Aluminium merupakan unsur logam yang paling melimpah di kerak bumi. Aluminium merupakan logam nonferrous dengan produksi dan penggunaan terbesar kedua di dunia setelah baja. Aluminium memiliki kepadatan yang rendah, sekitar 1/3 dari baja. Karena aluminium murni bersifat lunak dan memiliki kekuatan yang rendah, maka dengan menambahkan sejumlah kecil unsur seperti magnesium, tembaga, seng, silikon, dan litium ke dalam aluminium, kinerja paduan aluminium menjadi lebih baik. Paduan aluminium merupakan bahan struktural logam nonferrous yang paling banyak digunakan dalam industri karena sifat mekanis dan ketahanan korosinya yang sangat baik. Paduan aluminium telah banyak digunakan dalam industri konstruksi, kedirgantaraan, otomotif, manufaktur mesin, pembuatan kapal, dan kimia.
Paduan aluminium memiliki sifat-sifat yang sangat baik dalam mekanika dan kimia:
① Aspek mekanis, terutama tercermin dalam kepadatan rendah, kekuatan tinggi, modulus tinggi, dll. Aluminium memiliki kepadatan rendah dan lebih ringan daripada logam lain, hanya 1/4 dari baja, sehingga cocok untuk digunakan di bidang dengan persyaratan tinggi untuk ringan;
② Dari segi sifat kimia, karena paduan aluminium dapat membentuk lapisan oksida padat pada permukaannya di udara, paduan aluminium dapat melindungi dirinya dari oksidasi yang dalam. Oleh karena itu, paduan aluminium memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dan komposisi kimia yang sangat stabil.
③Paduan aluminium memiliki plastisitas yang baik dan dapat diproses menjadi berbagai profil. Paduan ini memiliki konduktivitas listrik dan termal yang sangat baik. Oleh karena itu, paduan ini banyak digunakan dalam industri, dan penggunaannya berada di urutan kedua setelah baja.
Saat ini, terdapat lebih dari 250 paduan aluminium dengan komposisi yang berbeda dalam industri. Untuk memudahkan pembedaan, menurut komposisi paduan yang berbeda, Tiongkok mengadopsi metode klasifikasi tingkat empat digit yang diterima secara internasional untuk memudahkan penandaan lokasi produksi, manajemen memori, dan kalkulasi. Paduan aluminium yang digunakan dalam industri militer terutama meliputi paduan aluminium-litium, paduan aluminium seri 2XXX (A1-Cu-Mg) dan seri 7XXX.
Permintaan pasar dan tren perkembangan berbagai bahan paduan aluminium
Paduan aluminium seri 2XXX
Paduan aluminium seri 2XXX (A1-Cu-Mg) memiliki kekuatan tarik, ketangguhan, dan ketahanan lelah yang tinggi, ketahanan panas, pemrosesan, dan sifat pengelasan yang baik, dan banyak digunakan dalam industri kedirgantaraan, otomotif, dan persenjataan. Kelas utamanya adalah 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12, dll. Serangkaian paduan telah dikembangkan untuk meningkatkan kekuatan, ketangguhan, dan toleransi kerusakan, seperti paduan 2024, 2124, 2524, 2324, dll.
Model peralatan Tiongkok berkembang ke arah yang ringan, umur panjang, keandalan tinggi, dan biaya rendah, serta memiliki persyaratan tinggi untuk ketangguhan fraktur, ketahanan perambatan retak, dan ketahanan korosi pada material kulit badan pesawat. Berdasarkan pelat tebal paduan aluminium 2024-T351, negara-negara asing telah mengembangkan 2324, 2624, dan paduan aluminium toleransi kerusakan tinggi lainnya untuk permukaan sayap bawah dengan kekuatan, ketangguhan, ketahanan lelah, dan korosi yang berbeda, serta telah mencapai pemasangan dan aplikasi. Tiongkok sedang mengembangkan paduan aluminium seri 2XXX dengan toleransi kerusakan tinggi. Di masa mendatang, paduan mikro komposit akan menjadi arah pengembangan penting untuk paduan aluminium kekuatan tinggi seri Al-Cu-Mg.
Paduan aluminium seri 4XXX
Saat ini, paduan Al-Si eutektik dan hipoeutektik terutama digunakan untuk piston mobil di Tiongkok. Namun, dengan peningkatan berkelanjutan persyaratan kinerja mesin, sulit untuk memenuhi persyaratan kinerja. Paduan Al-Si hipereutektik memiliki kepadatan rendah, koefisien ekspansi linier kecil, ketahanan aus dan stabilitas volume yang lebih tinggi, dan merupakan bahan piston yang lebih ideal dibandingkan dengan paduan Al-Si eutektik. Piston paduan Al-Si hipereutektik telah diproduksi secara massal di luar negeri dan diterapkan pada truk dan mobil, seperti paduan A390 di Amerika Serikat, paduan AC9A dan AC8A (ZL109) di Jepang, dan paduan A390 di Australia. Namun, saat ini ada beberapa produsen di Tiongkok yang memproduksi piston paduan Al-Si hipereutektik, dan sebagian besar dari mereka bergantung pada impor. Selain itu, ada kesenjangan besar antara bahan paduan aluminium turbocharger otomotif dan negara-negara asing. Bahan paduan aluminium turbocharger otomotif berkinerja tinggi terutama bergantung pada Jepang dan negara-negara lain. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengembangkan material paduan aluminium otomotif utama untuk piston dan impeler turbocharger berkinerja tinggi.
Paduan Aluminium Seri 5XXX
Paduan Al-Mg, terutama paduan Al-Mg dengan kandungan Mg tinggi, memiliki kekuatan spesifik yang tinggi, kemampuan las yang baik dan ketahanan korosi, dan akan menjadi bahan yang sangat kompetitif di masa depan kedirgantaraan, kereta api berkecepatan tinggi, lautan, dan bidang lainnya. Saat ini, pelat paduan Al-Mg, profil dan kawat las untuk kedirgantaraan, kereta api, lautan, dan aplikasi lainnya terutama bergantung pada impor. Pasar kawat las kelas atas pada dasarnya dimonopoli oleh ALCOA di Amerika Serikat. Paduan ER5183 dan ER5356 terutama bergantung pada impor, dan volume impor mencapai sekitar 70% dari penjualan mereka. Paduan Al-Mg untuk kapal terutama bergantung pada Rusia. Ingot konvensional dari paduan dengan kandungan Mg tinggi memiliki dendrit yang berkembang dengan baik, segregasi fase eutektik yang parah, dan kinerja pembentukan yang buruk. Metode pemrosesan saat ini masih memiliki banyak masalah, seperti kinerja rendah, kualitas tampak buruk, proses lama, kualitas tidak stabil, dan hasil rendah. Pemadatan dan pembentukan sub-cepat dapat menghambat pengendapan Mg, dan pada saat yang sama dapat diatur untuk memperoleh kristal ekuaksis halus dan fase pengendapan nano, sehingga sangat meningkatkan kinerja dan keseragaman material. Oleh karena itu, pengembangan teknologi ekstrusi dan penggulungan reologi kontinu pemadatan sub-cepat untuk paduan Al-Mg berkinerja tinggi diharapkan dapat memenuhi permintaan paduan Al-Mg berkualitas tinggi.
Paduan Aluminium Seri 6XXX
Bahan paduan aluminium seri 6XXX merupakan bahan utama dalam bidang transportasi kereta api, otomotif, elektronik, dll. Sejak tahun 1980-an, negara-negara dan kawasan maju seperti Eropa, Amerika Serikat, dan Jepang telah mengembangkan paduan aluminium untuk otomotif, dengan mutu terdaftar seperti 6009, 6016, 6010, 6111, 6022, dan 6082, serta membentuk sistem produksi dan aplikasi yang relatif lengkap untuk panel bodi otomotif, ekstrusi, tempaan, dll. Penelitian dan pengembangan industrialisasi panel bodi paduan aluminium seri 6XXX dan tempaan di Tiongkok baru saja dimulai, dan terdapat kesenjangan yang jelas. Kementerian Perindustrian dan Teknologi Informasi Tiongkok telah mengusulkan agar lembaran paduan aluminium otomotif yang akan dikembangkan adalah: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022, dll. Lembaran paduan aluminium seri 6XXX yang umum memiliki perpanjangan A50 tidak kurang dari 25%, nilai r tidak kurang dari 0,60, kekuatan luluh parkir 60 hari Rp0,2 tidak kurang dari 140 N/mm2 dan peningkatan kekuatan luluh pengerasan cat tidak kurang dari 80 N/mm2. Menanggapi berbagai kebutuhan, pengembangan teknologi desain, persiapan, dan pemrosesan paduan aluminium seri 6XXX telah menjadi tren pengembangan yang tak terelakkan.
Paduan Aluminium Seri 7XXX
Paduan aluminium seri 7XXX memiliki ketahanan korosi tegangan yang baik dan merupakan seri terkuat di antara paduan aluminium. Paduan ini diakui secara internasional sebagai material tulang punggung penerbangan. Baru-baru ini, negara-negara asing telah mengembangkan paduan 7055 (Al8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr), yang tegangan luluhnya melebihi 620 MPa dalam keadaan T77511. Paduan ini digunakan dalam pesawat Boeing 777 dan mengurangi berat hingga 635 kg. Saat ini, Tiongkok kekurangan desain paduan sistematis dan teknologi persiapan dan pemrosesan untuk paduan aluminium seri 7XXX untuk penerbangan, dan beberapa produk sepenuhnya bergantung pada impor. Karena ingot skala besar dari paduan aluminium seri 7XXX dengan banyak elemen paduan, rentang pemadatan yang luas, tegangan pengecoran yang besar, dan oksidasi/pemisahan elemen paduan yang mudah, kualitas metalurgi ingot buruk dan kinerja pembentukan suhu ruangan rendah, sangat penting untuk mengembangkan paduan aluminium seri 7XXX baru.
Paduan aluminium-lithium (Al-Li)
Paduan aluminium-litium merupakan material ringan yang paling cepat berkembang dalam material penerbangan dalam beberapa tahun terakhir. Paduan ini memiliki karakteristik kepadatan rendah, modulus elastisitas tinggi, kekakuan spesifik tinggi, kinerja kelelahan yang baik, dan ketahanan korosi. Setelah mengganti paduan aluminium konvensional, massa dapat dikurangi hingga 10%~20% dan kekakuan dapat ditingkatkan hingga 15%~20%. Pada awal abad ke-21, perusahaan ALCOA Amerika meluncurkan “Rencana ALCOA Aviation 20/20”, dengan tujuan mengurangi biaya dan berat paduan aluminium penerbangan masing-masing sebesar 20% dalam waktu 20 tahun. Constellium telah mengembangkan paduan aluminium-litium 2050 dan 2198 (Al-Cu-Li-Mg-Ag) dengan kepadatan rendah, ketangguhan tinggi, dan toleransi kerusakan tinggi. Ada sangat sedikit jenis paduan Al-Li yang dikembangkan secara independen di Tiongkok, dan hanya paduan 1420 yang telah digunakan. Paduan aluminium-litium yang digunakan dalam pesawat penumpang C919 disediakan oleh Alcoa. Di dalam negeri, hanya beberapa jenis paduan terbatas seperti 1420, 2195, 2197, dan 2A97 yang dapat diproduksi, dan ingotnya hanya ingot pipih di bawah ((310~400)×1280×4000) mm dan ingot bulat di bawah φ650 mm. Ingot pipih (2B16) dengan ketebalan lebih dari 60 mm dan lebar lebih dari 1500 mm, dan ingot (2B16) dengan diameter lebih dari 1500 mm di bidang aplikasi penerbangan kelas atas belum diproduksi secara industri. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengembangkan desain paduan aluminium-litium baru, persiapan ingot ultra-besar, dan teknologi pemrosesan mendalam.
Paduan aluminium tahan panas
Paduan aluminium tahan panas merupakan material dasar utama di bidang kedirgantaraan, otomotif, transportasi kereta api, dll. dengan mengatur elemen-elemen seperti Si, Fe, Ni, Ag, dan tanah jarang untuk membuat paduan aluminium tahan terhadap oksidasi dan merayap pada suhu tinggi. Paduan aluminium tahan panas tradisional meliputi: 2519, 2618, 2219, 2D70, dll. Dengan pesatnya perkembangan industri kedirgantaraan dan otomotif, persyaratan yang lebih tinggi ditempatkan pada paduan aluminium tahan panas. Jet tempur generasi baru memiliki kecepatan jelajah yang tinggi, dan suhu pengoperasian kulit badan pesawat di atas 150°C. Saat ini, suhu penggunaan jangka panjang paduan aluminium tahan panas seperti 2618 dan 2D70 di bawah 150°C. Sangat penting untuk mengembangkan paduan aluminium tahan panas baru.
Paduan Al-Sc dengan kandungan skandium (Sc) yang sangat rendah
Paduan Al-Sc memiliki sifat-sifat yang sangat baik seperti kekuatan tinggi, plastisitas yang baik dan ketahanan terhadap korosi, dan telah menjadi generasi baru bahan ringan untuk kedirgantaraan, kapal, dll. setelah paduan Al-Li. Kekuatan tarik paduan Al-Mg yang mengandung sejumlah kecil skandium adalah 30% lebih tinggi daripada paduan 5083, dan kekuatan luluh lebih dari dua kali lipat. Kemampuan lasnya sebanding dengan paduan seri 5XXX konvensional, sifat mekanis zona yang terpengaruh panas dan las kira-kira sama dengan matriks, dan ketahanan terhadap korosinya sebanding dengan paduan 5083. Mengganti paduan seri 5XXX atau 6XXX dalam pembuatan komponen kedirgantaraan dapat mencapai efek pengurangan berat yang signifikan, dan juga merupakan bahan yang unggul untuk mobil dan kendaraan rel. Rusia berada di garis depan dunia dalam pengembangan paduan aluminium yang mengandung skandium, dan telah membentuk paduan Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc, dan Al-Cu-Mg-Sc dengan kandungan skandium 0,18%~0,5%. Untuk mempromosikan penerapan paduan aluminium-skandium dalam kedirgantaraan dan otomotif, Kementerian Perindustrian dan Teknologi Informasi Tiongkok telah mendaftarkan paduan aluminium yang mengandung skandium sebagai salah satu material baru untuk pengembangan prioritas. Tiongkok kaya akan sumber daya skandium dan telah membangun jalur produksi ekstraksi oksida skandium dengan kemurnian tinggi, yang meletakkan dasar bagi pengembangan paduan aluminium-skandium.
Paduan aluminium hot stamping kelas 500 MPa untuk mobil
Masih terdapat kekosongan dalam material paduan aluminium berkekuatan tinggi dengan teknik hot stamping di Tiongkok. Kombinasi material baru dan pengembangan proses pembentukan baru merupakan cara yang efektif untuk memecahkan masalah pembentukan komponen mobil paduan aluminium berkekuatan tinggi. Berfokus pada paduan seri 7XXX, secara aktif mengeksplorasi paduan 2XXX, dan mengembangkan material paduan aluminium kelas 500 MPa untuk teknik hot stamping memiliki prospek penting untuk memproduksi komponen mobil berbentuk kompleks.
Bahan komposit berbasis aluminium
Pelat komposit multilapis aluminium-baja: Sambungan efektif antara dek aluminium dan baja telah menjadi salah satu kendala untuk meringankan bangunan atas kapal-kapal besar. Sambungan transisi komposit aluminium-baja yang digunakan untuk pengelasan antara lambung aluminium dan baja memberikan solusi untuk menggantikan proses paku keling tradisional. Honda telah mengembangkan teknologi penyambungan baja dan aluminium yang akan digunakan secara global dalam rangka mobil yang diproduksi secara massal. Saat ini, sambungan komposit aluminium-baja yang digunakan di Tiongkok sebagian besar diimpor dari luar negeri, dengan harga setinggi 4×105 CNY/t. Dengan kapal-kapal berskala besar di masa depan, suhu pengelasan yang lebih tinggi, tegangan bantalan yang lebih besar, dan antarmuka ikatan yang lebih kuat diperlukan untuk sambungan transisi, dan sambungan aluminium-baja berkinerja tinggi sangat dibutuhkan.
Waktu posting: 08-Mar-2025
