Aluminium 3004: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Komprehensif

Alloy 3004 adalah bagian dari seri 3xxx dari paduan aluminium tempa, yang secara khusus diklasifikasikan dalam kelompok 3xxx Mn-Mg. Unsur paduan utamanya adalah mangan (Mn) dan magnesium (Mg), dengan sejumlah kecil besi, silikon, dan unsur jejak yang terkontrol.

3004 adalah paduan yang tidak dapat diperkuat melalui perlakuan panas, melainkan diperkuat melalui pengerjaan dingin (strain-hardening); pengerasan dicapai terutama melalui pengerjaan dingin (work-hardening) dan bukan pengerasan presipitasi. Mekanisme ini memungkinkan kombinasi kekuatan dan keuletan yang dapat dipilih dengan memvariasikan temper (tingkat pengerasan dan/atau anil).

Sifat utama 3004 meliputi kekuatan sedang hingga baik untuk paduan seri 3xxx, kemampuan pembentukan yang meningkat dalam kondisi anil, ketahanan korosi yang dapat diterima dalam lingkungan atmosfer biasa, dan karakteristik pengelasan yang umumnya baik. Paduan ini biasa digunakan pada badan kaleng minuman, penukar panas, lembar arsitektural, dan aplikasi lembar lainnya yang membutuhkan keseimbangan antara kemampuan bentuk dan kekuatan.

Insinyur memilih 3004 ketika dibutuhkan peningkatan kekuatan dibandingkan 3003 tanpa mengorbankan karakteristik deep-draw/kemampuan bentuk dari keluarga 3xxx. Paduan ini dipilih dibandingkan paduan yang dapat diperkuat melalui perlakuan panas dengan kekuatan lebih tinggi ketika dibutuhkan proses pembentukan yang berat atau lembar yang sangat ekonomis dan mudah diproduksi.

Variasi Temper

Temper	Level Kekuatan	Regangan	Formabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi (20–30%)	Sangat baik	Sangat baik	Kondisi anil penuh untuk formabilitas maksimum
H14	Sedang	Rendah–Sedang (6–12%)	Baik	Baik	Pengerasan satu perempat keras; umum untuk komponen yang ditarik/dibentuk
H18	Tinggi	Rendah (3–8%)	Terbatas	Baik	Pengerasan penuh; digunakan ketika diperlukan kekuatan dan kekakuan lebih tinggi
H24	Sedang	Sedang (10–18%)	Baik	Baik	Pengerasan kemudian sebagian anil; keseimbangan formabilitas dan kekuatan
H26	Sedang-Tinggi	Sedang (8–14%)	Cukup	Baik	Temper dua langkah untuk mencapai sifat mekanik menengah
H28	Tinggi	Rendah (4–10%)	Terbatas	Baik	Pengerjaan dingin lebih berat untuk kenaikan kekuatan luluh dan tarik

Temper mempunyai pengaruh signifikan pada sifat 3004 karena paduan ini mengandalkan deformasi untuk pengerasan. Perpindahan dari O ke seri H meningkatkan kekuatan luluh dan kekuatan tarik maksimum sambil mengurangi keuletan dan kemampuan bentuk tarik, yang harus diperhatikan untuk proses deep-draw atau pembengkokan kompleks.

Kemampuan pengelasan tetap kuat di sebagian besar temper karena 3004 tidak dapat diperkuat dengan perlakuan panas; namun, anil lokal pada zona terpengaruh panas dan penurunan kekuatan setelah pengelasan pada temper yang pengerasan dingin harus diperhitungkan dalam desain sambungan.

Komposisi Kimia

Unsur	Rentang %	Catatan
Si	0.05–0.6	Terjaga untuk membatasi intermetalik rapuh; Si yang lebih tinggi dapat meningkatkan kemampuan pengecoran pada paduan lain.
Fe	0.2–0.7	Pengotor umum; Fe tinggi membentuk partikel intermetalik yang sedikit mengurangi keuletan.
Mn	1.0–1.5	Pengeras utama; mendorong kestabilan butir dan meningkatkan kapasitas pengerasan deformasi.
Mg	0.8–1.3	Kontribusi terhadap pengerasan kerja dan penguatan larutan padat sedang.
Cu	0.05–0.2	Dipertahankan rendah untuk menjaga ketahanan korosi; sedikit meningkatkan kekuatan secara marginal.
Zn	0.05–0.2	Minor; dampak terbatas pada level ini tapi diawasi untuk menghindari masalah korosi antar butir.
Cr	0.05–0.20	Unsur jejak yang dapat memperbaiki struktur butir dan sedikit meningkatkan ketahanan korosi.
Ti	≤0.15	Deoksidan dan pemurni butir dalam praktik pabrik; jumlah kecil mengontrol ukuran butir.
Lainnya	≤0.05 tiap elemen, ≤0.15 total	Residu dan unsur jejak; sisanya aluminium (~96.2–98.8%).

Mangan dan magnesium adalah penggerak utama kinerja: Mn menstabilkan dan memurnikan mikrostruktur serta meningkatkan resistensi rekristalisasi, sementara Mg meningkatkan pengerasan deformasi dan memberikan penguatan larutan padat sedang. Unsur pengotor seperti besi dan silikon membentuk fase intermetalik yang dapat mengurangi keuletan dan mempengaruhi tampilan permukaan; kontrol ketat terhadap kedua unsur ini penting untuk lembar yang akan melalui proses deep drawing atau finishing dekoratif.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik 3004 khas untuk paduan aluminium yang pengerasan dingin dan tidak dapat diperkuat dengan perlakuan panas. Dalam kondisi anil, paduan menunjukkan kekuatan luluh dan tarik yang relatif rendah dengan elongasi seragam tinggi, memungkinkan proses deep drawing dan pembentukan; setelah pengerjaan dingin sedang, kekuatan luluh naik tajam dan elongasi turun, menghasilkan rentang kekuatan yang berguna untuk komponen lembar struktural.

Kekuatan luluh dan tarik sangat dipengaruhi oleh tebal dan temper. Ketebalan tipis biasanya menunjukkan kekuatan luluh nominal lebih tinggi karena pengerasan permukaan dan tekstur akibat proses; sebaliknya, plat atau ekstrusi tebal mungkin menunjukkan respon pengerasan yang lebih rendah dan kekuatan sedikit menurun pada temper yang sama.

Performa kelelahan moderat dan dipengaruhi oleh kondisi permukaan serta tegangan residual dari proses pembentukan atau pengelasan; goresan dan lekukan permukaan secara signifikan mengurangi umur lelah. Kekerasan mengikuti respons tarik dan berguna sebagai pemeriksaan cepat untuk kondisi temper dan tingkat pengerjaan dingin.

Sifat	O/Anil	Temper Utama (H14)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	110–145 MPa	170–230 MPa	Rentang tergantung pada ketebalan, sejarah proses dan temper tepat.
Kekuatan Luluh (offset 0.2%)	35–75 MPa	120–170 MPa	Yield H14 menunjukkan peningkatan signifikan dari nilai anil karena pengerasan deformasi.
Elongasi (A50 mm)	20–30%	6–12%	Elongasi turun tajam dengan peningkatan pengerjaan dingin.
Kekerasan (Brinell, aprox.)	30–45 HB	55–85 HB	Kekerasan berkorelasi dengan temper; berguna untuk QC dan pengecekan in-service.

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density (Kerapatan)	2.70–2.73 g/cm³	Tipikal untuk paduan aluminium tempa; memengaruhi perhitungan massa dan kekakuan.
Rentang Leleh	~640–650 °C	Solidus dan likuidus dekat; perilaku leleh mirip dengan paduan aluminium komersial.
Konduktivitas Termal	~120–160 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni karena unsur paduan; masih baik untuk aplikasi perpindahan panas.
Konduktivitas Listrik	~30–40 % IACS (~17–23 MS/m)	Lebih rendah dari Al murni; desain rangkaian harus mempertimbangkan resistivitas lebih tinggi.
Kalor Spesifik	~900 J/kg·K	Nilai standar untuk paduan aluminium yang digunakan dalam pemodelan termal.
Koefisien Ekspansi Termal	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Koefisien relatif tinggi; penting untuk desain sambungan dengan material berbeda.

Konstanta fisik ini mencerminkan kegunaan 3004 di mana perpindahan panas dan densitas rendah penting, tetapi tidak membutuhkan ketahanan termal ekstrim. Konduktivitas termal dan listrik lebih rendah daripada aluminium murni tetapi tetap menguntungkan dibandingkan banyak baja, sehingga 3004 cocok untuk sirip penukar panas dan enclosure konduktif yang membutuhkan kekuatan dan kemampuan bentuk.

Data ekspansi dan konduktivitas termal sangat penting untuk rakitan multi-material; perancang harus mempertimbangkan perbedaan ekspansi saat merekatkan atau merakit secara mekanis 3004 dengan logam yang memiliki koefisien sangat berbeda.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat tipis (Sheet)	0,2–4,0 mm	Respon kerja dingin baik; ukuran tipis mudah dibentuk	O, H14, H24	Sangat umum digunakan untuk bahan badan kaleng minuman dan panel arsitektural.
Plat tebal (Plate)	>4,0 mm sampai ~12 mm	Pengerasan kerja berkurang per ketebalan; dapat dilakukan pelepasan tegangan	O, H18, H26	Plat digunakan ketika panel besar atau komponen cetakan dangkal dapat diterima.
Ekstrusi (Extrusion)	Profil hingga penampang sedang	Pengerasan kerja terbatas dibanding plat gulungan; memerlukan temper setelah ekstrusi	H14, H26	Jarang digunakan dibanding paduan lain untuk ekstrusi kompleks; cocok untuk profil sederhana.
Pipa (Tube)	Diameter luar 6–200 mm umum	Penggambaran dingin dan annealing mengontrol sifat dinding	O, H14	Digunakan pada pipa penukar panas dan aplikasi struktural; performa korosi penting.
Batang / Rod	Diameter hingga ~100 mm	Kekuatan meningkat dengan cold drawing; kemampuan mesin bervariasi	H14, H18	Digunakan untuk fitting fabrikasi dan komponen mekanik dengan kebutuhan kekuatan sedang.

Pemilihan bentuk produk dipengaruhi oleh kecenderungan paduan terhadap pengerasan kerja dan operasi pembentukan yang dimaksudkan. Produk plat tipis mendominasi karena memanfaatkan kemampuan tarik 3004 yang sangat baik dalam kondisi annealed dan penguatan yang dapat dikontrol lewat pengerjaan dingin.

Produk lebih tebal seperti plat dan batang sering memerlukan pendekatan proses berbeda (penggilingan panas, siklus pelarutan/annealing) untuk mencapai sifat seragam; bentuk seperti ini dipilih ketika kebutuhan geometri dan kekakuan lebih penting daripada kemampuan pembentukan dalam.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	3004	USA	Penunjukan Aluminum Association yang umum digunakan dalam pengadaan.
EN AW	3004	Eropa	Setara EN AW-3004; toleransi kimia dan metode uji mekanik mengikuti standar EN.
JIS	A3004 (atau sejenis)	Jepang	Standar Jepang mencantumkan paduan aluminium-mangan-magnesium dengan perbedaan penamaan minor.
GB/T	3A04 / 3004	China	Penunjukan China biasa ditulis 3A04; toleransi komposisi mungkin sedikit berbeda.

Standar setara umumnya dapat saling digunakan tetapi dapat berbeda dalam batas impuritas, temper yang ditentukan, dan prosedur pengujian. Pembeli sebaiknya selalu meminta standar spesifik (AA, EN, JIS, GB/T) dan sertifikasi temper karena kriteria penerimaan sifat mekanik dan rentang ketebalan plat dapat berbeda antara wilayah.

Proses pabrikasi (jadwal penggilingan, parameter annealing, perlakuan permukaan akhir) juga dapat menyebabkan perbedaan yang terukur dalam tekstur dan kemampuan pembentukan meskipun komposisi kimia memenuhi grade nominal sama.

Ketahanan Korosi

Pada layanan atmosferik, 3004 menunjukkan ketahanan korosi umum yang baik dan sebanding dengan paduan Al-Mn lainnya; membentuk oksida pelindung yang dapat memperbaiki diri sendiri sehingga melindungi logam dasar pada paparan lingkungan normal. Kandungan magnesium sedikit mengubah kecenderungan korosi lokal tetapi tidak secara signifikan mengurangi kinerja korosi umum untuk pemakaian seperti pelapis arsitektural atau badan kaleng minuman.

Dalam lingkungan laut atau yang mengandung klorida, 3004 lebih rentan terhadap korosi titik dan korosi celah dibanding paduan Al-Mg (5xxx); tepi terbuka, pengelasan dan celah harus diperhatikan dalam desain dan, bila memungkinkan, dilindungi dengan lapisan pelindung atau anodizing. Untuk perendaman laut jangka panjang, paduan dengan kandungan magnesium lebih tinggi (5052) atau pelapisan pelindung biasanya lebih disukai.

Retak korosi tegangan (SCC) bukan masalah besar untuk 3004 dibanding paduan heat-treatable berdaya tahan tinggi; sifat non-heat-treatable dan kekuatan relatif rendah menurunkan kerentanan SCC. Saat terhubung secara galvanik, 3004 bersifat anodis relatif terhadap baja tahan karat dan logam mulia, sehingga isolasi listrik atau penggunaan pengikat dan pelapis yang kompatibel dianjurkan untuk mengurangi korosi galvanik.

Dibanding aluminium murni komersial 1xxx, 3004 menukar konduktivitas sedikit berkurang dengan kekuatan lebih tinggi sementara mempertahankan perilaku korosi umum serupa. Dibandingkan paduan 5xxx, 3004 biasanya memiliki ketahanan korosi titik lebih rendah tetapi kemampuan bentuk lebih baik pada temper annealed.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Las

3004 mudah dilas dengan proses peleburan umum seperti GTAW (TIG) dan GMAW (MIG); metode sambungan keadaan padat seperti resistance spot welding juga memungkinkan untuk rakitan plat. Kawat filler yang umum dipakai termasuk Al-Mg-Si atau Al-Si (misalnya ER4043 atau ER5356) yang dipilih untuk menyeimbangkan kemudahan pengelasan, ketahanan korosi, dan kompatibilitas mekanik dengan logam dasar.

Kecenderungan retak panas rendah dibanding paduan heat-treatable berdaya tahan tinggi, tetapi perlu hati-hati dalam desain sambungan dan masukan panas agar tidak terjadi annealing lokal berlebihan pada temper strain-hardened. Sifat mekanik pasca las akan mencerminkan pelunakan zona panas las (HAZ) di area yang telah dikerjakan dingin; perancang harus mengantisipasi penurunan kekuatan lokal pada bagian yang dikerjakan berat.

Kemampuan Mesin

Kemampuan mesin 3004 sedang hingga sedang-rendah dan umumnya lebih rendah dibanding paduan aluminium mengandung timbal atau bismut dengan aditif free-machining. Paduan ini cenderung lebih duktile dan dapat menghasilkan serpihan panjang dan berserat kecuali serpihan dipatahkan oleh geometri pahat dan pemotongan terputus-putus; alat carbide dengan sudut positif dan pematah serpihan dianjurkan.

Kecepatan dan feed pemotongan harus disesuaikan dengan temper dan profil; pelumas dan pendingin banjir meningkatkan usia pakai alat dan hasil permukaan. Untuk komponen presisi dengan tingkat pemesinan tinggi, paduan heat-treatable dengan grade kemampuan mesin terencana atau penambahan khusus lebih disukai.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk adalah salah satu kelebihan 3004 pada kondisi annealed O, memungkinkan penarikan dalam, penyetrikaan, dan stamping kompleks yang umum digunakan dalam pembuatan wadah. Radius lentur internal minimum bergantung pada temper dan ketebalan, tetapi temper O biasanya memungkinkan radius 1–2× tebal (t), sementara temper strain-hardened H14 mungkin memerlukan radius lebih besar, 2–4×t, untuk menghindari retak.

Pengerjaan dingin meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi regangan; gaya semangat kembali (springback) sedang dan harus diperhitungkan dalam desain die. Teknik seperti annealing antara tahap, pelumasan terkontrol dan stretch-forming meningkatkan hasil untuk geometri kompleks.

Perilaku Perlakuan Panas

3004 tidak dapat dilakukan perlakuan panas dan tidak merespon perlakuan pelarutan dan penuaan buatan seperti paduan 6xxx atau 7xxx. Upaya perlakuan pemanasan pelarutan memberikan penguatan terbatas karena kandungan Mn dan Mg terutama berkontribusi pada pengerasan kerja dan efek larutan padat daripada presipitasi pengerasan.

Kontrol sifat dicapai melalui pengerjaan dingin dan siklus annealing: annealing penuh (O) biasanya dilakukan dengan pemanasan pada temperatur sesuai (sering 300–420 °C tergantung praktik pabrik), ditahan untuk rekristalisasi lalu didinginkan untuk mencapai duktinitas maksimum. Annealing parsial (temper H2x, H3x) digunakan untuk mencapai keseimbangan kekuatan/duktinitas menengah setelah deformasi dingin.

Penamaan temper tipe T (misalnya T5/T6) umumnya tidak berlaku atau efektif untuk 3004 karena pengerasan presipitasi minimal; spesifikasi dan pemilihan temper sebaiknya dibatasi pada famili H dan O untuk hasil yang dapat diprediksi.

Performa Suhu Tinggi

Kekuatan 3004 menurun dengan meningkatnya temperatur dan pelunakan signifikan terjadi jauh di bawah titik leleh paduan; di atas kira-kira 100–150 °C kekuatan berkelanjutan menurun dan creep menjadi lebih signifikan. Untuk paparan suhu tinggi yang berselang, 3004 dapat digunakan hingga suhu sedang tetapi layanan struktural kontinu di atas ~150 °C tidak direkomendasikan.

Oksidasi minimal pada temperatur layanan tinggi biasa karena aluminium membentuk oksida pelindung; namun, lapisan pelindung dan segel sambungan dianjurkan jika ada kelembaban panas berkepanjangan atau atmosfer korosif. Paparan termal juga bisa menghilangkan pengerasan dingin dan mengubah sifat mekanik pada temper yang sebelumnya dikerjakan, sehingga riwayat termal harus diperhitungkan untuk komponen yang digunakan di dekat batas termal mereka.

Zona terpengaruh panas (HAZ) dari pengelasan akan menunjukkan pelunakan lokal di mana pengerjaan dingin sebelumnya ada; penurunan kekuatan lokal ini harus diperhitungkan dalam desain sambungan las untuk lingkungan suhu tinggi.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 3004
Pengemasan / Minuman	Body dan cangkang kaleng	Kemampuan deep-draw yang sangat baik dan keseimbangan kekuatan untuk produksi kaleng dengan ketebalan tipis
HVAC / Pertukaran Panas	Sirip, koil, pipa	Konduktivitas termal yang baik dan kemampuan bentuk untuk bahan sirip dan pipa
Arsitektural	Pelapis, plafon soffit	Kemampuan dibentuk, potensi hasil akhir permukaan, dan ketahanan korosi sedang
Otomotif	Panel interior, trim non-struktural	Kemampuan dibentuk dan pengurangan bobot pada komponen stamping
Elektronik	Penyebar panas, enclosure	Manajemen termal digabungkan dengan kemampuan manufaktur dan biaya efektif

3004 banyak digunakan ketika diperlukan kemampuan bentuk lembar yang baik dan peningkatan kekuatan moderat dibanding 3003 tanpa mengorbankan kemudahan manufaktur atau menaikkan biaya secara signifikan. Penggunaannya pada body kaleng minuman mencerminkan lingkungan produksi yang menuntut di mana kemampuan ditarik yang konsisten, hasil permukaan, dan biaya per kilogram sangat penting.

Untuk komponen yang memerlukan ketahanan korosi lebih tinggi atau kekuatan yang dipertahankan pada suhu tinggi, keluarga paduan lain bisa dipilih, namun untuk aplikasi lembar terbentuk bervolume tinggi, 3004 tetap menjadi pilihan ekonomis dan tangguh.

Wawasan Pemilihan

Pilih 3004 saat Anda membutuhkan kekuatan bentuk yang lebih tinggi dibanding aluminium murni komersial (1100) sambil mempertahankan sebagian besar kemudahan kerja dan hasil permukaan superior dari 1100. Dibandingkan dengan 1100, 3004 mengorbankan sedikit konduktivitas listrik dan keuletan maksimum untuk memberikan peningkatan kekuatan luluh dan tarik, yang memungkinkan penggunaan ketebalan lebih tipis pada bagian terbentuk.

Dibandingkan dengan paduan kerja-pengerasan di sekitar seperti 3003 dan 5052, 3004 berada di antara keduanya: memberikan kekuatan lebih tinggi dibanding 3003 untuk operasi pembentukan serupa dan biasanya ketahanan korosi umum yang lebih baik dari beberapa batch 3003, sementara 5052 menawarkan ketahanan korosi laut superior dan kekuatan lebih tinggi dengan pengorbanan kemampuan ditarik. Dibandingkan dengan paduan yang bisa perlakuan panas seperti 6061 atau 6063, 3004 dipilih ketika pembentukan dan produksi lembar berbiaya rendah menjadi prioritas dan puncak kekuatan maksimum tidak dibutuhkan; ini lebih disukai untuk komponen deep-drawn dan produksi berkelanjutan dimana perlakuan panas tidak praktis.

Ringkasan Penutup

Paduan 3004 tetap relevan karena mengisi ceruk praktis: paduan Al-Mn-Mg yang dapat pengerasan kerja yang mengkombinasikan kemampuan deep-draw yang handal dengan peningkatan kekuatan yang berguna dibanding paduan 3xxx dasar. Ketahanan korosi yang seimbang, performa sambungan yang baik dan ekonomi produksi yang menguntungkan menjadikannya andalan untuk wadah minuman, komponen HVAC, dan lembar bentuk arsitektural di mana kemudahan manufaktur dan pengendalian biaya sangat penting.