Alumunium dan Paduanya

Pendahuluan

Aluminium merupakan logam ringan yang memiliki ketahanan korosi, hantaran listrik dan sifat logam yang baik. Untuk meningkatkan kekuatan mekaniknya maka ditambahkan Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Ni, dsb yang bersamaan juga memberikan efek yang baik pada ketahananan korosi, ketahanan aus, koefisien muai rendah dsb. Bahan ini penggunaannya sangat luas, selain untuk peralatan rumah tangga, juga dipakai sebagai material pesawat terbang, mobil, kapal laut, konstruksi dsb.

6.1       Aluminium Murni

Aluminium yang diperoleh dalam kondisi cair dengan elektrolisa, umumnya memiliki kemurnian 99,85% berat. Dan apabila diektrolisa kembali akan dicapai kemurnian 99,99% . Pada tabel 6.1 dapat dilihat sifat-sifat fisik aluminium.

Tabel 6.1 Sifat-sifat fisik aluminium

Sifat-sifat	Kemurnian Al (%)
	99,996	>99,0
Massa Jenis (20oC) Titik Cair Panas jenis (cal/g.oC) (100oC) Hantaran Listrik (%) Tahanan listrik koefisien temeperatur (o/C) Koefisien pemuaian (20-100oC) Jenis kristal, konstanta kisi	2,6989 660,2 0,2226 64,94 0,00429 23,86 x 10-6 Fcc, a=4,013 kX	2,71 653-657 0,2297 59 (dianil) 0,0115 23,5 X 10-6 Fcc,a=4,04 kX

Tabel 6.2  Sifat-sifat mekanik aluminium

Sifat-sifat	Kemurnian
	99,996		>99,9
	Dianil	75% dirol dingin	Dianil	H18
Kekuatan tarik (kg/mm2) Kekuatan mulur (0,2%) (kg/mm2) Perpanjangan (%) Kekerasan Brinell	4,9 1,3 48,8 17	11,6 11,0 5,5 27	9,3 3,5 35 23	16,9 14,8 5 44

Ketahanan korosi berubah menurut kemurnian, pada umumnya untuk kemurnian 99,0% atau diatasnya dapat dipergunakan pada kondisi udara terbuka dan tahan dalam waktu bertahun-tahun. Hantaran listrik Al, kira-kira hanya 65% kemampuan hantar listrik tembaga, tetapi karena massa jenisnya kira-kira hanya sepertiganya sehingga memungkinkan untuk memperluas  penampangnya. Oleh karena itu aluminium dapat dipergunakan dalam bentuk kabel dan berbagai bentuk lain seperti lembaran tipis (foil). Aluminium yang sering digunakan dengan kemurnian 99,0%.

6.2.      Paduan Aluminium

6.2.1    Klasifikasi  Paduan Aluminium

Paduan Al diklasifikasikan dalam berbagai standar oleh berbagai negara. Standar klasifikasi saat ini yang dikenal adalah standar Aluminium Association  di  Amerika (AA) yang didasarkan standar terdahulu dari Alcoa (Aluminium Company of America).Paduan tempaan dinyatakan dengan satu atau dua angka  “S”, sedangkan paduan coran dinyatakan dengan 3 angka. Standar AA menggunakan penandaan dengan 4 angka sbb:

Angka pertama menyatakan sistim paduan dengan unsure-unsur yang ditambahkan, yaitu;

1: Aluminium murni. 2: Al-Cu, 3:Al-Mn, 4:Al-Si, 5:Al-Mg, 6:Al-Mg-Si dan 7;Al-Zn.

Contoh : paduan Al-Cu, dinyatakan dengan angka 2000.

Hubungan antara standar Alcoa dan AA dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 6.3  Klasifikasi paduan aluminium tempaan

Standar AA	Standar Alcoa	Keterangan
1001 1100 2010-2029 3003-3009 4030-4039 5050-5086 6061-6069 7070-7079	1S 2S 10S-29S 3S-9S 30S-39S 50S-69S 70S-79S	Al murni 99,5% atau diatasnya Al murni 99,0% atau diatasnya Cu merupakan unsur paduan utama Mn merupakan unsur paduan utama Si merupakan unsur paduan utama Mg merupakan unsur paduan utama Mg2Si merupakan unsur paduan utama Zn merupakan unsur paduan utama

Dalam paduan aluminium perubahan yang berarti dari material oleh perlakuan panas.

6.2.2.   Paduan Aluminium Utama

(1).       Al-Cu dan Al-Cu-Mg

Paduan coran digunakan paduan yang mengadung 4-5%Cu, ternyata fasa paduan ini memiliki daerah luas untuk pembekuan, penyusutan yang besar, beresiko pada kegetasan panas dan mudah terjadi retakan pada coran. Penambahan Si sangat berguna untuk membantu mengurangi efek tersebut dan adanya Ti juga efektif memperhalus butir .

Duralium adalah paduan aluminium yang kuat dan praktis dikenal  sebagai paduan 2017, yang komposisi standarnya adalah Al-4%Cu-0,5%Mg-0,5%Mn. Jika Mg ditingkatkan pada paduan maka komposisi standar menjadi Al-4,5%Cu-1,5%Mg-0,5%Mn dinamakan paduan 2024 atau duralium super. Pada paduan yang mengandung Cu memiliki ketahanan korosi yang jelek, maka biasanya diberi lapisan aluminium murni atau paduan aluminium pada bagian permukaannya yang disebut pelat alklad.

Tabel 6.4  Klasifikasi perlakuan bahan

Tanda

Perlakuan

-F -O -H -H 1n -H 2n -H 3n -T -T2 -T3 -T4 -T5 -T6 -T7 -T8 -T9 -T10

Setelah pembuatan Dianil penuh Pengerasan regangan Pengerasan regangan Sebagian dianil setelah pengerasan regangan Dianil untuk penyetabilan setelah pengerasan regangan n=2 (1/4 keras), 4 (1/2 keras), 6 (3/4 keras), 8 (keras), 9 (sangat keras). Perlakuan panas Penganilan penuh (hanya untuk coran) Pengerasan regangan setelah perlakuan pelarutan Penuaan alamiah penuh setelah perlakuan pelarutan Penuaan tiruan (tanpa perlakuan pelarutan) Penuaan tiruan setelah perlakuan pelarutan Penyetabilan setelah perlakuan pelarutan Perlakuan pelarutan, pengerasan regangan, penuaan tiruan Perlakuan pelarutan, penuaan tiruan, pengerasan regangan Pengerasan regangan setelah penuaan tiruan.

Tabel 6.5  Sifat-sifat mekanik paduan Al-Cu-Mg

Paduan	Keadaan	Kekuatan tarik (kgf/mm2)	Kekuatan mulur (kgf/mm2)	Perpanjangan (%)	Kekuatan geser (kgf/mm2)	Kekerasan Brinell	Batas lelah (kgf/mm2)
17S (2017)	O T4	18,3 43,6	7,0 28,1	- -	12,7 26,7	45 105	7,7 12,7
A17S (A2017)	T4	30,2	16,9	27	19,7	70	9,5
R317	Setelah dianil	42,9	24,6	22	-	100	-
24S (2024)	O T4 T36	18,9 47,8 51,3	7,7 32,3 40,1	22 22 -	12,7 28,8 29,5	42 120 130	- - -
14S (2014)	O T4 T4	19,0 39,4 49,0	9,8 28,0 42,0	18 25 13	12,7 23,9 29,3	45 100 135	- - -

(2).       Paduan Al-Mn

Mn adalah unsure yang memperkuat Al tanpa mengurangi ketahanan korosi, dan digunakan untuk membuat paduan yang tahan korosi. Paduan Al-1,2%Mn  dan Al-1,2%Mn-1,0%Mg dinamakan paduan 3003 dan 3004 yang banyak dipakai untuk paduan tahan korosi tanpa perlakuan panas.

(3).       Paduan Al-Si

Paduan Al-Si sangat baik kecairannya, yang mempunyai permukaan yang bagus, tanpa kegetasan panas, dan sangat baik untuk paduan coran dan juga memiliki ketahanan korosi yang baik, sangat ringan, koefisien pemuaian yang kecil, dan penghantar listrik dan panas yang baik. Karena memiliki banyak kelebihan maka paduan ini banyak dipakai.  Untuk paduan Al-12%Si sangat banyak dipakai untuk paduan cor cetak dan tidak perlu dilakukan modifikasi. Sifat-sifat silumin sangat diperbaiki oleh perlakuan panas, sedikit  dipengaruhi unsur paduan. Umumnya paduan dengan 0,15-0,4% Mn dan 0,5% Mg yang sering dipakai. Jika paduan ini diberi perlakuan pelarutan dan presipitasi dinamakan silumin γ, dan yang hanya distemper saja dinamakan silumin β.

Paduan ini yang dapat memberikan kekerasan pada saat panas dengan menambahkan Mg, Cu dan Ni dan digunakan untuk bahan torak motor.

Tabel 6.6  Kekuatan tarik panas paduan Al-Si-Ni-Mg

Paduan	Perlakuan	Temperatur uji (oC)	Sifat-sifat mekanik
			Kekuatan tarik (kgf/mm2)	Kekuatan mulur (kgf/mm2)	Perpanjangan (%)
Alcoa 32S Al-12,5Si-1,0Mg-0,9Cu- 0,9Ni	T6: 510-521, 4 jam dicelup dingin di air, 160oC-174oC , 6-10 jam penuaan	24 204 316 317	39,2 11,2 4,2 2,5	32,2 7,7 2,5 1,4	8 30 60 120
Alcoa A132 Al-12Si-2,5Ni-1,2Mg-0,8Cu (untuk dicor cetak)	T551: 168-174oC, 14-18 jam dianil, tanpa perlakuan pelarutan	24 204 316	25,2 16,1 7,7	19,6 9,5 3,5	0,5 2,0 8,0
Alcoa D132 Al-9Si-3,5Cu-0,8Mg-0,8Ni (untuk dicor cetak)	T5: 204oC, 7-9 jam dianil, tanpa perlakuan pelarutan	24 204 316 317	25,2 14,4 6,3 3,9	19,6 9,1 4,2 2,8	1,0 5,0 20,0 40,0

(4).       Paduan Al-Mg

Paduan Al-Mg memiliki ketahanan korosi yang sangat baik, dan sejak dulu dikenal dengan sebutan hidronalium. Adanya Cu dan Fe memberi dampak negative pada ketahanan korosi sehingga untuk paduan ini perlu perhatian khusus terhadap tercampurnya unsur pengotor.

Paduan dengan 2-3% Mg memiliki sifat yang mudah ditempa, dirol dan ekstruksi Ada beberapa paduan Al-Mg yang perlu diketahui yaitu; paduan 5052 dapat digunakan sebagai bahan tempaan, paduan 5056 adalah paduan yang paling kuat untuk sistim ini. Paduan 5083 memiliki kekuatan yang baik dan kemampuan mudah dilas, sehingga banyak digunakan saat ini sebagai bahan untuk tangki LNG.

Tabel 6 .7 Sifat-sifat mekanik paduan Al-Mg

Paduan	Keadaan	Sifat-sifat mekanik
		Kekuatan tarik (kgf/mm2)	Kekuatan mulur (0,2%) (kgf/mm2)	Perpanjangan (%)	Kekuatan geser (kgf/mm2)	Kekerasan Brinell	Batas lelah 5x108 (kgf/mm2)
5052 (Al-2,5Mg-0,25Cr)	O H38	21,9 28,8	8,4 25,3	30 8	12,7 16,9	45 85	12,0 13,4
5056 (Al-5,2Mg-0,1Mn-0,1Cr)	O H18	29,5 43,6	15,5 40,8	35 6	18,3 23,2	- -	14,1 15,5

(5).       Paduan Al-Mg-Si

Paduan Al-Mg-Si dapat dikenal sebagai paduan 5053, 6063 dan 6061. Paduan dalam sistim ini, mempunyai kekuatan kurang sebagai sebagai bahan tempaan dibandingkan paduan-paduan yang lain. Tetapi kelebihan dari paduan ini yaitu; sangat liat, sangat mampu dibentuk dengan penempaan pada temperature biasa, mampu bentuk dengan baik melalui ekstrusi dan tahan korosi. Selain itu, dapat pula diperkuat dengan perlakuan panas. Paduan 6063 banyak dipergunakan untuk rangka-rangka konstruksi. Paduan dalam sistim ini mempunyai kekuatan yang  baik tanpa mengurangi hantaran listrik, maka digunakan sebagai bahan kabel rumah tangga. Dalam hal ini pencampuran dengan Cu, Fe dan Mn perlu dihindari karena unsure-unsur ini menyebabkan tahanan listrik menjadi tinggi.

Tabel 6.8 Sifat-sifat mekanik paduan Al-Mg₂-Si

Paduan	Keadaan	Kekuatan tarik (kgf/mm2)	Kekuatan mulur (kgf/mm2)	Perpanjangan (%)	Kekuatan geser (kgf/mm2)	Kekerasan Brinell	Batas lelah (kgf/mm2)
6061	O T4 T6	12,6 24,6 31,6	5,6 14,8 28,0	30 28 15	8,4 16,9 21,0	30 65 95	6,3 9,5 9,5
6063	T5 T6 T83	19,0 24,6 26,0	14,8 21,8 24,6	12 12 11	11,9 15,5 15,5	60 73 82	6,7 6,7 -

(6).       Paduan Al-Mg-Zn

Paduan ini sejak dulu telah dikenal karena dapat dibuat menjadi keras sekali, tetapi telah lama tidak dipakai lagi karena mempunyai sifat getas oleh retakan korosi tegangan. Di Jepang diadakan studi tentang paduan ini pada tahun 1940. dan dikembangkan menjadi paduan duralumin super ekstra (ESD) dengan penambahan kira-kira 0,3% Mn atau Cr .

Di Amerika Serikat saat itu pula, paduan ini dikembangkan yang terdiri dari Al-5,5%Zn-2,5%Mn-1,5%Cu-0,3%Cr-0,2%Mn dan dikenal sebagai paduan 7075. Kelebihan dari paduan 7075 adalah; mempunyai kekuatan tinggi dari paduan-paduan lainnya dan banyak digunakan sebgai bahan konstruksi pesawat terbang.

Tabel 6.9  Sifat-sifat mekanik paduan 7075

Perlakuan panas	Kekuatan tarik (kgf/mm2)	Kekuatan mulur (kgf/mm2)	Perpanjangan(%)		Kekerasan		Kekuatan geser (kgf/mm2)	Batas lelah (kgf/mm2)
			(a)	(b)	Rokwell	Brinell
Bukan klad
O T6	23,2 58,4	10,5 51,3	17 11	16 11	E60-70 B85-95	60 150	15,5 33,8	- 16,2
O T6	22,5 53,4	9,8 47,1	17 11	- -	- E88-111	- -	15,5 32,3	- -

6.3.            Penutup

Aluminium adalah logam berwarna putih, bersifat tahan korosi yang tinggi, tidak beracun, sehingga banyak digunakan bahan untuk peralatan dapur. Aluminium dapat dipadu dengan logam-logam lain seperti; Cu, Mg, Mn, Si, Zn dan Ni. Pemaduan logam-logam tersebut dalam jumlah kecil yang dapat merubah sifat lunak dan sifat-sifat mekaniknya menjadi lebih keras dan lebih baik.

Paduan Aluminium yang utama adalah Al-Cu dan Al-Cu-Mg, Al-Mn,Al-Si, Al-Mg, Al-Mg-Si, dan Al-Mg-Zn. Dari paduan-paduan tersebut ada beberapa produk utama yang telah lama dikenal seperti;

- Duralium adalah paduan aluminium yang kuat dan praktis dikenal sebagai paduan 2017, yang komposisi standarnya adalah Al-4%Cu-0,5%Mg-0,5%Mn.

- Silumin adalah paduan Al-12%Si sangat banyak dipakai untuk paduan cor cetak

- Hidronalium adalah paduan Al-2-3%Mg memiliki ketahanan korosi yang sangat baik.