Aluminium EN AW-5251: Komposisi, Properti, Panduan Temper & Aplikasi

Tinjauan Komprehensif

EN AW-5251 adalah anggota keluarga aluminium-magnesium seri 5xxx yang didefinisikan oleh magnesium sebagai elemen paduan utama. Seri ini dikenal sebagai paduan yang tidak dapat diperlakukan dengan panas (non-heat-treatable) dan dikeraskan secara mekanis (strain-hardenable) di mana kekuatan diperoleh terutama melalui pengerjaan dingin daripada perlakuan panas larutan dan presipitasi.

Elemen paduan utama khas dalam EN AW-5251 meliputi magnesium (elemen penguat utama), mangan sebagai pengontrol struktur butir dalam jumlah kecil, serta sedikit besi dan silikon sebagai residu. Paduan ini menyeimbangkan kekuatan sedang dengan ketahanan korosi yang sangat baik, terutama di lingkungan atmosferik dan laut yang ringan, di samping kemampuan las yang baik dan kemampuan bentuk yang cukup pada temper lunak.

Paduan ini dipilih di berbagai industri yang membutuhkan kombinasi kemampuan bentuk, ketahanan korosi, dan kekuatan sedang tanpa perlakuan panas, seperti komponen bodi otomotif, panel arsitektur, fitting kelautan, dan beberapa rumah elektronik. Para perancang lebih memilih EN AW-5251 ketika memerlukan paduan yang ekonomis, dapat dilas, dengan kekuatan lebih baik dibanding aluminium murni komersial dan performa kelautan yang meningkat dibanding beberapa paduan seri 3xxx.

Dibandingkan dengan paduan paduan dengan kekuatan tinggi dan dapat diperlakukan dengan panas, EN AW-5251 menawarkan proses yang lebih sederhana (tanpa langkah larutan/penuaan) dan perilaku lebih dapat diprediksi pada struktur las karena tidak mengalami pengerasan zona terpengaruh panas (HAZ embrittlement) seberat beberapa paduan pengerasan presipitasi. Hal ini membuatnya menarik untuk rakitan yang dilas, lembaran yang dibentuk, dan ekstrusi di mana ketahanan korosi saat pemakaian sangat penting.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Regangan	Kemampuan Bentuk	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi (20–35%)	Istimewa	Istimewa	Fully annealed, daktisitas maksimal untuk proses penarikan dalam
H12	Rendah–Sedang	Sedang (10–20%)	Sangat Baik	Sangat Baik	Pengerasan ringan, cocok untuk pembentukan sedang
H14	Sedang	Sedang–Rendah (8–15%)	Baik	Sangat Baik	Ukuran pengerasan seperempat, keseimbangan kemampuan bentuk dan kekuatan
H16	Sedang–Tinggi	Rendah–Sedang (6–12%)	Cukup	Sangat Baik	Ukuran pengerasan setengah, biasanya untuk panel eksterior
H18	Tinggi	Rendah (4–10%)	Terbatas	Sangat Baik	Pengerasan penuh, untuk aplikasi lembaran dengan kekakuan tinggi
H22	Sedang	Sedang–Rendah	Baik	Sangat Baik	Dikeraskan dengan strain kemudian distabilisasi; stabilitas dimensi meningkat
H24	Sedang–Tinggi	Rendah–Sedang	Cukup	Sangat Baik	Dikeraskan dengan strain dan penuaan buatan (distabilisasi) untuk peningkatan luluh
H111	Rendah–Sedang	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Sedikit dikerjakan setelah anil, kemampuan bentuk baik dengan kekuatan tertentu

Temper pada paduan seri 5xxx terutama terkait pengerjaan dingin daripada urutan perlakuan panas klasik. Temper O memberikan daktisitas maksimal untuk stamping dan penarikan dalam, sementara kenaikan angka H menunjukkan pengerjaan dingin lebih tinggi dan kekuatan lebih besar dengan pengorbanan regangan dan kemampuan bentuk.

Temper distabilisasi (H22/H24 dan H111) umum digunakan saat pembentukan diikuti oleh paparan termal ringan atau pengelasan karena memberikan sifat mekanik yang lebih konsisten dengan risiko pelunakan tidak diinginkan selama fabrikasi yang berkurang.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.25	Impuritas terkontrol dari proses; dapat sedikit mengurangi daktisitas
Fe	≤ 0.40	Intermetalik yang umum terbentuk; kelebihan dapat menurunkan ketahanan korosi
Mn	≤ 0.40	Pengontrol mikrostruktur; meningkatkan kekuatan dan perilaku rekristalisasi
Mg	2.0–3.0	Penguat utama larutan padat sekaligus penyumbang ketahanan korosi
Cu	≤ 0.10	Dijaga rendah untuk menghindari kerentanan keretakan korosi tegangan
Zn	≤ 0.25	Residu minor; kadar tinggi tidak khas untuk seri ini
Cr	≤ 0.15	Ditambahkan pada beberapa varian untuk pengontrol butiran dan membatasi rekristalisasi
Ti	≤ 0.15	Penghalus butir pada produk cor dan beberapa bentuk tempa
Lainnya (masing-masing)	≤ 0.05	Unsur lain hadir sebagai impuritas atau penambahan terkontrol

Kandungan magnesium merupakan faktor dominan yang mengontrol kekuatan luluh dan tarik pada EN AW-5251, melalui penguatan larutan padat serta interaksi dengan dislokasi. Mangan dan krom pada kadar rendah menghaluskan struktur butir dan meningkatkan retensi kekuatan selama paparan termal, sementara besi dan silikon merupakan residu yang membentuk partikel intermetalik dan dapat memengaruhi perilaku kelelahan dan pitting.

Komposisi sengaja dibatasi untuk menghindari elemen (terutama tembaga dan seng) yang meningkatkan kerentanan terhadap keretakan korosi tegangan atau menurunkan ketahanan korosi umum, sehingga membuat 5251 menjadi pilihan handal untuk aplikasi yang terekspos.

Sifat Mekanik

EN AW-5251 menunjukkan perilaku tarik khas seri 5xxx: daktile dalam kondisi anil dan kekuatan meningkat secara bertahap dengan pengerjaan dingin sementara regangan menurun. Pada temper O, paduan menunjukkan regangan seragam yang luas dan rasio luluh terhadap tarik yang rendah, menjadikannya menguntungkan untuk operasi pembentukan yang memerlukan regangan plastik besar. Pada temper H tipikal, kekuatan luluh meningkat secara signifikan sementara daktisitas tarik menjadi terbatas, dengan dimulai leheran lokal lebih awal.

Kekerasan mengikuti pengerjaan dingin dan merupakan metrik berguna selama proses untuk menentukan target temper setelah rolling atau drawing. Performa kelelahan sensitif terhadap kondisi permukaan, ketebalan, dan keberadaan partikel intermetalik; permukaan poles atau anodisasi secara signifikan memperpanjang umur kelelahan dibandingkan dengan hasil rolling. Ketebalan berpengaruh signifikan pada kekuatan dan kemampuan bentuk — ketebalan lebih tipis dapat dikeraskan lebih keras melalui pengerjaan dingin selama proses pembentukan dan lebih mudah dilas tanpa distorsi tepi.

Saat merancang komponen, insinyur harus mempertimbangkan sifat paduan yang tidak dapat diperlakukan dengan panas secara klasik: puncak kekuatan dicapai melalui deformasi mekanis dan stabilisasi, bukan karena penuaan termal. Untuk rakitan las, pelunakan lokal mungkin terjadi di dekat zona terpengaruh panas (HAZ) tetapi umumnya kurang parah dibanding paduan pengerasan presipitasi jika temper dan kawat las yang dipilih tepat.

Sifat	O/Anil	Temper Utama (H14/H24 Tipikal)	Catatan
Kekuatan Tarik	120–155 MPa	200–260 MPa	Nilai sangat tergantung pada pengerjaan dingin dan ketebalan
Kekuatan Luluh	50–90 MPa	140–210 MPa	Kekuatan luluh naik signifikan dengan pengerasan strain; H24 menunjukkan luluh stabil
Regangan	20–35%	6–16%	Daktisitas menurun seiring pengerasan temper; anil menunjukkan kemampuan bentuk terbaik
Kekerasan (HB)	30–45 HB	60–95 HB	Kekerasan berkorelasi dengan kekuatan dan tingkat pengerjaan dingin

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density	2.68–2.70 g/cm³	Tipeikal untuk paduan tempa Al–Mg
Rentang Leleh	~570–650 °C	Rentang solidus/liquidus paduan; gunakan margin desain konservatif
Konduktivitas Termal	120–150 W/m·K	Agak lebih rendah dari aluminium murni karena penambahan paduan
Konduktivitas Listrik	~28–38 % IACS	Menurun dari aluminium murni seiring bertambahnya magnesium
Kalor Spesifik	~900 J/kg·K	Tipeikal untuk paduan aluminium pada suhu kamar
Ekspansi Termal	23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Penting untuk rakitan terikat dan sambungan multi-material

Konstanta fisik menempatkan EN AW-5251 dekat dengan paduan Al–Mg lain dalam perilaku termal dan listrik; magnesium menurunkan konduktivitas dibanding aluminium murni namun mempertahankan performa termal yang sangat baik untuk aplikasi penyebar panas. Perancang harus mempertimbangkan ekspansi termal saat menggabungkan 5251 dengan material berbeda, khususnya pada sambungan struktural dan rakitan terikat.

Rentang leleh dan pelunakan berarti bahwa pengelasan dan siklus termal pasca-las harus dikendalikan untuk menghindari pelunakan lokal berlebihan; pengendalian input panas dan penjepitan untuk membatasi distorsi merupakan praktik standar untuk panel yang toleransinya ketat.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis	0.3–6.0 mm	Menunjukkan ketergantungan kuat terhadap ketebalan; ketebalan tipis mudah dilakukan pengerjaan dingin	O, H12, H14, H24	Paling umum untuk panel bodi, fasad, dan pelat dek kapal
Plat Tebal	6–50 mm	Duktabilitas lebih rendah pada plat yang lebih tebal; digunakan saat kekakuan diperlukan	H16, H18	Sering digunakan untuk komponen struktural di mana kekakuan lentur penting
Ekstrusi	Penampang hingga beberapa ratus mm²	Sifat tergantung pada rasio ekstrusi dan pengerjaan dingin berikutnya	O, H111, H14	Cocok untuk profil dengan kekuatan sedang dan geometri kompleks
Tabung	Diameter 6–200 mm, ketebalan dinding 0.5–6 mm	Opsi las dan seamless; sifat bervariasi berdasarkan metode pembuatan	O, H14, H16	Digunakan dalam saluran fluida, pegangan tangan, dan anggota struktural
Batang/Rod	Diameter hingga 50 mm	Dihasilkan dengan ekstrusi atau drawing; kekuatan meningkat dengan drawing	O, H12, H14	Biasanya untuk fitting fabrikasi dan bagian mesin

Proses plat tipis dan plat tebal berbeda dalam jadwal penggulingan dan langkah pengerjaan dingin berikutnya; plat tipis biasanya diproses dalam bentuk coil kemudian dipotong dan dibentuk, sedangkan plat tebal digulung untuk bagian yang lebih tebal dengan riwayat termomekanik yang berbeda. Ekstrusi memerlukan perhatian terhadap suhu billet dan desain matras untuk mengontrol hasil permukaan dan tegangan sisa; peregangan pasca-ekstrusi dan penuaan (stabilisasi) umum dilakukan untuk mengurangi distorsi.

Bentuk tabung yang dilas dan stok batang yang diproses mesin sering dibuat dari paduan dasar yang sama tetapi diproses ke temper berbeda; memilih temper antara yang tepat dan allowance machining dapat mengurangi limbah dan pengerjaan ulang di lingkungan produksi.

Grade Setara

Standar	Grade	Region	Catatan
AA (Aluminum Association)	5251	USA	Penunjukan umum untuk bahan cor yang sesuai dengan kimia dan sifat EN AW-5251
EN AW	5251	Eropa	Nomenklatur standar Eropa untuk paduan Al–Mg cor
JIS	— (terdekat: A5052)	Jepang	Tidak ada padanan langsung satu-satu di JIS; A5052 sering dianggap yang paling mendekati secara komersial
GB/T	5251	China	Standar Cina biasanya mencantumkan 5251 sebagai paduan yang sesuai; cek sertifikasi produsen

Padanan langsung satu-satu tidak selalu tepat karena standar regional mengizinkan batas kotoran dan praktik sertifikasi yang sedikit berbeda. Referensi silang harus dilakukan menggunakan persyaratan kimia dan sifat mekanik spesifik bukan hanya berdasarkan nomor paduan.

Saat substitusi, engineer harus membandingkan rentang tarik/luluh, temper yang tersedia, dan perlakuan permukaan; 5052 dan 5154 adalah alternatif umum dengan kandungan Mg sedikit berbeda sehingga memberikan perbedaan pada kekuatan dan ketahanan korosi.

Ketahanan Korosi

EN AW-5251 menawarkan ketahanan korosi atmosfer yang sangat baik khas paduan Al–Mg, membentuk lapisan oksida pelindung stabil yang membatasi korosi umum di lingkungan perkotaan dan industri. Kandungan magnesium meningkatkan ketahanan terhadap pitting di atmosfer klorida dibandingkan banyak paduan keluarga 1xxx dan 3xxx, sehingga 5251 sering dipilih untuk aplikasi arsitektur eksterior dan lingkungan laut.

Dalam lingkungan rendaman laut atau percikan, paduan ini bekerja dengan baik, namun pitting lokal dapat terjadi pada permukaan kasar atau rusak dan di celah yang stagnan. Detail desain seperti drainase, penghindaran celah, dan finishing permukaan yang tepat (anodizing, pelapisan konversi atau cat) secara signifikan meningkatkan masa pakai.

Risiko retak korosi tegangan pada paduan Al–Mg meningkat dengan kadar magnesium yang lebih tinggi dan tegangan tarik yang tinggi; pada kandungan Mg khas untuk 5251, risikonya sedang dan dapat dikurangi dengan memilih temper kekuatan lebih rendah pada sambungan las yang bekerja berat. Interaksi galvanik harus dievaluasi: saat terhubung secara elektrik dengan material lebih mulia (baja tahan karat, paduan tembaga), 5251 bertindak sebagai anoda dan memerlukan isolasi atau pelapisan pelindung agar tidak terjadi korosi dipercepat. Dibandingkan paduan heat-treatable 6xxx dan 7xxx, EN AW-5251 umumnya menawarkan ketahanan korosi umum yang lebih baik tetapi kekuatan puncak yang dapat dicapai lebih rendah.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Las

EN AW-5251 sangat mudah dilas menggunakan proses fusi umum seperti TIG dan MIG, menunjukkan karakter fusi yang baik dan kecenderungan retak panas rendah bila menggunakan logam pengisi yang tepat. Pilihan pengisi yang umum adalah paduan Al–Mg dengan kandungan Mg 4–5% (misal ER5356) untuk mempertahankan ketahanan korosi dan meminimalkan pelunakan zona las. Input panas harus dikendalikan untuk membatasi pelunakan HAZ, dan perlakuan pra- atau pasca-las (misal pengerjaan dingin ringan atau relief tegangan) dapat diterapkan untuk menstabilkan sifat.

Kemudahan Mesin

Pengerjaan mesin EN AW-5251 memiliki tingkat kesulitan sedang; lebih mudah dibanding paduan pengerasan umur berkekuatan tinggi tapi kurang mudah potong dibanding paduan berkadar timbal lama. Alat carbide dengan geometri sudut positif, pemecah serpihan yang cocok, dan kecepatan potong sedang menghasilkan permukaan yang baik. Terjadi pengerasan kerja dekat daerah potong jika kecepatan makan terlalu ringan, sehingga disarankan kecepatan makan dan pendinginan konsisten untuk menghindari tepi terak dan getaran alat.

Kemudahan Pembentukan

Kemudahan pembentukan pada kondisi anil (O) sangat baik, memungkinkan proses penarikan dalam, roll forming dan stamping kompleks dengan radius bengkok kecil. Pada temper lebih tinggi (H12–H18), radius bengkok harus diperbesar dan pegas kembali (springback) lebih jelas, sehingga diperlukan kompensasi alat. Untuk pembentukan dingin, disarankan mulai dari temper paling lunak yang praktis untuk aplikasi dan menggunakan langkah pembentukan bertahap untuk meminimalkan risiko retak.

Perilaku Perlakuan Panas

EN AW-5251 adalah paduan yang tidak dapat diperlakukan panas; kekuatan mekanik dicapai melalui pengerjaan dingin dan kontrol mikrostruktur, bukan dengan pengerasan larutan dan presipitasi. Anil penuh untuk mengembalikan duktabilitas dicapai dengan pemanasan pada kisaran 350–415 °C dan pemegangan cukup lama untuk rekristalisasi, diikuti pendinginan lambat untuk menghindari tegangan sisa. Transisi temper oleh karena itu dijelaskan dalam level pengerjaan dingin dan siklus stabilisasi (H22/H24) bukan urutan temper T klasik.

Penuaan buatan tidak efektif untuk meningkatkan kekuatan pada paduan 5xxx, tetapi paparan termal yang dikontrol pada suhu sedang dapat mengubah duktabilitas dan mengurangi tegangan sisa. Perancang harus menghindari suhu operasi dan proses manufaktur yang secara tidak sengaja menganil atau membuat bagian bekerja keras berlebih kecuali pelemahan terkontrol diinginkan. Untuk komponen yang akan dilas, memilih temper yang tahan terhadap paparan termal parsial (H22/H24, H111) mengurangi risiko perubahan sifat tidak dapat diterima setelah fabrikasi.

Performa pada Suhu Tinggi

EN AW-5251 mempertahankan sifat mekanik yang berguna hingga suhu tinggi sedang, namun penurunan kekuatan menjadi signifikan di atas sekitar 100–150 °C, dan paparan jangka panjang di atas ~200 °C umumnya tidak direkomendasikan untuk aplikasi menahan beban. Oksidasi terbatas karena lapisan oksida aluminium pelindung, tapi paparan suhu tinggi yang lama dapat mempercepat difusi magnesium dan pertumbuhan butir mikrostruktur, yang menurunkan performa mekanik.

Area las dan HAZ sensitif terhadap siklus termal; input panas berlebih saat fabrikasi atau penggunaan dapat mengurangi kekuatan luluh lokal dan meningkatkan kerentanan creep di bawah beban berkelanjutan. Untuk aplikasi dengan beban termal atau mekanik siklik pada suhu tinggi, pemilihan paduan yang lebih stabil termal atau perancangan dengan margin tambahan sangat disarankan.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan EN AW-5251
Otomotif	Panel bodi dalam, trim	Kemudahan pembentukan pada kondisi O/H12; kemampuan las dan ketahanan korosi
Kelautan	Decking, fitting	Komposisi kaya Mg memberikan ketahanan pitting lebih baik di atmosfer laut
Aerospace	Struktur sekunder, fairing	Rasio kekuatan-terhadap-berat yang baik dan perilaku kelelahan bagus untuk bagian non-primer
Elektronik	Enclosure, panel penyebar panas	Konduktivitas termal baik dan ketahanan korosi untuk enclosure luar ruangan

EN AW-5251 menempati posisi tengah yang berguna di mana kekuatan sedang, ketahanan korosi sangat baik, dan karakteristik fabrikasi yang baik dibutuhkan. Kombinasi sifatnya mendukung penggunaan luas di industri transportasi, arsitektur, dan kelautan di mana material yang ekonomis, dapat dilas, dan dapat dibentuk dibutuhkan.

Perancang sering memilih 5251 untuk komponen yang akan diproduksi menggunakan operasi plat logam standar dan kemudian dipajang di lingkungan luar ruangan atau pesisir tanpa kompleksitas proses larutan/pengerasan umur.

Wawasan Pemilihan

EN AW-5251 harus dipilih ketika Anda membutuhkan kekuatan dan ketahanan korosi yang lebih baik dibandingkan aluminium murni komersial (1100), sekaligus mempertahankan kemampuan pembentukan dan pengelasan yang baik. Dibandingkan dengan 1100, 5251 menukarkan sebagian konduktivitas listrik dan termalnya untuk kekuatan luluh dan tarik yang jauh lebih tinggi, yang memungkinkan desain dengan ketebalan lebih ringan untuk kekakuan yang sama.

Dibandingkan dengan paduan kerja keras seperti 3003 dan 5052, 5251 biasanya memberikan kekuatan lebih tinggi dengan ketahanan korosi yang serupa atau lebih baik dalam layanan maritim dan atmosferik. Jika Anda membutuhkan ketahanan korosi tertinggi terkait Mg atau ketersediaan temper tertentu, bandingkan dengan cermat 5251 dengan 5052/5154 karena perbedaan kimia dan proses menggeser keseimbangan sifat-sifatnya.

Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas seperti 6061 atau 6063, EN AW-5251 lebih disukai ketika fabrikasi melibatkan pengelasan atau pembentukan yang luas tanpa kemampuan atau keinginan untuk melakukan langkah larut/aging. Meskipun 6061 akan mencapai kekuatan puncak lebih tinggi setelah perlakuan panas, 5251 menawarkan performa sambungan las yang lebih dapat diprediksi dan proses yang lebih sederhana untuk struktur besar yang dibentuk.

Ringkasan Penutup

EN AW-5251 tetap menjadi paduan Al–Mg yang praktis dan banyak digunakan yang memberikan keseimbangan antara ketahanan korosi, kemampuan las, dan kekuatan moderat tanpa perlu perlakuan panas. Keberagamannya dalam bentuk lembar, plat, dan ekstrusi, bersama dengan perilaku fabrikasi yang dapat diprediksi, menjadikannya relevan untuk aplikasi otomotif, maritim, arsitektur, dan teknik umum di mana solusi aluminium yang tahan lama dan hemat biaya dibutuhkan.