Aluminum 356: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Ikhtisar Komprehensif
356 (umumnya disebut sebagai A356 atau 356.0) adalah paduan aluminium-silikon-magnesium untuk casting yang termasuk dalam keluarga paduan casting Al-Si-Mg. Paduan ini diklasifikasikan sebagai paduan casting berbasis silikon dan banyak diproses serta dispesifikasikan sebagai A356 menurut nomenklatur Aluminum Association; penamaan di berbagai standar mencerminkan komposisi Al–Si–Mg yang sama yang dioptimalkan untuk performa casting.
Elemen paduan utama adalah silikon (Si, nominal ~7 wt%) dan magnesium (Mg, biasanya ~0,2–0,5 wt%), dengan tingkat terkendali dari besi, tembaga, mangan serta tambahan kecil titanium dan kromium untuk perbaikan ukuran butir dan kontrol mikrostruktur. Paduan ini dapat diberi perlakuan panas: kekuatan utamanya diperoleh dari pengerasan presipitasi (pembentukan Mg2Si selama penuaan buatan) setelah perlakuan larutan dan quench, serta kontrol mikrostruktur melalui modifikasi eutektik dan perbaikan butir.
Ciri utama dari 356 meliputi kemampuan cetak dan fluiditas yang sangat baik, stabilitas dimensi yang baik, rasio kekuatan terhadap berat yang menguntungkan setelah penuaan T6, ketahanan korosi yang wajar dalam banyak lingkungan, dan konduktivitas termal yang cukup untuk komponen pembuangan panas. Kemampuan las cukup baik dengan penggunaan filler dan perlakuan pra/pasca yang benar, sedangkan kemampuan bentuknya terbatas dibandingkan paduan tempa namun masih dapat dikelola untuk casting dinding tipis dan pembentukan lokal.
Industri tipikal yang menggunakan 356 meliputi otomotif (casting struktur ringan, roda, komponen suspensi), kedirgantaraan (fitting casting dan housing non-kritis), kelautan (bagian casting tahan korosi), dan elektronik (housing termal dan komponen pembuangan panas). Para engineer memilih 356 ketika dibutuhkan keseimbangan antara kemampuan cetak, performa termal, respons pengerasan usia yang baik, dan berat rendah sampai sedang dibandingkan alternatif yang menawarkan kekuatan puncak lebih tinggi atau kemampuan bentuk tempa yang lebih baik.
Varian Temper
| Temper | Tingkat Kekuatan | Elongasi | Kemampuan Bentuk | Kemampuan Las | Catatan |
|---|---|---|---|---|---|
| F | Dasar fabricasi | Sedang | Terbatas | Baik | Kondisi cetak tanpa perlakuan khusus |
| O | Rendah | Tinggi | Terbaik dari temper casting | Baik | Direlaksasi / lunak penuh setelah larutan + pendinginan lambat |
| T5 | Sedang-Tinggi | Sedang | Terbatas | Baik | Didinginkan dari casting dan diperlakukan penuaan buatan |
| T6 | Tinggi | Rendah–Sedang | Terbatas | Dapat diterima dengan tindakan pencegahan | Perlakuan larutan panas, quench dan penuaan buatan (kekuatan puncak) |
| T7 | Sedang (stabil) | Sedang | Terbatas | Baik | Temper overaged atau distabilkan untuk peningkatan ketahanan terhadap eksposur termal |
| T4 | Sedang | Sedang | Lebih baik dari T6 | Dapat diterima | Perlakuan larutan dan penuaan alami; digunakan untuk pembentukan selanjutnya |
Temper sangat memengaruhi kompromi antara kekuatan dan keuletan pada casting 356. Perlakuan larutan diikuti dengan quench dan penuaan buatan (T6) menghasilkan kekuatan dan kekerasan tertinggi melalui presipitasi Mg2Si, tetapi mengurangi elongasi dan membuat pembentukan lokal atau proses frais mudah menyebabkan burr.
Temper yang lebih rendah seperti O atau T4 dipilih ketika kemampuan bentuk, stabilitas dimensi selama proses frais, atau pasca-pengolahan seperti pengelasan atau brazing diprioritaskan; sedangkan T7 dipilih ketika stabilitas termal dan ketahanan relaksasi tegangan diperlukan dengan sedikit pengorbanan kekuatan puncak.
Komposisi Kimia
| Elemen | Kisaran % | Catatan |
|---|---|---|
| Si | 6.5–7.5 | Elemen penguat utama dan pengatur casting; mengendalikan fraksi eutektik dan fluiditas |
| Fe | ≤ 0.20–0.8* | Impuritas pembentuk intermetallic (β-AlFeSi); diminimalkan untuk mempertahankan keuletan |
| Mn | ≤ 0.10–0.35* | Membantu memodifikasi morfologi Fe intermetallic; penambahan kecil bermanfaat |
| Mg | 0.20–0.45 | Elemen pengerasan usia (membentuk presipitat Mg2Si selama penuaan) |
| Cu | ≤ 0.20 | Dapat meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi ketahanan korosi jika jumlahnya besar |
| Zn | ≤ 0.10 | Biasanya sangat rendah pada grade casting; efek terbatas |
| Cr | ≤ 0.10–0.20* | Modifikasi butir/fase untuk meningkatkan stabilitas termal dan kontrol pertumbuhan butir |
| Ti | ≤ 0.15 | Penghalus butir yang ditambahkan dalam jumlah kecil untuk mengontrol ukuran butir saat pembekuan |
| Lainnya (termasuk Sr, B, rare earths) | jejak | Sr umum dipakai untuk memodifikasi morfologi eutektik Si; B/Ti untuk kontrol nukleasi |
*Catatan: Beberapa rentang spesifikasi berbeda menurut standar dan praktik pengecoran; kisaran di atas mewakili paduan A356/356 komersial dan dapat bervariasi menurut sumber spesifikasi.
Silikon menentukan kandungan eutektik dan karakteristik casting, sedangkan magnesium memberikan respon pengerasan presipitasi yang memungkinkan keuntungan T6. Besi dan mangan mengontrol morfologi intermetallic yang memengaruhi ketangguhan dan umur kelelahan, sementara elemen jejak dan modifikasi (Sr, Ti, B) digunakan oleh pengecor untuk memperbaiki mikrostruktur dan konsistensi mekanik.
Properti Mekanik
Paduan 356 menunjukkan rentang perilaku tarik yang luas tergantung secara kuat pada temper, ketebalan penampang, dan metode pengecoran. Pada temper T6 yang sudah mengalami perlakuan larutan dan penuaan buatan, A356 biasanya menunjukkan kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang relatif tinggi didorong oleh presipitasi Mg2Si halus; namun elongasi berkurang dibandingkan kondisi annealed dan sensitif terhadap porositas serta struktur eutektik kasar. Modulus elastisitas mendekati paduan aluminium lain (≈69 GPa) dan tidak berubah signifikan dengan temper.
Kekerasan berkorelasi dengan temper dan kondisi penuaan: nilai kekerasan T6 secara substansial lebih tinggi dibanding kondisi O atau F karena pengerasan presipitat. Performa kelelahan dipengaruhi oleh kualitas permukaan, porositas, dan morfologi silikon eutektik; casting A356-T6 yang dimodifikasi dan diperhalus dengan baik dapat mencapai umur kelelahan siklus tinggi yang baik untuk aplikasi otomotif dan kedirgantaraan. Efek ketebalan sangat jelas: bagian yang lebih tebal memerlukan waktu perlakuan larutan lebih lama dan dapat mempertahankan mikrostruktur kasar dan segregasi Mg/Si, mengurangi kekuatan yang dapat dicapai dibanding bagian tipis.
| Properti | O/Annealed | Temper Utama (T6) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik (UTS) | ~120–170 MPa | ~240–320 MPa | Rentang luas mencerminkan metode pengecoran, ukuran penampang, dan kualitas; kekuatan puncak T6 dihasilkan oleh presipitasi Mg2Si |
| Kekuatan Luluh (0,2% proof) | ~70–120 MPa | ~170–260 MPa | Kekuatan luluh meningkat tajam setelah perlakuan larutan + penuaan; variasi disebabkan porositas dan cacat pengecoran |
| Elongasi (pada 50–100 mm) | ~8–18% | ~2–8% | Daya ulet berkurang di T6; sangat dipengaruhi oleh porositas dan mikrostruktur pengecoran |
| Kekerasan (HB) | ~40–70 HB | ~70–100 HB | Kekerasan Brinell berkorelasi dengan temper; kekerasan T6 tipikal untuk casting struktural |
Properti Fisik
| Properti | Nilai | Catatan |
|---|---|---|
| Kepadatan | 2.66–2.68 g/cm³ | Tipikal untuk paduan Al–Si–Mg, sedikit lebih ringan dari baja dan tembaga |
| Rentang Leleh (solidus–liquidus) | ~555–615 °C | Paduan kaya eutektik; solidus dan liquidus tergantung kandungan Si dan elemen minor |
| Konduktivitas Termal | ~120–140 W/(m·K) | Lebih rendah dari aluminium murni karena paduan dan silikon eutektik; masih baik untuk pembuangan panas |
| Konduktivitas Listrik | ~28–36 %IACS | Menurun dibanding aluminium murni akibat paduan; konduktivitas bergantung pada temper dan komposisi |
| Kalor Spesifik | ~0.88–0.96 J/(g·K) | Sebanding dengan paduan aluminium lain; bergantung suhu |
| Koefisien Ekspansi Termal | ~22–24 µm/(m·K) | Ekspansi aluminium khas; penting untuk kopling dengan material berbeda |
Kepadatan dan properti termal 356 membuatnya menarik untuk aplikasi dengan rasio massa terhadap kekakuan rendah dan konduksi termal yang wajar. Karakteristik leleh dan pembekuan sangat penting dalam praktik pengecoran; rentang pembekuan paduan dan silikon kaya eutektik membantu pengisian cetakan dan mengurangi cacat penyusutan jika diproses dengan benar.
Bentuk Produk
| Bentuk | Ketebalan/Ukuran Tipikal | Perilaku Kekuatan | Temper Umum | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Sand Castings (Coran Pasir) | Variabel, dari bagian yang tipis sampai sangat tebal | Kekuatan bergantung pada ukuran penampang dan porositas | F, O, T5, T6 | Sering digunakan untuk komponen besar dengan volume rendah; pendinginan lebih lambat mempengaruhi mikrostruktur |
| Permanent Mold (Cetakan Permanen) | Ketebalan dinding tipikal 2–50 mm | Lebih integral dibanding sand casting; peningkatan sifat mekanik | T5, T6 | Hasil permukaan lebih halus dan porositas lebih rendah dibanding coran pasir |
| Die Cast (Coran tekan, jika digunakan) | Dinding tipis (<10 mm) | Pendinginan lebih cepat, mikrostruktur halus | T5, T6 | Tekanan cetak pada A356 digunakan untuk beberapa komponen; kontrol porositas sangat penting |
| Investment Casting (Coran Lilin) | Bentuk kompleks, bagian tipis sampai sedang | Akurasi dimensi baik | T5, T6 | Lesser digunakan namun untuk komponen presisi |
| Ingot / Billet | Stock untuk proses sekunder | Kimia homogen | O, T6 setelah cor | Bahan baku untuk peleburan ulang dan proses cor sekunder |
| Komponen Mesin (dari coran) | N/A | Kekuatan lokal bergantung pada temper dan perlakuan panas | O, T6 | Cadangan pemesinan dan kualitas permukaan memengaruhi sifat akhir |
Proses produksi sangat mempengaruhi sifat akhir: bagian permanen dan die-cast biasanya memiliki mikrostruktur lebih halus dan performa mekanik lebih baik dibandingkan sand casting. Perlakuan panas pasca cor (larutan + quenching + aging) umum diterapkan untuk memaksimalkan kekuatan pada aplikasi struktural, namun perlu perhatian pada keparahan quench dan kontrol distorsi agar toleransi dimensi tetap terjaga.
Grade Setara
| Standar | Grade | Wilayah | Catatan |
|---|---|---|---|
| AA | A356 / 356.0 | USA | Penamaan umum Aluminum Association untuk paduan cast Al–Si–Mg |
| EN | EN AC-AlSi7Mg / AlSi7Mg | Eropa | Penamaan foundry Eropa secara luas setara dengan kimia A356 |
| JIS | ADC12 (bukan langsung) / AlSi7Mg | Jepang | ADC12 adalah paduan cor Al–Si–Cu yang berbeda; AlSi7Mg adalah ekuivalen lebih dekat |
| GB/T | AlSi7Mg / ZL104 | China | Beberapa penamaan nasional merujuk pada kimia yang mirip; ZL104 umum digunakan untuk coran serupa |
Perbedaan kecil antar standar dapat meliputi batas besi atau tembaga yang lebih ketat, kebutuhan modifikasi Sr, atau rentang Mg yang berbeda, yang mempengaruhi performa mekanik akhir dan kemampuan cor. Pembeli harus merujuk pada standar spesifik dan sertifikat lot, karena praktik foundry (misalnya modifikasi Sr, pemurnian butir) dan kontrol impuritas secara signifikan memengaruhi sifat walaupun kimia nominal sama.
Ketahanan Korosi
356 menunjukkan ketahanan korosi atmosfer umumnya baik khas paduan Al–Si karena lapisan pelindung Al2O3 terbentuk cepat dan eutektik kaya Si relatif inert. Dalam atmosfer netral atau korosif ringan, paduan berperforma baik dengan sedikit pitting; namun, di lingkungan laut kaya klorida, pitting lokal pada permukaan cor dan lokasi intermetallic dapat terjadi jika lapisan pelindung rusak atau porositas menjebak agen korosif.
Retak korosi tegangan bukan mode kegagalan utama untuk A356 dibandingkan paduan Al-Zn kekuatan tinggi, tetapi kerentanan bisa meningkat dengan tegangan tarik lokal tinggi, cacat, atau lingkungan agresif. Interaksi galvanik menyebabkan 356 bersifat anodis saat berpasangan dengan logam mulia (baja tahan karat, tembaga); perancang harus mengisolasi antarmuka atau menghindari kontak langsung dalam kondisi basah untuk mencegah korosi galvanik.
Dibandingkan paduan tempa 5xxx yang mengandung magnesium, 356 biasanya memberikan ketahanan korosi umum serupa atau sedikit lebih baik tetapi lebih rendah ketahanan terhadap perendaman laut parah tanpa pelindung sakrifisial. Terhadap paduan tempa 6xxx dengan kekuatan tinggi, A356 cor memiliki ketahanan yang sebanding dalam banyak kondisi pelayanan, meski perbedaan paduan dan perlakuan panas mempengaruhi performa korosi akhir.
Sifat Fabrikasi
Kemampuan Las
356 dapat dilas menggunakan teknik TIG (GTAW) dan MIG (GMAW); pra-pemanasan dan pengendalian urutan las mengurangi gradien termal dan risiko porositas hidrogen. Paduan pengisi umum untuk las perbaikan adalah filler Al-Si seperti 4043 (Al-Si) yang menyesuaikan fluiditas dan mengurangi kerentanan hot cracking; 5356 (Al-Mg) dapat digunakan tetapi meningkatkan risiko korosi galvanik dan berbeda perilaku mekaniknya. Zona terpengaruh panas (HAZ) mengalami penuaan berlebih lokal atau pelunakan pada coran T6 sebelumnya; penuaan pasca las atau larutan ulang sering diperlukan untuk memulihkan kekuatan.
Kemudahan Mesin
356 dianggap mudah dimesin di antara paduan cor aluminium karena fase eutektik silikon yang mudah mesin, namun butiran silikon mempercepat ausnya alat potong dan dapat menyebabkan abrasi pada mata pisau. Peralatan carbide dengan sudut rake positif tinggi, pemecah serpihan yang tepat dan penggunaan pendingin sangat dianjurkan; kecepatan spindle sedang hingga tinggi dengan feed konservatif memaksimalkan umur alat. Hasil akhir permukaan bergantung pada mikrostruktur dan porositas; perhatian pada kualitas coran dan pemotongan kulit poros sangat penting untuk hasil yang konsisten.
Kemampuan Bentuk
Pembentukan terbatas dibandingkan paduan tempa karena coran mengandung fase eutektik Si yang rapuh dan memiliki keuletan rendah, terutama setelah perlakuan T6. Untuk pembengkokan atau penempaan lokal, gunakan kondisi larutan-anil (O/T4) dan jaga radius lentur besar (radius dalam minimum tipikal 2–4× ketebalan untuk bagian tipis, lebih besar untuk coran tebal) untuk menghindari inisiasi retak di daerah kaya Si. Pembentukan bertahap, pembentukan hangat dan strategi pemesinan lokal untuk pembentukan biasa digunakan untuk mencapai geometris akhir tanpa retak.
Perilaku Perlakuan Panas
A356 dapat diperlakukan panas dan merespon dengan baik pada perlakuan larutan dan penuaan buatan. Perlakuan larutan tipikal dilakukan pada suhu sekitar 525–545 °C selama waktu yang disesuaikan dengan ketebalan bagian (biasanya 2–4 jam untuk bagian tipis, lebih lama untuk bagian tebal) untuk melarutkan Mg dan Si ke dalam larutan padat dan membulatkan silikon eutektik. Quenching cepat ke suhu ruang diperlukan untuk mempertahankan solut dalam larutan jenuh dan memungkinkan pengerasan presipitasi berikutnya.
Penuaan buatan untuk temper T6 biasanya dilakukan pada suhu ~150–175 °C selama beberapa jam (misal, 6–12 jam) untuk mengendapkan partikel halus Mg2Si dan mencapai kekerasan puncak serta kekuatan. T5 dicapai dengan penuaan buatan langsung setelah pendinginan cor tanpa perlakuan larutan penuh; memberikan kekuatan sedang dan berguna saat kontrol distorsi penting. Perlakuan T7 atau penuaan berlebih pada suhu lebih tinggi mengurangi kekuatan puncak tetapi meningkatkan stabilitas dimensi dan termal serta ketahanan terhadap embrittlement termal. Sensitivitas quench, efek ukuran penampang dan porositas memodifikasi kekerasan dan respon mekanik yang dapat dicapai.
Performa Suhu Tinggi
356 kehilangan kekuatan signifikan di atas sekitar 150–200 °C karena presipitasi membesar dan struktur presipitat Mg2Si larut atau membulat; penggunaan jangka panjang di atas ~150 °C menyebabkan pelunakan dan perubahan dimensi untuk temper T6. Oksidasi di udara pada suhu kerja tipikal minor karena pembentukan Al2O3 pelindung, tetapi suhu tinggi mempercepat proses difusi yang merusak struktur presipitat. Zona terpengaruh panas las (HAZ) mengalami pelunakan lokal dan pembesaran mikrostruktur; siklus termal dapat mempercepat inisiasi kelelahan pada HAZ dan lokasi porositas.
Untuk aplikasi suhu tinggi atau yang mengalami siklus termal, pilih temper T7 atau stabil, gunakan pelapis atau penghalang termal jika oksidasi atau efek galvanik bermasalah, dan desain untuk membatasi paparan berkelanjutan di atas suhu pelayanan yang dianjurkan agar integritas mekanik terjaga.
Aplikasi
| Industri | Contoh Komponen | Alasan Penggunaan 356 |
|---|---|---|
| Otomotif | Kaliper rem, komponen roda, rumah transmisi | Castability baik, stabilitas termal dan kekuatan yang dapat diterima setelah T6 |
| Kelautan | Rumah pompa, rumah gear | Ketahanan korosi di lingkungan atmosfer/lunak air asin, kemudahan pengecoran bentuk kompleks |
| Dirgantara | Fitting non-kritis, fairing, rumah | Pengurangan berat dan kemampuan pengecoran bentuk kompleks dengan sifat mekanik baik |
| Elektronik | Heat sink dan rumah | Konduktivitas termal dan kemampuan pengecoran geometri pendinginan kompleks |
| Mesin Industri | Rumah pompa dan kompresor | Stabilitas dimensi, ketahanan aus dan performa kelelahan dalam bentuk cor |
356 dipilih untuk komponen di mana kombinasi fluiditas baik, akurasi dimensi, kekuatan pengerasan penuaan dan ketahanan korosi lebih diutamakan dibandingkan keterbatasan kemampuan pembentukan tempa. Kemampuannya dicor ke bentuk kompleks dengan tingkat cacat relatif rendah dan bisa menerima perlakuan panas selanjutnya membuatnya serbaguna untuk banyak aplikasi volume menengah hingga tinggi.
Wawasan Pemilihan
Gunakan 356 ketika kemampuan pengecoran, kekuatan hasil pengerasan umur, dan kinerja termal menjadi kebutuhan utama serta ketika geometri kompleks paling baik diproduksi dalam satu operasi pengecoran. Pilih T6 untuk kekuatan dan kekakuan maksimum ketika distorsi setelah perawatan dapat dikendalikan, dan pilih T5/T7/O ketika kemampuan bentuk, stabilitas dimensi, atau stabilitas termal lebih penting.
Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (misalnya, 1100), 356 menukar konduktivitas listrik dan kemampuan pembentukan yang unggul dengan kekuatan jauh lebih tinggi dan perilaku pengecoran yang lebih baik; pilih 1100 ketika pembentukan dan konduktivitas menjadi fokus utama desain. Dibandingkan dengan paduan yang umum dikeraskan secara mekanis (misalnya, 3003/5052), 356 memberikan kekuatan hasil pengerasan umur yang lebih tinggi dengan mengorbankan kemampuan bentuk pada suhu ruang dan umumnya ketahanan korosi yang serupa atau sedikit lebih baik di banyak lingkungan. Dibandingkan dengan paduan kerja panas yang umum (misalnya, 6061/6063), 356 menawarkan kemampuan pengecoran yang unggul dan sering kali akurasi dimensi yang lebih baik untuk bentuk cor kompleks sekaligus memberikan kekuatan yang kompetitif untuk komponen cor; pilih 6061 ketika fabrikasi kerja panas atau kekuatan yang lebih tinggi pada kondisi kritis lelah dalam bentuk tarik/ekstrusi dibutuhkan.
Ringkasan Penutup
A356 (356) tetap menjadi paduan aluminium cor yang utama karena mengimbangi kemampuan pengecoran yang sangat baik, respons pengerasan umur yang dapat diprediksi, ketahanan korosi yang baik, dan sifat termal yang menguntungkan, menjadikannya pilihan pragmatis untuk komponen otomotif, kedirgantaraan, kelautan, dan manajemen termal di mana bentuk kompleks dan kinerja struktural yang wajar diperlukan.