Aluminium 3103: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

Alloy 3103 merupakan anggota dari keluarga aluminium-mangan 3xxx series, diklasifikasikan sebagai paduan tempa yang diproduksi secara komersial dan tidak dapat diperlakukan dengan panas. Unsur mikro-paduan utama adalah mangan, dengan penambahan kecil dan pengendalian impuritas silikon, besi, tembaga, dan magnesium untuk menyesuaikan kekuatan dan kemampuan pembentukan.

Kekuatan pada 3103 terutama dihasilkan oleh efek larutan padat dan pengerasan regangan selama pengerjaan dingin, bukan melalui perlakuan panas presipitasi. Paduan ini mengombinasikan kekuatan sedang dengan keuletan sangat baik, ketahanan korosi yang unggul di berbagai lingkungan atmosfer, serta kemudahan pengelasan dan pembentukan untuk produk lembaran dan ekstrusi.

Industri yang biasanya menggunakan 3103 meliputi pelapisan arsitektural, fabrikasi umum, komponen HVAC, dan barang konsumen yang membutuhkan penarikan dalam atau pembentukan signifikan. Insinyur memilih 3103 dibandingkan paduan yang lebih murni ketika peningkatan performa mekanik moderat diperlukan tanpa mengorbankan kemampuan bentuk atau menambah biaya secara signifikan dibandingkan paduan 1xxx dan 3xxx yang umum.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Bentuk	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Kondisi annealed; keuletan maksimum untuk pembentukan
H14	Sedang	Sedang	Sangat Baik	Istimewa	Pengerasan regangan ringan; umum untuk bagian yang ditarik
H18	Tinggi	Lebih Rendah	Baik	Istimewa	Pengerasan kerja lebih berat untuk kekakuan tambahan
H24	Sedang	Sedang	Sangat Baik	Istimewa	Pengerasan regangan dan sebagian annealed untuk keseimbangan
H22 / H26	Sedang–Tinggi	Sedang–Rendah	Baik	Istimewa	Tingkat pengerasan menengah yang biasa dipasok

Temper pada 3103 mengubah sifat hampir sepenuhnya melalui pengerjaan dingin; kondisi O (annealed) memberikan keuletan dan kemampuan bentuk terbaik, sedangkan varian temper H secara bertahap meningkatkan kekuatan luluh dan tarik. Temper T yang dapat diperlakukan panas tidak berlaku pada paduan mangan 3xxx seperti pada sistem Al-Mg-Si atau Al-Cu, sehingga pilihan temper difokuskan pada kombinasi pengerjaan dingin dan annealing pemulihan.

Komposisi Kimia

Unsur	Rentang %	Catatan
Si	0.20–0.60	Tingkat impuritas; peningkatan Si sedikit meningkatkan kekuatan tapi mengurangi keuletan
Fe	0.40–1.20	Impuritas umum yang membentuk intermetalik dan dapat mengurangi elongasi
Mn	0.80–1.50	Unsur paduan utama; memberikan penguatan larutan padat dan kontrol struktur butir
Mg	0.05–0.50	Jumlah kecil dapat membantu kekuatan; bukan mekanisme pengerasan utama
Cu	0.05–0.20	Cu rendah terkontrol untuk membatasi kerentanan korosi lokal
Zn	0.05–0.30	Minor; dijaga rendah untuk menghindari pengerasan presipitasi tidak diinginkan
Cr	maks 0.05	Tingkat jejak untuk mengontrol rekristalisasi pada beberapa produk
Ti	maks 0.05	Penghalus butir dalam proses pengecoran atau tempa tertentu
Lainnya	Balance Al, residu	Termasuk unsur jejak seperti Pb, Sn dikontrol sesuai spesifikasi

Tingkat mangan adalah kontrol komposisi yang menentukan pada 3103 dan bertanggung jawab atas sebagian besar perbedaan mekanik paduan ini dibandingkan paduan yang lebih murni. Silikon dan besi merupakan residu khas dari bahan baku dan proses manufaktur; morfologi dan ukuran intermetaliknya mempengaruhi keuletan dan kemampuan bentuk pada komponen yang ditarik atau ditarik dalam.

Sifat Mekanik

Dalam kondisi annealed, 3103 menunjukkan kekuatan tarik dan luluh yang sedang dengan elongasi relatif tinggi, sehingga cocok untuk operasi pembentukan dan penarikan. Pengerjaan dingin hingga tingkat temper H meningkatkan kekuatan luluh dan tarik dengan mengorbankan keuletan, memungkinkan perancang memilih kompromi antara kekakuan dan kemampuan bentuk. Kekerasan berkorelasi dengan temper dan biasanya berada di kisaran Brinell rendah untuk temper O, meningkat dengan temper H yang lebih tinggi; kekuatan lelah sedang dan tergantung pada finis permukaan serta pengerjaan dingin.

Ketebalan mempengaruhi respons mekanik: lembaran lebih tipis dapat ditarik lebih mudah dan mengalami pengerasan kerja lebih merata, sementara plat atau ekstrusi yang lebih tebal mempertahankan ukuran butir lebih besar dan mungkin menunjukkan tegangan residu lebih tinggi setelah pembentukan. Zona terpengaruh panas dari pengelasan umumnya tidak rentan terhadap pengerasan rapuh karena paduan tidak bergantung pada pengerasan presipitasi, tetapi pelunakan lokal dari annealing daerah pengerasan kerja dapat terjadi di dekat las.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (mis. H14/H18)	Catatan
Kekuatan Tarik	100–145 MPa	140–190 MPa	Rentang tergantung ketebalan dan temper tepat; H18 mendekati kisaran atas
Kekuatan Luluh	40–80 MPa	90–140 MPa	Kekuatan luluh meningkat signifikan dengan pengerasan regangan
Elongasi	20–38%	6–18%	Annealed sangat ulet; temper H mengurangi keuletan
Kekerasan	25–50 HB	50–85 HB	Brinell kira-kira; meningkat dengan pengerasan kerja

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density (Massa Jenis)	2.70 g/cm³	Tipikal untuk paduan tempa Al-Mn; berguna untuk desain yang sensitif terhadap berat
Rentang Peleburan	645–660 °C	Interval solidus–likuidus tipikal paduan aluminium tempa
Konduktivitas Termal	120–150 W/(m·K)	Lebih rendah dari Al murni namun masih tinggi untuk manajemen panas
Konduktivitas Listrik	30–40 % IACS	Turun dari Al murni akibat paduan; cukup untuk beberapa penggunaan bus dan penghantar
Kalor Spesifik	0.90 kJ/(kg·K)	Nilai suhu ruang tipikal untuk kapasitas panas desain
Ekspansi Termal	23.5 ×10⁻⁶ /K	Koefisien ekspansi linear sebanding dengan sebagian besar paduan aluminium

3103 mempertahankan sebagian besar konduktivitas termal dan kalor spesifik aluminium yang menguntungkan, sehingga cocok untuk peran manajemen termal sedang di mana kemampuan bentuk yang sangat baik juga dibutuhkan. Konduktivitas listriknya lebih rendah dibandingkan CP-Al tetapi tetap memadai untuk aplikasi yang mengutamakan sifat mekanik dan kemampuan bentuk dibanding konduktivitas maksimal.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0.2–6.0 mm	Pengerasan kerja ketebalan tipis seragam	O, H14, H18	Umum digunakan untuk penarikan, stamping, fasad
Plat	6–25 mm	Kemampuan bentuk lebih rendah; butir lebih besar	O, H22	Digunakan untuk panel struktural dan fabrikasi
Ekstrusi	Ketebalan dinding 1–10 mm	Kekuatan arah; anisotropi mungkin terjadi	O, H14	Profil untuk ornamen dan saluran arsitektural
Tabung	OD 6–168 mm	Kemampuan tarik baik untuk tabung seamless/p las	O, H14	Ducting HVAC dan tabung hias
Batang/Bilah	Dia 3–50 mm	Kurang umum; kemampuan mesin sedang	O, H14	Pengikat, komponen bubut di mana kemampuan bentuk kurang penting

Lembaran dan coil adalah bentuk produk yang paling umum untuk 3103 karena keunggulan utama paduan ini adalah kemampuan bentuk dan kemudahan finishing permukaan. Ekstrusi dan tabung memanfaatkan karakteristik aliran paduan selama deformasi panas dan dingin, sedangkan plat dan batang digunakan saat tuntutan pembentukan lebih rendah dan stabilitas dimensi atau kekakuan menjadi lebih penting.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	3103	USA	Penunjukan American Aluminum Association
EN AW	3103	Europa	Penunjukan tempa Eropa, kimia dan sifat serupa
JIS	A3103	Jepang	Penunjukan JIS sejenis keluarga paduan Al-Mn
GB/T	3103	China	Standar China untuk paduan tempa Al-Mn

Standar regional untuk 3103 umumnya diselaraskan dalam komposisi dan impuritas yang diizinkan, tetapi dapat berbeda dalam rentang unsur seperti Fe dan Si, serta definisi temper. Perbedaan halus ini memengaruhi mikrostruktur akhir, terutama morfologi intermetalik, yang kemudian dapat memengaruhi performa penarikan dalam dan estetika permukaan pada aplikasi arsitektural.

Ketahanan Korosi

3103 menawarkan ketahanan korosi atmosfer yang sangat baik sebanding dengan paduan Al-Mn lainnya karena mangan tidak secara signifikan meningkatkan kerentanan galvanik. Dalam eksposur pedesaan dan perkotaan, paduan membentuk film oksida stabil yang melindungi substrat; kinerja di atmosfer industri dapat diterima meskipun polutan belerang dan asam mempercepat serangan lokal dibanding lingkungan yang lebih bersahabat.

Dalam lingkungan laut atau yang kaya klorida tinggi, 3103 menunjukkan kinerja yang cukup baik, tetapi kurang tahan lama dibandingkan dengan paduan Al-Mg seri 5xxx yang secara khusus dirancang untuk penggunaan di laut. Retak korosi tegangan jarang terjadi pada 3103 karena tidak bisa diperkeras dengan perlakuan panas; namun, interaksi galvanik dengan material yang lebih mulia seperti baja tahan karat dan tembaga dapat mempercepat korosi lokal jika desain memungkinkan terperangkapnya elektrolit. Dibandingkan dengan keluarga 1xxx (CP-Al), paduan 3103 sering menunjukkan performa mekanik yang lebih baik dengan ketahanan korosi yang serupa atau sedikit berkurang, sementara jika dibandingkan dengan paduan 5xxx, ia mengorbankan kekuatan korosi demi kemampuan bentuk yang lebih baik.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

3103 mudah dilas dengan proses fusi konvensional (TIG/MIG) dan menunjukkan kerentanan rendah terhadap retak panas karena sifatnya yang tidak dapat diperlakukan dengan panas. Kawat pengisi yang disarankan biasanya komposisi seri 3xxx atau pengisi Al-Mg serba guna saat diperlukan ductilitas yang lebih tinggi; pemilihan pengisi harus mempertimbangkan kebutuhan pembentukan pasca las. Kontrol input panas penting untuk menghindari pelunakan berlebihan pada daerah yang dikerjakan dingin di sekitarnya, meskipun pelunakan daerah terpengaruh panas (HAZ) secara menyeluruh kurang bermasalah dibandingkan pada paduan yang dapat diperkeras dengan penuaan.

Kemampuan Mesin

Kemampuan mesin 3103 bersifat sedang dan sedikit lebih rendah dibandingkan dengan paduan Al bebas mesin yang mengandung timbal atau bismut. Penggunaan alat karbon tajam, kecepatan pemotongan sedang, dan pembuangan serpihan yang baik menghasilkan hasil permukaan yang konsisten; kecepatan maju (feed rate) memengaruhi pembentukan burr pada bagian tipis. Geometri alat potong yang mendukung pembentukan serpihan kontinu dan meminimalkan pembentukan tepi menempel akan meningkatkan produktivitas, khususnya pada operasi bubut dan pengeboran.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk adalah salah satu keuntungan utama 3103, dengan kekuatan luluh rendah hingga sedang pada temper O yang memungkinkan penarikan dalam, roll forming, dan pembengkokan kompleks. Radius lekuk minimum tergantung pada temper dan ketebalan; pada temper O, aturan praktis radius lekuk dalam sebesar 0,5–1,0× tebal umumnya dapat dicapai tanpa retak. Untuk operasi pembentukan berat dapat dipilih temper H14 atau temper H antar (intermediate) untuk mengontrol springback, sementara anneal antar (intermediate anneal) mengembalikan ductilitas saat dibutuhkan beberapa tahap pembentukan.

Perilaku Perlakuan Panas

3103 adalah paduan yang tidak dapat diperkeras dengan perlakuan panas; pengaturan kekuatan dicapai melalui pengerjaan dingin dan anneal terkontrol daripada perlakuan larutan dan siklus penuaan. Anneal khas (O) dilakukan pada suhu yang cukup untuk merekristalisasi dan menghilangkan pengerasan kerja, mengembalikan ductilitas untuk operasi pembentukan selanjutnya. Siklus penuaan buatan yang bertujuan untuk mengendapkan fase penguat tidak efektif untuk keluarga paduan ini, sehingga pemrosesan termal difokuskan pada pemulihan dan pengendalian pertumbuhan butir.

Untuk alur produksi, produsen beralih antara urutan anneal dan pengerjaan dingin untuk mencapai temper H yang diinginkan; anneal parsial (gaya H24) memberi keseimbangan antara kemampuan bentuk yang dipertahankan dan peningkatan luluh dengan memungkinkan rekristalisasi terbatas. Kontrol cermat terhadap paparan termal selama fabrikasi dan pengelasan penting untuk menghindari pelunakan tidak disengaja atau pembesaran butir yang dapat menurunkan performa mekanik dan hasil permukaan.

Performa Suhu Tinggi

Retensi kekuatan 3103 menurun secara progresif dengan kenaikan suhu; pelunakan signifikan mulai terjadi di atas sekitar 150–200 °C dan performa umumnya dianggap tidak cocok untuk beban struktural pada suhu tinggi. Oksidasi terbatas pada suhu ini berkat lapisan pelindung alumina, namun paparan berkepanjangan mempercepat pertumbuhan butir dan pembesaran intermetalik, yang menurunkan ductilitas dan ketahanan lelah. Paduan ini cocok untuk lonjakan suhu jangka pendek dan suhu layanan sedang tetapi tidak untuk aplikasi struktural suhu tinggi yang kontinu.

Zona terpengaruh panas hasil pengelasan dapat mengalami efek tempering lokal; karena paduan ini tidak diperkeras dengan endapan, perubahan ini terutama muncul sebagai pengurangan pengerasan kerja dingin dan perubahan lokal pada struktur butir, bukan penuaan berlebih klasik. Perancang harus mengurangi tegangan yang diizinkan untuk komponen yang terpapar suhu tinggi terus menerus dan mempertimbangkan paduan alternatif untuk layanan kontinu di atas 200 °C.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 3103
Arsitektur	Panel pelapis & soffit	Kemampuan bentuk dan hasil permukaan yang sangat baik untuk bentuk kompleks
HVAC / Saluran Udara	Saluran dan plenumnya	Fabrikasi mudah, ketahanan korosi, dan bobot ringan
Barang Konsumen	Aplikasi dapur, eksterior peralatan masak	Kemampuan ditarik dan kompatibilitas perlakuan permukaan
Otomotif	Trim interior, panel bodi non-struktural	Keseimbangan kemampuan bentuk dan peningkatan kekuatan dibanding CP-Al
Elektronik	Rumah penyebar panas	Konduktivitas termal baik dengan stamping mudah

Gabungan kemampuan bentuk, kekuatan sedang, dan ketahanan korosi membuat 3103 menjadi pilihan praktis untuk banyak komponen non-struktural yang memerlukan pembentukan luas dan hasil permukaan menarik. Kemudahan fabrikasi dari paduan ini mengurangi kompleksitas dan biaya manufaktur untuk part yang distempel atau ditarik dalam jumlah besar.

Wawasan Pemilihan

Bagi engineer yang memilih antara 3103 dan aluminium murni komersial (misalnya 1100), 3103 menawarkan kekuatan tarik dan luluh yang lebih tinggi dengan biaya konduktivitas listrik dan termal yang sedikit berkurang. Pilih 3103 ketika kompleksitas pembentukan dan peningkatan kekuatan sedang lebih penting daripada mencapai konduktivitas maksimum.

Dibandingkan dengan paduan pengerasan kerja lain seperti 3003 dan 5052, 3103 umumnya berada di antara 3003 dan 5052 dalam hal kekuatan dan ketahanan korosi: memberikan kekuatan lebih baik dari 1100/3003 sambil mempertahankan kemampuan bentuk yang lebih baik daripada paduan Mg-rich 5xxx. Gunakan 3103 saat membutuhkan kekuatan lebih dari 3003 namun harus mempertahankan kemampuan tarik dalam dan hasil permukaan.

Dibandingkan paduan yang dapat diperkeras dengan perlakuan panas seperti 6061 atau 6063, 3103 tidak akan mencapai kekuatan puncak mereka, tetapi sering dipilih saat pembentukan kompleks, biaya lebih rendah, atau keseimbangan ketahanan korosi/kemampuan bentuk lebih diutamakan. Pilih 3103 untuk bentuk yang distempel atau ditarik dimana perlakuan panas pasca pembentukan tidak praktis.

Ringkasan Penutup

Paduan 3103 tetap merupakan aluminium rekayasa yang praktis untuk komponen yang memprioritaskan kemampuan bentuk, ketahanan korosi, dan fabrikasi yang ekonomis dengan peningkatan kekuatan sedang dibanding grade aluminium murni. Sifatnya yang tidak dapat diperkeras dengan perlakuan panas menyederhanakan alur manufaktur dan menjadikannya andalan untuk komponen hasil stamping, penarikan, dan ekstrusi di sektor arsitektur, HVAC, dan produk konsumen.