Aluminium A2014: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Lengkap

A2014 adalah paduan Al-Cu dalam seri 2xxx (Al-Cu(-Mg/-Mn)) yang terutama dipadu dengan tembaga dan mangan. Ini termasuk dalam keluarga paduan aluminium berkekuatan tinggi yang dapat dilakuan perlakuan panas yang dikembangkan untuk komponen struktural dimana kekuatan tarik dan luluh menjadi faktor utama desain.

Penguatan pada A2014 dicapai terutama melalui perlakuan panas pelarutan diikuti dengan quenching dan penuaian buatan, menghasilkan presipitat Al-Cu metastabil halus (terutama fase θ′ dan θ) yang meningkatkan kekuatan luluh dan tarik. Paduan ini mempertahankan kemampuan machining yang cukup baik setelah penuaian, tetapi memiliki resistensi korosi dan kemampuan bentuk yang terbatas dibandingkan dengan keluarga 5xxx dan 6xxx, sehingga penggunaan pelapis pelindung dan penyesuaian desain untuk pembentukan umum diterapkan.

Industri tipikal untuk A2014 meliputi fitting dan bagian struktural aerospace, komponen otomotif performa tinggi, serta hardware hasil mesin untuk sektor rel kereta dan pertahanan. Insinyur memilih A2014 ketika diperlukan rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi dan ketahanan lelah yang baik serta keunggulan kekuatan yang dapat dilakuan perlakuan panas dianggap lebih penting daripada kelemahan sensitivitas korosi dan kemampuan bentuknya.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Bentuk	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi (18–30%)	Baik sekali	Baik sekali (tergantung desain)	Kondisi fully annealed untuk pembentukan dan pengurangan tegangan
H14	Rendah-Sedang	Sedang (10–18%)	Baik	Buruk sampai sedang	Strain-hardened, kemampuan bentuk dingin terbatas, tidak melalui perlakuan panas
T5	Sedang-Tinggi	Sedang (8–14%)	Sedang	Buruk	Didinginkan dari suhu tinggi dan penuaian buatan
T6	Tinggi	Rendah-Sedang (6–12%)	Terbatas	Buruk	Perlakuan panas pelarutan dan penuaian buatan untuk kekuatan puncak
T651	Tinggi	Rendah-Sedang (6–12%)	Terbatas	Buruk	Perlakuan panas pelarutan, direlaksasi tegangan dengan peregangan, kemudian penuaian buatan

Temper mengatur keseimbangan antara kekuatan dan plastisitas pada A2014. Temper O dan H digunakan saat diperlukan pembentukan atau pengerjaan dingin, sedangkan temper penuaian buatan (T5/T6/T651) memaksimalkan kekuatan dengan mengorbankan elongasi dan kemampuan bentuk.

Pemilihan temper yang tepat juga memengaruhi proses selanjutnya: T6/T651 memberikan kekuatan statis terbaik dan ketahanan lelah untuk bagian struktural, sementara temper seri O atau H lebih disukai untuk operasi bending atau pembentukan ekstensif sebelum perlakuan panas akhir.

Komposisi Kimia

Unsur	Rentang %	Catatan
Si	maks 0.5	Silicon rendah meminimalkan intermetalik keras dan rapuh; mengontrol kecenderungan pengecoran
Fe	maks 0.7	Impuritas umum; kandungan Fe tinggi menurunkan ketangguhan dan kemampuan machining
Mn	0.4–1.0	Mengontrol struktur butir dan meningkatkan kekuatan serta ketahanan retak
Mg	0.2–0.8	Mendukung pengerasan usia dan ketangguhan jika dikombinasikan dengan Cu
Cu	3.9–5.0	Unsur penguat utama; kunci pengerasan presipitasi
Zn	maks 0.25	Minor, dijaga rendah untuk menghindari sensitivitas korosi tegangan berlebih
Cr	maks 0.10	Pengontrol mikrostruktur; mengurangi rekristalisasi dan meningkatkan stabilitas
Ti	maks 0.15	Pemurni butir pada proses pengecoran/ingot
Lainnya	Seimbang Al, residual	Unsur jejak dikendalikan untuk menjaga konsistensi penuaian dan plastisitas

Tembaga adalah unsur paduan dominan yang menentukan kimia presipitat penguat. Mangan dan kromium ditambahkan dalam jumlah sedang untuk memurnikan struktur butir serta meningkatkan stabilitas pada suhu tinggi dan sifat retak, sedangkan magnesium melengkapi tembaga dalam mempercepat kinetika pengerasan usia.

Batas impuritas pada besi dan silikon penting untuk menjaga ketangguhan dan kemampuan mesin, serta menghindari pembentukan intermetalik kasar yang dapat menjadi titik inisiasi retak lelah.

Sifat Mekanik

A2014 menunjukkan kekuatan tarik dan luluh tinggi dalam kondisi penuaian puncak, dengan trade-off mencolok pada plastisitas dan ketahanan korosi. Pada temper T6/T651, kekuatan tarik biasanya mencapai ratusan MPa yang tinggi, sedangkan kondisi annealed menawarkan kekuatan yang cukup namun elongasi jauh lebih tinggi untuk operasi pembentukan. Kekuatan lelah A2014 yang dipenuaikan umumnya lebih baik daripada banyak paduan 5xxx jika desain dan machining dilakukan dengan benar, namun kondisi permukaan dan lingkungan korosi sangat mempengaruhi umur lelah.

Nilai luluh dan tarik sensitif terhadap ketebalan penampang, temper, dan kualitas perlakuan panas; bagian yang lebih tebal bisa sulit diperlakukan pelarutannya secara seragam sehingga menunjukkan kekuatan puncak yang lebih rendah dan sebaran sifat yang lebih besar. Kekerasan berbanding lurus dengan sifat tarik; transisi dari temper O ke T6 dapat meningkatkan kekerasan Brinell hingga dua sampai tiga kali tergantung bahan awal dan jadwal penuaian.

Struktur butir, porositas sisa, dan kerusakan permukaan akibat machining menjadi dominan dalam inisiasi retak lelah pada komponen berkekuatan tinggi; finishing dan perlindungan korosi yang tepat sangat penting untuk memperoleh kinerja mekanik yang dapat diprediksi.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (T6/T651)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	200–260 MPa	420–460 MPa	Nilai T6 khas untuk penampang tipis; penampang tebal bisa lebih rendah
Kekuatan Luluh (0.2% PS)	90–140 MPa	350–410 MPa	Kekuatan luluh meningkat signifikan setelah penuaian
Elongasi	18–30%	6–12%	Plastisitas berkurang pada temper berkekuatan tinggi
Kekerasan (HB)	50–75 HB	120–155 HB	Kekerasan mengikuti penuaian; indikasi densitas presipitat

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Massa Jenis	2.78 g/cm³	Sedikit lebih tinggi dibanding beberapa paduan 6xxx karena kandungan Cu
Rentang Titik Leleh	~500–645 °C	Rentang solidus–liquidus tergantung paduan dan segregasi lokal
Konduktivitas Termal	~110–130 W/m·K	Lebih rendah dari Al murni; Cu menurunkan konduktivitas dibanding seri 1xxx
Konduktivitas Listrik	~25–40 % IACS	Menurun karena paduan; tergantung temper dan pengerjaan dingin
Kalor Jenis	~880 J/kg·K (0.88 J/g·K)	Khas untuk paduan aluminium panas lurus pada suhu ambient
Ekspansi Termal	~23.5–24.5 µm/m·K	Mirip dengan paduan aluminium lain, relevan untuk rakitan bonded

Kehadiran tembaga dan unsur paduan lain menurunkan konduktivitas termal dan listrik dibanding aluminium komersial murni, yang penting bagi perancang yang mempertimbangkan jalur panas atau aplikasi listrik. Massa jenis dan ekspansi termal mendekati paduan aluminium struktural umum, memudahkan integrasi dalam rakitan aluminium campuran.

Rentang titik leleh dan solidus relevan untuk jendela proses brazing dan pengelasan; pemanasan berlebihan secara lokal pada pengelasan dapat menghasilkan presipitat kasar dan pelemahan HAZ, sehingga kontrol termal sangat penting.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0.5–8 mm	Lembaran tipis merespon baik temper T6; lembaran tebal lebih sulit perlakuan larutan	O, H14, T5, T6, T651	Digunakan untuk panel mesin dan kulit struktural dengan kebutuhan kekuatan tinggi
Plat	8–200 mm	Ketebalan besar menunjukkan penurunan kemampuan pengerasan; memerlukan perlakuan panas larutan terkendali	O, T6, T651 (sering dengan ketebalan terbatas)	Bagian berat memerlukan perlakuan panas dan kontrol quench khusus
Ekstrusi	Profil sampai penampang sedang	Penampang ekstrusi biasanya memerlukan penuaian untuk mengembangkan kekuatan	T5, T6 (setelah ekstrusi)	Terbatas dibanding paduan 6xxx; digunakan untuk profil kekuatan tinggi
Tabung	Ø bervariasi	Tabung dinding tipis mengeras dengan baik; tabung diameter besar mungkin dianil	O, T6	Digunakan pada anggota struktur dan fitting hidrolik
Batang/Rod	Diameter sampai 150 mm	Batang padat dapat mencapai kekuatan T6 tinggi jika perlakuan panas larutan benar	O, T6, T651	Umum untuk parts mesin seperti fitting, pin, dan poros

Tipe dan ukuran bentuk sangat memengaruhi sifat akhir karena perlakuan panas pelarutan dan laju quenching menentukan distribusi presipitat. Penampang tipis dan profil kecil mencapai kekuatan hampir puncak setelah penuaian T6 standar, sedangkan penampang besar sering memerlukan siklus perlakuan panas yang dimodifikasi dan kontrol proses ketat agar inti tidak kurang matang.

Rute pemrosesan juga berbeda: penggilingan lembaran/plat menghasilkan mikrostruktur terarah yang mempengaruhi anisotropi; ekstrusi dan tempa memerlukan homogenisasi dan penuaian berikutnya untuk mencapai target mekanik yang dirancang sekaligus mengurangi sensitivitas quench.

Grade Setara

Standar	Grade	Region	Catatan
AA	A2014	USA	Penamaan paduan tempa khas dalam spesifikasi material ASME/ASTM
EN AW	2014	Europe	Penamaan EN umumnya sejajar tetapi mungkin memiliki persyaratan uji mekanik sedikit berbeda
JIS	A2014	Japan	Umumnya setara secara komposisi dengan toleransi regional yang mungkin berbeda
GB/T	2A14 / 2014	China	Penamaan Cina yang umum digunakan; toleransi mekanik dan kimiawi mungkin sedikit berbeda

Penamaan setara antar standar secara luas memiliki komposisi yang mirip, namun toleransi spesifikasi, pengujian kualifikasi, dan batasan impuritas berbeda berdasarkan badan standar yang mengeluarkan. Perbedaan ini memengaruhi sertifikasi untuk aplikasi dirgantara atau peralatan tekanan dan mungkin membutuhkan dokumentasi pemasok untuk mengonfirmasi kesesuaian dengan standar pembeli.

Saat substitusi antar standar, periksa spesifikasi material terkait rentang ketebalan yang diperbolehkan, definisi temper (misalnya T651 vs T6), dan nilai mekanik minimum yang diwajibkan agar menghindari kegagalan di lapangan atau masalah kualifikasi.

Ketahanan Korosi

A2014 memiliki ketahanan korosi umum terbatas dibandingkan paduan seri 5xxx dan 6xxx karena kandungan tembaga yang meningkatkan aktivitas katodik dan dapat memicu korosi lokal. Dalam lingkungan atmosfer, dapat berkinerja memadai jika dilapisi atau dianodisasi, tetapi paparan tanpa perlindungan, khususnya di lingkungan laut atau mengandung klorida, mempercepat terjadinya pit dan serangan antarbutir.

Sensitivitas terhadap stress corrosion cracking (SCC) menjadi perhatian signifikan untuk paduan seri 2xxx, terutama di bawah tegangan tarik dan suhu tinggi; temper puncak penuaan (T6) dan wilayah terpengaruh las (HAZ) tertentu sangat rentan. Desain terhadap SCC meliputi penggunaan temper kekuatan lebih rendah di zona kritis, penerapan pelapis katodik atau penghalang, dan menghindari pasangan galvanik dengan logam lebih mulia tanpa isolasi.

Dibandingkan paduan 6xxx, A2014 mengorbankan ketahanan korosi demi kekuatan lebih tinggi; dibandingkan paduan 1xxx, A2014 menawarkan kekuatan jauh lebih besar namun konduktivitas dan ketahanan korosi jauh lebih rendah. Perlakuan permukaan (lapisan konversi, pengecatan, anodizing) dan pelapisan dengan aluminium murni menjadi metode mitigasi umum di lingkungan agresif.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Las

Pengelasan fusi A2014 menantang karena kandungan tembaganya yang tinggi dan sangat rentan terhadap retak panas serta pelunakan zona pengaruh panas (HAZ). Pengelasan gas tungsten arc (TIG) dan gas metal arc (MIG) dapat dilakukan dengan strategi pra-las dan pasca-las, tetapi zona las umumnya lebih lemah dibandingkan logam dasar T6 dan sering memerlukan perlakuan larutan lokal pasca-las serta penuaan ulang. Paduan isian dengan kandungan Si dan Mg lebih tinggi atau Cu lebih rendah (misalnya 4043, 5356) biasanya digunakan untuk mengurangi risiko retak, namun menciptakan zona metalurgi berbeda yang harus diperhatikan terkait gradasi properti mekanik.

Kemampuan Mesin (Machinability)

A2014 dianggap cukup baik untuk proses machining di antara paduan aluminium berdaya tahan tinggi karena kandungan tembaga yang memberikan pemutusan serpihan dan meningkatkan kekuatan untuk stabilitas dimensi. Alat potong berupa karbida atau karbida berlapis sangat disarankan; kecepatan potong sedang hingga tinggi dengan pengaturan rigid dan geometri rake positif meminimalkan pembentukan lapisan tepi yang menempel. Kecepatan pakan dan penggunaan pendingin diarahkan untuk mengeluarkan serpihan kecil tersegmentasi dan menghindari gesekan berlebihan alat-berbahan kerja yang menyebabkan noda permukaan.

Kemampuan Bentuk (Formability)

Formabilitas dingin pada temper puncak penuaan terbatas; pembengkokan dan penarikan dalam lebih baik dilakukan pada temper O atau H sebelum perlakuan larutan akhir dan penuaan. Radius pembengkokan minimum untuk plat T6 harus konservatif (misalnya beberapa kali ketebalan tergantung perkakas) dan efek springback harus diperhitungkan. Bila bentuk kompleks diperlukan, proses near-net-shape atau perlakuan panas pasca-forming umum digunakan untuk mencapai properti mekanik akhir.

Perilaku Perlakuan Panas

A2014 dapat diperlakukan panas dan mengikuti urutan pengerasan presipitasi klasik: perlakuan larutan, quenching, dan penuaan buatan. Suhu perlakuan larutan tipikal berada di kisaran 495–530 °C dengan pendinginan cepat (quenching air atau polimer) untuk mempertahankan larutan padat supersaturasi; quench yang tidak tepat mengakibatkan presipitat kasar dan kekuatan puncak berkurang. Jadwal penuaan buatan (misal T6) biasanya dilakukan pada suhu sekitar 160–190 °C selama beberapa jam untuk mengembangkan struktur presipitat θ′ dan mencapai kekuatan hampir maksimum.

Transisi temper mencakup T5 (didinginkan dari suhu tinggi dan penuaan buatan), T6 (perlakuan larutan dan penuaan buatan), dan T651 (relaksasi tegangan dengan peregangan kemudian penuaan buatan). Kontrol tingkat quench, suhu/waktu penuaan, dan kondisi pra-penuaan penting untuk meminimalkan sensitivitas quench, mengurangi distorsi, dan memaksimalkan kinerja kelelahan.

Kinerja Suhu Tinggi

Seperti paduan Al-Cu lainnya, A2014 mengalami penurunan kekuatan yang signifikan pada suhu tinggi; di atas kira-kira 120–150 °C kekuatan jangka panjang dan ketahanan creep menurun seiring presipitat menggerombol dan larut. Paparan jangka pendek pada suhu lebih tinggi selama proses (misalnya pengelasan) dapat menyebabkan over-aging atau pelarutan presipitat penguat, yang menghasilkan pelunakan HAZ dan penurunan properti mekanik lokal. Oksidasi terbatas (aluminium membentuk oksida pasif) namun skala yang terbentuk pada suhu sangat tinggi tidak melindungi terhadap kehilangan properti mekanik.

Untuk aplikasi suhu tinggi berkelanjutan, A2014 umumnya tidak direkomendasikan; perancang biasanya memilih paduan dengan stabilitas suhu lebih tinggi atau menambah perlindungan serta pengurangan performa saat terjadi lonjakan suhu sementara. Bila digunakan mendekati temperatur kerja tinggi, inspeksi rutin terhadap creep, relaksasi tegangan, dan SCC disarankan.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan A2014
Dirgantara	Fitting, clevis, tempa	Kekuatan terhadap berat tinggi dan ketahanan kelelahan pada bagian kompak
Otomotif	Bracket mesin presisi dan komponen kemudi berdaya tahan tinggi	Kekuatan untuk komponen penopang beban dengan efisiensi machining
Pertahanan / Kereta Api	Fitting struktural dan komponen senjata	Kemampuan machining dikombinasikan dengan kekuatan statis dan ketangguhan tinggi
Mesin Industri	Rumah gir dan badan katup	Kemampuan mematung bentuk kompleks dengan tingkat kekuatan tinggi

A2014 dipilih untuk komponen struktural berukuran kecil hingga sedang di mana kekuatan puncak dan kemampuan machining sangat penting serta paparan korosi dapat dikendalikan. Perannya dalam dirgantara dan hardware otomotif performa tinggi tetap penting ketika penghematan berat dan integritas struktural menjadi prioritas utama.

Wawasan Pemilihan

A2014 dipilih saat kekuatan tinggi yang dapat diperlakukan panas dan kemampuan mesin baik lebih diutamakan dibandingkan ketahanan korosi dan kemampuan bentuk. Dibandingkan aluminium murni komersial (misal 1100), A2014 menukar konduktivitas dan kemampuan bentuk dengan kekuatan luluh dan tarik jauh lebih tinggi, sehingga lebih baik untuk bagian struktural machining tetapi kurang cocok untuk komponen konduktif atau yang dibentuk secara ekstensif.

Dibandingkan paduan kerja keras seperti 3003 atau 5052, A2014 memberikan kekuatan statis dan performa kelelahan jauh lebih tinggi, namun ketahanan korosi menurun dan kurang cocok untuk operasi pembentukan berat. Dibandingkan paduan heat-treatable 6xxx yang umum (misal 6061 atau 6063), A2014 sering menawarkan kekuatan setara atau lebih tinggi pada temper tertentu dan kemampuan mesin lebih baik, tetapi ketahanan korosi lebih rendah serta konduktivitas termal/elektrik lebih sedikit; A2014 dipilih ketika kekuatan puncak dan ketahanan kelelahan lebih penting dari kekurangan tersebut.

• Pertimbangkan A2014 saat desain mengutamakan kekuatan statis dan kelelahan tinggi dengan presisi machining serta kemampuan pelapisan atau pelapisan klading yang dapat mengatasi risiko korosi. Trade-off ini biasanya menguntungkan A2014 di fitting dirgantara dan komponen mesin bertegangan tinggi.
• Hindari A2014 untuk panel tipis besar yang memerlukan pembentukan berat, untuk anggota struktural laut tanpa lapisan kecuali berklading, dan untuk aplikasi yang membutuhkan konduktivitas listrik atau termal utama.
• Jika kemampuan las sangat penting dan meminimalkan perlakuan pasca-las menjadi keharusan, pilih paduan alternatif (misal seri 6xxx atau 5xxx) dan simpan A2014 untuk bagian machining/tempa dominan dengan metode penyambungan yang terkontrol.

Ringkasan Akhir

A2014 tetap menjadi paduan aluminium berdaya tahan tinggi dan dapat diperlakukan panas yang relevan untuk aplikasi yang menuntut keseimbangan optimal antara kekuatan, kemampuan machining, dan performa kelelahan. Penggunaan paling efektif terjadi bila perancang mengakomodasi sensitivitas korosi dan keterbatasan formabilitas melalui pemilihan material, perlakuan pelindung, serta temper dan proses pasca yang tepat.