggi	Rendah (6–12%)	Terbatas	Dapat diterima	Diperlakukan larut dan penuaan buatan sampai kekuatan puncak
T651	Tinggi	Rendah (6–12%)	Terbatas	Dapat diterima	Diperlakukan larut, direlaksasi tegangan dengan peregangan, penuaan buatan; umum untuk lembaran struktural

Temper sangat mempengaruhi perilaku tarik dan luluh karena 8021 merespon pengerasan presipitasi ketika Mg dan Si hadir. Material anil (O) digunakan saat kemampuan pembentukan maksimum diperlukan, sementara temper T6 atau T651 memberikan kekuatan puncak untuk aplikasi struktural dengan mengorbankan duktisitas.

Temper H dan T menengah memungkinkan perancang menargetkan kompromi antara kemampuan bentuk dan kekuatan; misalnya temper T4 atau T5 biasanya dipilih jika pembentukan atau pengelasan lebih lanjut diharapkan dan respon penuh T6 tidak diperlukan atau berisiko menyebabkan retak.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	0.3–0.9	Memberikan kekuatan melalui presipitasi Mg2Si jika Mg hadir; meningkatkan kemampuan pengecoran dan membatasi kelarutan Fe.
Fe	0.2–0.7	Impuritas umum; mengontrol jenis partikel intermetal dan memengaruhi struktur butir serta ketangguhan.
Mn	0.05–0.6	Penghalus butir dan elemen penguat dalam larutan padat atau sebagai dispersi; meningkatkan ketahanan korosi.
Mg	0.4–0.9	Elemen pengerasan utama (bersama Si) untuk pengerasan presipitasi; juga meningkatkan respon pengerasan kerja.
Cu	0.05–0.4	Mampu meningkatkan kekuatan melalui presipitasi Al2Cu namun dapat mengurangi ketahanan korosi jika berlebihan.
Zn	0.05–0.25	Biasanya rendah; jumlah kecil dipilih untuk mengatur kekuatan dan kinetika penuaan.
Cr	0.02–0.15	Mengontrol rekristisasi dan pertumbuhan butir; digunakan untuk stabilitas temper dan peningkatan ketangguhan.
Ti	0.01–0.10	Ditambahkan sebagai penghalus butir dalam bahan baku ingot/continuous cast; membantu sifat isotropik.
Lainnya	Balance Al	Jejak elemen lain (V, Zr, Sr) mungkin ada untuk pengendalian mikrostruktur.

Perimbangan Mg dan Si menentukan apakah 8021 berperilaku sebagai paduan pengerasan presipitasi klasik (pembentukan Mg2Si) atau tetap terutama diperkuat oleh sejarah kerja dan dispersi minor. Besi dan mangan biasanya dikendalikan untuk membatasi intermetal kasar yang menurunkan duktisitas dan kemampuan bentuk. Penambahan kromium dan titanium secara jejak digunakan untuk pengendalian struktur butir selama proses penggilingan dan ekstrusi untuk meningkatkan ketangguhan serta mengurangi anisotropi.

Sifat Mekanik

Dari sisi tarik, 8021 menunjukkan jendela sifat yang luas: dalam kondisi anil menunjukkan duktisitas khas aluminium serbaguna, sementara temper penuaan puncak mencapai tingkat kekuatan yang cocok untuk aplikasi struktural ringan. Perilaku luluh pada T6/T651 mencerminkan pengerasan presipitasi klasik dengan kenaikan signifikan dibanding temper O atau H; plateau luluh dan eksponen pengerasan kerja dipengaruhi oleh temper dan ketebalan lembar.

Kekerasan mengikuti kekuatan tarik; potongan anil lunak dan mudah dibentuk, sementara material T6 menunjukkan kekerasan jauh lebih tinggi dan perpanjangan rendah. Performa kelelahan umumnya baik untuk kelas paduan ini saat permukaan dikontrol; umur lelah sensitif terhadap kekuatan tarik, kondisi permukaan, dan ketebalan karena retak biasanya dimulai pada cacat permukaan atau partikel intermetal.

Efek ketebalan penting: lembar tipis mencapai kekuatan nyata lebih tinggi setelah pengerjaan dingin dan quenching karena laju pendinginan lebih cepat, sementara plat tebal memerlukan perlakuan larut yang lebih lama dan menunjukkan mikrostruktur lebih kasar yang dapat menurunkan kekuatan puncak yang dapat dicapai. Tegangan sisa machining dan pelunakan HAZ las juga dapat memengaruhi performa lelah dan tarik.

Sifat	O/Anil	Temper Utama (T6/T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	90–140 MPa	240–300 MPa	Rentang tergantung ketebalan dan perlakuan panas tepat; T6 memberikan respons terkuat.
Kekuatan Luluh	40–70 MPa	160–260 MPa	Luluh meningkat signifikan dengan penuaan buatan; penyebaran dikendalikan oleh proses.
Perpanjangan	20–35%	6–12%	Anil untuk pembentukan; temper penuaan puncak memiliki duktisitas lebih rendah dan kekuatan lebih tinggi.
Kekerasan	25–40 HB	70–95 HB	Kekerasan Brinell sejalan dengan kekuatan tarik; bervariasi dengan temper dan mikrostruktur.

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density	2.70 g/cm³	Tipikal untuk paduan aluminium; menyediakan rasio kekuatan terhadap berat yang baik.
Rentang Leleh	≈ 555–640 °C	Rentang solidus/liquidus tergantung Si dan pengotor lain; bukan titik leleh tunggal.
Konduktivitas Termal	130–160 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni tapi masih tinggi untuk aplikasi penukar panas.
Konduktivitas Listrik	32–44 % IACS	Lebih rendah dari aluminium murni karena paduan; cukup untuk banyak aplikasi listrik.
Kalor Spesifik	≈ 900 J/kg·K	Kalor spesifik aluminium umum digunakan dalam perhitungan massa termal.
Ekspansi Termal	23–24 µm/m·K	Mirip dengan paduan Al-Mg-Si lain; penting untuk perhitungan tegangan termal.

Kombinasi konduktivitas listrik dan termal 8021 adalah kompromi yang berguna antara aluminium murni dan sistem paduan berkekuatan tinggi yang intensif. Ekspansi termal dan densitas rendah membuatnya menarik untuk rakitan di mana ekspansi termal yang sesuai dan kontrol berat diperlukan. Insinyur harus memperhitungkan penurunan konduktivitas dibanding aluminium murni saat merancang komponen transfer panas atau struktur bus listrik.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis (Sheet)	0.2–6.0 mm	Seragam melalui proses cold rolling; ketebalan yang lebih tipis memungkinkan pendinginan lebih cepat	O, H14, T4, T6, T651	Digunakan untuk panel bodi, housing, dan penukar panas
Plat Tebal (Plate)	>6.0–100 mm	Dapat menunjukkan kekuatan puncak yang lebih rendah akibat ketebalan yang lebih besar	O, T6	Komponen struktural yang membutuhkan kekuatan pada bagian dengan ketebalan lebih besar
Ekstrusi	Penampang hingga 300 mm	Kekuatan bergantung pada rasio ekstrusi dan keadaan presipitasi	T5, T6	Profil kompleks, rel, dan rangka
Tabung	Diameter 6–200+ mm	Ketebalan dinding memengaruhi pendinginan dan respons penuaan	O, T6	Tabung penukar panas, saluran
Batang/Kawat (Bar/Rod)	Diameter 6–100 mm	Dapat dimesin dalam kondisi O; kekuatan lebih tinggi pada T6	O, T6	Pengikat, pin, poros (jika ketahanan korosi memadai)

Proses plat tipis dan foil bergantung pada penjadwalan rolling yang terkontrol dan perlakuan solusian untuk mencapai perilaku presipitasi yang seragam pada 8021. Ekstrusi membutuhkan kontaminasi kimia dan homogenitas billet yang ketat untuk menghindari cacat permukaan dan menghasilkan sifat mekanik yang konsisten. Produksi plat untuk bagian struktural menggunakan siklus termal yang lebih panjang dan kadang homogenisasi untuk meminimalkan segregasi garis tengah dan intermetalik kasar.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	8021	USA	Penunjukan paduan komersial yang diakui; digunakan dalam rantai pasok Amerika Utara.
EN AW	8021 (atau sementara)	Eropa	Beberapa pabrik menyediakan ekuivalen EN berdasarkan spesifikasi proyek daripada standarisasi luas.
JIS	A8021 (komersial)	Jepang	Sering dirujuk dalam literatur pemasok; komposisi kimia dapat bervariasi.
GB/T	8021	Tiongkok	Penunjukan komersial ada namun toleransi komposisi mungkin sedikit berbeda.

Ekuivalen langsung satu lawan satu untuk paduan 8xxx bisa ambigu karena standar regional sering memperbolehkan tingkat impuritas dan penamaan temper yang sedikit berbeda. Pembeli dianjurkan meminta sertifikat pabrik dan analisis kimia untuk pembelian lintas negara dan jika perlu, menentukan batasan properti kritis daripada hanya mengandalkan label grade.

Ketahanan Korosi

8021 umumnya menawarkan ketahanan korosi atmosfer yang baik berkat rasio Mg/Si yang seimbang dan kandungan tembaga yang terkendali. Paduan ini membentuk oksida yang stabil dan melekat di banyak lingkungan serta tahan terhadap pitting lebih baik daripada paduan dengan kandungan tembaga lebih tinggi, sehingga sangat cocok untuk aplikasi arsitektur eksterior dan trim otomotif.

Dalam atmosfer laut dan kondisi semprotan garam, 8021 menunjukkan performa yang cukup baik jika dibandingkan dengan paduan seri 5xxx, meskipun perendaman jangka panjang dalam larutan klorida akan memperlihatkan kerentanan terhadap serangan lokal jika lapisan pelindung tidak memadai. Film pasif dapat ditingkatkan dengan anodizing atau lapisan konversi untuk memperpanjang umur pakai dalam lingkungan agresif.

Retak korosi tegangan (SCC) bukanlah mode kegagalan utama pada 8021 jika dibandingkan dengan paduan 7xxx berdaya tinggi, namun material yang terlalu tua (overaged) atau pengelasan yang tidak tepat dengan presipitat kasar dapat mengurangi ketahanan SCC. Pasangan galvanik harus diatur dengan mengisolasi paduan katodik (misalnya baja tahan karat) dan memilih pengikat atau pelapis yang kompatibel; konduktivitas sedang dan perilaku korosi menempatkan 8021 di antara keluarga 3xxx/5xxx yang lebih stabil dan keluarga 2xxx/7xxx yang lebih aktif.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Las
8021 dapat dilas dengan baik menggunakan proses umum (TIG, MIG/GMAW, dan las tahanan) jika perhatian diberikan pada input panas dan kompatibilitas kawat las. Kawat las tipikal adalah seri 4xxx (Al‑Si) atau campuran 5xxx/4xxx tergantung pada ketahanan korosi dan pemeliharaan kekuatan yang diperlukan; kawat las 4xxx mengurangi kecenderungan retak panas dengan mendorong logam las yang lebih duktile. Zona terpengaruh panas (HAZ) umumnya melunak relatif terhadap logam dasar yang dipuncaki, sehingga perlakuan panas pascalas atau kompensasi desain mungkin diperlukan untuk aplikasi struktural.

Kemudahan Mesin
Dalam kondisi teranil (annealed), 8021 dapat dimesin dengan cara yang mirip paduan Al‑Mg‑Si lain dengan kontrol serpihan yang baik dan keausan alat yang rendah; indeks kemudahan mesin berskala sedang hingga tinggi. Penggunaan alat carbide atau baja kecepatan tinggi dengan pelapis TiN direkomendasikan untuk pemotongan terputus atau kondisi T6 yang lebih keras. Kecepatan dan umpan pemotongan yang direkomendasikan harus konservatif untuk temper yang dipuncaki agar menghindari terbentuknya buil-up edge; pendinginan dan geometri tajam mengurangi pengerasan permukaan selama proses mesin.

Kemampuan Bentuk
Pembentukan terbaik dilakukan pada temper O atau T4 di mana daktailitas dan perilaku springback menguntungkan; radius tikungan minimum bergantung pada temper dan ketebalan, biasanya 1–3× ketebalan untuk lentur sederhana pada plat teranil. Kerja dingin meningkatkan kekuatan melalui pengerasan regangan, dan siklus solusi/penuaan berikutnya dapat memulihkan atau memperkeras bagian. Untuk deep drawing atau stamping kompleks, gunakan pelumas dan pembentukan bertahap untuk menghindari kerutan dan retak tepi.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai anggota kelompok paduan yang dapat diperlakukan panas (berkat Mg dan Si), 8021 menjalani urutan temper T standar: perlakuan solusian pada suhu tipikal 500–540 °C untuk melarutkan fase larut, pendinginan cepat (quenching) untuk mempertahankan larutan padat jenuh, dan penuaan buatan pada 150–200 °C untuk mengendapkan Mg2Si dan fase terkait. Waktu perlakuan solusian dan laju pendinginan sangat penting untuk plat tipis dan plat tebal; ketebalan tipis mampu mendingin lebih cepat dan mencapai kekuatan puncak yang lebih seragam dibandingkan bagian tebal.

Siklus penuaan buatan tipikal untuk temper T6 mencapai properti puncak dalam 4–12 jam pada 160–185 °C, sementara siklus T5 lebih pendek dan terjadi pada bentuk yang dibentuk atau diekstrusi yang didinginkan dari temperatur tinggi. Overaging mengurangi kekuatan puncak namun meningkatkan relaksasi tegangan dan ketangguhan; overaging tipe T7 digunakan di mana stabilitas termal dan ketahanan SCC menjadi prioritas.

Jika 8021 diproses dalam temper kerja keras, annealing (O) dilakukan dengan perendaman pada ~350–400 °C diikuti pendinginan lambat untuk melunakkan paduan dan mengembalikan kemampuan bentuk. Rangkaian kerja dingin dan anneal parsial (temper H) digunakan untuk mengatur kekuatan tanpa siklus perlakuan panas penuh.

Performa Pada Temperatur Tinggi

8021 mempertahankan sifat mekanik yang berguna hingga suhu layanan sedang; di atas ~150 °C fase presipitat Mg2Si mulai membesar dan paduan mengalami penurunan kekuatan yang terukur. Untuk layanan kontinual pada suhu tinggi, perancang sebaiknya mempertimbangkan overaging untuk menstabilkan mikrostruktur, namun ini mengurangi kekuatan puncak pada suhu kamar.

Oksidasi terbatas berkat lapisan oksida aluminium yang melindungi, tetapi paparan lama pada suhu tinggi dapat menyebabkan skala dan difusi unsur terlarut yang mengubah tampilan permukaan dan sifat mekanik. Zona terpengaruh panas las (HAZ) yang terkena suhu layanan tinggi dapat menunjukkan pelunakan atau pembesaran presipitat lebih lanjut, sehingga margin desain dan stabilisasi pascalas las sering ditentukan untuk aplikasi siklus termal.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 8021
Otomotif	Panel bodi, panel struktural dalam	Keseimbangan antara kemudahan bentuk dan kekuatan; penghematan bobot dan performa korosi yang baik
Kelautan	Trim, braket struktural ringan	Ketahanan korosi dan kemampuan las di lingkungan yang agak agresif
Aerospace	Fitting sekunder, fairing	Rasio kekuatan terhadap berat dan perilaku termal yang menguntungkan untuk struktur non-primer
Elektronik	Heat sink, housing	Konduktivitas termal baik dan kemudahan pembentukan bentuk rumit

8021 umum dipilih untuk aplikasi di mana perancang membutuhkan kompromi antara kemudahan pembentukan aluminium dengan paduan rendah dan kekuatan paduan heat-treatable yang lebih tinggi. Kemampuannya untuk berbagai bentuk produk dan jadwal temper menjadikannya pilihan yang hemat biaya untuk komponen struktural kelas menengah dan bagian pengelolaan panas.

Wawasan Pemilihan

Panduan singkat: pilih 8021 ketika Anda memerlukan kekuatan lebih tinggi daripada aluminium murni komersial sambil mempertahankan kemudahan bentuk dan perilaku korosi yang lebih baik dibandingkan beberapa paduan heat-treatable berdaya tinggi. Ini adalah pilihan praktis ketika kekuatan puncak sedang, kemudahan las yang baik, dan konduktivitas termal yang wajar dibutuhkan tanpa perlakuan khusus seperti pada paduan seri 7xxx berdaya tinggi.

Dibandingkan dengan 1100 (aluminium murni komersial), 8021 menukar sebagian konduktivitas listrik dan termal untuk peningkatan signifikan dalam kekuatan tarik dan kekuatan luluh serta pengurangan springback selama pembentukan. Dibandingkan dengan paduan yang mengalami pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, 8021 biasanya menawarkan kekuatan yang lebih tinggi setelah proses aging dengan ketahanan korosi yang serupa atau lebih baik, namun memiliki pembentukan dingin yang kurang mudah tanpa annealing antara tahap. Dibandingkan dengan paduan heat-treatable umum seperti 6061 atau 6063, 8021 mungkin memiliki kekuatan puncak yang sedikit lebih rendah, tetapi dapat lebih disukai untuk kemudahan pengelasan, respons aging yang lebih sederhana, atau ketika dibutuhkan keseimbangan khusus antara konduktivitas dan kemampuan bentuk.

Biaya dan ketersediaan juga harus dipertimbangkan: 8021 menarik untuk komponen volume tinggi di mana keseimbangan yang disesuaikan mengurangi langkah proses, tetapi untuk kekuatan tertinggi atau ketika kimia bersertifikat untuk aplikasi dirgantara diperlukan, paduan 6xxx atau 7xxx mungkin masih dibutuhkan.

Ringkasan Penutup

8021 tetap relevan sebagai paduan aluminium mid-range yang serbaguna dan memungkinkan desainer menjembatani kesenjangan antara aluminium murni yang sangat mudah dibentuk dan sistem paduan dengan kekuatan sangat tinggi namun lebih rapuh. Respons temper yang dapat disesuaikan, kemudahan pengelasan yang memadai, serta sifat korosi dan termal yang seimbang menjadikannya bahan praktis untuk aplikasi otomotif, kelautan, elektronik, dan dirgantara ringan di mana aspek manufaktur dan performa biaya-efektif menjadi pertimbangan utama.