Aluminium 8091: Komposisi, Properti, Panduan Temper, & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

8091 adalah paduan aluminium-lithium (Al-Li) seri yang dikembangkan untuk aplikasi dirgantara di mana kekuatan spesifik tinggi dan densitas rendah menjadi faktor utama. Ini termasuk dalam keluarga seri 8xxx paduan Al-Li yang ditandai dengan lithium sebagai unsur paduan utama; lithium mengurangi densitas dan meningkatkan modulus dibandingkan dengan paduan Al-Mg atau Al-Cu konvensional.

Unsur paduan dominan dalam 8091 biasanya meliputi lithium, tembaga, dan zirconium, dengan tambahan minor atau impuritas magnesium, silikon, besi, serta elemen jejak seperti titanium dan kromium. Penguatan sebagian besar berasal dari mekanisme pengerasan usia (presipitasi) khas paduan Al-Li yang dapat diperlakukan panas, yang diperkuat dengan kontrol mikrostruktur melalui dispersoid (misalnya Al3Zr) dan pengerjaan dingin terkontrol pada temper tertentu.

Sifat utama 8091 adalah rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi, densitas lebih rendah dibandingkan paduan aluminium konvensional, kekakuan baik per satuan massa, dan performa kelelahan yang menguntungkan pada banyak temper. Ketahanan korosi dan kemampuan lasnya dapat diterima tetapi lebih sensitif terhadap komposisi kimia dan temper dibandingkan paduan 5xxx/6xxx umum; kemampuan bentuknya sedang dan paling baik pada temper yang dianil atau perlakuan larut.

Industri tipikal yang menggunakan 8091 meliputi struktur primer dan sekunder dirgantara, komponen transportasi berperforma tinggi, serta struktur pertahanan dan luar angkasa kelas atas tertentu. Insinyur memilih 8091 ketika meminimalkan massa sambil mempertahankan kekuatan statis dan kelelahan tinggi dianggap lebih penting daripada memaksimalkan ketahanan korosi lingkungan biasa atau stabilitas termal mutlak.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Bentuk	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Sangat baik	Sangat baik	Sepenuhnya dianil; terbaik untuk pembentukan dan penarikan dalam
T3	Sedang-Tinggi	Sedang	Baik	Sedang	Perlakuan panas larut, pengerjaan dingin, penuaan alami
T6	Tinggi	Rendah–Sedang	Cukup	Sedang	Perlakuan panas larut dan penuaan buatan untuk kekuatan puncak
T8 / T852	Tinggi	Rendah–Sedang	Cukup	Sedang	Pengerjaan dingin kemudian penuaan buatan; kelelahan lebih baik
T351	Sedang-Tinggi	Sedang	Baik	Sedang	Perlakuan larut, pengurangan tegangan dengan peregangan
H111 / H32	Sedang	Sedang	Baik	Sedang	Temper pengerasan regangan komersial, pengerasan terbatas

Temper memiliki pengaruh utama pada kekuatan, keuletan, dan kemampuan bentuk 8091 karena penguatannya sebagian besar berbasis presipitasi dan dapat diubah oleh pengerjaan dingin terkontrol. Temper yang dianil memaksimalkan keuletan dan digunakan untuk operasi pembentukan, sementara temper tipe T6 memaksimalkan kekuatan dengan mengorbankan elongasi dan kemampuan membengkok.

Komposisi Kimia

Unsur	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.10–0.25	Impuritas tipikal; dikontrol untuk membatasi intermetalik getas
Fe	≤ 0.10–0.30	Impuritas; Fe berlebih dapat membentuk intermetalik yang mengurangi ketangguhan
Mn	≤ 0.05–0.30	Minor; dapat memengaruhi rekristalisasi dan ukuran fragmen
Mg	0.05–0.40	Kontributor penguatan minor pada beberapa batch
Cu	0.5–2.5	Unsur penguat utama yang meningkatkan respon pengerasan usia
Zn	≤ 0.10–0.50	Rendah sampai sedang; Zn tinggi dapat meningkatkan kerentanan terhadap SCC
Cr	≤ 0.05–0.20	Jejak; dapat mempengaruhi struktur butir dan rekristalisasi
Ti	≤ 0.02–0.10	Penghalus butir dalam produksi cetakan/ingot
Li	~0.7–2.5	Unsur penguat utama berdensitas rendah (rentang khas Al-Li)
Zr	0.05–0.25	Pembentuk dispersoid (Al3Zr) untuk mengontrol pertumbuhan butir dan tekstur
Lainnya	Balance Al + elemen jejak	Variabilitas menurut produsen; harap merujuk pada lembar spesifikasi pemasok

Tingkat Li dan Cu mengatur kimia presipitasi dan dengan demikian kekuatan puncak yang bisa dicapai pada 8091. Zr sengaja ditambahkan pada tingkat rendah untuk membentuk dispersoid yang menahan batas butir dan menekan rekristalisasi selama pemrosesan termomekanik. Elemen minor dan impuritas seperti Fe dan Si dikendalikan ketat karena mereka membentuk intermetalik getas yang menurunkan ketangguhan patah dan ketahanan inisiasi retak kelelahan.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik 8091 sangat bergantung pada temper. Pada temper puncak usia (T6/T8), kekuatan tarik bisa jauh lebih tinggi dibandingkan paduan 6xxx konvensional berdasarkan kekuatan per berat, dengan kekuatan luluh meningkat akibat presipitasi fasa Al-Li dan Al-Cu; keuletan berkurang dibandingkan temper annealed. Elongasi hingga putus sedang pada kondisi perlakuan panas dan lebih tinggi pada temper O atau T351 yang digunakan untuk pembentukan, memengaruhi radius pembentukan yang diizinkan dan ketahanan benturan.

Kekerasan berkorelasi dengan pengerasan usia; material yang diproses pada puncak usia menunjukkan nilai kekerasan Vickers atau Brinell lebih tinggi serta peningkatan ketahanan terhadap indentasi lokal. Performa kelelahan adalah keunggulan bagi banyak paduan Al-Li termasuk 8091 karena lithium meningkatkan modulus dan distribusi presipitat tertentu mengurangi laju pertumbuhan retak; namun, ketahanan kelelahan tergantung pada kondisi permukaan, temper, dan keadaan korosi. Ketebalan dan bentuk produk mempengaruhi respons mekanik: ketebalan lebih tipis cenderung mencapai presipitasi lebih seragam dan kekuatan efektif lebih tinggi setelah penuaan, sedangkan plat tebal mungkin menunjukkan gradien sifat di seluruh ketebalan dan memerlukan jadwal quenching/penuaan terkontrol.

Sifat	O/Dianil	Temper Utama (T6/T8)	Catatan
Kekuatan Tarik	200–320 MPa (tipikal)	450–550 MPa (puncak tipikal)	Nilai bervariasi dengan kimia, proses, dan ketebalan
Kekuatan Luluh	110–220 MPa (tipikal)	360–460 MPa (puncak tipikal)	Rasio luluh-terhadap-tarik dipengaruhi oleh keadaan presipitat
Elongasi	20–30%	6–15%	Temper dianil memberikan keuletan tertinggi untuk pembentukan
Kekerasan	40–70 HB	100–140 HB	Kenaikan kekerasan berhubungan dengan presipitasi dan pengerjaan dingin

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Densitas	~2.60–2.65 g/cm³	Lebih rendah daripada aluminium konvensional (2.70 g/cm³) karena kandungan Li
Rentang Leleh	~500–640 °C (perkiraan solidus–liquidus)	Paduan mengubah solidus; ikuti data TTT pemasok untuk pengecoran
Konduktivitas Termal	~120–150 W/m·K	Lebih rendah dari seri 1xxx dengan konduktivitas tinggi tetapi cukup untuk banyak struktur
Konduktivitas Listrik	~30–45% IACS	Berkurang dibandingkan aluminium murni karena penambahan paduan
Kalor Spesifik	~880–920 J/kg·K	Urutan besarnya serupa dengan paduan aluminium umum
Koefisien Ekspansi Termal	~21–24 µm/m·K (20–100 °C)	Agak lebih rendah daripada banyak paduan Al-Mg karena kandungan Li

Densitas lebih rendah dari 8091 adalah salah satu keunggulan utamanya untuk struktur yang sangat memperhatikan massa; ini menghasilkan kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih baik. Konduktivitas termal dan listrik berkurang relatif terhadap aluminium murni karena paduan menghambat pergerakan elektron dan fonon; perancang harus memperhitungkan pengurangan ini dalam manajemen termal atau aplikasi listrik. Ekspansi termal sedikit berkurang oleh lithium, meningkatkan stabilitas dimensi pada aplikasi siklus suhu.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0,5–6 mm	Seragam sepanjang ketebalan jika diproses dengan benar	O, T3, T6, T8, T351	Dipilih untuk kulit pesawat terbang yang dibentuk dan panel sekunder
Plat	6–100+ mm	Potensi gradien kekuatan sepanjang ketebalan; plat tebal memerlukan quench yang cermat	T6, T8, T351	Digunakan untuk forging, web struktural, dan elemen beban tinggi
Ekstrusi	Profil hingga beberapa ratus mm	Dapat mempertahankan kekuatan tinggi jika presipitasi terkontrol	T6, T8, O	Penampang kompleks dimungkinkan tetapi dibatasi oleh tegangan alir paduan
Pipa	Diameter/dinding bervariasi	Perilaku temper serupa dengan lembaran/ekstrusi	T6, T351	Digunakan pada pipa struktural dan komponen rangka pendaratan dalam beberapa kasus
Batang/Bara	Diameter hingga 200 mm	Ketebalan penampang yang lebih besar mengurangi efektivitas quench	T6, T8, O	Digunakan untuk fitting mesin dan pengikat yang membutuhkan kekuatan spesifik tinggi

Lembaran dan produk ketebalan tipis sering diproses untuk memaksimalkan efektivitas quench sepanjang ketebalan dan presipitasi yang seragam, menghasilkan kekuatan lebih tinggi dan konsisten. Plat tebal dan batang memerlukan perlakuan panas yang disesuaikan dan sering juga pemanasan panas (hot-forming) diikuti perlakuan larutan dan penuaan bertahap untuk meminimalkan gradien sifat dan mempertahankan ketangguhan. Ekstrusi harus menyeimbangkan karakteristik aliran paduan dengan jadwal perlakuan panas akhir untuk mencapai sifat mekanik yang dirancang.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	8091	USA	Paduan Al-Li dirgantara yang diakui dalam beberapa katalog pemasok
EN AW	—	Eropa	Tidak ada kesetaraan numerik EN AW langsung; diklasifikasikan dalam keluarga Al-Li
JIS	—	Jepang	Tidak ada kesetaraan JIS langsung; material biasanya ditentukan oleh pemasok
GB/T	—	China	Setara lokal tidak distandarisasi; material sering diimpor atau ditentukan berdasarkan komposisi

Seringkali tidak ada referensi silang satu-satu langsung untuk paduan Al-Li canggih seperti 8091 di seluruh standar global. Perbedaan dalam batas komposisi, proses, dan praktek perlakuan panas proprietari berarti grade “setara” harus divalidasi melalui pengujian mekanik dan pemeriksaan kimia, bukan hanya berdasarkan nomor paduan nominal. Saat substitusi, verifikasi respons temper, sensitivitas quench, dan perilaku retak/lelah di bawah urutan proses manufaktur yang diinginkan.

Ketahanan Korosi

Dalam lingkungan atmosfir, 8091 umumnya memberikan kinerja yang dapat diterima bila dipadu dan diperlakukan panas dengan tepat, tetapi perilaku korosinya lebih kompleks dibanding paduan seri 5xxx/6xxx tipikal. Kehadiran tembaga dan litium dapat meningkatkan kerentanan terhadap korosi lokal dan serangan antarbutir jika kadar impuritas atau jaringan presipitat yang diinduksi proses tidak dikendalikan ketat. Finishing permukaan, kladding, dan lapisan pelindung umum digunakan pada komponen 8091 yang dirancang untuk paparan lama terhadap atmosfer agresif.

Di lingkungan laut dan yang tinggi salinitas, kandungan tembaga dapat memicu pitting lokal pada beberapa temper, sehingga toleransi desain dan sistem perlindungan korosi penting saat 8091 digunakan untuk struktur pesisir atau kelautan. Kerentanan terhadap stress corrosion cracking (SCC) sensitif terhadap temper dan kimia; kondisi overaged dan desain temper yang tepat dapat mengurangi risiko SCC, sementara kondisi peak-aged tertentu mungkin lebih rentan di bawah tegangan tarik berkelanjutan dalam media korosif.

Interaksi galvanik mengikuti praktik standar aluminium: 8091 harus diisolasi dari material katodik seperti baja tahan karat, tembaga, atau komposit grafit saat ada kontinuitas listrik dan paparan kelembaban. Dibandingkan dengan paduan 5xxx dan 6xxx, 8091 menawarkan performa lelah/korosi yang kompetitif bila diproses dengan benar, tetapi umumnya tidak menandingi ketahanan korosi klorida alami dari paduan 5xxx dengan magnesium lebih tinggi.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Las
8091 dapat dilas menggunakan metode fusi dan solid-state, tetapi kemampuan las bergantung pada kimia dan temper. Tungsten inert gas (TIG) dan metal inert gas (MIG) umum digunakan; paduan pengisi yang dirancang khusus untuk sistem Al-Li atau Al-Cu rendah-Li (konsultasikan rekomendasi pemasok, misalnya pengisi berbasis Al-Cu) disarankan untuk menghindari logam las rapuh. Risiko hot-cracking dan porositas ada jika desain sambungan, input panas, dan paduan pengisi tidak dioptimalkan; pelunakan HAZ dapat terjadi pada logam induk peak-aged dan perlakuan penuaan pasca las atau perbaikan mekanis mungkin diperlukan.

Kemudahan Mesin (Machinability)
Kemudahan mesin 8091 umumnya sedang dan setara dengan paduan aluminium kekuatan tinggi lain; mesin ini lebih bersih dibanding beberapa baja kekuatan tinggi tapi membutuhkan setup kaku karena modulus elastis yang lebih rendah dibanding baja. Peralatan karbida dan geometri tajam mendukung hasil permukaan yang baik dan kontrol serbuk pahat; kecepatan potong yang direkomendasikan lebih tinggi dari paduan ferrous namun harus dioptimalkan untuk menghindari pembentukan tepi build-up dan pelunakan termal. Morfologi serbuk chip cenderung pendek hingga semi-kontinu dengan geometri alat dan pendinginan yang sesuai.

Kemampuan Bentuk (Formability)
Kemampuan bentuk terbaik pada temper annealed atau penuaan ringan dan menurun saat kekuatan meningkat pada kondisi T6/T8. Radius lentur minimum bergantung pada temper dan ketebalan tetapi perancang biasanya memulai dengan 2–3T (T = ketebalan) untuk tekukan sedang pada lembaran annealed dan menambah radius untuk material perlakuan panas. Cold working dapat digunakan untuk membentuk bagian secara bertahap sebelum siklus penuaan akhir guna meminimalkan springback dan retak.

Perilaku Perlakuan Panas

8091 dapat diperlakukan panas; perancang dan fabrikator harus mengontrol perlakuan larutan, quenching, dan penuaan untuk mengembangkan sifat target. Perlakuan larutan tipikal melibatkan pemanasan hingga rentang di mana fasa pembawa Cu dan Li larut (konsultasikan data pemasok; biasanya 520–560 °C), diikuti quench cepat untuk mempertahankan zat terlarut. Penuaan buatan pada suhu sedang (misalnya 150–190 °C) memicu presipitasi fase penguat untuk mencapai kondisi T6 atau T8; waktu dan suhu penuaan mengatur kompromi puncak versus overaged antara kekuatan dan ketangguhan.

Transisi antar temper dapat diprediksi tetapi sensitivitas quench adalah variabel proses kritis untuk bagian tebal di mana pendinginan pusat lebih lambat. Overaging dapat meningkatkan ketangguhan dan resistensi SCC namun menurunkan kekuatan puncak. Untuk langkah proses non-heat-treatable (jika berlaku), pengerasan kerja dan annealing tetap menjadi alat utama untuk menyesuaikan respons mekanik.

Kinerja Suhu Tinggi

8091 mengalami penurunan kekuatan signifikan seiring meningkatnya suhu; perancang harus membatasi suhu operasi kontinu jauh di bawah ambang penuaan atau pelarutan presipitat. Batas suhu operasi praktis sering pada kisaran 120–150 °C untuk aplikasi struktural penopang beban; paparan suhu lebih tinggi mempercepat overaging dan pelunakan. Oksidasi relatif moderat pada suhu operasi tipikal, tetapi paparan suhu tinggi selama fabrikasi (pengelasan, brazing, atau pelurusan panas) dapat menghasilkan perubahan sifat lokal di sekitar HAZ dan material terdampak panas sekitarnya.

Perilaku lelah dan retak pada suhu tinggi menurun lebih cepat daripada pada suhu ruang karena relaksasi mirip creep yang dipercepat pada struktur presipitat selama paparan lama. Jika siklus termal signifikan, pengulangan melalui rentang penuaan atau overaging menuntut margin desain konservatif dan pengujian kualifikasi.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 8091
Dirgantara	Panel kulit fuselage dan sayap, klip geser	Kekuatan spesifik tinggi dan densitas lebih rendah untuk struktur primer/sekunder yang sensitif terhadap bobot
Kelautan	Komponen struktural ringan	Rasio kekakuan terhadap bobot yang baik dan massa berkurang untuk efisiensi kendaraan (dengan perlindungan korosi)
Defensa Dirgantara	Fitting, bulkhead, stiffener	Kinerja lelah yang baik dan respons temper yang disesuaikan untuk beban siklik
Elektronik / Manajemen Termal	Penopang struktural dan rumah casing	Densitas rendah dan konduktivitas termal yang dapat diterima dimana penghematan massa penting

8091 dipilih ketika kekuatan spesifik dan kekakuan tinggi, dikombinasikan dengan fatigue dan kemampuan fabrikasi yang dapat diterima, memberikan penghematan massa pada tingkat sistem. Material ini kurang sering digunakan ketika prioritas utama adalah biaya rendah, ketahanan korosi sangat tinggi di lingkungan klorida agresif, atau paparan suhu tinggi yang lama. Spesifikasi material yang teruji, jalur proses, dan perlakuan permukaan pelindung adalah prasyarat rutin untuk hardware penerbangan.

Wawasan Pemilihan

8091 tepat digunakan ketika meminimalkan massa dan memaksimalkan kekuatan per berat lebih penting daripada biaya material absolut atau kemudahan perbaikan di lapangan. Pilih 8091 untuk struktur primer atau sekunder dirgantara, atau rangka performa tinggi lain, ketika penghematan bobot siklus hidup membenarkan penanganan dan kualifikasi khusus.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), 8091 menukar kekuatan yang lebih tinggi dan densitas yang lebih rendah dengan konduktivitas listrik/termal dan kemampuan bentuk yang berkurang. Dibandingkan dengan paduan kerja-dikeraskan seperti 3003 atau 5052, 8091 mencapai kekuatan spesifik yang jauh lebih tinggi tetapi umumnya memerlukan perlakuan panas dan proses yang lebih terkontrol untuk ketahanan korosi dan retak akibat korosi tegangan (SCC). Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas umum seperti 6061, 8091 memberikan densitas yang lebih rendah dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi; 6061 masih bisa lebih disukai untuk komponen serbaguna karena biaya, ketersediaan yang lebih luas, dan perilaku pengelasan yang lebih sederhana.

Saat memilih 8091, pertimbangkan faktor-faktor termasuk ketersediaan rantai pasokan, kebutuhan akan logam pengisi khusus dan penuaan pascapengelasan, serta paparan lingkungan; jika diperlukan pengelasan lapangan yang mudah atau ketahanan korosi maksimum di lingkungan laut yang keras, pertimbangkan paduan alternatif atau desain sistem pelindung.

Kesimpulan Akhir

8091 tetap menjadi paduan Al-Li yang relevan untuk rekayasa modern di mana pengurangan massa sekaligus menjaga kekuatan statis dan ketahanan lelah yang tinggi sangat penting. Performa paduan ini sangat bergantung pada pengendalian kimia yang cermat, perlakuan panas, dan praktik fabrikasi, dan ketika semua itu dikelola dengan baik, paduan ini menawarkan kombinasi menarik antara densitas rendah, kekakuan spesifik tinggi, dan ketahanan lelah untuk aplikasi dirgantara dan struktural berperforma tinggi.