Aluminium adalah unsur logam paling melimpah di kerak bumi. Aluminium merupakan logam non-ferrous dengan produksi dan penggunaan terbesar kedua di dunia setelah baja. Aluminium memiliki densitas yang rendah, sekitar 1/3 dari baja. Karena aluminium murni bersifat lunak dan memiliki kekuatan yang rendah, dengan menambahkan sedikit unsur seperti magnesium, tembaga, seng, silikon, dan litium ke dalam aluminium, kinerja paduan aluminium akan lebih baik. Paduan aluminium merupakan material struktural logam non-ferrous yang paling banyak digunakan dalam industri karena sifat mekanik 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 dari 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 mendalam. Oleh karena itu, paduan aluminium memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dan komposisi kimia yang sangat stabil.
Paduan aluminium memiliki plastisitas yang baik dan dapat diolah 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 berbeda di industri. Untuk memudahkan pembedaan, berdasarkan komposisi paduan yang berbeda, Tiongkok mengadopsi metode klasifikasi tingkat empat digit yang diterima secara internasional untuk memudahkan penandaan lokasi produksi, manajemen memori, dan perhitungan. Paduan aluminium yang digunakan dalam industri militer terutama meliputi paduan aluminium-litium, seri 2XXX (A1-Cu-Mg), dan paduan aluminium 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, serta ketahanan panas, pemrosesan, dan pengelasan yang baik. Paduan ini banyak digunakan dalam industri kedirgantaraan, otomotif, dan persenjataan. Kelas-kelas utamanya adalah 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12, dan sebagainya. Berbagai paduan telah dikembangkan untuk meningkatkan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan terhadap kerusakan, seperti paduan 2024, 2124, 2524, dan 2324.
Model peralatan Tiongkok berkembang ke arah bobot yang ringan, masa pakai yang panjang, keandalan yang tinggi, dan biaya rendah, serta memiliki persyaratan tinggi untuk ketangguhan fraktur, ketahanan perambatan retak, dan ketahanan korosi material kulit badan pesawat. Berdasarkan pelat tebal paduan aluminium 2024-T351, negara-negara asing telah mengembangkan paduan aluminium 2324, 2624, dan paduan aluminium toleransi kerusakan tinggi lainnya untuk permukaan sayap bawah dengan kekuatan, ketangguhan, ketahanan lelah, dan korosi yang berbeda-beda, serta telah mencapai tahap instalasi dan aplikasi. Tiongkok sedang mengembangkan paduan aluminium seri 2XXX dengan toleransi kerusakan tinggi. Di masa depan, mikroalloy 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 persyaratan kinerja mesin yang berkelanjutan, sulit untuk memenuhi persyaratan kinerja. Paduan Al-Si hipereutektik memiliki kepadatan rendah, koefisien ekspansi linier kecil, ketahanan aus yang lebih tinggi dan stabilitas volume, 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 yang 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 bahan 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, serta akan menjadi material yang sangat kompetitif di masa depan, terutama di bidang kedirgantaraan, kereta api berkecepatan tinggi, kelautan, dan bidang lainnya. Saat ini, pelat, profil, dan kawat las paduan Al-Mg untuk kedirgantaraan, kereta api, kelautan, dan aplikasi lainnya sebagian besar masih bergantung pada impor. Pasar kawat las kelas atas pada dasarnya dimonopoli oleh ALCOA di Amerika Serikat. Paduan ER5183 dan ER5356 sebagian besar bergantung pada impor, dan volume impor tersebut mencapai sekitar 70% dari penjualan mereka. Paduan Al-Mg untuk kapal sebagian besar 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 yang rendah, kualitas tampak yang buruk, proses yang lama, kualitas yang tidak stabil, dan hasil yang rendah. Pemadatan dan pembentukan sub-cepat dapat menghambat presipitasi Mg, sekaligus dapat diatur untuk menghasilkan kristal ekuaksis halus dan fase nano-presipitasi, sehingga meningkatkan kinerja dan keseragaman material secara signifikan. 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
Paduan aluminium seri 6XXX merupakan material kunci dalam bidang transportasi kereta api, otomotif, elektronik, dan sebagainya. Sejak tahun 1980-an, negara-negara dan kawasan maju seperti Eropa, Amerika Serikat, dan Jepang telah mengembangkan paduan aluminium untuk otomotif dengan grade terdaftar seperti 6009, 6016, 6010, 6111, 6022, dan 6082, serta membentuk sistem produksi dan aplikasi yang relatif lengkap untuk panel bodi, ekstrusi, dan tempa bodi mobil. Penelitian dan pengembangan industrialisasi panel bodi dan tempa paduan aluminium seri 6XXX di Tiongkok baru saja dimulai, dan masih terdapat celah yang jelas. Kementerian Perindustrian dan Teknologi Informasi Tiongkok telah mengusulkan pengembangan lembaran paduan aluminium otomotif sebagai berikut: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022, dan sebagainya. Lembaran paduan aluminium seri 6XXX pada umumnya memiliki elongasi A50 minimal 25%, nilai r minimal 0,60, kuat luluh parkir 60 hari Rp0,2 minimal 140 N/mm², dan kenaikan kuat luluh pengerasan cat minimal 80 N/mm². Menanggapi berbagai kebutuhan, pengembangan teknologi desain, persiapan, dan pemrosesan paduan aluminium seri 6XXX telah menjadi tren perkembangan 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 pada 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 paduan aluminium seri 7XXX berskala besar dengan banyak elemen paduan, rentang pemadatan yang luas, tegangan pengecoran yang besar, dan oksidasi/segregasi elemen paduan yang mudah, kualitas metalurgi ingot buruk dan kinerja pembentukan suhu ruang rendah, sangat penting untuk mengembangkan paduan aluminium seri 7XXX baru.
Paduan aluminium-litium (Al-Li)
Paduan aluminium-litium merupakan material ringan yang paling cepat berkembang dalam dunia penerbangan dalam beberapa tahun terakhir. Paduan ini memiliki karakteristik kepadatan rendah, modulus elastisitas tinggi, kekakuan spesifik tinggi, kinerja fatik yang baik, dan ketahanan korosi. Setelah menggantikan paduan aluminium konvensional, massanya dapat dikurangi 10%~20% dan kekakuannya dapat ditingkatkan 15%~20%. Pada awal abad ke-21, perusahaan Amerika ALCOA meluncurkan “Rencana ALCOA Aviation 20/20”, dengan tujuan mengurangi biaya dan berat paduan aluminium penerbangan masing-masing sebesar 20% dalam 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. Hanya ada sedikit jenis paduan Al-Li yang dikembangkan secara independen di Tiongkok, dan hanya paduan 1420 yang telah digunakan. Paduan aluminium-litium yang digunakan pada pesawat penumpang C919 disediakan oleh Alcoa. Di dalam negeri, hanya kelas paduan terbatas seperti 1420, 2195, 2197, dan 2A97 yang dapat diproduksi, dan ingotnya hanya ingot datar di bawah ((310~400)×1280×4000) mm dan ingot bulat di bawah φ650 mm. Ingot datar (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 yang dalam.
Paduan aluminium tahan panas
Paduan aluminium tahan panas merupakan material dasar utama di bidang kedirgantaraan, otomotif, dan transportasi kereta api. Paduan ini memanfaatkan unsur-unsur seperti Si, Fe, Ni, Ag, dan tanah jarang untuk membuat paduan aluminium tahan terhadap oksidasi dan creep pada suhu tinggi. Paduan aluminium tahan panas yang umum digunakan antara lain: 2519, 2618, 2219, 2D70, dan sebagainya. Seiring pesatnya perkembangan industri kedirgantaraan dan otomotif, persyaratan yang lebih tinggi diberikan pada paduan aluminium tahan panas. Jet tempur generasi baru memiliki kecepatan jelajah yang tinggi, dan suhu operasi 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. Pengembangan paduan aluminium tahan panas baru menjadi sangat penting.
Paduan Al-Sc dengan kandungan skandium (Sc) yang sangat rendah
Paduan Al-Sc memiliki sifat-sifat unggul seperti kekuatan tinggi, plastisitas yang baik, dan ketahanan korosi. Paduan ini telah menjadi generasi baru material ringan untuk industri kedirgantaraan, kapal, dan sebagainya setelah paduan Al-Li. Paduan Al-Mg yang mengandung sedikit skandium memiliki kekuatan tarik 30% lebih tinggi daripada paduan 5083, dan kekuatan luluhnya lebih dari dua kali lipat. Kemampuan lasnya sebanding dengan paduan seri 5XXX konvensional, sifat mekanik zona terpengaruh panas dan lasnya kurang lebih sama dengan matriks, dan ketahanan korosinya sebanding dengan paduan 5083. Penggantian paduan seri 5XXX atau 6XXX dalam pembuatan komponen kedirgantaraan dapat mencapai pengurangan berat yang signifikan, serta merupakan material unggulan untuk mobil dan kereta api. Rusia berada di garda terdepan 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 mendorong penerapan paduan aluminium-skandium di bidang 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 lini produksi ekstraksi skandium oksida dengan kemurnian tinggi, yang meletakkan dasar bagi pengembangan paduan aluminium-skandium.
Paduan aluminium hot stamping kelas 500 MPa untuk mobil
Masih terdapat kekurangan dalam teknologi hot stamping material paduan aluminium berkekuatan tinggi di Tiongkok. Kombinasi material baru dan pengembangan proses pembentukan baru merupakan cara efektif untuk memecahkan masalah pembentukan komponen otomotif paduan aluminium berkekuatan tinggi. Fokus pada paduan seri 7XXX, eksplorasi aktif paduan 2XXX, dan pengembangan material paduan aluminium grade 500 MPa untuk hot stamping memiliki prospek penting untuk manufaktur komponen otomotif dengan bentuk kompleks.
Bahan komposit berbasis aluminium
Pelat komposit multilapis aluminium-baja: Sambungan efektif antara dek aluminium dan baja telah menjadi salah satu kendala untuk meringankan struktur 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 mencapai 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
