Aluminium 3003: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

3003 adalah anggota seri 3xxx dari paduan aluminium tempa, yang memiliki mangan sebagai unsur paduan utama. Keluarga 3xxx tidak dapat diperkuat melalui perlakuan panas dan diperkuat terutama melalui efek larutan padat dan pengerasan deformasi, dengan 3003 mengandalkan tambahan Mn untuk memberikan keseimbangan antara kekuatan dan kemampuan pembentukan.

Campuran paduan didominasi oleh mangan (sekitar 1,0–1,5%), dengan kandungan tembaga terkontrol kecil dan kadar silikon dan besi yang rendah. Komposisi ini menghasilkan kekuatan sedang di atas aluminium komersial murni, ketahanan korosi yang baik, kemampuan bentuk yang sangat baik pada temper lunak, dan kemampuan las yang andal, sehingga menjadikannya paduan serbaguna untuk aplikasi plat dan ekstrusi.

3003 banyak digunakan di HVAC, peralatan masak, penanganan bahan kimia, pelapisan arsitektural, dan pekerjaan plat logam umum di mana kemampuan bentuk dan ketahanan korosi sangat penting. Para engineer memilih 3003 ketika membutuhkan alternatif yang lebih kuat dibanding aluminium murni seri 1000 tanpa perlu peningkatan kekuatan melalui perlakuan panas, serta ketika operasi fabrikasi meliputi bending, stamping, dan pengelasan.

Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperkuat melalui perlakuan panas, 3003 mengorbankan kekuatan tarik dan luluh puncak tetapi mendapatkan kemampuan kerja yang konsisten dan sensitivitas lebih rendah terhadap distorsi akibat quenching. Ketersediaannya yang luas dan biaya rendah dibandingkan paduan khusus semakin mendorong spesifikasinya dalam aplikasi volume tinggi dan komoditas.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Bentuk	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi (20–40%)	Istimewa	Istimewa	Sepenuhnya dilunakans, terbaik untuk deep drawing dan pembentukan
H12	Sedang	Sedang (10–20%)	Baik	Istimewa	Pengerjaan dingin ringan, peningkatan kekuatan sedikit dari O
H14	Sedang	Sedang-rendah (6–12%)	Baik	Istimewa	Setengah pengerasan; umum untuk stamping dan pembentukan sedang
H16	Sedang-Tinggi	Rendah (4–8%)	Cukup	Istimewa	Setengah pengerasan; digunakan saat diperlukan kekakuan lebih
H18	Tinggi	Rendah (1–6%)	Terbatas	Istimewa	Pengerasan penuh; untuk aplikasi yang memerlukan kekakuan tinggi

Temper secara signifikan mengubah kinerja 3003 melalui pengerjaan dingin dibandingkan mekanisme presipitasi. Material annealed (O) memberikan keuletan dan kemampuan bentuk maksimum untuk operasi deep-draw dan bending, sedangkan temper H meningkatkan kekuatan melalui pengerasan deformasi dengan mengorbankan elongasi dan sebagian kemampuan bentuk.

Pemilihan temper merupakan trade-off langsung antara kemudahan fabrikasi dan kekakuan atau persyaratan luluh akhir. Kemampuan las tetap sangat baik di semua temper karena penguatan tidak bergantung pada perlakuan panas, namun pelunakan lokal di zona terpengaruh panas (HAZ) dapat sedikit mengurangi kekuatan di sekitar las.

Komposisi Kimia

Unsur	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.6	Terbatas untuk menghindari intermetallic getas dan mempertahankan kemampuan bentuk
Fe	≤ 0.7	Impuritas umum; kelebihan mengurangi keuletan dan meningkatkan anisotropi
Mn	1.0–1.5	Unsur paduan utama yang menyediakan penguatan pengerasan deformasi
Mg	≤ 0.1	Biasanya residu; bukan agen penguat utama di 3003
Cu	0.05–0.20	Tambahan kecil untuk meningkatkan kekuatan dan memodifikasi perilaku mekanik
Zn	≤ 0.1	Dibatasi rendah agar menghindari perilaku galvanik merugikan dan kerapuhan
Cr	≤ 0.05	Biasanya residu; dapat mempengaruhi struktur butir jika hadir
Ti	≤ 0.15	Terjadi sebagai impurities atau deoksidator; mungkin ada dalam jumlah jejak
Lainnya (masing-masing)	≤ 0.05	Residu; aluminium sisanya diukur dengan selisih

Mangan adalah unsur paduan yang sengaja ditambahkan untuk menstabilkan tingkat kekuatan lebih tinggi melalui penguatan larutan padat dan struktur butir yang lebih halus. Tembaga sedikit meningkatkan kekuatan dan bisa sedikit menurunkan ketahanan korosi jika mendekati batas atas spesifikasi.

Silikon dan besi dikontrol untuk meminimalkan fase getas dan menjaga kualitas permukaan serta perilaku pembentukan yang baik. Komposisi unsur-unsur ini disesuaikan untuk mempertahankan respons pengerjaan dingin dibandingkan presipitasi akibat perlakuan panas.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik pada 3003 khas untuk paduan pengerasan deformasi yang tidak dapat diperkuat dengan perlakuan panas: sifat-sifat meningkat sesuai temper dan jumlah pengerjaan dingin. Dalam kondisi annealed, paduan ini menunjukkan kekuatan luluh rendah dan kekuatan tarik sedang dengan elongasi tinggi, memungkinkan deep drawing dan pembentukan kompleks. Saat temper beralih dari H12 ke H18, kekuatan luluh dan tarik meningkat sementara elongasi dan kemampuan bending berkurang secara terprediksi.

Kekerasan meningkat seiring pengerjaan dingin dan berkorelasi dengan sifat tarik; kekerasan biasanya rendah pada O dan naik melalui seri H. Performa kelelahan sedang dan sangat tergantung pada kondisi permukaan, pengerjaan dingin, dan tegangan residual yang diperkenalkan oleh pembentukan dan pengelasan. Bagian yang lebih tebal dapat menunjukkan umur kelelahan sedikit lebih baik karena sensitivitas lekukan yang lebih rendah namun mungkin kurang dapat dibentuk dan lebih sulit untuk stamping.

Laju pengerasan kerja dan ketebalan mempengaruhi keuletan akhir dan springback. Plat tipis lebih mudah dibentuk ke radius kecil, sementara pelat tebal atau ekstrusi berat lebih tahan pembentukan dan membutuhkan gaya lebih besar atau temper lebih tinggi. Pengelasan menghasilkan zona lunak lokal, tetapi biasanya tidak menyebabkan pengerasan presipitasi atau kerapuhan karena paduan ini tidak menggunakan perlakuan panas penguatan.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (H14)	Catatan
Kekuatan Tarik	110–155 MPa (16–22 ksi)	160–220 MPa (23–32 ksi)	Kekuatan tarik meningkat dengan pengerjaan dingin; rentang khas untuk temper umum
Kekuatan Luluh	35–70 MPa (5–10 ksi)	120–170 MPa (17–25 ksi)	Kekuatan luluh meningkat signifikan di temper H akibat pengerasan deformasi
Elongasi	20–40%	6–12%	Keuletan menurun cukup tajam dengan bertambahnya pengerjaan dingin
Kekerasan (HB)	25–45	40–80	Kekerasan kira-kira berkorelasi dengan kekuatan tarik dan tingkat temper

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Kepadatan	2.73 g/cm³	Tipikal untuk paduan aluminium; berguna untuk perhitungan massa dan berat
Rentang Peleburan	~ 645–660 °C	Rentang peleburan sempit tanpa eutektik diskrit; penting untuk penyolderan/pengelasan
Konduktivitas Termal	~ 120–160 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni namun masih sangat baik untuk penyebaran panas
Konduktivitas Listrik	~ 30–40 % IACS	Berbeda dari seri 1000 akibat paduan; cukup untuk penghantar tegangan rendah
Kalor Jenis	~ 900 J/kg·K	Mirip dengan paduan Al lainnya; penting untuk perhitungan massa termal
Koefisien Ekspansi Termal	~ 23–24 µm/m·K	Koefisien aluminium tipikal; perlu diperhitungkan untuk regangan termal pada rakitan

Kepadatan dan sifat termal menjadikan 3003 menarik untuk aplikasi yang memerlukan massa rendah dan transport panas yang baik, seperti penukar panas dan peralatan masak. Konduktivitas listriknya berkurang dibandingkan aluminium murni, namun tetap memadai untuk aplikasi listrik dan EMI tertentu di mana kekuatan mekanik lebih diutamakan.

Perlu memperhitungkan ekspansi termal pada sambungan dengan material berbeda untuk mencegah distorsi atau kegagalan seal. Rentang peleburan dan konduktivitas termal juga mempengaruhi praktik pengelasan dan pengendalian input panas untuk membatasi pelunakan di HAZ.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Sheet (Lembaran)	0,2–6,0 mm	Kekuatan meningkat seiring temper; ketebalan tipis mudah dibentuk	O, H14, H16	Sering digunakan untuk panel, atap, dan peralatan rumah tangga
Plate (Plat)	>6,0 mm	Kurang dapat dibentuk; memiliki kekuatan residual lebih tinggi pada temper H	H16, H18	Digunakan saat diperlukan kekakuan dan ketahanan aus
Extrusion (Ekstrusi)	Profil hingga beberapa meter	Kekuatan tergantung pada proses ekstrusi dan temper/pengerjaan dingin	O, H12, H14	Profil kompleks untuk elemen arsitektural dan struktural
Tube (Pipa)	Diameter dari kecil hingga besar	Ketebalan dinding mempengaruhi kekakuan dan ketahanan terhadap keruntuhan	O, H14	Digunakan untuk HVAC, conduit, dan rangka ringan
Bar/Rod (Batang)	Diameter 3–100 mm	Kekuatan khas hasil pengerjaan dengan variasi pengerjaan dingin	H14, H18	Digunakan untuk komponen mesin dan pengikat dimana formabilitas kurang kritis

Sheet adalah produk komersial yang paling umum untuk 3003, disuplai dalam bentuk coil dan potongan untuk stamping dan roll-forming. Seksi ekstrusi digunakan saat profil khusus dibutuhkan, dan bisa dikirim dalam temper lebih lunak untuk memungkinkan pembentukan setelah ekstrusi.

Plat dan seksi berat kurang umum karena keterbatasan kemampuan bentuk dan biaya proses yang lebih tinggi, namun dipilih untuk kekakuan struktural atau saat machining dan penggabungan adalah metode fabrikasi utama. Pipa dan batang berperan pada aplikasi mekanis dan penanganan fluida yang membutuhkan ketahanan korosi dan kekuatan sedang.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	3003	USA	Penamaan ASTM/AA; referensi umum di Amerika Utara
EN AW	3003	Eropa	EN AW-3003 secara luas setara; cek temper dan toleransi lokal
JIS	A3003	Jepang	Sering diberi label A3003; verifikasi bataskotoran dibanding spesifikasi AA
GB/T	3A21 (perkiraan)	Tiongkok	3A21 sering digunakan sebagai setara Tiongkok dengan toleransi komposisi minor

Penamaan setara antar standar umumnya sesuai dengan kimia paduan, namun perbedaan batas kotoran, definisi temper, dan persyaratan permukaan dapat mempengaruhi tingkat saling mengganti. Engineer harus memeriksa tabel sifat mekanik dan batas spesifikasi standar terkait saat mengganti material dari wilayah berbeda.

Bahasa pengadaan dan sertifikasi dalam kontrak harus menetapkan standar yang berlaku serta uji mekanik/kimia yang diperlukan untuk menghindari ketidaksesuaian halus antara varian regional.

Ketahanan Korosi

3003 menunjukkan ketahanan korosi atmosfer umum yang baik karena film pasif oksida aluminium dan kandungan tembaga serta seng yang relatif rendah. Material ini tahan terhadap lingkungan pengoksidasi dan atmosfer urban secara efektif, menjadikannya pilihan umum untuk fasad bangunan, saluran udara, dan perlindungan luar ruangan.

Dalam lingkungan laut, 3003 cukup diterima untuk banyak aplikasi struktural dan dekoratif, namun ketahanannya tidak setara dengan grade spesifik laut dengan paduan tinggi seperti 5083 atau 5086. Perendaman lama dalam air laut atau kondisi kaya klorida dapat menyebabkan pitting; pelapisan pelindung atau anoda korban dianjurkan untuk layanan jangka panjang.

Retak korosi tegangan bukan masalah utama pada 3003 karena bukan paduan pengerasan panas dengan kekuatan tinggi; namun tegangan residual tinggi dikombinasikan dengan lingkungan agresif masih dapat menyebabkan kegagalan lokal. Interaksi galvanik dengan logam berbeda harus dikelola, karena aluminium bersifat anodis terhadap baja umum dan tembaga, memerlukan isolasi atau pelapisan untuk mencegah percepatan korosi.

Dibandingkan paduan seri 1xxx, 3003 menawarkan kekuatan lebih tinggi sambil mempertahankan ketahanan korosi yang sebanding. Dibanding seri 5xxx dan 6xxx, 3003 biasanya memiliki kekuatan lebih rendah namun ketahanan korosi laut yang serupa atau sedikit lebih rendah tergantung komposisi dan lingkungan.

Properti Fabrikasi

Kemudahan Pengelasan

3003 mudah dilas dengan TIG, MIG (GMAW), dan metode tahanan karena tidak mengalami pengerasan presipitasi. Penggunaan logam pengisi aluminium standar seperti ER4043 (Al-Si) atau ER5356 (Al-Mg) umum; ER4043 memberikan aliran yang baik dan risiko porositas rendah, sedangkan ER5356 menghasilkan kekuatan las lebih tinggi. Risiko retak panas rendah tapi bisa meningkat dengan pembersihan buruk, tumpuan sambungan berlebih, atau pemilihan filler yang tidak tepat; kendalikan input panas dan kebersihan untuk minimalkan porositas.

Zona terdampak panas pada pengelasan akan melunak saat menyambung temper H ke O namun tidak menghasilkan efek pengerasan presipitasi. Properti mekanik setelah las terutama dikendalikan oleh temper bahan induk dan pemilihan filler; pertimbangkan pengujian mekanik pada sampel las untuk aplikasi struktural kritis.

Kemudahan Pemesinan

3003 memiliki kemudahan pemesinan yang sedang namun tidak termasuk paduan mudah potong; kecepatan pemesinan moderat dan lebih optimal dengan setup kaku serta alat karbida tajam. Menghasilkan serbuk ductile dan kontinu yang dapat menempel pada alat jika kecepatan dan feed tidak dioptimalkan; pemecah serbuk dan geometri positif membantu pengelolaan sisa potongan.

Keausan alat sedang karena kecenderungan aluminium menimbulkan galling; penggunaan pelumas, karbida berlapis, atau baja kecepatan tinggi dengan geometri tepat meningkatkan umur alat. Kecepatan bor dan endmill harus disesuaikan untuk aluminium dengan feed tinggi dan kecepatan spindle relatif rendah untuk mencegah pembentukan tepi menempel.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk adalah keunggulan utama 3003, terutama pada temper O, dimana proses deep drawing dan pembengkokan radius kecil dapat dilakukan dengan mudah. Radius bengkok minimum tergantung pada ketebalan dan temper, tapi temper O sering memungkinkan radius serendah 0,5–1,0× ketebalan untuk banyak operasi, sementara H14/H16 membutuhkan radius lebih besar dan mungkin memerlukan perlakuan annealing untuk pembentukan berat.

Pengerjaan dingin meningkatkan kekuatan dengan mengurangi keuletan; anneal tengah (O) dapat mengembalikan kemampuan bentuk setelah deformasi berat. Untuk rangkaian stamping kompleks, rencanakan kompensasi springback sesuai temper dan ketebalan.

Perilaku Perlakuan Panas

3003 adalah paduan non-pengerasan panas sehingga tidak merespon perlakuan pelarutan dan penuaan buatan untuk peningkatan kekuatan. Upaya menerapkan siklus pelarutan dan penuaan seperti pada seri 6xxx atau 7xxx tidak akan menghasilkan pengerasan presipitasi pada 3003; sifat dikendalikan oleh komposisi dan pengerjaan dingin.

Pengendalian sifat dicapai melalui pengerasan mekanis dan siklus annealing. Anneal penuh (O) dilakukan dengan pemanasan ke rentang suhu tertentu diikuti pendinginan terkontrol untuk mengembalikan keuletan, sedangkan temper bertingkat (H12–H18) dibuat melalui tingkat pengerjaan dingin yang terdefinisi dan, dalam beberapa kasus, perlakuan stabilisasi seperti H112.

Karena penguatan bersifat mekanis bukan metallurgis, komponen yang membutuhkan pengerasan lokal atau penguatan selektif biasanya menggunakan pengerjaan dingin atau perlakuan mekanis lokal dibanding perlakuan panas secara menyeluruh.

Performa Suhu Tinggi

3003 mengalami penurunan kekuatan secara bertahap dengan kenaikan suhu yang khas pada paduan aluminium; di atas kira-kira 150–200 °C kekuatan luluh dan tarik menurun secara nyata. Paparan jangka panjang di atas 200 °C umumnya tidak dianjurkan untuk aplikasi beban karena creep dan pelunakan semakin cepat.

Oksidasi pada suhu tinggi terbatas karena lapisan alumina pelindung, tetapi perubahan warna permukaan dan pengelupasan dapat terjadi pada suhu tinggi atau di atmosfer agresif. Zona terdampak panas las dapat mengalami pelunakan HAZ tetapi tidak mengalami transformasi temper seperti pada paduan pengerasan panas.

Siklus termal dan ekspansi diferensial dengan material berbeda yang terpasang harus dipertimbangkan dalam desain untuk mencegah kelelahan dan pelonggaran sambungan. Untuk layanan suhu tinggi berkelanjutan, pilih paduan yang secara khusus dirancang untuk kekuatan suhu tinggi.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Pemakaian 3003
HVAC	Saluran udara dan koil	Kemampuan bentuk baik dan ketahanan korosi untuk penanganan udara
Peralatan Rumah Tangga	Peralatan memasak, panel oven	Konduktivitas termal dan kemudahan bentuk untuk bentuk tarik
Bangunan/Arsitektur	Pelapis, soffit	Ketahanan cuaca dan kemudahan fabrikasi
Kimia/Proses	Tank, komponen pipa	Ketahanan korosi terhadap banyak bahan kimia dan kemudahan pengelasan
Listrik/Transfer Panas	Heatsink, radiator	Konduktivitas termal dengan kekuatan memadai

3003 tetap menjadi paduan andalan di banyak industri karena keseimbangan antara kemampuan bentuk, ketahanan korosi, dan biaya yang ekonomis. Respons pengerjaan dingin yang dapat diprediksi dan ketersediaan luas dalam bentuk sheet, coil, dan ekstrusi menjadikannya pilihan yang ekonomis untuk fabrikasi volume tinggi.

Wawasan Pemilihan

Pilih 3003 ketika Anda membutuhkan kekuatan yang lebih baik dibandingkan aluminium murni komersial (seri 1000) sekaligus mempertahankan kemampuan bentuk dan ketahanan korosi yang sangat baik. Dibandingkan dengan 1100, 3003 menukar sebagian konduktivitas listrik dan termal untuk peningkatan kekuatan mekanik yang signifikan serta peningkatan ketahanan terhadap deformasi selama proses pembentukan.

Dibandingkan dengan paduan yang mengalami pengerasan kerja seperti 5052, 3003 biasanya menawarkan kemampuan bentuk yang lebih mudah dan ketahanan korosi yang setara tetapi dengan kekuatan yang lebih rendah; 5052 lebih disukai ketika dibutuhkan kekuatan yang lebih tinggi dan ketahanan korosi laut yang lebih baik. Jika dibandingkan dengan paduan yang bisa diperlakukan panas seperti 6061 atau 6063, 3003 dipilih untuk proses fabrikasi yang memerlukan pembentukan dan pengelasan yang ekstensif di mana kekuatan puncak tidak kritis dan biaya serta duktibilitas menjadi prioritas.

Untuk pengadaan, prioritaskan pemilihan temper dan sertifikasi pemasok dibandingkan nomor nominal paduan ketika kemampuan bentuk atau kekuatan las sangat penting. Jika dibutuhkan kekuatan lebih tinggi setelah pembentukan, pertimbangkan pengerjaan dingin mekanik atau beralih ke paduan dengan kekuatan intrinsik lebih tinggi dan kompromi fabrikasi yang dapat diterima.

Ringkasan Penutup

3003 adalah paduan aluminium serbaguna yang diperkaya Mn yang mengisi celah antara aluminium murni dan paduan yang dapat diperlakukan panas dengan kekuatan lebih tinggi dengan menawarkan kekuatan yang seimbang, kemampuan bentuk yang sangat baik, dan ketahanan korosi yang andal. Sifatnya yang tidak dapat diperlakukan panas menyederhanakan pilihan fabrikasi dan menjadikannya bahan yang hemat biaya dan tersedia luas untuk lembaran, ekstrusi, dan komponen yang dibentuk di berbagai industri.