Aluminium 357: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

357 (sering disebut juga sebagai A357 atau varian AlSi7Mg) adalah paduan aluminium-serium silikon-magnesium seri 3xx yang termasuk dalam keluarga paduan cetak yang dapat diperlakukan dengan perlakuan panas. Unsur paduan utamanya adalah silikon dan magnesium, di mana silikon memberikan kemampuan pengecoran dan ketahanan aus, sedangkan magnesium memungkinkan pengerasan umur melalui presipitasi Mg2Si.

Paduan ini terutama diperkuat dengan perlakuan panas larutan diikuti dengan penuaan buatan (T6/T651), yang menghasilkan presipitasi Mg2Si halus; juga menunjukkan pengerasan regangan saat dikerjakan dingin dalam bentuk tertentu. Sifat utama meliputi kombinasi kekuatan tarik sedang-tinggi yang baik, daktilitas yang baik untuk paduan cetak, ketahanan korosi yang ditingkatkan dibanding banyak paduan yang mengandung tembaga, serta kemampuan las yang dapat diterima bila metode dan logam pengisi yang sesuai digunakan.

Industri yang umum menggunakan 357 meliputi otomotif (komponen struktur cetak, suspensi, roda), aeroangkasa (fitting dan rumah), motorsport, dan aplikasi laut berperforma tinggi yang membutuhkan keseimbangan antara berat ringan, kekuatan, dan ketahanan korosi. Para engineer memilih 357 dibanding paduan lain ketika detail geometris cetakan memerlukan fluiditas yang ditingkatkan oleh Si serta kekuatan puncak dari perlakuan panas tanpa sensitivitas retak yang dimiliki paduan tembaga tinggi.

Varian Temper

Temper	Level Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Sangat Baik	Sangat Baik	Sepenuhnya dianil; digunakan untuk meredakan tegangan dan mesin sebelum perlakuan panas
H14	Sedang	Sedang	Cukup	Baik	Dikeraskan secara regangan dalam bentuk kerja; terbatas untuk cetakan
T5	Sedang-Tinggi	Sedang	Cukup	Baik	Didinginkan dari kerja panas dan mengalami penuaan buatan; jalur produksi lebih cepat untuk cetakan
T6	Tinggi	Rendah–Sedang	Cukup	Baik	Perlakuan panas larutan + penuaan buatan; kondisi kekuatan puncak untuk banyak komponen cetak
T651	Tinggi	Rendah–Sedang	Cukup	Baik	T6 dengan peredaan tegangan/stretch untuk mengatasi tegangan sisa; umum digunakan untuk cetakan kritis di aeroangkasa

Temper yang dipilih untuk 357 sangat memengaruhi kekuatan, daktilitas, dan kondisi tegangan sisa. Kondisi T6/T651 memaksimalkan kekuatan tarik dan kekerasan melalui presipitasi Mg2Si, namun menurunkan elongasi dan formabilitas dibanding kondisi O yang dianil.

Untuk manufaktur, kondisi O dan T5 memungkinkan pengerjaan mesin dan pembentukan lebih mudah sebelum penuaan akhir, sementara T6 dan T651 dipakai untuk komponen layanan yang memerlukan stabilitas dimensi dan performa mekanik puncak.

Komposisi Kimia

Unsur	Rentang %	Catatan
Si	6.5–7.5	Unsur paduan utama; meningkatkan fluiditas, mengurangi penyusutan, dan meningkatkan ketahanan aus
Fe	0.2–0.6	Impuritas dari proses peleburan; Fe tinggi menghasilkan intermetalik getas dan mengurangi daktilitas
Mn	0.05–0.35	Mengontrol morfologi intermetalik Fe dan dapat sedikit meningkatkan kekuatan
Mg	0.25–0.45	Unsur pengerasan umur yang membentuk presipitasi Mg2Si; mengontrol respon T6
Cu	0.15–0.6	Biasanya dibatasi pada paduan cetak; meningkatkan kekuatan tapi mengurangi ketahanan korosi jika tinggi
Zn	0.05–0.2	Impuritas minor; umumnya bukan penambahan penguat sengaja
Cr	0.02–0.2	Digunakan dalam jumlah jejak untuk mengontrol struktur butir dan rekristalisasi pada varian tertentu
Ti	0.02–0.15	Penghalus butir untuk meningkatkan struktur cetak dan keseragaman mekanik
Lainnya	≤0.15 total	Unsur jejak dan residu; dijaga rendah untuk mempertahankan sifat korosi dan mekanik

Silikon dan magnesium adalah pasangan fungsional yang mengontrol kemampuan pengecoran dan respons perlakuan panas. Silikon membentuk struktur eutektik yang menentukan perilaku solidifikasi sementara magnesium larut dalam matriks Al dan berpresipitasi sebagai Mg2Si saat penuaan buatan untuk meningkatkan kekuatan tarik dan luluh.

Sifat Mekanik

Sebagai paduan cetak yang menjalani perlakuan panas T6, 357 menunjukkan kekuatan tarik dan luluh yang jauh lebih tinggi dibanding paduan cor non-perlakuan panas biasa, dengan daktilitas sedang untuk komponen cetak. Kurva tarik dicirikan oleh titik luluh yang jelas diikuti pengerasan kerja hingga kekuatan tarik maksimum (UTS); elongasi pada kondisi T6 biasanya terbatas dibanding bahan dianil tetapi masih cukup untuk banyak bagian struktur cetak. Kekerasan meningkat signifikan dengan perlakuan T6/T651 akibat dispersi halus presipitasi Mg2Si, dan kekerasan Brinell atau Vickers berkorelasi baik dengan sifat tarik untuk tujuan spesifikasi.

Perilaku lelah 357 dipengaruhi oleh cacat pengecoran (porositas, penyusutan) dan mikrostruktur; cetakan padat dan gerbang yang tepat meminimalkan inisiasi lelah akibat cacat. Efek ketebalan terasa nyata karena penampang besar mendingin lebih lambat, memperbesar butiran eutektik Si dan meningkatkan risiko porositas, yang menurunkan kekuatan statis dan lelah.

Untuk penampang tipis dan cetakan yang didinginkan cepat, sifat T6 mendekati ujung atas rentang; untuk penampang tebal dan kondisi O-as-cast, kekuatan dan kekerasan menurun dengan peningkatan daktilitas.

Sifat	O/Dianil	Temper Kunci (T6/T651)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	130–220 MPa	300–360 MPa	Nilai T6 tergantung ketebalan penampang dan laju solidifikasi
Kekuatan Luluh (0.2%YS)	60–150 MPa	240–300 MPa	Kekuatan luluh naik tajam setelah perlakuan larutan + penuaan
Elongasi (El%)	10–18%	4–10%	Elongasi menurun pada T6; geometri dan porositas memengaruhi nilai
Kekerasan (HB)	50–90 HB	90–130 HB	Kekerasan mengikuti respon penuaan dan riwayat pendinginan penampang

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Kerapatan	2.67–2.68 g/cm³	Tipikal untuk paduan cetak Al-Si-Mg; rasio kekuatan terhadap berat baik
Rentang Peleburan (solidus–liquidus)	~520–615 °C	Eutektik dan silikon primer menggeser rentang solidifikasi; nilai tergantung komposisi tepat
Konduktivitas Termal	110–140 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni tetapi tinggi dibanding banyak paduan teknik
Konduktivitas Listrik	~30–40 % IACS (~17–23 MS/m)	Berat sebelah oleh unsur paduan; dapat diterima untuk komponen termal/listrik dengan desain tepat
Kalor Spesifik	~0.90 J/g·K (900 J/kg·K)	Tipikal paduan aluminium pada suhu kamar
Ekspansi Termal	21–24 µm/m·K	Ekspansi termal relatif tinggi memerlukan kesesuaian hati-hati dengan material berbeda

Kombinasi antara konduktivitas termal yang relatif tinggi dan kerapatan rendah membuat 357 cocok untuk komponen yang membutuhkan pembuangan panas dan bobot ringan, meski konduktivitasnya berkurang dibanding aluminium murni. Ekspansi termal dan stabilitas dimensi di bawah siklus suhu harus diperhatikan dalam rakitan dengan logam berbeda agar menghindari tegangan galvanik atau mekanik.

Ketebalan penampang dan porositas akan memengaruhi respons termal; cetakan yang lebih padat dan butir halus memberikan kinerja termal lebih konsisten dan umur lelah lebih baik.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Sand Castings	bervariasi (5–200 mm+)	Lebih rendah karena pendinginan lebih lambat; mikrostruktur lebih kasar	O, T5, T6	Digunakan untuk bentuk besar dan kompleks; mungkin memerlukan HIP untuk mengurangi porositas
Permanent Mold / Gravity Die	2–60 mm	Properti mekanik lebih baik akibat pendinginan lebih cepat	T5, T6, T651	Direkomendasikan untuk bagian struktural dengan toleransi lebih ketat
Investment/Precision Castings	bagian tipis hingga sedang	Integritas tinggi, permukaan halus	T6	Digunakan untuk komponen aerospace dan performa tinggi
Forged/Hot-worked (terbatas)	bervariasi	Tidak umum untuk 357; sifat berasal dari kerja dan penuaan	Varian H	Jarang; komposisi lebih disesuaikan untuk pemrosesan cetakan
Ingot / Billet	balok/ingot	Bahan baku untuk proses pengecoran atau ekstrusi lanjutan	O sebelum pemrosesan	Digunakan untuk menghasilkan bahan dengan porositas rendah untuk pengecoran khusus

Bentuk produk cetakan mendominasi penggunaan 357; permanent mold dan investment casting menghasilkan performa mekanik dan kelelahan terbaik karena pendinginan yang lebih cepat dan porositas yang berkurang. Sand casting ekonomis untuk bagian besar tetapi memerlukan kontrol proses atau perlakuan sekunder (misal, HIP) untuk menutup cacat internal. Pilihan bentuk dan laju pendinginan secara langsung mempengaruhi respons temper yang dapat dicapai dan mikrostruktur akhir.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	357	USA	Penamaan ASTM/AA untuk paduan pengecoran Al-Si-Mg yang umum digunakan di industri
EN AW	AlSi7Mg0.6	Eropa	Paduan Eropa yang paling dekat dari segi kimia dan sifat; sering dipakai sebagai ekuivalen langsung
JIS	AlSi7Mg	Jepang	Klasifikasi pengecoran Jepang untuk komposisi Al-Si-Mg serupa
GB/T	AlSi7Mg	China	Grade standar China untuk paduan pengecoran Al-Si-Mg, biasa disesuaikan dengan kimia A357

Walaupun target kimia dan mekanik serupa antar standar, perbedaan kecil pada batas kemurnian (Fe, Cu, Ti) dan persyaratan uji mekanik dapat menghasilkan variasi performa. Grade EN Eropa mungkin menetapkan kadar Mg atau Si minimum sedikit berbeda untuk memenuhi persyaratan properti mekanik pada proses pengecoran tertentu. Pembeli disarankan meminta lembar spesifikasi dan sertifikat kualifikasi perlakuan panas untuk memastikan saling tukar terutama pada aplikasi kritis keselamatan.

Ketahanan Korosi

357 memberikan ketahanan korosi atmosfer umumnya bagus karena kadar tembaga relatif rendah dan film oksida aluminium yang protektif. Pada atmosfer industri dan pedesaan, performanya sebanding dengan paduan pengecoran Al-Si-Mg lain dan lebih tahan terhadap pitting dibandingkan paduan aluminium dengan kandungan tembaga tinggi.

Pada lingkungan laut, 357 menunjukkan performa memadai untuk paparan percikan dan atmosfer laut, tetapi perendaman lama dalam air laut mempercepat korosi galvanik dan pitting, terutama di area dengan endapan atau celah. Kebersihan metallurgi, kontrol porositas, dan kualitas permukaan sangat memengaruhi umur layanan di lingkungan laut; pelapis protektif dan anodizing merupakan mitigasi umum.

Kerentanan retak korosi tegangan (SCC) pada 357 lebih rendah dibandingkan beberapa paduan Al-Cu berdaya tahan tinggi, namun perlu kehati-hatian untuk komponen beban tinggi dan lingkungan korosif. Saat dipasangkan dengan logam lebih mulia, 357 dapat mengalami korosi galvanik; isolasi listrik atau anoda korban disarankan untuk rakitan logam campuran.

Properti Fabrikasi

Kemudahan Pengelasan

Pengelasan pada pengecoran 357 dapat dilakukan dengan proses TIG dan MIG menggunakan paduan kawat pengisi Al-Si seperti ER4043 atau ER4047 rendah silikon untuk meminimalkan retak panas dan meningkatkan aliran logam las. Pemanasan awal dapat digunakan untuk mengurangi gradien temperatur dan mengurangi porositas; namun zona terdampak panas dapat mengalami pelunakan parsial akibat penuaan berlebih atau hilangnya kondisi larutan padat. Perlakuan panas pasca las biasanya diperlukan untuk mengembalikan properti mekanik pada area kritis.

Kemudahan Mesin

Kemudahan mesin 357 sedang dan lebih baik dibanding banyak paduan tempa berdaya tahan tinggi karena kandungan silikon yang membantu pematahan serpihan dan stabilitas dimensi. Peralatan karbida dengan sudut potong positif dan kontrol kecepatan serta laju pakan menghasilkan hasil terbaik; baja cepat kurang efektif terhadap fase silikon abrasif. Kecepatan mesin harus disesuaikan dengan ketebalan bagian dan kemungkinan porositas untuk menghindari getaran dan sobek permukaan.

Kemudahan Pembentukan

Sebagai paduan pengecoran, kemudahan pembentukan dingin 357 terbatas dibanding paduan aluminium lembaran tempa; pengecoran tipis presisi menerima pembengkokan dan stamping terbatas jika dalam temper O. Untuk pembentukan kompleks, proses machining atau pengecoran dengan fitur terintegrasi biasanya lebih disukai daripada pembentukan pasca pengecoran. Saat pembentukan diperlukan, anneal (O) atau perlakuan larutan parsial diikuti deformasi terkendali dan penuaan akhir dapat diterapkan dalam alur kerja khusus.

Perilaku Perlakuan Panas

Perlakuan larutan untuk 357 biasanya dilakukan dengan pemanasan sekitar 500–540 °C (tergantung ketebalan penampang dan varian paduan tepat) untuk melarutkan Mg dan Si ke dalam larutan padat sebelum quenching. Pendinginan cepat dari suhu larutan mempertahankan larutan padat supersaturasi yang merupakan preskursor penuaan buatan; laju quenching dan ketebalan kontrol kadar zat terlarut yang tersisa serta perilaku presipitasi selanjutnya.

Penuaan buatan umumnya dilakukan pada suhu 155–190 °C selama 4 hingga 12 jam tergantung pada trade-off kekuatan vs. keuletan yang diinginkan; kondisi T6 bertujuan keseimbangan kekuatan puncak dan ketangguhan yang dapat diterima. Penuaan berlebih atau paparan suhu tinggi berkepanjangan akan memperbesar presipitat Mg2Si dan menurunkan kekuatan; kondisi T7 dapat dipakai saat stabilitas pada suhu tinggi atau distorsi berkurang diperlukan.

Penguatan tanpa perlakuan panas terbatas pada bentuk pengecoran; namun pengerjaan dingin terarah pada turunan tempa atau terforged dapat meningkatkan kekuatan secara sedang. Annealing ke kondisi O dipakai untuk menghilangkan tegangan dan meningkatkan kemudahan mesin sebelum siklus penuaan akhir.

Performa Suhu Tinggi

Pada suhu tinggi di atas kira-kira 150–200 °C, 357 mulai kehilangan sebagian besar kekuatan hasil penuaan buatan karena presipitat Mg2Si membesar dan terlarut; beban struktural berkelanjutan di atas kisaran ini tidak direkomendasikan tanpa kualifikasi khusus paduan. Oksidasi aluminium bersifat terbatas pada suhu layanan khas, tetapi paparan lama pada suhu lebih tinggi mempercepat degradasi dan dapat meningkatkan kekasaran permukaan serta pembentukan skala oksida.

Pada komponen hasil las, zona terdampak panas sangat rentan terhadap penurunan kekuatan dan perubahan mikrostruktur saat terpapar suhu tinggi; perlakuan panas pasca las membantu tetapi tidak dapat sepenuhnya memulihkan properti jika suhu layanan menyebabkan penuaan berlebih. Margin desain dan inspeksi berkala dianjurkan untuk komponen yang beroperasi dekat batas suhu paduan.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 357
Otomotif	Casting struktural, rumah suspensi	Castability baik, kekuatan T6, ringan
Kelautan	Casting kemudi dan strut, rumah komponen	Ketahanan korosi dengan kekuatan yang memadai
Aerospace	Rumah gearbox, fitting	Kekuatan terhadap berat tinggi dan stabilitas dimensi (T651)
Elektronik	Rumah pembawa panas	Konduktivitas termal dan ringan

357 dipilih ketika kombinasi castability, kekuatan yang dapat perlakuan panas, dan ketahanan korosi sangat diperlukan. Penggunaannya pada komponen pengecoran penopang beban didasarkan pada kontrol proses untuk meminimalkan porositas dan memaksimalkan respons larutan/penuaan untuk konsistensi performa mekanik.

Wawasan Pemilihan

Pilih 357 ketika bentuk casting dan kebutuhan kekuatan puncak perlakuan panas lebih diutamakan dibandingkan konduktivitas lebih tinggi dan kemudahan bentuk paduan aluminium murni. Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), 357 menukar kekuatan lebih tinggi dan stabilitas dimensi lebih baik dengan konduktivitas listrik lebih rendah dan kemudahan bentuk sedikit berkurang, menjadikannya lebih baik untuk casting struktural namun kurang cocok untuk aplikasi penghantar listrik.

Dibandingkan paduan kerja keras umum (3003 / 5052), 357 memberikan kekuatan jauh lebih tinggi setelah penuaan T6 tapi lebih sedikit daktail dan kurang mudah dibentuk dingin. Ketahanan korosi sebanding atau sedikit lebih baik daripada paduan mengandung tembaga, tetapi 5052 mungkin lebih disukai untuk aplikasi lembaran laut berat yang membutuhkan pembentukan.

Dibandingkan dengan paduan tempa yang dapat perlakuan panas seperti 6061/6063, 357 sering menawarkan castability lebih baik dan kemampuan bentuk geometris kompleks dengan kekuatan yang cukup; lebih disukai saat ekonomi pengecoran dan produksi bentuk hampir akhir lebih penting dibandingkan kekuatan puncak sedikit lebih tinggi dan fleksibilitas fabrikasi paduan tempa 6061/6063.

Ringkasan Penutup

357 tetap relevan karena menggabungkan keunggulan cetakan dari sistem Al-Si dengan respons pengerasan usia T6 yang kuat untuk memberikan pilihan kekuatan terhadap berat yang tinggi pada pengecoran struktural. Ketika kontrol proses membatasi porositas dan perlakuan panas yang tepat diterapkan, 357 menyediakan kompromi biaya-efektif antara kekuatan, ketahanan korosi, dan kemampuan fabrikasi untuk komponen otomotif, dirgantara, kelautan, dan industri berperforma tinggi.