Mengenal Alloy Aluminium, Seri Paduan, dan Karakteristiknya

Aluminium paduan atau alloy aluminium adalah logam paduan yang unsur utamanya adalah aluminium (Al), dengan tambahan unsur lain seperti tembaga, magnesium, mangan, silikon, timah, nikel, dan seng. Penambahan unsur-unsur tersebut menghasilkan karakteristik yang berbeda sesuai dengan komposisi paduannya.

Alloy aluminium banyak digunakan dalam industri penerbangan, otomotif, dan konstruksi. Hal ini karena karakteristik dasar aluminium yang ringan, kuat, mudah dibentuk, dan tahan korosi. Namun, setiap jenis paduan memiliki sifat dan keterbatasan masing-masing.

Aluminium paduan memiliki beberapa keunggulan, di antaranya bobot yang ringan, tahan karat, mudah dibentuk, lentur, dan memiliki daya tahan yang baik. Material ini digunakan dalam berbagai bidang, seperti struktur dan komponen teknik, industri dirgantara, serta peralatan rumah tangga.

Di sisi lain, aluminium paduan juga memiliki beberapa kelemahan. Titik cairnya relatif rendah sehingga penggunaannya perlu disesuaikan dengan kondisi suhu. Beberapa jenis paduan rentan mengalami stress corrosion, sedangkan kontak langsung dengan merkuri dapat menyebabkan penggetasan pada batas butir.

Secara umum, alloy aluminium dapat dibedakan menjadi dua golongan besar berdasarkan proses pembuatannya, yaitu paduan cetak dan paduan tempa (wrought alloy). Selain proses pembuatannya, aluminium paduan juga dikelompokkan berdasarkan seri alloy yang menunjukkan karakteristik komposisi unsur paduannya.

Pengertian dan Sejarah Alloy Aluminium

Alloy aluminium merupakan material berbahan utama aluminium yang dipadukan dengan berbagai elemen lain, seperti tembaga, magnesium, mangan, silikon, seng, bismut, timbal, boron, nikel, titanium, kromium, vanadium, dan zirkonium. Kombinasi unsur-unsur tersebut digunakan untuk menghasilkan sifat material yang sesuai dengan kebutuhan penggunaannya.

Alloy aluminium telah digunakan dalam bidang rekayasa dan konstruksi sejak Perang Dunia I dan II. Pada masa tersebut, aluminium menjadi salah satu material penting dalam industri penerbangan. Produksi aluminium dunia meningkat dari 6.800 metrik ton pada tahun 1900 menjadi 2.810.000 metrik ton pada tahun 1954. Saat ini, aluminium merupakan logam nonbesi yang paling banyak diproduksi, melampaui tembaga.

Alloy Series atau Seri Alloy

Alloy aluminium dikelompokkan ke dalam beberapa kategori berdasarkan komposisi dan proses pembuatannya. Sistem pengelompokan yang banyak digunakan di Amerika Serikat membedakan aluminium berdasarkan proses tempa dan proses tuang.

Untuk aluminium tempa, sistem penamaannya menggunakan empat digit angka. Pengelompokan ini dikenal sebagai seri alloy. Setiap seri memiliki unsur paduan utama dan karakteristik yang berbeda, sehingga penggunaannya disesuaikan dengan kebutuhan industri.

Seri 1xxx merupakan paduan aluminium dengan tingkat kemurnian tinggi, umumnya mencapai 99% atau lebih. Seri ini banyak digunakan dalam industri listrik, kimia, dan konstruksi. Salah satu produk yang menggunakan aluminium dari kelompok ini adalah Aluminium Composite Panel (ACP).

Seri 2xxx merupakan paduan aluminium dengan tembaga (Cu) sebagai unsur paduan utama. Seri ini banyak digunakan dalam industri penerbangan, termasuk untuk komponen pesawat, serta pada aplikasi tertentu seperti piston dan kepala silinder mesin. Paduan ini dikenal memiliki kekuatan tinggi.

Seri 3xxx merupakan paduan aluminium dengan mangan (Mn) sebagai unsur paduan utama. Penggunaannya mencakup pembuatan pipa, tangki minyak, dan produk arsitektural, termasuk Aluminium Composite Panel (ACP).

Seri 4xxx merupakan paduan aluminium dengan silikon (Si) sebagai unsur paduan utama. Seri ini digunakan antara lain untuk kawat las dan lembaran brazing.

Seri 5xxx merupakan paduan aluminium dengan magnesium (Mg) sebagai unsur paduan utama. Seri ini banyak digunakan untuk lambung kapal, gangplank, dan produk lain yang terpapar lingkungan laut. Selain itu, paduan seri ini juga digunakan pada produk arsitektural, termasuk Aluminium Composite Panel (ACP).

Seri 6xxx merupakan paduan aluminium dengan magnesium (Mg) dan silikon (Si) sebagai unsur paduan utama. Seri ini banyak digunakan untuk aluminium ekstrusi pada bangunan dan komponen otomotif.

Seri 7xxx merupakan paduan aluminium dengan seng atau zinkum (Zn) sebagai unsur paduan utama. Seri ini digunakan untuk komponen struktural pesawat terbang dan aplikasi lain yang membutuhkan kekuatan tinggi.

Seri 8xxx merupakan kelompok paduan aluminium yang tidak termasuk dalam seri-seri sebelumnya. Paduan ini dapat mengandung unsur lain, seperti timah (Sn), litium (Li), atau besi (Fe), dalam jumlah tertentu.

Seri 9xxx merupakan kelompok paduan yang pembahasannya dapat dipisahkan secara khusus dari seri-seri lainnya.

Komposisi Elemen Alloy Aluminium

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, alloy aluminium merupakan perpaduan aluminium dengan unsur-unsur lain. Komposisi setiap unsur dapat berbeda berdasarkan jenis dan seri paduannya. Perbedaan komposisi tersebut memengaruhi karakteristik material, termasuk kekuatan, kekerasan, kemampuan pembentukan, dan ketahanan terhadap korosi.

Dalam pengelompokan alloy aluminium, unsur seperti tembaga (Cu), besi (Fe), magnesium (Mg), mangan (Mn), silikon (Si), titanium (Ti), vanadium (V), seng (Zn), zirkonium (Zr), bismut (Bi), timbal (Pb), dan litium (Li) dapat ditemukan dalam komposisi berbagai jenis paduan. Namun, tidak semua unsur tersebut terdapat pada setiap seri atau jenis alloy.

Paduan Aluminium dan Silikon

Paduan aluminium dengan silikon hingga 15% dapat menghasilkan kekerasan dan kekuatan tarik yang cukup tinggi. Pada aluminium paduan yang melalui perlakuan panas, kekuatan tariknya dapat mencapai 525 MPa. Namun, jika konsentrasi silikon melebihi 15%, kerapuhan logam dapat meningkat secara drastis akibat terbentuknya kristal granula silika.

Paduan aluminium-silikon (Al-Si) termasuk jenis yang tidak dapat diperkeras melalui perlakuan panas. Dalam keadaan cair, paduan ini memiliki sifat mampu alir yang baik dan cenderung tidak mengalami retak selama proses pembekuan. Karena karakteristik tersebut, paduan Al-Si banyak digunakan sebagai bahan atau logam pengisi dalam pengelasan aluminium, baik pada paduan cor maupun paduan tempa.

Paduan Aluminium dan Magnesium

Penambahan magnesium hingga konsentrasi 15,35% dapat menurunkan titik lebur aluminium secara signifikan, dari sekitar 660°C menjadi 450°C. Namun, hal ini tidak berarti aluminium paduan dapat ditempa menggunakan panas dengan mudah. Korosi dapat menjadi kendala pada suhu di atas 60°C. Di sisi lain, keberadaan magnesium memungkinkan paduan aluminium bekerja dengan baik pada temperatur sangat rendah, ketika banyak jenis logam lain mengalami penurunan kinerja.

Magnesium menjadi unsur paduan utama pada kelompok aluminium-magnesium dengan komposisi sekitar 5%. Jenis ini memiliki ketahanan korosi yang baik, terutama terhadap air laut, serta kemampuan las yang baik. Paduan ini juga digunakan untuk Aluminium Composite Panel (ACP) dan pekerjaan lembaran logam (sheet metal work), yang biasanya diaplikasikan pada komponen bus, truk, dan kebutuhan industri kelautan.

Paduan Aluminium dan Tembaga

Paduan aluminium-tembaga menggabungkan karakteristik aluminium yang ringan, tahan korosi, dan mudah dikerjakan dengan karakteristik tembaga yang memiliki daya hantar listrik baik dan keuletan tinggi. Paduan Al-Cu dapat digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu hypoeutectic, eutectic, dan hypereutectic.

Tembaga merupakan unsur paduan utama pada seri ini. Magnesium dan sejumlah kecil unsur lain juga dapat ditambahkan ke dalam sebagian besar paduan Al-Cu. Jenis paduan ini dapat diperkeras melalui perlakuan panas, termasuk dengan proses pengerasan endap atau penyepuhan. Melalui proses tersebut, sifat mekaniknya dapat mendekati sifat baja lunak, meskipun ketahanan korosinya relatif lebih rendah dibandingkan beberapa jenis paduan aluminium lainnya.

Paduan aluminium-tembaga dapat menghasilkan material yang keras dan kuat, tetapi juga cenderung rapuh. Untuk kebutuhan penempaan, konsentrasi tembaga umumnya perlu dibatasi karena kadar yang terlalu tinggi dapat mendorong terbentuknya senyawa yang meningkatkan kerapuhan material.

Paduan Aluminium dan Mangan

Mangan merupakan unsur paduan utama pada kelompok ini. Paduan aluminium-mangan tidak dapat diperkeras melalui perlakuan panas, sehingga peningkatan kekuatannya dilakukan melalui pengerjaan dingin selama proses pembuatan.

Dibandingkan aluminium murni, paduan ini memiliki ketahanan korosi, kemampuan pemotongan, dan kemampuan las yang relatif serupa, tetapi kekuatannya lebih tinggi. Penambahan mangan juga memudahkan terjadinya pengerasan akibat deformasi atau work-hardening, sehingga material dapat memiliki kekuatan tarik yang tinggi tanpa menjadi terlalu rapuh. Selain itu, mangan dapat meningkatkan titik lebur paduan aluminium.

Paduan Aluminium dan Seng

Paduan aluminium-seng dikenal karena kekuatannya yang tinggi dan penggunaannya pada badan serta sayap pesawat terbang. Sebagai gambaran, aluminium dengan kandungan seng sebesar 5,5% dapat memiliki kekuatan tarik sekitar 580 MPa dengan elongasi 11% pada panjang pengukuran 50 mm. Sebagai perbandingan, aluminium dengan kandungan magnesium 1% memiliki kekuatan tarik sekitar 410 MPa dan elongasi 6% pada panjang pengukuran yang sama.

Paduan aluminium-seng dapat diperkeras melalui perlakuan panas. Magnesium, tembaga, dan kromium juga dapat ditambahkan untuk menghasilkan karakteristik tertentu. Paduan dengan kekuatan tarik tinggi ini dikenal sebagai ultra duralumin dan sering digunakan pada struktur rangka pesawat.

Meskipun memiliki kekuatan tarik tinggi, beberapa paduan aluminium-seng memiliki keterbatasan dalam kemampuan las dan ketahanan korosi. Pengembangan paduan Al-Zn-Mg kemudian menghasilkan jenis dengan kemampuan las dan ketahanan korosi yang lebih baik dibandingkan paduan dasar Al-Zn.

Paduan Aluminium dan Litium

Penambahan litium dapat mengurangi massa jenis dan meningkatkan modulus elastisitas paduan aluminium. Pada konsentrasi hingga 4% litium, setiap penambahan 1% litium dapat mengurangi massa jenis paduan sekitar 3% dan meningkatkan modulus elastisitas sekitar 5%.

Namun, penggunaan aluminium-litium memiliki tantangan tersendiri. Tingginya reaktivitas litium dapat meningkatkan kebutuhan keselamatan kerja dan biaya produksi, sehingga pemanfaatan paduan ini perlu mempertimbangkan faktor teknis dan ekonomis.

Paduan Aluminium dan Skandium

Penambahan skandium pada aluminium dapat membatasi pemuaian yang terjadi selama proses pengelasan maupun ketika material berada di lingkungan bersuhu tinggi. Karakteristik tersebut membuat paduan aluminium-skandium memiliki kegunaan khusus pada aplikasi tertentu.

Penggunaannya menghadapi kendala biaya karena terdapat material alternatif, termasuk paduan titanium, yang dapat memberikan karakteristik sesuai kebutuhan pada kondisi tertentu. Paduan Al-Sc pernah digunakan dalam pembuatan pesawat tempur Rusia MiG, dengan konsentrasi skandium sekitar 0,1–0,5%.

Paduan Aluminium dan Besi

Besi (Fe) juga dapat ditemukan dalam aluminium paduan sebagai unsur yang masuk secara tidak disengaja selama proses produksi. Kondisi ini dapat terjadi, misalnya, ketika pengecoran menggunakan cetakan besi yang tidak dilapisi batu kapur atau keramik.

Kehadiran besi dapat mengurangi kekuatan tarik secara signifikan, meskipun pada kondisi tertentu dapat meningkatkan kekerasan dalam jumlah kecil. Pada paduan aluminium dengan kandungan silikon 10%, keberadaan besi sebesar 2,08% dilaporkan dapat menurunkan kekuatan tarik dari 217 MPa menjadi 78 MPa, sementara angka kekerasan Brinell meningkat dari 62 menjadi 70.

Perubahan tersebut berkaitan dengan terbentuknya kristal senyawa Fe-Al-X, dengan X mewakili unsur paduan utama aluminium selain besi. Karena itu, kandungan besi perlu diperhatikan dalam proses produksi untuk menjaga karakteristik mekanik aluminium paduan sesuai kebutuhan penggunaannya.