Aluminium A2024: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Menyeluruh

A2024 adalah paduan aluminium-tembaga yang termasuk dalam seri 2xxx, yang ditandai oleh matriks aluminium yang diperkuat terutama oleh kandungan tembaga dan magnesium. Paduan ini biasanya mengandung sekitar 3,8–4,9% Cu, 1,2–1,8% Mg dan sejumlah kecil Mn, dengan sisanya berupa Al dan elemen jejak.

A2024 adalah paduan yang dapat diproses dengan perlakuan panas dan mencapai kekuatan statis tinggi melalui perlakuan panas larutan dan pengerasan presipitasi. Karakteristik utamanya adalah kekuatan tarik dan kelelahan yang tinggi, kemampuan mesin yang cukup baik, dan kemampuan bentuk sedang pada temper yang lebih lunak, sementara ketahanan korosinya lebih rendah dibandingkan dengan banyak paduan seri 5xxx dan 6xxx dan sering memerlukan perlindungan permukaan untuk lingkungan yang menuntut.

Industri tipikal yang menggunakan A2024 meliputi struktur utama dan sekunder dirgantara, produk tempa berdaya tahan tinggi, komponen truk dan trailer, serta beberapa komponen kelautan di mana rasio kekuatan terhadap berat sangat penting dan pelapis pelindung digunakan. Para engineer memilih A2024 ketika kekuatan spesifik tinggi dan performa kelelahan menjadi faktor utama desain, serta ketika bagian-bagian tersebut dapat dilindungi atau dirancang untuk mengurangi keterbatasan korosi dan kemampuan las.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Bentuk	Ability Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Sangat Baik	Sangat Baik	Sepenuhnya anil; terbaik untuk pembentukan dan pengerjaan ulang
H14	Sedang-Rendah	Sedang	Baik	Buruk	Dikeraskan secara moderat; penggunaan terbatas dibanding temper T
T3	Tinggi	Sedang	Cukup	Buruk	Perlakuan panas larutan, dikerjakan dingin, pengerasan alami
T4	Sedang-Tinggi	Sedang	Cukup	Buruk	Perlakuan larutan dan pengerasan alami; lebih lunak dari T6
T6	Tinggi	Rendah-Sedang	Terbatas	Buruk	Perlakuan larutan kemudian pengerasan buatan; kekuatan puncak
T351 / T3511	Tinggi	Sedang	Cukup	Buruk	Perlakuan larutan, dikendurkan tegangan dengan peregangan; umum untuk pesawat terbang
T73	Sedang	Sedang	Cukup	Buruk	Dipengeraskan berlebih untuk tingkatkan ketahanan SCC dengan sedikit pengorbanan kekuatan

Temperatur mengubah mode deformasi dan kegagalan dominan karena mengubah ukuran dan distribusi presipitat. Temperan peak-aged (T6/T3) memaksimalkan kekuatan dan ketahanan kelelahan tetapi mengurangi duktilitas dan kemampuan bentuk serta memperburuk kemampuan las karena pelunakan zona pengaruh panas (HAZ).

Pemilihan temper adalah trade-off antara kemudahan manufaktur dan kinerja saat pemakaian; perancang biasanya menetapkan T351/T3 untuk bagian struktur dirgantara di mana stabilitas dimensi setelah quenching dan pengurangan tegangan oleh peregangan diperlukan.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0,5	Impuritas umum; dikontrol untuk membatasi intermetalik rapuh
Fe	≤ 0,5	Membentuk intermetalik kaya Fe yang mempengaruhi patahan dan SCC
Mn	0,3–0,9	Meningkatkan kekuatan melalui dispersoid dan membatasi rekristalisasi
Mg	1,2–1,8	Berperan dalam presipitasi (fase kaya Mg) dan peningkatan kekuatan
Cu	3,8–4,9	Elemen penguat utama; mengontrol pengerasan presipitasi
Zn	≤ 0,25	Minor; kadar tinggi tidak diinginkan untuk keseimbangan 2xxx
Cr	0,10–0,35	Kontrol struktur butir, membatasi pertumbuhan butir selama perlakuan larutan
Ti	≤ 0,15	Pemurni butir saat pengecoran dan pemrosesan ingot
Lainnya (masing-masing)	≤ 0,05	Elemen jejak dikontrol untuk memenuhi spesifikasi mekanik dan korosi

Tembaga dan magnesium adalah elemen aktif yang membentuk presipitat koheren dan semi-koheren (fase S' dan S) selama proses pengerasan dan bertanggung jawab atas kekuatan tinggi paduan. Mangan dan krom bertindak sebagai penstabil mikrostruktur, mengontrol ukuran butir dan kimia dispersoid untuk meningkatkan ketangguhan dan ketahanan terhadap rekristalisasi.

Sifat Mekanik

A2024 menunjukkan kekuatan tarik dan kekuatan luluh tinggi pada temper keluarga T3/T6 karena distribusi halus presipitat mengandung Cu dan Mg. Paduan ini disukai dalam aplikasi kritis kelelahan karena kombinasi kekuatan statis tinggi dan perilaku pertumbuhan retak yang baik, tetapi rentan terhadap korosi lokal yang dapat mempercepat inisiasi retak jika tidak dilindungi.

Kekuatan luluh dan tarik bergantung pada ketebalan dan temper, dengan contoh plat tipis biasanya mencapai kekuatan lebih tinggi untuk temper yang sama. Elongasi sedang pada temper terkuat dan jauh lebih tinggi pada kondisi anil; kekerasan mengikuti tren yang sama seperti sifat tarik dan dapat turun secara signifikan di zona pengaruh panas (HAZ) pada sambungan las.

Sifat kelelahan umumnya sangat baik untuk paduan aluminium; umur inisiasi retak diuntungkan oleh permukaan yang halus dan perlindungan korosi, dan laju pertumbuhan retak lebih rendah daripada banyak paduan aluminium yang tidak diperlakukan panas. Efek ketebalan terlihat jelas: bagian yang lebih tebal mungkin memiliki distribusi presipitat kasar dan respons pengerasan yang lebih rendah setelah siklus quenching dan aging.

Properti	O/Anil	Temper Utama (T3 / T6 / T351)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	~240–300 MPa	~430–490 MPa	Nilai tergantung pada temper dan ketebalan; T6 mendekati nilai puncak
Kekuatan Luluh (offset 0.2%)	~70–150 MPa	~300–365 MPa	Kekuatan luluh T3/T6 tinggi; anil rendah
Elongasi (A%)	~20–30%	~10–20%	T6 cenderung memiliki elongasi lebih rendah daripada T3 atau O
Kekerasan (HB)	~45–70 HB	~120–160 HB	Kekerasan berkorelasi dengan keadaan presipitat dan sifat mekanik

Sifat Fisik

Properti	Nilai	Catatan
Density	2,78 g/cm³	Rasio kekuatan terhadap berat tinggi dibanding paduan baja
Rentang Peleburan	~500–640 °C	Solidus dan liquidus bergeser karena aloi dibanding Al murni
Konduktivitas Termal	~120–150 W/m·K	Lebih rendah dari Al murni namun masih baik untuk penyebaran panas
Konduktivitas Listrik	~30–40 %IACS	Lebih rendah dari Al murni karena elemen paduan
Kalor Spesifik	~0,88–0,90 J/g·K	Kalor spesifik aluminium tipikal pada suhu ruang
Ekspansi Termal	~23–24 µm/m·K	Koefisien mirip dengan paduan Al lain; desain perlu mempertimbangkan regangan termal

Density dan sifat termal membuat A2024 menarik untuk aplikasi yang memerlukan penghematan berat dan pengelolaan panas sedang. Konduktivitas dan ekspansi termal harus diperhatikan saat perakitan dengan material berbeda untuk menghindari tegangan termal dan masalah galvanik.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat tipis	0,3–6 mm	Ketahanan kekuatan merata melalui ketebalan untuk ketebalan tipis	O, T3, T6, T351	Bentuk paling umum untuk kulit pesawat dan panel struktural
Plat tebal	>6 mm hingga ~150 mm	Dapat menunjukkan gradasi kekuatan sepanjang ketebalan	T3, T6, T73	Bagian tebal memerlukan pengendalian quench dan aging untuk menghindari inti lunak
Ekstrusi	Penampang terbatas	Kurang umum karena risiko retak pengecoran/ekstrusi	T6 (dengan pengerasan)	Profil ekstrusi ada tetapi kurang luas dibanding aloi seri 6xxx
Tabung	OD 10–150 mm, ketebalan dinding bervariasi	Kekuatan kelelahan baik jika tanpa sambungan las	T3, T6	Digunakan untuk struktur tubular berdaya tahan tinggi dan rangka
Batang / Rod	Diameter bervariasi	Mudah dikerjakan pada sebagian besar temper	O, T6	Batang ditempa dan ditarik untuk fitting dan fastener

Rute pemrosesan (pergiliran dingin, penempaan, ekstrusi) mempengaruhi sifat akhir melalui tekstur dan tegangan sisa. Plat dan penempaan berat memerlukan perlakuan panas dan kontrol quench yang cermat untuk menghindari zona lunak dan mendapatkan performa mekanik merata sepanjang ketebalan.

Grade Setara

Standar	Grade	Region	Catatan
AA	A2024	USA	Penamaan utama untuk produk tempa
EN AW	2024	Europe	EN AW-2024 banyak digunakan; spesifikasi dapat berbeda pada batas impuritas
JIS	A2017 / ekuivalen A2024	Jepang	Keluarga A2017/2024 memiliki kandungan Cu-Mg serupa tapi batasan berbeda
GB/T	2A02 / 2024	Tiongkok	2A02 adalah ekuivalensi seri Tiongkok yang digunakan dalam standar nasional

Tabel ekuivalensi bersifat perkiraan karena standar masing-masing menetapkan batasan impuritas dan penerimaan mekanik yang berbeda serta mungkin mensyaratkan protokol pengujian berlainan. Pengguna harus memeriksa ulang penamaan temper dan spesifikasi sertifikasi saat mengganti material dari standar atau wilayah berbeda.

Ketahanan Korosi

A2024 memiliki ketahanan terhadap atmosfer yang moderat pada lingkungan terbuka dan kering, namun rentan terhadap korosi lokal dan pitting di lingkungan laut dan atmosfer yang mengandung klorida. Paduan 2024 tanpa pelapis yang terpapar air laut atau zona percikan akan mengalami korosi relatif cepat dibandingkan dengan paduan seri 5xxx dan 6xxx, sehingga perancang biasanya menggunakan pelapis Alclad, anodizing, atau pelapis organik untuk perlindungan.

Retak korosi tegangan (stress corrosion cracking) menjadi perhatian pada paduan seri 2xxx, terutama pada kondisi temper penuaan puncak di bawah tegangan tarik dan lingkungan korosif. Temper yang melewati penuaan seperti T73 atau pilihan desain lokal yang mengurangi tegangan tarik residual dapat mengurangi risiko SCC dengan pengorbanan kekuatan sebagian.

Interaksi galvanik dengan logam berbeda adalah pertimbangan penting dalam desain; ketika dipasangkan dengan logam katodik seperti baja tahan karat, 2024 akan berperan sebagai anoda dan mengalami korosi secara preferensial. Jika dibandingkan dengan paduan 6xxx dan 5xxx, A2024 memberikan kekuatan lebih tinggi namun performa korosi tanpa perlindungan yang jauh lebih rendah, yang harus diimbangi dengan strategi pelindung.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Mengelasan A2024 cukup menantang karena rentan terhadap retak panas dan pelemahan zona pengaruh panas (HAZ) yang signifikan sehingga mengurangi kekuatan dibandingkan material dasar. Pengelasan gas tungsten arc (TIG) dan gas metal arc (MIG) dapat dilakukan dengan paduan pengisi khusus seperti 2319, namun sambungan las jarang memiliki kekuatan setara dengan logam dasar T3/T6 tanpa perlakuan panas lokal setelahnya. Untuk aplikasi struktural, pengikatan mekanis, bonding, atau perakitan dengan rivet lebih umum dipilih daripada sambungan las.

Kemudahan Mesin (Machinability)

A2024 umumnya dianggap memiliki kemudahan mesin yang baik di antara paduan aluminium kekuatan tinggi, dengan bentuk serpihan yang bagus dan hasil permukaan halus saat menggunakan alat karbida yang tajam serta pendingin yang melimpah. Indeks pemesinan biasanya berada di kisaran 60–80% dibandingkan aluminium yang mudah diproses, dan strategi umpan tinggi menggunakan alat dengan sudut rake positif membantu mengendalikan pembentukan tepi tajam. Rekomendasi tooling mencakup sisipan karbida, kontrol serpihan yang kuat, dan pertimbangan pemotongan terputus untuk komponen forging dan cor sesuai bentuk.

Kemampuan Pembentukan (Formability)

Pembentukan terbaik dilakukan pada temper yang lebih lunak seperti O atau H1x dan terbatas pada kondisi penuaan puncak di mana keuletan berkurang. Radius pembengkokan harus konservatif; radius bengkok dalam minimum sekitar 2–3 kali ketebalan material adalah titik awal praktis untuk pelat T3/T6, sedangkan material temper O dapat dibengkokkan dengan radius lebih kecil. Jika pembentukan diperlukan untuk bagian berkuatan tinggi, lakukan pelunakan pra-pembentukan atau pilih urutan temper (bentuk di temper O, kemudian perlakukan larutan dan penuaan) untuk mencapai sifat mekanik akhir.

Perilaku Perlakuan Panas

A2024 adalah paduan yang dapat diperlakukan panas dan merespon secara kuat terhadap perlakuan larutan dan penuaan terkontrol. Suhu perlakuan larutan biasanya dalam rentang 495–500 °C untuk melarutkan tembaga dan magnesium ke dalam larutan padat, diikuti oleh quenching cepat untuk mempertahankan supersaturasi. Penuaan alami (varian T4/T3) memberikan penguatan parsial seiring waktu sedangkan penuaan buatan (T6) pada suhu sekitar 160–200 °C selama beberapa jam mengendapkan fase penguatan untuk mencapai kekerasan puncak.

Peralihan temper seperti T3 (perlakuan larutan, pengerjaan dingin, penuaan alami) dan T6 (perlakuan larutan, quench, penuaan buatan) mengubah morfologi presipitat dari cluster halus yang koheren menjadi presipitat S' semi-koheren yang lebih besar, menghasilkan peningkatan kekuatan signifikan. Overaging (T73) menghasilkan presipitat yang lebih kasar yang meningkatkan ketahanan terhadap retak korosi tegangan dengan mengorbankan kekuatan puncak, suatu trade-off yang digunakan pada komponen layanan agresif.

Temper non-perlakuan panas untuk A2024 terbatas; pengerjaan dingin memberikan beberapa penguatan, tetapi pemulihan kekuatan penuh setelah pengerjaan dingin memerlukan urutan perlakuan panas khusus untuk paduan 2xxx yang harus dilakukan dengan kontrol quench untuk menghindari gradien sifat.

Kinerja Pada Suhu Tinggi

A2024 kehilangan kekuatan secara signifikan saat suhu naik di atas sekitar 100–150 °C, dan biasanya tidak ditentukan untuk layanan kontinu pada suhu tinggi. Ketahanan creep terbatas dibandingkan dengan paduan suhu tinggi dan baja, dan paparan lama pada suhu mendekati penuaan dapat menyebabkan overaging dan pelunakan temper penuaan puncak. Oksidasi minimal dibandingkan baja, namun degradasi sifat mekanik dan kemungkinan pembesaran presipitat membatasi penggunaan jangka panjang di atas kondisi lingkungan sekitar.

Untuk struktur las, zona pengaruh panas (HAZ) sangat rentan terhadap siklus termal yang menghasilkan zona lunak; area ini bisa menjadi titik kegagalan di bawah beban siklik pada suhu tinggi. Desain untuk siklus termal dan suhu operasional harus memperhitungkan kehilangan kekuatan luluh dan tarik serta potensi percepatan kinetika korosi.

Aplikasi

Industri	Komponen Contoh	Mengapa A2024 Digunakan
Aerospace	Skin sayap, rangka fuselage, fitting	Kekuatan spesifik tinggi dan performa kelelahan
Marine	Anggota struktural dengan pelapisan	Rasio kekuatan terhadap berat untuk struktur tidak terekspos langsung
Otomotif	Komponen suspensi dan struktural	Kekuatan statis dan kelelahan tinggi pada bobot yang diperhatikan
Defensa	Komponen misil dan ordnance	Kekuatan dan kemudahan mesin baik untuk bagian presisi
Elektronik	Penyebar panas struktural dan housing	Kombinasi kekakuan, kemudahan mesin, dan konduktivitas termal

A2024 tetap menjadi bahan pilihan ketika kekuatan statis dan kelelahan tinggi diperlukan bersamaan dengan kemudahan mesin yang baik serta bobot yang dapat diterima. Finishing pelindung dan desain sambungan yang cermat merupakan prasyarat untuk layanan jangka panjang yang andal di lingkungan korosif.

Insight Pemilihan

Pilih A2024 ketika prioritas desain adalah kekuatan tarik dan kelelahan tinggi yang dikombinasikan dengan kemudahan mesin yang baik dan perlindungan korosi dapat disediakan. Gunakan T3/T351 untuk anggota struktural aerospace di mana umur kelelahan dan stabilitas dimensi kritis, dan pertimbangkan T73 atau pelapisan bila SCC atau paparan laut menjadi perhatian.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), A2024 menukar konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan pembentukan superior dengan kekuatan dan ketahanan kelelahan yang jauh lebih tinggi, sehingga kurang cocok bila konduktivitas maksimum atau pembentukan dalam dalam diperlukan. Berhadapan dengan paduan pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, A2024 memberikan kekuatan jauh lebih tinggi namun ketahanan korosi lebih rendah dan kemampuan las yang lebih buruk, sehingga paduan tersebut lebih disukai saat ketahanan korosi dan kemudahan penyambungan lebih diutamakan. Jika dibandingkan dengan paduan perlakuan panas umum seperti 6061, A2024 biasanya menawarkan kekuatan kelelahan dan kekakuan lebih tinggi dengan massa yang sama, namun dengan ketahanan korosi yang lebih buruk dan kemudahan las yang lebih sulit; A2024 dipilih ketika margin kelelahan struktural lebih penting dari trade-off tersebut.

Ringkasan Penutup

A2024 tetap menjadi paduan aluminium kekuatan tinggi andalan untuk aplikasi struktural aerospace dan performa tinggi karena rasio kekuatan terhadap berat dan karakteristik kelelahan yang sangat baik. Penggunaannya membutuhkan pilihan temper, finishing pelindung, dan metode penyambungan yang cermat untuk mengelola keterbatasan korosi dan kemudahan las, tetapi ketika faktor tersebut ditangani dengan baik, ia memberikan keseimbangan efisien antara performa mekanik dan kemudahan manufaktur.