Aluminium 3100: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Komprehensif

3100 adalah anggota dari seri paduan aluminium 3xxx, yaitu keluarga paduan yang menggunakan mangan sebagai elemen paduan utama. Ini termasuk dalam paduan tempa yang tidak dapat diperlakukan dengan pemanasan untuk meningkatkan sifat mekanik, di mana peningkatan kekuatan didapatkan terutama melalui pengerjaan dingin terkontrol, bukan perlakuan panas pengerasan presipitasi.

Elemen paduan utama dalam 3100 adalah mangan (sebagai elemen utama), dengan kandungan silikon, besi yang rendah serta tambahan kecil magnesium, kromium, dan titanium. Kandungan mangan memberikan penguatan larutan padat dan peningkatan kemampuan pengerasan kerja sekaligus mempertahankan keuletan dan ketahanan korosi yang sangat baik dibandingkan paduan yang dapat diperkuat dengan perlakuan panas dan memiliki kekuatan lebih tinggi.

Mekanisme penguatan pada 3100 pada dasarnya adalah pengerasan regangan (pengerasan kerja) dan pengendalian mikrostruktur melalui proses termomekanik; tidak terdapat respons pengerasan umur yang signifikan. Sifat utama meliputi kemampuan bentuk yang baik pada kondisi anneal, kekuatan sedang setelah pengerjaan dingin, ketahanan korosi umum sangat baik, dan kemampuan las yang baik menggunakan proses fusi umum dengan sensitivitas zona terpengaruh panas (HAZ) yang terbatas.

Industri yang biasanya menggunakan 3100 meliputi produk arsitektur dan bangunan, komponen penukar panas dan HVAC, panel struktural ringan, serta aplikasi lembaran/strip serbaguna di mana diperlukan keseimbangan antara kemampuan bentuk, ketahanan korosi, dan kekuatan sedang. Para engineer memilih 3100 saat kemampuan bentuk dan ketahanan korosi diprioritaskan dibanding kekuatan puncak dan ketika perilaku paduan ekonomis yang tidak dapat diperlakukan panas diinginkan.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Bentuk	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Sangat Baik	Sangat Baik	Sepenuhnya dianil, keuletan maksimum untuk pembentukan
H12	Rendah-Sedang	Sedang	Baik Sekali	Baik Sekali	Pengerasan regangan parsial, cocok untuk bagian ditarik
H14	Sedang	Sedang-Rendah	Baik	Baik Sekali	Temper komersial umum untuk kekuatan sedang
H18	Tinggi	Rendah	Adil	Baik	Pengerjaan dingin berat untuk kekuatan lebih tinggi
H24	Sedang-Tinggi	Sedang	Baik	Baik Sekali	Solusi anil + pemulihan parsial melalui pengerjaan suhu rendah
H22	Sedang	Sedang	Baik Sekali	Baik Sekali	Peregangan dan pengerjaan terkontrol untuk kontrol springback

Temper mempunyai pengaruh langsung pada kompromi antara kekuatan dan keuletan; temper O annealed memberikan elongasi tertinggi dan kemampuan bentuk terbaik sementara varian temper H meningkatkan kekuatan luluh dan kekuatan tarik secara bertahap dengan pengorbanan elongasi. Pemilihan temper didasarkan pada metode pembentukan dan penggunaan akhir: deep drawing dan pembentukan berat condong ke O/H12, sedangkan panel dan penguat yang memerlukan kekuatan statik lebih tinggi lebih cocok menggunakan H14/H18.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.6	Impurity tipikal dari peleburan, efek kecil pada kekuatan
Fe	≤ 0.7	Impurity umum, dapat membentuk intermetalik yang mempengaruhi keuletan
Mn	0.8 – 1.5	Elemen paduan utama yang memberikan penguatan larutan padat
Mg	≤ 0.5	Minor; sedikit meningkatkan kekuatan dan kontribusi pada pengerasan kerja
Cu	≤ 0.2	Dipertahankan rendah untuk menjaga ketahanan korosi dan kemampuan las
Zn	≤ 0.2	Rendah untuk menghindari sensitivitas galvanik signifikan
Cr	≤ 0.1	Tambahan jejak untuk mengontrol struktur butir dan memperbaiki ketangguhan
Ti	≤ 0.15	Penghalus butir dalam proses pengecoran/semi-kontinu
Lainnya (masing-masing)	≤ 0.05	Residue dan elemen jejak, dikontrol untuk kualitas

Kandungan mangan adalah pengaruh dominan pada performa mekanik, meningkatkan kekuatan tarik dan memungkinkan laju pengerasan kerja lebih tinggi tanpa menurunkan keuletan secara signifikan. Besi dan silikon adalah elemen residu umum yang membentuk dispersoid dan partikel intermetalik; pengendalian tingkatnya penting untuk kemampuan bentuk dan kualitas permukaan. Penambahan minor seperti kromium dan titanium ditujukan untuk mengontrol rekristalisasi, ukuran butir, dan menstabilkan properti selama siklus termal.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik 3100 mengikuti respons aluminium tempa yang klasik dan tidak dapat diperlakukan panas: kekuatan dasar relatif rendah pada kondisi annealed dengan peningkatan signifikan melalui pengerjaan dingin. Rasio luluh terhadap tarik umumnya sedang (luluh sering pada kisaran 30–60% dari UTS untuk temper pengerjaan berat), dan material mempertahankan keuletan baik dalam kondisi annealed, memudahkan deep drawing dan stamping kompleks.

Kekerasan berkorelasi erat dengan temper dan tingkat pengerjaan dingin; skala Rockwell dan Vickers menunjukkan peningkatan bertahap dari temper O ke H18. Performa fatigue tipikal untuk aluminium tempa dengan batas fatigue yang sangat dipengaruhi oleh kualitas permukaan, tegangan residual dari pembentukan, dan keberadaan inklusi atau cacat permukaan. Efek ketebalan signifikan: ketebalan tipis dapat mencapai kemampuan bentuk lebih tinggi dan populasi cacat internal lebih rendah, sedangkan bagian tebal dapat menunjukkan keuletan lebih rendah dan memerlukan strategi pembentukan/mold berbeda.

Zona terpengaruh panas (HAZ) akibat pengelasan menyebabkan pelunakan mekanik lokal hanya sejauh pengurangan pengerasan kerja; karena 3100 bukan paduan pengerasan presipitasi, penurunan kekuatan HAZ bersifat moderat dan umumnya dapat dipulihkan dengan perlakuan mekanis pasca-las. Perilaku patah paduan bersifat duktile dengan necking signifikan pada tegangan saat condidi annealed, beralih menjadi patahan didominasi geser saat pengerasan kerja meningkat.

Sifat	O/Annealed	Temper Kunci (misal H14/H18)	Catatan
Kekuatan Tarik	90 – 140 MPa	160 – 260 MPa	Nilai tergantung proses, ketebalan dan pemasok; kisaran indikatif
Kekuatan Luluh	30 – 60 MPa	110 – 200 MPa	Kekuatan luluh meningkat tajam seiring tingkat pengerjaan dingin
Elongasi	30 – 45%	5 – 20%	Lebih tinggi pada ketebalan tipis dan kondisi annealed; menurun pada H18
Kekerasan (HV)	20 – 40 HV	45 – 90 HV	Kekerasan berkorelasi dengan temper dan tingkat pengerjaan dingin

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density	2.70 g/cm³	Umum untuk paduan aluminium-mangan
Rentang Titik Leleh	640 – 660 °C	Solidus/liquidus matriks aluminium hampir murni
Konduktivitas Termal	140 – 160 W/m·K	Agak berkurang dibanding aluminium murni karena paduan
Konduktivitas Listrik	30 – 45 % IACS	Lebih rendah dari aluminium murni; dipengaruhi kandungan Mn dan Fe
Kalor Spesifik	~900 J/kg·K	Sekitar setara dengan paduan aluminium umum lainnya
Koefisien Ekspansi Termal	23 – 24 µm/m·K (20–100 °C)	Koefisien tipikal untuk paduan aluminium

Kepadatan dan sifat termal 3100 sangat mirip dengan paduan 3xxx lainnya, yang membuatnya menarik untuk aplikasi yang membutuhkan penghematan berat sekaligus performa termal. Konduktivitas termal tetap tinggi dibandingkan dengan baja dan banyak paduan lain, yang menguntungkan untuk komponen penyebar panas dan aplikasi penukar panas.

Konduktivitas listriknya sedang dan memadai untuk beberapa penggunaan busbar dan panel konduktif, tetapi 3100 tidak dipilih untuk aplikasi yang sangat memerlukan konduktivitas maksimum; grade aluminium murni komersial atau paduan listrik rendah lebih disukai untuk tujuan tersebut. Ekspansi termal 3100 adalah tipikal aluminium dan harus diperhitungkan dalam rakitan yang menggabungkan material berbeda.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Sheet (Lembaran)	0.2 – 6.0 mm	Baik pada O/H12; meningkat dengan H14–H18	O, H12, H14, H18	Diproduksi secara luas; digunakan untuk panel dan pelapis
Plate (Plat)	6.0 – 25 mm	Formabilitas lebih rendah, kekakuan bending lebih tinggi	O, H22, H24	Bagian tebal memerlukan pembentukan/pengelasan khusus
Extrusion (Ekstrusi)	Profil hingga 200 mm	Kekuatan tergantung rasio ekstrusi dan proses aging	O, H12, H14	Kurang umum dibanding sheet tapi layak untuk profil kustom
Tube (Pipa)	Diameter Beragam	Perilaku serupa pipa ditarik/dikerjakan dingin	O, H14	Umum untuk pipa HVAC dan transportasi
Bar/Rod (Batang)	Ø2 – 50 mm	Kekuatan meningkat dengan penarikan dingin	H12, H14, H18	Digunakan untuk pengikat, pin, dan bahan baku mekanik umum

Sheet dan strip adalah bentuk produk dominan untuk 3100 karena paduan ini menonjolkan kemampuan pembentukan dan hasil permukaan. Plat dan bagian yang lebih tebal digunakan ketika diperlukan kekakuan dan ketebalan struktural, namun membutuhkan proses termal dan mekanik yang lebih hati-hati untuk menjaga ketangguhan. Ekstrusi dan pipa diproduksi bila dibutuhkan penampang kompleks atau geometri dinding tipis terbuka, dan biasanya digunakan dalam HVAC, konstruksi, serta profil arsitektur.

Perbedaan proses mempengaruhi sifat akhir: jadwal penggulungan dan profil annealing menentukan rekristalisasi dan ukuran butir, sementara penarikan dingin dan pembentukan tarik menentukan kekuatan luluh akhir serta keadaan tegangan residual. Pilihan aplikasi biasanya dipandu oleh apakah prioritasnya adalah formabilitas maksimum (sheet dengan temper O) atau kekuatan as-form (H14/H18) yang lebih tinggi.

Setara Grade

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	3100	USA	Tercatat sebagai paduan Al–Mn taksiran dalam keluarga 3xxx
EN AW	3100	Europe	Sering dirujuk sebagai EN AW-3100 dalam standar Eropa
JIS	A3100	Japan	Setara JIS mengikuti batasan komposisi serupa
GB/T	3100	China	Standarisasi China pada umumnya selaras secara komposisi

Grade setara antar standar biasanya sangat cocok dalam komposisi tapi dapat berbeda dalam batas impuritas yang diperbolehkan, penamaan temper, dan toleransi produk. Pemasok di berbagai wilayah mungkin memberikan rentang mekanik yang dijamin dan kelas hasil permukaan yang sedikit berbeda, jadi engineer sebaiknya meminta sertifikat uji pabrik untuk aplikasi kritis. Perbedaan kecil pada batas impuritas (Fe, Si) akan mempengaruhi formabilitas dan kualitas permukaan; ini adalah subtelitas utama yang harus diperhatikan saat mengganti dengan setara regional.

Ketahanan Korosi

3100 menunjukkan ketahanan korosi atmosfer umum yang baik khas paduan Al–Mn karena pembentukan lapisan oksida aluminium pelindung. Dalam lingkungan pedesaan dan industri, paduan ini tampil handal, dan dengan perlakuan permukaan atau cat yang sesuai sangat cocok untuk paparan jangka panjang tanpa perawatan signifikan.

Dalam lingkungan laut, paduan ini menunjukkan ketahanan sedang terhadap korosi pitting dan korosi celah, namun paparan klorida mempercepat serangan lokal dibandingkan dengan grade paduan rendah dengan ketahanan korosi tinggi seperti paduan seri 5xxx berbasis magnesium atau paduan laut khusus. Perancangan yang tepat, pelapis, dan penghindaran jebakan air laut yang stagnan diperlukan untuk umur panjang aplikasi laut.

Retakan korosi akibat tegangan (stress corrosion cracking) bukan masalah utama untuk 3100 dibanding paduan kuat yang dapat perlakuan panas; tingkat kekuatan rendah hingga sedang dan ketiadaan mikrostruktur pengerasan butir menurunkan kerentanan SCC. Namun, interaksi galvanik dengan logam lebih mulia harus dikelola melalui bahan isolasi atau pemilihan pengikat kompatibel agar terhindar dari pelarutan anod anod yang dipercepat dalam rakitan yang terhubung.

Dibanding aluminium murni seri 1xxx, 3100 menukar sedikit konduktivitas listrik/termal yang lebih rendah dengan kekuatan mekanik yang lebih baik sekaligus mempertahankan perilaku korosi serupa. Dibanding keluarga 5xxx atau 6xxx, 3100 tidak sekuat paduan perlakuan panas dan tidak se-tahan korosi paduan laut khusus, sehingga desain memilihnya saat sifat seimbang dan biaya efisien lebih penting.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

3100 mudah dilas dengan metode fusi TIG dan MIG dengan persiapan minimal dan menunjukkan kerentanan rendah terhadap retak panas karena tidak mengandung elemen paduan yang signifikan membentuk eutektik. Material pengisi yang direkomendasikan adalah paduan filler umum untuk sistem Al–Mn atau filler 4043/5356 serbaguna untuk performa sambungan; pilihan tergantung pada kebutuhan duktlitas dan ketahanan korosi. HAZ akan menunjukkan pelunakan jika pengerasan kerja sebelumnya ada, tapi ketiadaan pengerasan presipitasi membuat lasan tidak menimbulkan pengerasan lokal yang parah.

Kemampuan Mesin

Pengerjaan mesin 3100 bersifat sedang; paduan ini lebih mudah dimesin dibanding banyak paduan kekuatan tinggi tapi tidak semudah paduan aluminium berjenis bebas timbal atau grade khusus yang mudah dimesin. Alat carbide dengan geometri rake positif dan lapisan coating (TiN/TiAlN) disarankan untuk produksi volume tinggi, dan kecepatan potong sedang dengan aplikasi pendinginan yang baik menghasilkan hasil permukaan terbaik. Paduan cenderung menghasilkan serbuk chip yang agak kontinu; pemecah chip atau pemotongan terputus dapat digunakan untuk menghindari penyumbatan alat.

Formabilitas

3100 sangat mudah dibentuk dalam temper annealed O dan mempertahankan kemampuan tarik baik pada temper H ringan seperti H12. Radius tekuk minimum tipikal kecil untuk ketebalan tipis (misalnya ≤1t untuk sheet temper O), namun radius lebih besar diperlukan saat temper naik ke H14/H18. Paduan merespon baik terhadap operasi pembentukan dingin; springback dapat diprediksi dan dikontrol menggunakan metode stretch forming atau teknik pré-regangan.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan non-perlakuan panas, 3100 tidak mendapat manfaat dari siklus pelarutan dan ageing untuk peningkatan kekuatan. Proses pabrik mengandalkan pengerjaan dingin untuk mencapai temper kekuatan tinggi, dan paparan termal dekat atau di atas suhu rekristalisasi akan mengurangi kekuatan dengan melepas pengerasan kerja.

Annealing penuh (temper O) diperoleh dengan pemanasan pada suhu 350–415 °C tergantung ketebalan dan waktu rendam, diikuti pendinginan terkontrol untuk memperoleh struktur lunak yang direkristalisasi penuh untuk pembentukan. Annealing parsial dan operasi pelonggaran tegangan digunakan untuk menyesuaikan tegangan residual dan springback tanpa melunakkan bagian secara penuh.

Untuk aplikasi yang membutuhkan pemulihan sifat setelah pembentukan atau pengelasan, annealing terkontrol dan pengerjaan mekanik berikutnya ke temper H yang diinginkan adalah pendekatan standar. Karena aging buatan tidak memberikan penguatan signifikan, designasi temper dan kontrol sifat dilakukan melalui deformasi mekanik, bukan perlakuan suhu-waktu.

Kinerja pada Suhu Tinggi

3100 mempertahankan sifat mekanik yang berguna pada suhu sedang meningkat, tetapi kekuatan menurun progresif di atas sekitar 100–150 °C. Untuk penggunaan berkelanjutan pada suhu ~150–200 °C ke atas, creep dan hilangnya kapasitas beban menjadi signifikan dan paduan suhu tinggi alternatif harus dipertimbangkan.

Oksidasi di udara minimal pada suhu operasi umum karena lapisan permukaan Al2O3 yang stabil, tetapi paparan lama di suhu tinggi mempercepat pertumbuhan butir dan mengurangi kekuatan pengerasan kerja. Zona terpengaruh panas (HAZ) di sekitar lasan yang terpapar suhu tinggi dapat melunak lebih jauh karena pemulihan dan rekristalisasi terbatas, sehingga struktur las yang digunakan untuk layanan termo-mekanik harus dirancang secara konservatif.

Paparan jangka pendek pada suhu mendekati titik leleh tidak menyebabkan transformasi fasa yang menaikkan kekuatan; sebaliknya, paparan termal menurunkan kekuatan akibat pengerjaan dingin dan meningkatkan duktlitas. Untuk komponen terpapar panas, desainer harus mengevaluasi pelonggaran tegangan residual dan stabilitas dimensi setelah siklus termal.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 3100
Otomotif	Trim interior dan panel cetak	Formabilitas dan hasil permukaan excellent untuk bentuk kompleks
Marine (Kelautan)	Ducting HVAC dan fitting non-struktural	Ketahanan korosi seimbang dan kemudahan fabrikasi
Aerospace	Struktur sekunder dan fairing	Ringan dengan formabilitas baik untuk bagian tidak kritis
Elektronik	Heat spreader dan housing	Konduktivitas termal tinggi dengan kemudahan pembentukan

3100 dipilih untuk komponen yang membutuhkan manufaktur ekonomis, kualitas permukaan baik, dan kemampuan menjalani proses deep drawing, bending, dan pengelasan tanpa komplikasi paduan pengerasan presipitasi. Sangat umum ketika operasi sheet dan strip mendominasi dan ketahanan korosi serta kekuatan sedang memadai.

Wawasan Pemilihan

3100 merupakan pilihan praktis bila formabilitas, ketahanan korosi, dan biaya adalah faktor utama. Pilih 3100 temper annealed O untuk deep drawing dan bentuk kompleks; pilih H14/H18 jika butuh kekuatan as-form lebih tinggi tapi dapat menerima elongasi berkurang.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), 3100 menawarkan kekuatan yang lebih tinggi dan pengerasan kerja yang lebih baik dengan pengorbanan kecil pada konduktivitas dan kemampuan pembentukan. Jika dibandingkan dengan paduan pengerasan kerja umum seperti 3003 atau 5052, 3100 biasanya memiliki perilaku yang mirip dengan 3003—menawarkan ketahanan korosi yang serupa tetapi dipilih untuk proses pabrikasi tertentu atau kebutuhan permukaan khusus. Saat dibandingkan dengan paduan yang dapat perlakuan panas seperti 6061/6063, 3100 lebih disukai di mana kemampuan bentuk dan kemampuan las yang luar biasa diperlukan, meskipun dengan kekuatan puncak yang lebih rendah; gunakan 6061 ketika diperlukan kekuatan statis yang lebih tinggi atau performa lelah/kresi spesifik.

Ringkasan Penutup

3100 tetap relevan sebagai paduan Al–Mn yang seimbang untuk plat, strip, dan komponen yang dibentuk dimana duktualitas dan ketahanan korosi menjadi prioritas dibandingkan kekuatan maksimum. Respons pengerasan kerja yang dapat diprediksi, ketersediaan luas dalam bentuk produk umum, dan kemampuan las yang andal menjadikannya pilihan utama bagi arsitek, fabrikator, dan engineer yang mencari solusi aluminium yang ekonomis dan mudah dibentuk.