Aluminium 3010: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Komprehensif

3010 adalah anggota dari seri paduan aluminium 3xxx, yang secara umum dikategorikan sebagai paduan yang diperkuat oleh mangan dan tidak dapat diperkuat melalui perlakuan panas. Kekuatan paduan ini dihasilkan dari pengerasan larutan padat dan pengerasan akibat deformasi. Komposisi kimianya berpusat pada aluminium dengan mangan sebagai zat paduan utama; tingkat kecil silikon, besi, tembaga, dan seng biasanya hadir sebagai impuritas terkendali atau penambahan minor untuk menyesuaikan perilaku proses.

Penguatan 3010 terutama dicapai melalui pengerjaan dingin (work hardening) dan efek pengerasan larutan padat dari mangan dan elemen minor lainnya; paduan ini tidak merespon perlakuan panas presipitasi konvensional seperti paduan 6xxx atau 7xxx. Ciri utama meliputi kekuatan sedang, ketahanan korosi sangat baik di sebagian besar atmosfer, keformalan yang sangat baik dalam kondisi anil, dan kemampuan las yang relatif mudah menggunakan proses pengelasan aluminium standar.

Industri yang umum menggunakan 3010 termasuk lembaran arsitektural dan sistem pelapis bangunan, suku cadang bodi otomotif umum yang mengutamakan keformalan dan hasil permukaan, produk konsumen, dan beberapa aplikasi kotak listrik. Paduan ini dipilih ketika keseimbangan antara keuletan, ketahanan korosi, dan biaya efektif diperlukan, serta ketika desain mengandalkan pembentukan bukan perlakuan panas pasca fabrikasi untuk mencapai sifat mekanik.

Para engineer memilih 3010 dibanding paduan lain ketika aplikasi membutuhkan kombinasi keformalan untuk deep-draw dan kekuatan yang wajar tanpa perlu proses pengerasan usia (age hardening). Paduan ini lebih disukai daripada aluminium murni komersial yang lebih lunak ketika kekuatan luluh/tarik tambahan dibutuhkan tetapi paduan heat-treatable yang mahal menjadi tidak diperlukan atau merugikan keformalan dan hasil permukaan.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Keformalan	Kebergunaan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi (30–40%)	Istimewa	Istimewa	Sangat dianilkan penuh, keuletan maksimal untuk pembentukan
H12	Rendah-Sedang	Sedang (20–30%)	Sangat Baik	Istimewa	Pengerasan ringan, keformalan dipertahankan
H14	Sedang	Sedang (10–20%)	Baik	Istimewa	Temper komersial umum untuk drawing dan pembentukan ringan
H16	Sedang	Lebih Rendah (8–15%)	Cukup	Istimewa	Pengerasan lebih tinggi untuk kekakuan
H18	Tinggi	Rendah (5–10%)	Terbatas	Istimewa	Pengerasan deformasi berat untuk kekuatan maksimal tanpa perlakuan panas
H24	Sedang	Sedang (10–20%)	Baik	Istimewa	Pengerasan deformasi lalu anil parsial untuk menyetel keuletan
H32	Sedang-Tinggi	Sedang (8–15%)	Baik	Istimewa	Distabilkan dengan pengerasan terkontrol dan penuaan alami (jika berlaku)
T4 (jika digunakan)	Sedang	Sedang	Baik	Istimewa	Perlakuan panas solusi lalu penuaan alami (jarang untuk 3xxx tapi terkadang ditentukan)
T6 (tidak tipikal)	Tidak berlaku	Tidak berlaku	Buruk	Istimewa	Paduan 3xxx tidak secara konvensional dapat dipadatkan oleh presipitasi; T6 tidak memberikan peningkatan seperti 6xxx

Temper memiliki pengaruh utama terhadap kompromi fungsional antara keuletan dan kekuatan pada 3010. Temper anil O digunakan saat pembentukan luas atau deep drawing diperlukan, sementara temper seri H dipilih untuk menaikkan kekuatan luluh/tarik secara bertahap dengan mengorbankan keformalan.

Dalam praktiknya, pemilihan temper sering ditentukan oleh urutan pembentukan dan beban kerja akhir; bagian yang memerlukan langkah pembentukan kompleks akan dibentuk dalam temper O atau H12 dan dapat dipengeraskan sebagian atau distabilkan setelahnya untuk mencapai sifat target tanpa perlakuan panas.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.6	Impuritas tipikal; Si tinggi dapat menaikkan kekuatan secara moderat tapi mengurangi keuletan
Fe	≤ 0.7	Impuritas umum yang membentuk intermetallic dan sedikit mengurangi ketahanan korosi
Mn	0.6–1.5	Elemen paduan utama yang memberikan pengerasan larutan padat dan meningkatkan struktur butir
Mg	≤ 0.10	Minor atau jejak; tingkat rendah dapat mempengaruhi pengerasan dan performa korosi
Cu	≤ 0.20	Dipertahankan rendah untuk membatasi kerentanan korosi antar butir dan menjaga keformalan
Zn	≤ 0.25	Minor; jumlah lebih tinggi akan mendekati karakteristik paduan 7xxx
Cr	≤ 0.10	Tambahan kecil untuk mengendalikan rekristalisasi dan struktur butir pada beberapa produk
Ti	≤ 0.05	Penghalus butir untuk produk cor atau paduan tertentu yang ditempa
Lainnya	Saldo Al; masing-masing ≤ 0.05	Impuritas residual dan elemen jejak yang dimaksudkan untuk memenuhi kebutuhan proses

Kandungan mangan adalah faktor kimia yang menentukan perilaku mekanik 3010: Mn larut sebagian dalam matriks Al dan menghambat pergerakan dislokasi, menaikkan kekuatan tanpa secara signifikan mengurangi keuletan. Silikon dan besi relatif tidak larut dan membentuk partikel intermetallic yang dapat menjadi titik inisiasi retak atau memengaruhi hasil permukaan; oleh karena itu kadarnya dikendalikan. Elemen jejak seperti Cr dan Ti digunakan secara hemat untuk mengontrol ukuran butir dan menstabilkan sifat selama proses penggilingan dan anil.

Sifat Mekanik

3010 menunjukkan perilaku tarik khas paduan non-heat-treatable: kekuatan luluh dan tarik terutama dikendalikan oleh pengerjaan dingin (temper) dan ketebalan, sedangkan elongasi berbanding terbalik dengan tingkat pengerasan deformasi. Dalam kondisi anil, paduan ini mempunyai keuletan tinggi yang cocok untuk deep drawing dan pembentukan dengan morfologi retak ulet saat mendapat beban tarik. Dengan meningkatnya pengerasan deformasi (temper H), kekuatan tarik dan luluh meningkat secara signifikan sementara elongasi dan regangan sampai putus berkurang.

Kekerasan meningkat seiring temper dan berkorespondensi dengan kekuatan luluh; pengukuran kekerasan Brinell atau Vickers naik dengan pengerjaan dingin dan digunakan sebagai indikator cepat di lantai produksi. Performa kelelahan 3010 tergolong sedang dan sangat dipengaruhi oleh hasil permukaan, tegangan sisa dari pembentukan, serta lokasi partikel intermetallic atau goresan. Ketebalan plat dan lembar memengaruhi nilai luluh dan tarik karena variasi pengerasan deformasi, ukuran butir, dan persentase pengerjaan dingin yang bertahan setelah proses.

Lubang korosi atau takik mengurangi umur lelah lebih parah daripada pelunakan seragam; oleh karena itu penyelesaian permukaan dan desain tepat untuk menghindari takik tajam sangat penting pada komponen yang mendapat beban siklik. Bagian tebal biasanya diproses dan dipasok dalam temper yang lebih lunak untuk memudahkan pengerjaan; lembar tipis sering mencapai kekuatan efektif lebih tinggi setelah penggilingan dan temper ringan.

Sifat	O/Anil	Temper Utama (misal H14/H18)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	~110–140 MPa	~150–230 MPa	Nilai tergantung temper dan ketebalan; H18 di kisaran atas
Kekuatan Luluh (offset 0,2%)	~35–70 MPa	~90–170 MPa	Kekuatan luluh sangat bervariasi dengan tingkat pengerasan
Elongasi (seragam)	~30–40%	~5–20%	Lebih tinggi pada O; H18 menunjukkan elongasi terbatas
Kekerasan (HB)	~25–40 HB	~45–80 HB	Kekerasan meningkat dengan pengerjaan dingin; menunjukkan temper

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density	~2.70 g/cm³	Tipikal untuk paduan aluminium tempa; berguna untuk perhitungan massa
Rentang Leleh	~645–660 °C	Paduan menggeser titik leleh solidus/liquidus sedikit dibanding Al murni
Konduktivitas Termal	~120–135 W/m·K	Sedikit lebih rendah dari Al murni akibat elemen paduan
Konduktivitas Listrik	~30–45 % IACS	Berkurang dibanding kelas kemurnian komersial karena Mn dan impuritas
Kalor Jenis	~0.90 J/g·K	Mendekati aluminium murni; berguna untuk pemodelan termal
Ekspansi Termal	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Koefisien linier khas untuk paduan aluminium kelas ini

Kepadatan dan sifat termal menjadikan 3010 menarik untuk aplikasi ringan dan manajemen panas, namun desainer harus mempertimbangkan konduktivitas termal dan listrik yang menurun dibanding aluminium bermurni tinggi. Konduktivitas termal tetap baik untuk tugas penyebaran panas umum, tetapi paduan ini tidak optimal jika konduktivitas listrik maksimum dibutuhkan.

Ekspansi termal memiliki implikasi desain untuk perakitan yang menggabungkan material berbeda; engineer harus mengantisipasi ekspansi diferensial pada sambungan dan pengikat. Rentang titik leleh membatasi proses fabrikasi seperti brazing dan harus dipertimbangkan bersama pemilihan paduan pengisi saat pengelasan.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0,2–6,0 mm	Kekuatan efektif lebih tinggi pada ketebalan tipis setelah proses penggilingan	O, H12, H14, H16	Sering digunakan untuk pelapisan arsitektur dan bagian yang dibentuk
Plat	6–25 mm	Daya bentuk lebih rendah; bagian tebal biasanya dipasok dalam kondisi lebih lunak	O, H112	Digunakan untuk bagian struktural yang memerlukan kekuatan sedang
Ekstrusi	Penampang bervariasi	Kekuatan tergantung pada pendinginan ekstrusi dan perlakuan selanjutnya	O, H32	Terbatas dalam pilihan paduan untuk ekstrusi kompleks, namun memungkinkan dengan kontrol proses
Tabung	Ketebalan dinding 0,5–6 mm	Performa mirip dengan lembaran; tersedia dalam varian dilas dan seamless	O, H14	Umum digunakan untuk rangka ringan dan saluran fluida
Batang/Batang Bulat	Ø3–50 mm	Kekuatan ditentukan oleh proses penarikan atau pengerjaan dingin	H18, H14	Digunakan untuk pengikat, komponen formed, dan bagian machining

Lembaran adalah bentuk produk dominan untuk 3010 karena hasil permukaan yang baik, kompatibilitas pelapisan, dan karakteristik deep-draw yang unggul. Plat tebal jarang digunakan tetapi diproduksi untuk kebutuhan daya bentuk rendah dan kemampuan struktural statis yang mencukupi.

Ekstrusi dan produk tarik sensitif terhadap kimia billet dan riwayat termal, dan mungkin memerlukan kontrol ketat homogenisasi dan pra-pemanasan untuk menghindari pembentukan cacat permukaan serta mendapatkan sifat mekanik konsisten di seluruh penampang.

Grade Setara

Standar	Grade	Regional	Catatan
AA	3010	USA	Penamaan paduan hasil pengerjaan di bawah sistem Aluminum Association (penggunaan bisa berbeda antar pabrik)
EN AW	Seri 3xxx (misalnya AW-3003)	Eropa	Paduan berbasis mangan seri 3xxx yang setara; komposisi kimia bisa sedikit berbeda
JIS	A3xxx (misalnya A3003)	Jepang	JIS menggunakan penamaan 3xxx untuk paduan mangan pengerjaan serupa
GB/T	3Axx (misalnya 3A21/3003 setara)	China	Standar China memiliki padanan dekat dalam keluarga 3A21

Dalam berbagai standar, label “3010” dapat mewakili komposisi kimia dan spesifikasi produk yang sedikit berbeda tergantung region dan praktik pabrik. Pemasok bisa memasarkan paduan dengan nama 3010 menggunakan batas kontrol bersifat proprietary (misalnya, Mn sedikit lebih tinggi atau Cu dikontrol) untuk menyesuaikan sifat mekanik sesuai rute pembentukan tertentu. Saat substitusi, pembeli perlu membandingkan batas kimia, sifat mekanik yang ditentukan, batasan bentuk produk, dan kompatibilitas perlakuan permukaan untuk memastikan kesetaraan.

Ketahanan Korosi

3010 umumnya memiliki ketahanan korosi atmosfer yang baik khas keluarga 3xxx; film oksida alami membentuk pelindung pasif di sebagian besar lingkungan. Dalam atmosfer pedesaan dan perkotaan, paduan ini performa baik dan tahan terhadap pitting umum; anodizing dan pelapis organik meningkatkan estetika dan ketahanan cuaca jangka panjang.

Di lingkungan laut atau yang mengandung klorida tinggi, 3010 memiliki ketahanan sedang namun kurang tangguh dibandingkan paduan seri 5xxx (Al–Mg) yang dirancang khusus untuk pemakaian marine. Pitting lokal dapat terjadi pada permukaan polos jika ada celah atau aliran galvanik stray; pairing material yang tepat dan pelapisan dianjurkan untuk paparan agresif.

Kerentanan terhadap stress corrosion cracking rendah dibandingkan paduan heat-treatable berdaya tinggi, karena kekuatan 3010 sedang dan tidak memiliki mikrostruktur presipitasi yang biasanya menyebabkan SCC. Interaksi galvanik harus dikelola dengan menghindari pairing 3010 langsung dengan logam katodik seperti tembaga atau baja tahan karat tanpa lapisan isolasi; jika terhubung secara elektrik dengan logam lebih mulia dalam lingkungan basah, 3010 dapat menjadi anod dan korosi lebih cepat.

Dibandingkan grade kemurnian 1xxx, 3010 menukar sedikit konduktivitas listrik untuk kekuatan lebih baik dengan ketahanan korosi umum serupa. Dibanding 5xxx, 3010 sering kali kurang tahan terhadap korosi lokal di lingkungan klorida, tetapi lebih disukai saat kemampuan pembentukan dan hasil permukaan lebih penting daripada keuntungan korosi pada paduan Al–Mg.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

3010 mudah dilas dengan proses fusion konvensional seperti TIG (GTAW) dan MIG (GMAW). Paduan pengisi seperti Al-4043 (Al–Si) atau Al-5356 (Al–Mg) umum digunakan tergantung komposisi logam dasar, keinginan keuletan sambungan, dan kebutuhan finishing pasca las. Risiko retak panas rendah dibanding paduan berkandungan tembaga tinggi atau berdaya tinggi, tetapi desain sambungan dan pembersihan pra-las penting untuk menghindari porositas dan terperangkap oksida. Pelunakan heat-affected-zone bukan kekhawatiran utama untuk paduan 3xxx, namun hilangnya kekuatan kerja dingin lokal bisa terjadi pada temper H di sekitar area las.

Kemampuan Mesin

Machinability 3010 sedang sampai baik; lebih mudah dimesin dibanding banyak paduan aluminium berdaya tinggi namun tidak sebaik paduan berkandungan timbal atau silikon tinggi. Peralatan dengan pemotong carbide bertaji positif, feed terkendali, dan kecepatan tinggi menghasilkan permukaan halus dan umur alat panjang. Chip biasanya pendek sampai sedang saat parameter pemotongan optimal; adhesi dan built-up edge dapat dikurangi dengan pendingin dan kecepatan potong yang tepat.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk dalam temper O dan H ringan adalah sangat baik, memungkinkan deep drawing, roll forming, dan bending kompleks dengan radius ketat. Radius dalam minimum yang direkomendasikan tergantung temper dan ketebalan, namun praktik desain tipikal untuk lembaran deep draw menggunakan rasio r/t 0,5–1,5 pada kondisi anneal dan radius lebih besar pada temper H16–H18 untuk menghindari retak. Paduan merespon baik incremental forming dan stretch forming, dan springback moderat dan dapat diprediksi dengan model konstitutif aluminium standar.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan seri 3xxx, 3010 pada dasarnya tidak dapat diperlakukan panas untuk penguatan; tidak akan mendapatkan peningkatan kekuatan signifikan dari perlakuan larutan dan penuaan buatan yang biasa digunakan untuk paduan 6xxx dan 7xxx. Percobaan perlakuan panas bergaya T6 tidak menghasilkan pengerasan presipitasi puncak khas keluarga tersebut dan jarang ditentukan.

Pengaturan kekuatan dilakukan melalui pengerjaan dingin dan annealing yang dikontrol: full anneal (O) dilakukan untuk mengembalikan keuletan, sedangkan anneal parsial atau siklus stabilisasi digunakan untuk mengatur keseimbangan antara keuletan dan kekuatan. Rekristalisasi selama annealing dipengaruhi oleh Mn dan unsur jejak; kontrol suhu dan waktu furnace diperlukan untuk memperoleh mikrostruktur konsisten pada produk gulung atau ekstrusi.

Efek penuaan alami ringan yang dilaporkan (misalnya stabilisasi H32) disebabkan oleh relaksasi tegangan sisa dan klaster solut minor, bukan pengerasan presipitasi sejati. Untuk sebagian besar aplikasi teknik, proses termal digunakan untuk penghilangan tegangan dan stabilisasi dimensi, bukan peningkatan kekuatan.

Performa Suhu Tinggi

3010 mengalami penurunan kekuatan progresif saat suhu meningkat, dengan penurunan signifikan di atas kira-kira 100–150 °C dan pelunakan besar mendekati 200–300 °C. Ketahanan creep pada suhu tinggi moderat dan paduan ini tidak dimaksudkan untuk beban struktural suhu tinggi terus-menerus. Oksidasi terbatas pada lapisan tipis Al2O3 yang melindungi permukaan; oksidasi katastropik tidak menjadi perhatian praktis pada suhu layanan biasa.

Zonaterpengeruh panas pasca-las akan mengalami perubahan sifat lokal tapi tidak ada transisi pengerasan/pelunakan parah seperti pada paduan pengerasan usia. Untuk pemanasan durasi pendek (misalnya siklus pengecatan oven), 3010 dapat menahan suhu bake otomotif atau industri tipikal tanpa kehilangan integritas mekanik berguna secara permanen, selama waktu paparan dan suhu puncak terkontrol.

Perancang perlu membatasi suhu layanan kontinu pada rentang di mana luluh dan kekakuan tetap memadai untuk fungsi bagian; paparan jangka panjang di atas ~150 °C memerlukan pengujian dan validasi creep serta stabilitas dimensi.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa 3010 Digunakan
Otomotif	Panel bodi, trim interior	Kemampuan bentuk dan hasil permukaan sangat baik; kekuatan cukup untuk panel non-struktural
Marine	Fitting kabin, strip trim	Ketahanan korosi atmosfer yang baik dan kemudahan fabrikasi
Aerospace	Fitting non-kritis, fairing	Rasio kekuatan-terhadap-berat yang menguntungkan untuk struktur sekunder dimana pembentukan dan biaya rendah penting
Consumer/Peralatan	Panel kulkas, housing	Kualitas permukaan, kemampuan pengecatan, dan kemampuan bentuk
Elektronika	Enclosure, chassis	Ringan dengan konduktivitas termal memadai untuk dissipasi pasif

3010 biasanya ditentukan ketika kompleksitas pembentukan, penampilan permukaan dan ketahanan korosi umum adalah faktor desain utama dan ketika paduan heat-treatable berdaya tinggi tidak diperlukan atau dapat mempersulit proses pembentukan. Paduan ini sering digunakan di industri yang mengutamakan lembaran biaya rendah dan keuletan tinggi dengan performa struktural yang cukup untuk aplikasi non-kritis.

Wawasan Pemilihan

3010 berada pada posisi praktis di tengah bagi engineer yang memilih antara aluminium kemurnian komersial dan paduan dengan kekuatan lebih tinggi. Dibandingkan dengan 1100, 3010 mengorbankan sedikit konduktivitas listrik dan termal namun menawarkan kekuatan luluh dan tarik yang jauh lebih tinggi sekaligus mempertahankan kemampuan pembentukan yang baik serta ketahanan korosi umum yang serupa.

Dibandingkan dengan paduan yang dikeraskan secara kerja seperti 3003 atau 5052, 3010 biasanya memberikan kemampuan pembentukan yang sebanding dan perilaku korosi yang mirip; pemilihan didorong oleh perbedaan subtil dalam kekuatan, kemampuan pengecatan, dan ketersediaan di pabrik. Berbeda dengan paduan yang dapat diperlakukan panas seperti 6061 atau 6063, 3010 memiliki kekuatan puncak lebih rendah namun seringkali kemampuan pembentukan lebih baik dan biaya lebih rendah, sehingga lebih disukai untuk komponen yang dibentuk kompleks dan saat kekuatan pasca pembentukan dicapai melalui pengerjaan dingin daripada penuaan.

Pilih 3010 ketika desain menekankan proses deep drawing, hasil permukaan, dan efektivitas biaya, serta ketika kekuatan puncak dari pengerasan penuaan tidak diperlukan; spesifikasikan paduan lain ketika ketahanan kelelahan tinggi, kemampuan suhu tinggi, atau kekuatan struktural maksimum menjadi persyaratan utama.

Ringkasan Penutup

3010 tetap menjadi paduan aluminium yang relevan dan praktis untuk rekayasa modern di mana kombinasi seimbang antara kemampuan pembentukan, ketahanan korosi, dan kekuatan sedang dibutuhkan; kimia berbasis mangan yang tidak dapat diperlakukan panas memungkinkan pemrosesan yang dapat diprediksi dan ekonomis untuk lembar, plat, dan komponen tarik di berbagai industri.