Aluminium 3102: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

Alloy 3102 merupakan anggota dari seri 3xxx paduan aluminium-mangan yang termasuk dalam kelompok Al-Mn yang tidak dapat diperlakukan dengan perlakuan panas. Filosofi paduan ini berfokus pada mangan sebagai unsur utama penguatan dan pengerasan kerja, dengan tambahan silikon, besi, dan elemen jejak yang rendah untuk mengatur perilaku paduan tanpa memindahkan alloy ini ke kategori yang bisa diperlakukan dengan perlakuan panas.

Penguatan pada 3102 dicapai terutama melalui efek larutan padat dan pengerasan regangan (cold working), bukan melalui perlakuan panas presipitasi. Karakteristik khas meliputi kekuatan sedang yang lebih tinggi dibanding aluminium murni komersial, karakteristik pembentukan yang sangat baik pada kondisi lunak, dan ketahanan korosi yang memadai pada banyak lingkungan atmosfer dan lingkungan yang sedikit agresif.

3102 banyak digunakan pada produk gulungan dan lembaran untuk otomotif serta aplikasi konstruksi, di mana kemampuan bentuk dan ketahanan korosi dengan kekuatan sedang diperlukan. Perancang memilih 3102 ketika membutuhkan keseimbangan antara keuletan, hasil permukaan, dan rasio kekuatan-terhadap-berat yang masuk akal, serta ketika kesederhanaan dan keuntungan biaya dari paduan Mn yang tidak diperlakukan dengan panas lebih diutamakan dibanding puncak kekuatan yang lebih tinggi dari seri paduan yang diperlakukan panas.

Dibandingkan dengan paduan tetangga, 3102 dipilih daripada paduan yang lebih murni untuk kekuatan yang lebih baik sambil mempertahankan sebagian besar kemampuan bentuk, dan lebih disukai dibanding paduan pengerasan kerja yang lebih kuat jika kualitas permukaan lebih baik, respons temper yang lebih datar, atau riwayat proses tertentu diperlukan.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Kondisi anil penuh untuk keuletan maksimum
H12	Sedang-Rendah	Sedang	Sangat Baik	Sangat Baik	Pengerasan parsial, sedikit cold work
H14	Sedang	Sedang-Rendah	Baik	Sangat Baik	Temper komersial umum untuk pembentukan lembaran
H16	Sedang-Tinggi	Rendah-Sedang	Cukup	Sangat Baik	Cold work lebih tinggi untuk peningkatan kekuatan
H18	Tinggi	Rendah	Terbatas	Sangat Baik	Kekuatan cold work hampir maksimum untuk seri 3xxx
H111	Variabel	Variabel	Baik	Sangat Baik	Properti sedikit terkendali, khas untuk ekstrusi

Penamaan temper pada 3102 secara langsung mengendalikan keseimbangan antara kekuatan dan keuletan karena paduan ini tidak dapat diperlakukan dengan perlakuan panas. Peningkatan angka H menunjukkan peningkatan pengerasan kerja yang menaikkan kekuatan luluh dan tarik sambil mengurangi elongasi dan kemampuan bentuk, yang berdampak pada springback dan radius pembengkokan minimum.

Dalam fabrikasi, engineer memilih temper O atau temper-H rendah untuk deep drawing dan stamping kompleks, serta memilih H16–H18 untuk kekakuan struktural sedang dan peningkatan tahan penyok pada kondisi di mana formabilitas kurang kritis.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	0.10–0.50	Kontrol kontaminan; meningkatkan fluiditas dalam pengecoran tapi rendah pada paduan ditempa
Fe	0.40–1.00	Kontaminan umum yang dapat membentuk intermetallic, mempengaruhi struktur butir
Mn	0.60–1.50	Unsur paduan utama untuk penguatan larutan padat dan kontrol butir
Mg	0.00–0.10	Biasanya sangat rendah; jika ada, dapat sedikit menaikkan kekuatan
Cu	0.00–0.20	Dipertahankan rendah untuk menjaga ketahanan korosi dan mencegah pengerasan berlebih
Zn	0.00–0.25	Minor; kadar lebih tinggi digunakan di keluarga 7xxx/6xxx
Cr	0.00–0.10	Jejak; membantu kontrol rekristalisasi dan pertumbuhan butir
Ti	0.00–0.15	Pemurni butir pada beberapa proses
Lainnya	Balance (Al)	Residu dan kontaminan yang sengaja dibatasi seperti Ni, Pb, Bi

Tabel komposisi menunjukkan rentang komersial khas untuk paduan tipe 3xxx yang ditempa; spesifikasi pabrik dapat bervariasi dan kontrol ketat umumnya diterapkan pada produk dengan kebutuhan permukaan khusus. Mangan adalah elemen utama untuk penguatan dan kontrol rekristalisasi, sementara besi dan silikon adalah kontaminan utama yang mempengaruhi populasi partikel intermetallic dan anisotropi.

Elemen seperti titanium atau kromium digunakan dalam jumlah jejak untuk pemurnian butir dan menstabilkan mikrostruktur selama proses rolling dan anil berikutnya, sementara tembaga dan magnesium dipertahankan rendah untuk menjaga ketahanan korosi dan respon cold-work yang dapat diprediksi.

Properti Mekanik

Perilaku tarik 3102 menunjukkan respons tegangan-regangan yang relatif datar pada temper lunak dengan elongasi seragam tinggi, beralih ke plateau luluh yang lebih jelas dan kekuatan bukti lebih tinggi saat material mengalami pengerasan kerja. Kekuatan luluh dan tarik meningkat dengan peningkatan angka temper H, namun mengorbankan elongasi total dan kemampuan pembengkokan. Kekerasan berkorelasi erat dengan kekuatan tarik dan tingkat pengerasan kerja: rendah pada kondisi O dan meningkat secara bertahap melalui temper H12–H18.

Perilaku kelelahan pada 3102 adalah khas untuk paduan Al-Mn lunak: batas ketahanan tidak tegas namun sangat dipengaruhi oleh hasil permukaan, tegangan residual dari proses pembentukan, dan ketebalan. Ketebalan yang lebih tipis menunjukkan kekuatan tampak lebih tinggi setelah pengerasan kerja akibat pengerasan regangan selama rolling dan kemungkinan efek tekstur, sedangkan bagian yang lebih tebal mempertahankan keuletan lebih tinggi pada kondisi anil.

Operasi pembentukan dan penyambungan harus mempertimbangkan perilaku spesifik temper: lembaran anil lebih mudah untuk deep drawing, sementara temper H16/H18 memerlukan perkakas yang lebih presisi dan radius pembengkokan lebih besar. Pengelasan biasanya tidak menyebabkan retak, tetapi terjadi pelunakan lokal pada zona yang terpengaruh panas yang harus diperhitungkan dalam desain.

Properti	O/Anil	Temper Kunci (misal H14/H18)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	80–140 MPa	140–250 MPa	Rentang bergantung pada pengerasan kerja; O di ujung rendah, H18 di ujung tinggi
Kekuatan Luluh (0.2% offset)	30–80 MPa	90–180 MPa	Kekuatan luluh meningkat signifikan dengan angka temper H
Elongasi (%)	25–45%	5–20%	Keuletan tinggi pada O; sangat menurun pada temper H tinggi
Kekerasan (HB atau HRB)	20–40 HB / 40–65 HRB	40–80 HB / 60–90 HRB	Kekerasan mengikuti pengerasan kerja dan properti tarik

Nilai-nilai di atas adalah rentang indikatif yang umum untuk paduan mangan seri 3xxx yang ditempa dan harus diverifikasi dengan sertifikat pabrik dari pemasok untuk pekerjaan yang kritis secara desain.

Properti Fisik

Properti	Nilai	Catatan
Density (Massa Jenis)	~2.70 g/cm³	Khas untuk paduan aluminium; berguna untuk perhitungan massa
Rentang Leleh	~630–655 °C	Interval solidus–liquidus sedikit bervariasi dengan kandungan Si dan Fe
Konduktivitas Termal	~120–160 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni akibat paduan dan hamburan oleh zat terlarut
Konduktivitas Listrik	~30–45 % IACS	Berkurang dibanding aluminium kemurnian komersial; bervariasi dengan temper
Kalor Spesifik	~900 J/kg·K	Nilai khas dekat suhu ruang untuk paduan aluminium
Ekspansi Termal	23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Koefisien ekspansi linier untuk perhitungan desain umum

3102 mempertahankan kerapatan rendah yang menguntungkan dan konduktivitas termal yang relatif tinggi dari aluminium, membuatnya menarik untuk aplikasi di mana berat dan pembuangan panas penting. Konduktivitas dan properti termal bergantung pada temper namun tidak bervariasi sebesar properti mekanik antar temper.

Ekspansi termal harus diperhitungkan dalam perakitan multi-material; laju ekspansi ini khas untuk paduan aluminium dan memerlukan detail sambungan yang tepat untuk menghindari penumpukan tegangan akibat siklus suhu.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis	0,2–3,0 mm	Stabil; ketebalan memengaruhi kekuatan setelah pembentukan	O, H12, H14, H16	Diproduksi luas untuk panel, pelapis, dan tekan stamping
Plat Tebal	3,0–12 mm	Stok lebih tebal mempertahankan lebih banyak sifat annealed	O, H111	Jarang digunakan; dipakai untuk kebutuhan plat struktural
Ekstrusi	Profil hingga penampang besar	Kekuatan bervariasi sesuai jumlah pass profil dan aging (jika ada)	H111, H14	Paduan mangan digunakan untuk ekstrusi arsitektural
Pipa	Dinding tipis sampai struktural	Perkerasan dingin selama penarikan meningkatkan kekuatan	O, H12, H14	Digunakan pada HVAC, dekoratif, dan pipa struktural ringan
Batang/As	Diameter hingga 50 mm	Perilaku mirip plat; terbatas pada aplikasi paduan	O, H111	Dipakai untuk komponen machining dan pengikat pada peran non-kritis

Berbagai bentuk produk menjalani proses yang berbeda sehingga memengaruhi mikrostruktur dan anisotropi. Produk plat tipis menunjukkan tekstur kuat dan perbedaan lebih nyata antara sifat longitudinal dan transversal, sedangkan ekstrusi dan pipa tarik diproses untuk mengendalikan aliran butir dan kekuatan arah.

Pemilihan bentuk dan temper harus mempertimbangkan operasi selanjutnya: stamping dan deep drawing lebih cocok dengan temper O atau H12, sementara aplikasi roll-formed dan struktural biasanya menggunakan temper H lebih tinggi untuk meningkatkan kekakuan dan ketahanan penyok.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	3102	USA	Diakui dalam beberapa katalog pabrik sebagai paduan tempa seri 3xxx
EN AW	3102	Eropa	Sering disebut dengan penamaan EN AW untuk pengadaan
JIS	A3102 (atau setara)	Jepang	Standar lokal dapat mencantumkan komposisi Al-Mn yang serupa
GB/T	3102	China	Standar China mungkin memiliki grade komersial yang setara langsung

Daftar grade setara 3102 bervariasi menurut badan standar dan praktik pabrik; beberapa wilayah menggunakan penamaan numerik yang sama di bawah sistem EN, JIS, atau GB sementara yang lain mengidentifikasi hanya paduan 3xxx pengandung Mn yang serupa. Perbedaan halus muncul dari batasan unsur jejak (Cu, Fe, Si) dan perbedaan dalam persyaratan penggilingan dan kontrol temper.

Saat menentukan setara lintas wilayah, engineer harus meminta sertifikat kimia dan mekanik lengkap serta memastikan kelas kemampuan bentuk dan permukaan untuk menjamin kesetaraan pada aplikasi kritis.

Ketahanan Korosi

3102 menunjukkan ketahanan korosi atmosferik yang baik sesuai karakter paduan Al-Mn, didukung oleh lapisan oksida aluminium pelindung yang cepat terbentuk kembali setelah terganggu secara mekanis. Dalam atmosfer pedesaan dan perkotaan, paduan ini bekerja dengan baik; masalah galvanik muncul jika bersentuhan langsung dengan logam mulia tanpa isolasi.

Di lingkungan laut, 3102 memberikan performa yang dapat diterima untuk aplikasi di atas garis air dan terlindung, tetapi paparan lama di zona cipratan dan larutan klorida terkonsentrasi akan mempercepat karat lubang dan serangan permukaan dibandingkan paduan aluminium laut dengan kandungan paduan lebih tinggi. Perawatan permukaan dan pelapis dianjurkan untuk layanan jangka panjang di laut.

Kerentanan terhadap stress corrosion cracking rendah dibandingkan beberapa paduan heat-treatable kekuatan tinggi, namun pengerasan lokal dapat terjadi jika tegangan residu dan kondisi korosif terjadi bersamaan. Pada pasangan galvanik, 3102 akan korosi lebih dahulu dibandingkan banyak baja tahan karat dan paduan tembaga jika kontak langsung dalam elektrolit; bahan isolasi atau pelapis pelindung biasa digunakan.

Dibandingkan dengan paduan magnesium seri 5xxx, 3102 biasanya menunjukkan ketahanan stress corrosion cracking yang lebih baik namun mungkin sedikit lebih rendah ketahanan pitting di lingkungan klorida bergantung pada komposisi dan temper tepat.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

3102 mudah dilas dengan metode fusi umum seperti TIG dan MIG dengan kecenderungan retak panas minimal, karena paduan ini memiliki kandungan unsur rendah yang mempromosikan liquation. Material pengisi yang direkomendasikan adalah filler Al-Mg-Si atau Al-Mn umum dimana keperluan kesesuaian warna, ketahanan korosi, dan keseimbangan sifat mekanik dibutuhkan; ER4043 atau ER4047 sering dipakai untuk permukaan estetis, sementara filler Al-Mn dapat mempertahankan kompatibilitas dengan logam dasar. Pelemahan zona terpengaruh panas (HAZ) akan terjadi dan perancang harus mengantisipasi pengurangan kekuatan lokal di sekitar las pada temper H yang lebih tinggi.

Kemudahan Mesin

Mesin 3102 relatif mudah karena duktilitas serta kekuatan relatif rendah pada temper umum, namun ketiadaan aditif free-machining membuat pengendalian serpihan bisa lengket pada temper lunak. Peralatan carbide dengan sudut potong positif serta pendingin yang memadai dianjurkan demi produktivitas; kecepatan pemotongan harus dipilih agar menghindari peningkatan tepi terangkat berlebih pada pisau. Untuk hasil permukaan terbaik, gunakan proses semi-finishing dan kontrol laju umpan untuk mengurangi pengerasan kerja di sekitar mata potong.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk 3102 sangat baik pada temper O dan temper H rendah, memungkinkan deep draw dan stamping kompleks dengan sedikit springback. Radius tekuk minimum bergantung pada temper dan ketebalan; pedoman umum adalah mempertahankan rasio R/t lebih besar dari 1–2 untuk temper O dan meningkat ke 3–4 untuk temper H16–H18 agar menghindari retak. Perkerasan dingin meningkatkan kekuatan tapi mengurangi kemampuan bentuk, sehingga pembentukan bertahap dengan annealing antar tahap adalah pendekatan umum untuk bentuk yang rumit.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan non-heat-treatable, 3102 tidak merespon perlakuan pelarutan dan aging artifisial untuk memperkuat dengan pengerasan presipitasi. Upaya perlakuan panas untuk penguatan akan lebih menghasilkan efek annealing dan pelemahan temper daripada pengerasan presipitasi.

Pengerasan kerja adalah cara utama untuk meningkatkan kekuatan: penggulungan dingin, penarikan, dan stamping meningkatkan kepadatan dislokasi dan kekuatan luluh. Annealing industri standar (recovery dan rekristalisasi) digunakan untuk mengembalikan material ke kondisi mendekati temper O; annealing rekristalisasi tipikal untuk paduan Al-Mn dilakukan pada suhu 300–400 °C dengan waktu tergantung ketebalan penampang dan pengerasan dingin sebelumnya.

Anneal parsial terkontrol dan stabilisasi temper (misalnya penamaan H111) digunakan untuk menyesuaikan kombinasi kekuatan dan kemampuan bentuk untuk proses lanjut tertentu. Untuk komponen dengan kebutuhan permukaan kritis, proses anneal cerah atau anneal kontinu dapat membantu mempertahankan kualitas permukaan sambil mengatur sifat mekanik.

Performa Suhu Tinggi

3102 mempertahankan kekuatan sedang pada suhu tinggi namun mengalami penurunan kekuatan secara cepat di atas sekitar 150–200 °C akibat recovery dan awal rekristalisasi pada kondisi kerja dingin berat. Paparan jangka panjang di atas sekitar 250 °C akan menyebabkan pelemahan permanen dan hilangnya kemampuan menopang beban, sehingga suhu layanan efektif dibatasi di bawah rentang ini untuk aplikasi struktural.

Oksidasi aluminium bersifat membatasi sendiri karena terbentuknya lapisan alumina pelindung, namun pemaparan suhu tinggi berkepanjangan dapat mengubah penampilan permukaan, membuat bagian tipis menjadi rapuh, dan mempercepat pertumbuhan butir. Pada sambungan las, zona terpengaruh panas dapat mengalami perubahan mikrostruktur lokal yang menurunkan kekuatan lokal, terutama jika tidak dilakukan annealing pasca las.

Ketahanan creep terbatas dibandingkan paduan suhu tinggi; 3102 tidak dianjurkan untuk beban bertahan lama pada suhu tinggi. Perancang sebaiknya mempertimbangkan sistem paduan alternatif untuk aplikasi suhu tinggi yang terus-menerus atau menyediakan pendinginan dan manajemen termal untuk membatasi suhu layanan puncak.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 3102
Otomotif	Panel bodi luar, panel dalam	Kemampuan bentuk sangat baik, kualitas permukaan, dan ketahanan korosi
Kelautan	Enklosur ringan, fitting interior	Ketahanan korosi atmosferik baik, fabrikasi mudah
Dirgantara	Fitting sekunder, fairing	Rasio kekuatan-terhadap-berat baik untuk struktur non-primer
Elektronik	Rangka dan hus	Konduktivitas termal dan kemudahan pembentukan untuk enklosur

3102 dipilih untuk aplikasi plat gulung dan bentuk dimana bentuk kompleks, ketahanan penyok (pada temper H menengah), dan kemampuan pengecatan dibutuhkan dengan biaya sedang. Keseimbangan sifatnya menjadikannya paduan andalan untuk panel arsitektural, komponen HVAC, dan fabrikasi umum dimana paduan heat-treatable tidak diperlukan.

Wawasan Pemilihan

3102 merupakan kandidat kuat ketika engineer memerlukan paduan plat yang ductile, tahan korosi, mudah dibentuk dan dilas, namun menawarkan kekuatan lebih tinggi dibanding aluminium murni komersial. Paduan ini menukar sedikit konduktivitas listrik dan termal dibanding 1100 demi peningkatan performa mekanik sembari mempertahankan kemampuan bentuk yang sangat baik.

Dibandingkan dengan paduan yang mengeras karena pembentukan seperti 3003 dan 5052, 3102 biasanya berada di tengah-tengah dalam hal kekuatan dan ketahanan korosi; paduan ini dapat menawarkan hasil permukaan dan respons temper yang lebih baik daripada beberapa paduan magnesium tinggi, namun biasanya tidak mencapai tingkat ketahanan terhadap pitting air laut yang setara dengan grade 5xxx yang telah dioptimalkan. Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas seperti 6061 atau 6063, 3102 memiliki kekuatan puncak yang lebih rendah tetapi keuletan lebih baik dan pemrosesan yang lebih sederhana, menjadikannya pilihan yang lebih baik untuk komponen stamping volume tinggi di mana biaya perlakuan panas atau distorsi menjadi perhatian.

Pilih 3102 ketika prioritas desain adalah kualitas pembentukan, kemampuan pengelasan, dan kondisi permukaan yang konsisten pada kekuatan sedang, serta ketika aplikasi tidak menuntut rasio kekuatan-terhadap-berat tertinggi atau kemampuan suhu tinggi jangka panjang.

Ringkasan Penutup

Aluminium 3102 tetap relevan sebagai paduan Al-Mn hasil pengerjaan yang pragmatis yang memberikan kombinasi praktis antara keuletan, ketahanan korosi, dan kekuatan yang dapat dicapai melalui pengerjaan dingin. Kemampuan manufakturnya dan perilaku yang dapat diprediksi di berbagai bentuk produk umum menjadikannya pilihan yang tahan lama untuk banyak aplikasi otomotif, arsitektural, dan fabrikasi umum di mana kesederhanaan dan keandalan sangat dihargai.