Aluminium 3009: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

3009 adalah paduan dalam seri aluminium 3xxx, sebuah keluarga yang dicirikan oleh mangan sebagai elemen paduan utama. Sebagai anggota kelompok 3xxx, 3009 mendapatkan penguatan dasarnya dari efek larutan padat dan pengerasan kerja, bukan dari perlakuan panas presipitasi, yang mengatur batasan proses dan kinerja material ini.

Konstituen paduan utama dalam 3009 adalah mangan (Mn) dengan tambahan magnesium (Mg) minor dan tingkat jejak silikon, besi, serta residu lain. Penambahan paduan ini menghasilkan kombinasi kekuatan yang lebih baik dibanding aluminium murni komersial, kemampuan bentuk yang baik, dan ketahanan korosi yang cukup tanpa perlu siklus pengerasan usia (age hardening).

Ciri utama 3009 meliputi kekuatan tarik dan luluh sedang untuk paduan yang tidak dapat diperlakukan panas, ketahanan korosi atmosfer yang baik, kemampuan pembentukan dingin yang sangat baik dalam temper lunak, serta kemampuan las rutin menggunakan proses fusi umum. Industri yang biasa menggunakan 3009 termasuk kemasan dan wadah (plat untuk kaleng dan tutup), konstruksi dan pelapisan, komponen HVAC, serta aplikasi plat logam umum yang membutuhkan keseimbangan antara kemampuan bentuk dan kekuatan.

Para engineer sering memilih 3009 ketika kemampuan bentuk dan kekuatan wajar dengan biaya rendah menjadi prioritas, dan ketika paduan pengerasan presipitasi tidak diperlukan atau tidak diinginkan. Posisinya dalam keluarga 3xxx memberikan keunggulan biaya dan ketahanan korosi dibanding paduan heat-treatable dengan kekuatan lebih tinggi untuk banyak komponen plat dan struktur ringan.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Bentuk	Ketangguhan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi (~25–40%)	Istimewa	Istimewa	Kondisi anil penuh untuk duktilitas maksimum
H12 / H14	Rendah–Sedang	Sedang (~12–25%)	Sangat baik	Sangat baik	Pengerasan dingin ringan meningkatkan luluh, umum untuk bagian bentukan
H18	Sedang–Tinggi	Rendah (~2–6%)	Buruk	Baik	Pengerasan penuh, digunakan saat diperlukan ketegangan balik dan kekakuan
H32 / H34	Sedang	Sedang (~8–18%)	Baik	Baik	Pengerasan regangan dan anil parsial untuk keseimbangan kemampuan bentuk dan kekuatan
H111	Rendah–Sedang	Sedang (~10–20%)	Sangat baik	Sangat baik	Stabil secara esensial untuk operasi pembentukan terbatas
T5 / T6 / T651	Tidak berlaku	T/A	T/A	T/A	Temper presipitasi tipikal tidak berlaku; 3009 tidak dapat diperlakukan panas

Pilihan temper mengontrol keseimbangan mekanik 3009 secara eksplisit melalui pengerasan kerja dan siklus anil. Temper anil (O) mengizinkan penarikan dalam dan pembentukan kompleks sementara temper H dipilih untuk mencapai luluh dan kekakuan lebih tinggi dengan pengorbanan elongasi dan kemampuan bentuk.

Karena 3009 tidak responsif terhadap pengerasan presipitasi, kontrol temper dicapai sepenuhnya melalui pengerjaan dingin mekanis dan langkah anil yang terkontrol, yang juga memengaruhi ketegangan balik, tegangan sisa, dan perilaku las/cat berikutnya.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	0.20–0.60	Tingkat impuritas tipikal; Si lebih tinggi mengurangi duktilitas sedikit
Fe	0.20–0.70	Impuritas umum; Fe berlebih dapat mengurangi ketahanan korosi dan kemampuan bentuk
Mn	0.60–1.50	Elemen penguat utama untuk seri 3xxx; meningkatkan kekuatan dan perilaku rekristalisasi
Mg	0.10–0.50	Mg sedikit meningkatkan kekuatan secara moderat dan dapat memperbaiki respons pengerasan regangan
Cu	≤0.10	Dijaga rendah untuk mempertahankan ketahanan korosi dan meminimalkan kerentanan SCC
Zn	≤0.10	Kontrol kadar rendah untuk menghindari penurunan ketahanan korosi
Cr	≤0.10	Tingkat jejak mungkin ada untuk menstabilkan struktur butir
Ti	≤0.15	Microalloying untuk pemurnian butir pada proses pengecoran atau pengerjaan
Lainnya (masing-masing)	≤0.05	Residu tidak spesifik, sisanya sampai Aluminium (~sisa)

Kandungan mangan adalah penambahan paduan yang dominan dan menentukan perilaku seri 3xxx dengan memberikan penguatan larutan padat dan substruktur stabil selama pengerjaan dingin. Penambahan magnesium minor meningkatkan kekuatan dan mengubah perilaku pengerasan regangan, sementara pembatasan tembaga dan seng mempertahankan ketahanan korosi umum yang baik.

Elemen jejak dan residu memengaruhi jendela pemrosesan, rekristalisasi, dan sifat permukaan; material yang bersertifikat sesuai spesifikasi mengontrol hal ini untuk menjamin konsistensi pembentukan, penyambungan, dan kinerja korosi.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik 3009 khas untuk paduan Al–Mn yang tidak dapat diperlakukan panas: kekuatan tarik akhir sedang dengan titik luluh relatif rendah pada kondisi anil dan titik luluh yang meningkat saat material dikerjakan dingin. Duktilitas tinggi dalam temper O dan berkurang secara progresif dengan pengerasan regangan; sehingga perancang harus memperhitungkan pengurangan regangan yang diizinkan untuk temper H selama operasi pembentukan.

Kekuatan luluh dan tarik keduanya sangat bergantung pada temper dan ketebalan. Plat tipis yang dikeraskan kerja sampai temper H14/H18 akan menunjukkan peningkatan signifikan pada kekuatan luluh dibanding kondisi O, namun diiringi dengan penurunan elongasi dan peningkatan ketegangan balik (springback) yang memengaruhi cetakan pembentuk dan kontrol toleransi dimensi.

Kekerasan berkorelasi dengan temper: nilai Vickers/BHN bergerak dari rendah pada temper O (lunak, kekerasan rendah) hingga jauh lebih tinggi pada H18 (pengerasan penuh). Performa lelah umumnya baik untuk beban siklik ringan namun sensitif terhadap finis permukaan, tegangan sisa dari pembentukan dan pengelasan, serta efek batasan terkait ketebalan.

Sifat	O/Anil	Temper Utama (misal, H14/H18)	Catatan
Kekuatan Tarik	~70–120 MPa	~150–260 MPa	Rentang luas akibat temper dan ketebalan; nilai perkiraan untuk ketebalan plat tipikal
Kekuatan Luluh	~30–60 MPa	~120–220 MPa	Pengerasan kerja secara dramatis menaikkan luluh; rasio luluh-ke-tarik membaik dengan pengerjaan dingin
Elongasi	~25–40%	~2–20%	Duktilitas menurun dengan pengerasan regangan; rancang pembentukan di temper O atau temper pengerasan ringan
Kekerasan (BHN)	~20–40 HB	~40–90 HB	Kekerasan kira-kira sebanding dengan pengerjaan dingin sebelumnya; memengaruhi kinerja aus dan emboss

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Rapatan	2.70 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al–Mn hasil pengerjaan; berguna untuk perhitungan massa dan kekakuan
Rentang Titik Leleh	600–655 °C	Paduan menurunkan titik solidus sedikit dari Al murni (660 °C); fase terkait pengecoran tidak signifikan pada plat hasil pengerjaan
Konduktivitas Termal	~130–170 W/m·K	Lebih rendah dibanding Al murni namun masih tinggi; berguna untuk komponen penghilang panas
Konduktivitas Listrik	~30–40 % IACS	Berkurang dari aluminium murni komersial akibat paduan; cukup untuk beberapa aplikasi busbar dan konektor yang membutuhkan kemampuan bentuk
Kalor Jenis	~900 J/kg·K	Kalor jenis tipikal dekat suhu ruangan untuk paduan aluminium
Ekspansi Termal	23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Mirip dengan paduan Al lain; penting untuk pertimbangan sambungan termal dan desain bimetalik

3009 mempertahankan banyak sifat fisik menarik aluminium: rapatan rendah, konduktivitas termal tinggi dan kalor jenis besar. Faktor-faktor ini berkontribusi pada rasio kekuatan terhadap berat yang menguntungkan dan manajemen termal pada aplikasi plat.

Bagi perancang, pengurangan sedang pada konduktivitas listrik dan termal dibanding paduan yang lebih murni harus diperhitungkan seiring dengan keunggulan sifat mekanik dan kemampuan bentuk dari paduan ini.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0.2–6.0 mm	Ketebalan memengaruhi laju pengerasan kerja; ketebalan tipis cocok untuk pembentukan kaleng	O, H12, H14, H18	Bentuk dominan untuk kemasan, pelapisan, dan bagian terformasi
Plat	6–25 mm	Daya bentuk dingin berkurang; lebih terbatas untuk bagian mesin dan penggunaan struktural	O, H32	Digunakan untuk bagian dengan ketebalan lebih atau untuk proses machining
Ekstrusi	Penampang variabel	Geometri penampang memengaruhi tegangan sisa; pengerjaan dingin pasca-ekstrusi umum dilakukan	O, H111	Kurang umum daripada lembaran, digunakan untuk profil khusus
Pipa	Ketebalan dinding 0.3–5 mm	Perilaku penarikan dan pengelasan sambungan pengaruh temper; dinding tipis memerlukan temper O/H14	O, H14	Saluran HVAC dan pipa struktural ringan
Batang/As	Ø6–50 mm	Digunakan untuk komponen machin dan fitting; stok batang biasanya lebih lunak untuk operasi sekunder	O, H111	Kurang umum untuk 3009; seri lain lebih tipikal untuk batang kekuatan tinggi

Perbedaan proses antara lembaran, plat, dan ekstrusi berpusat pada jalur regangan, rekristalisasi saat pemanasan, dan kemampuan pengerjaan dingin untuk peningkatan kekuatan. Ketebalan lembaran dioptimalkan untuk deep drawing dan roll-forming, sementara plat dan batang yang lebih tebal lebih diarahkan untuk machining dan pembentukan terbatas.

Ketersediaan temper tertentu tergantung pada kemampuan pabrik dan permintaan pasar; 3009 umumnya tersedia dalam bentuk lembaran dengan berbagai temper O dan H untuk pembentukan dan pembuatan kaleng.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	3009	USA	Penamaan paduan tempa khas berdasarkan standar Aluminum Association
EN AW	3009	Eropa	Penamaan EN yang umum ditulis sebagai EN AW‑3009 untuk kontrol komposisi setara
JIS	A3009 / seri A3000	Jepang	Standar Jepang terkait dengan keluarga 3xxx; akhiran tepat mungkin bervariasi tergantung spesifikasi
GB/T	3009 / seri AlMn	China	Tabel GB/T China mencantumkan paduan Al–Mn tempa setara; verifikasi spesifikasi tepat untuk penggunaan kritis

Standar regional sering menggunakan penomoran langsung untuk paduan Al–Mn tempa, tetapi batas kimia, impuritas yang diizinkan, dan definisi temper dapat berbeda. Untuk bagian kritis, penting membandingkan lembar standar spesifik atau sertifikat pabrik untuk toleransi komposisi dan mekanik daripada mengasumsikan dapat ditukar langsung.

Perbedaan halus seperti batas maksimum besi atau silikon, sifat mekanik yang dijamin pada ketebalan tertentu, dan spesifikasi permukaan dapat memengaruhi ketahanan korosi dan perilaku pembentukan sehingga memerlukan validasi untuk substitusi lintas standar.

Ketahanan Korosi

Dalam lingkungan atmosfer 3009 memperlihatkan ketahanan korosi alami yang baik, setara dengan paduan Al–Mn lain karena lapisan oksida aluminium pelindung. Kinerjanya baik di atmosfer industri dan pedesaan serta lebih tahan terhadap noda dan pitting umum dibandingkan paduan berbasis tembaga karena kandungan tembaganya rendah.

Di lingkungan laut atau yang mengandung klorida, 3009 memberikan ketahanan sedang; pitting lokal mungkin terjadi pada tepi terbuka atau jika lapisan pelindung tergores mekanis. Untuk paparan laut jangka panjang, paduan seri 5xxx (Al–Mg) umumnya memberikan performa lebih baik, namun 3009 tetap dapat diterima untuk komponen interior laut dan aplikasi yang tidak langsung terkena cipratan air laut.

Risiko stress corrosion cracking untuk 3009 rendah karena kekuatannya yang relatif rendah pada temper biasa dan tidak mengandung tembaga tinggi; namun struktur hasil pengelasan dengan tegangan sisa tarik tinggi dan lingkungan agresif harus dievaluasi. Interaksi galvanik mengikuti aturan aluminium standar: 3009 akan korosi lebih dulu jika dikawinkan dengan logam lebih mulia seperti tembaga atau baja tahan karat kecuali diisolasi secara listrik atau dipasang anoda korban.

Dibandingkan keluarga paduan bisa perlakuan panas (6xxx/7xxx), 3009 menukar kekuatan puncak dengan kinerja korosi yang lebih stabil di banyak aplikasi atmosfer dan menghindari masalah ketidakstabilan temper setelah perlakuan panas.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

3009 mudah dielas dengan proses fusi umum seperti GTAW (TIG) dan GMAW (MIG) dengan penetrasi baik dan kecenderungan retak panas yang rendah. Penggunaan kawat las aluminium standar seperti ER4043 (Al‑Si) atau ER5356 (Al‑Mg) umum, tergantung sifat keuletan dan ketahanan korosi yang diinginkan; ER4043 menawarkan fluiditas lebih baik dan risiko retak panas berkurang pada pengelasan lembaran tipis.

Lunak pada zona terpengaruh panas (HAZ) terbatas dibandingkan paduan perlakuan panas karena 3009 tidak mengalami pengerasan umur, tetapi tegangan sisa lokal dan distorsi dapat terjadi pada garis las berat dan lembaran tipis. Perlakuan mekanik sebelum dan sesudah pengelasan (pelurusan tegangan, temper ringan atau pelurusan mekanik) mungkin diperlukan untuk rakitan presisi.

Kemudahan Mesin

Sebagai paduan tempa yang relatif lunak dan ulet, 3009 mudah dimesin dengan tingkat sedang namun cenderung menghasilkan serpihan panjang dan kontinu jika tidak menggunakan geometri pematah serpihan. Alat carbide dengan sudut geser positif dan kecepatan makan tinggi direkomendasikan untuk menghindari pembentukan tepi terakumulasi; kecepatan potong konservatif dibanding baja dan titanium harus digunakan karena aluminium cenderung menyumbat dan menempel.

Indeks kemudahan mesin lebih rendah dibanding paduan aluminium bebas potong tapi sebanding dengan paduan seri 3xxx lain; hasil permukaan dan kontrol dimensi biasanya sangat baik jika cairan pendingin, pelapis alat, dan evakuasi serpihan dijaga dengan baik.

Daya Bentuk

3009 sangat mudah dibentuk dalam temper O dan temper H ringan, memungkinkan proses deep drawing, ironing, dan stamping kompleks dengan risiko retak relatif rendah. Radius lengkung minimum disarankan tergantung temper dan ketebalan tetapi biasanya dalam rentang 1–3× ketebalan material untuk air bending pada temper lunak dan bertambah pada temper keras.

Respon pengerasan kerja dapat diprediksi dan seragam; desainer hendaknya merencanakan urutan pembentukan untuk menghindari regangan berlebih pada daerah lokal dan dapat menggunakan anneal antar tahap untuk mengembalikan keuletan jika diperlukan beberapa tahap pembentukan.

Perilaku Perlakuan Panas

3009 adalah paduan tempa yang tidak dapat diperlakukan panas; sifat mekaniknya dikontrol oleh pengerjaan dingin dan annealing, bukan oleh larutan dan penuaan presipitasi. Oleh karena itu, siklus perlakuan panas konvensional yang digunakan untuk seri 6xxx atau 7xxx tidak menghasilkan pengerasan signifikan pada 3009.

Annealing lunak (recrystallization anneal) digunakan untuk mengembalikan keuletan setelah pengerjaan dingin dan biasanya dilakukan pada suhu yang mendorong rekristalisasi tanpa melewati titik leleh awal atau pertumbuhan butir berlebihan. Annealing terkontrol di dalam oven dan quenching berikutnya diiringi oleh proses mekanik untuk mencapai temper H yang dibutuhkan.

Karena pengerasan dicapai melalui deformasi plastik, desainer dapat menyesuaikan sifat lokal dengan proses mekanik (misalnya, cold rolling, stretch forming) dan anneal lokal; ini membuat 3009 serbaguna untuk bagian yang memerlukan kekakuan atau karakteristik pegas variabel tanpa infrastruktur perlakuan panas kompleks.

Kinerja Suhu Tinggi

3009 mempertahankan kekuatan sedang hingga suhu sedang tetapi memperlihatkan pelunakan progresif di atas ~150–200 °C, yang membatasi aplikasi struktural pada suhu tinggi yang berkelanjutan. Suhu layanan desain untuk komponen pembawa beban jangka panjang biasanya dijaga di bawah 100–150 °C untuk mempertahankan margin luluh dan umur lelah.

Laju oksidasi pada suhu tinggi tetap rendah karena lapisan oksida pelindung aluminium, namun skala permukaan dan potensi getas film permukaan dapat mengubah daya bentuk setelah paparan lama. Zona terpengaruh panas las dan daerah sambungan yang terpapar suhu tinggi akan menunjukkan pelunakan lokal dan harus diperhitungkan dalam desain siklus termal dan tahan creep.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 3009
Otomotif	Panel bodi luar, trim	Daya bentuk baik dan tahan penyok dengan bobot rendah
Packaging	Body kaleng minuman, tutup	Perpaduan kemampuan pembentukan, hasil permukaan, dan biaya
Bangunan & Konstruksi	Pelapisan, soffit, talang	Ketahanan korosi dan kemudahan pembentukan untuk detail arsitektural
HVAC	Saluran udara, sirip	Konduktivitas termal, daya bentuk, dan ketahanan korosi
Peralatan Konsumen	Panel dalam, housing	Biaya efektif, mudah di-las titik atau dirivet dengan hasil permukaan baik

Perpaduan 3009 dengan daya bentuk, kekuatan memadai, dan ketahanan korosi membuatnya menjadi pilihan utama untuk aplikasi lembaran tipis yang memerlukan pembentukan kompleks dan bobot ringan. Penggunaannya dalam kemasan dan produk arsitektur ringan masih dominan karena keseimbangan sifat dan ketersediaan pabrik.

Wawasan Pemilihan

Pilih 3009 ketika formabilitas tinggi dan kekuatan yang wajar menjadi faktor utama serta pengerasan presipitasi tidak diperlukan. Paduan ini menawarkan alternatif biaya lebih rendah dan mudah dibentuk dibandingkan banyak paduan yang dapat diperlakukan panas serta memberikan performa ketahanan korosi yang lebih baik daripada paduan yang mengandung tembaga.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), 3009 menukar sebagian konduktivitas listrik dan termal untuk kekuatan luluh dan tarik yang lebih baik serta kemampuan pengerasan regangan yang lebih tinggi, sehingga lebih disukai untuk bagian yang dibentuk dan menanggung beban. Dibandingkan dengan paduan pengerasan kerja umum seperti 3003 atau 5052, 3009 biasanya berada di antara keduanya: memberikan kekuatan sedikit lebih tinggi daripada aluminium murni dan formabilitas yang kompetitif, sekaligus menawarkan ketahanan korosi yang sebanding dengan 3003 tetapi biasanya kurang baik dibandingkan 5052 yang memiliki kandungan Mg lebih tinggi dalam lingkungan laut.

Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas (6061/6063), 3009 dipilih ketika pembentukan kompleks, biaya lebih rendah, dan ketahanan korosi umum yang lebih baik lebih penting daripada mencapai kekuatan puncak maksimum; ini adalah pilihan tepat untuk komponen deep-drawn dan spun di mana perlakuan panas pasca pembentukan tidak praktis atau dapat merusak geometrinya.

Ringkasan Penutup

3009 tetap menjadi paduan teknik yang relevan karena menggabungkan kemudahan manufaktur dan stabilitas korosi dari seri 3xxx dengan peningkatan kekuatan moderat dari penambahan Mn dan Mg yang terkontrol. Kompatibilitasnya dengan proses pembentukan, penyambungan, dan finishing standar menjadikannya pilihan praktis untuk industri yang didominasi lembaran di mana material berbiaya efektif dan berdaktualitas tinggi dibutuhkan.