Aluminium 383: Komposisi, Properti, Panduan Temper & Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Ikhtisar Komprehensif
Alloy 383 (sering disebut sebagai A383 dalam nomenklatur die-casting) adalah paduan aluminium-silikon-tembaga cor yang termasuk dalam keluarga paduan cor Al–Si–Cu yang biasanya dicantumkan dalam seri 3xx.x untuk coran. Komposisinya berfokus pada kandungan silikon yang relatif tinggi dengan penambahan tembaga secara sengaja untuk meningkatkan kekuatan dan memungkinkan pengerasan usia (age hardening); sisanya adalah aluminium dengan agen paduan jejak yang diatur untuk castability.
Peningkatan kekuatan pada 383 terutama didorong oleh pengerasan presipitasi/pengerasan usia oleh Cu dan sebagian kecil oleh Mg, dikombinasikan dengan penyempurnaan mikrostruktur yang diperoleh selama proses pembekuan dan perlakuan panas; oleh karena itu paduan ini diklasifikasikan sebagai paduan yang dapat diperlakukan panas dalam praktik rekayasa umum untuk bagian die-cast. Karakteristik khas meliputi fluiditas die-cast yang baik dan kestabilan dimensi, kekuatan statis sedang hingga tinggi setelah proses aging, konduktivitas termal yang cukup, serta ketahanan korosi yang memadai di lingkungan atmosfer; kemampuan pembentukan bukanlah prioritas utama karena 383 ditujukan untuk geometri cetakan bukan pembentukan lembaran.
Industri yang paling umum menggunakan 383 meliputi otomotif (rumah struktur, komponen transmisi dan mesin), elektronik konsumer (rumah struktur dan konektor), serta beberapa peralatan industri yang membutuhkan geometri casting tipis kompleks dengan kekuatan sedang. Insinyur memilih 383 dibandingkan paduan lain ketika kemampuan manufaktur die-casting, toleransi dimensi, dan kemampuan mencapai kekuatan lebih tinggi melalui perlakuan panas setelah pengecoran lebih diprioritaskan dibandingkan keuletan dan hasil permukaan produk yang ditempa.
Varian Temper
| Temper | Tingkat Kekuatan | Elongasi | Kemampuan Pembentukan | Kemampuan Pengelasan | Catatan |
|---|---|---|---|---|---|
| O (As-cast / Dilenyapkan) | Rendah | Tinggi (3–8% tipikal) | Buruk sampai Cukup | Cukup | Struktur mikro stres-relieved / as-cast; ductility tertinggi untuk bagian cetak |
| T5 (Aging buatan) | Sedang | Rendah (1–4%) | Buruk | Cukup–Buruk | Umum untuk die-casting yang diaging langsung setelah quench atau pendinginan lambat |
| T6 (Perlakuan larutan dan aging buatan) | Tinggi | Rendah (1–3%) | Buruk | Terbatas | Mencapai kekuatan puncak melalui pelarutan, quenching, dan aging |
| T7 (Overaged / Distabilkan) | Sedang–Tinggi | Rendah–Sedang | Buruk | Terbatas | Digunakan untuk meningkatkan stabilitas dan ketangguhan dengan sedikit penurunan kekuatan puncak |
| HT (Perlakuan panas khusus) | Variabel | Variabel | Buruk | Variabel | Siklus stabilisasi proprietary untuk optimasi dimensi atau mekanik |
Pemilihan temper sangat memengaruhi performa 383: T6 memberikan sifat tarik statis tertinggi dengan pengorbanan elongasi, sedangkan T5 adalah kompromi yang ramah produksi yang menghindari perlakuan panas pelarutan penuh. Kondisi as-cast (O) mempertahankan keuletan paling tinggi dan mengurangi risiko distorsi tetapi menghasilkan kekuatan dan kekerasan yang jauh lebih rendah dibandingkan kondisi T5/T6.
Komposisi Kimia
| Elemen | Rentang % | Catatan |
|---|---|---|
| Si | 8.5–11.5 | Elemen paduan utama; mengontrol fluiditas, mengurangi penyusutan, dan memodifikasi kekuatan |
| Fe | 0.6–1.5 | Elemen pengotor; membentuk intermetalik yang dapat membuat batas butir menjadi getas jika kadarnya tinggi |
| Mn | 0.2–0.6 | Membantu memodifikasi intermetalik Fe dan sedikit meningkatkan kekuatan serta ketangguhan |
| Mg | 0.05–0.30 | Memberikan kontribusi pada pengerasan presipitasi bila dikombinasikan dengan Cu; biasanya rendah pada grade cor |
| Cu | 2.0–3.5 | Penambahan utama untuk pengerasan usia; meningkatkan kekuatan dan dapat menurunkan ketahanan korosi |
| Zn | 0.1–0.5 | Minor; biasanya dikendalikan pada nilai rendah, berpengaruh sedikit terhadap kekuatan |
| Cr | 0.05–0.25 | Pemurni butir dan membantu mengontrol morfologi intermetalik |
| Ti | 0.02–0.15 | Digunakan sebagai pemurni butir selama peleburan dan operasi pengecoran |
| Lainnya (Ni, Pb, Sn, sisanya Al) | Jejak | Tambahan kecil terkendali atau residu; aluminium merupakan keseimbangan paduan |
Komposisi kimia 383 dioptimalkan untuk castability dan pengerasan usia: silikon meningkatkan fluiditas dan mengurangi penyusutan, sementara tembaga menyediakan mekanisme pengerasan presipitasi yang kuat. Besi dan mangan mengontrol fase intermetalik serta memengaruhi ketangguhan; elemen minor seperti Ti dan Cr digunakan untuk memperhalus butir dan meningkatkan pemberian pakan selama pembekuan.
Sifat Mekanik
Perilaku tarik 383 sangat bergantung pada kualitas coran, ketebalan penampang, dan temper. Material as-cast biasanya menunjukkan kekuatan tarik ultimit sedang dengan keuletan relatif rendah yang disebabkan oleh porositas dan partikel silikon kasar; setelah perlakuan panas T5/T6, paduan mengembangkan presipitat yang meningkatkan kekuatan luluh dan kekuatan ultimit tetapi mengurangi elongasi.
Kekuatan luluh meningkat seiring kondisi aging dan ukuran penampang: komponen die-casting tipis merespons aging buatan lebih cepat dan menunjukkan kekuatan luluh lebih tinggi dibandingkan penampang tebal karena laju quenching yang lebih cepat dan mikrostruktur yang lebih halus. Kekerasan meningkat signifikan dari kondisi O ke T6, mencerminkan presipitasi fase kaya Cu; nilai kekerasan Brinell bergerak dari relatif rendah (coran lunak) ke sedang-keras tergantung perlakuan panas.
Ketahanan lelah pada 383 lebih rendah dibandingkan paduan aluminium hasil tempa karena porositas cor dan intermetalik berfungsi sebagai titik inisiasi retak; desain untuk ketahanan lelah memerlukan praktik pengecoran yang terkendali dan sering kali perlakuan densifikasi atau permukaan pasca-proses. Efek ketebalan sangat nyata — penampang tebal mendingin lambat, membesarkan silikon eutektik dan intermetalik, serta menunjukkan kekuatan dan umur lelah yang lebih rendah dibandingkan cetakan dinding tipis.
| Sifat | O/Dilenyapkan | Temper Kunci (misal T6) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik (UTS) | 120–200 MPa | 260–350 MPa | Rentang luas karena ketebalan penampang, porositas dan perlakuan panas |
| Kekuatan Luluh (offset 0.2%) | 70–140 MPa | 180–300 MPa | T6 meningkatkan kekuatan luluh secara signifikan melalui presipitasi Cu |
| Elongasi | 3–8% | 1–4% | Keuletan menurun seiring peningkatan kekuatan dan proses aging |
| Kekerasan (HB) | 50–80 HB | 80–110 HB | Kekerasan Brinell meningkat dengan aging dan penurunan porositas |
Sifat Fisik
| Sifat | Nilai | Catatan |
|---|---|---|
| Density | 2.70–2.78 g/cm³ | Tipikal untuk paduan cor Al–Si, sedikit bergantung pada porositas |
| Rentang Titik Leleh | ~515–615 °C (solidus–liquidus) | Silikon eutektik dan primer memengaruhi interval leleh; kontrol proses sangat penting |
| Konduktivitas Termal | ~120–150 W/m·K | Lebih rendah dibanding Al murni karena paduan; masih baik untuk disipasi panas |
| Konduktivitas Listrik | ~20–35% IACS | Menurun oleh elemen paduan khususnya Cu dan Si |
| Kalor Spesifik | ~0.85–0.95 J/g·K | Kalor spesifik aluminium tipikal; sedikit bervariasi dengan suhu |
| Ekspansi Termal | 21–24 µm/m·K | Koefisien ekspansi termal mirip dengan banyak paduan cor Al–Si |
Profil fisik membuat 383 menarik untuk komponen yang memerlukan disipasi panas baik dengan massa relatif rendah. Perilaku leleh dan pembekuan merupakan fokus utama dalam desain proses die-casting karena struktur eutektik dan morfologi silikon primer mengatur sifat mekanik dan kecenderungan penyusutan.
Bentuk Produk
| Bentuk | Ketebalan/Ukuran Umum | Perilaku Kekuatan | Temper Umum | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Die-castings (primer) | Ketebalan dinding 1–12 mm | Bagian tipis: kekuatan lebih tinggi setelah aging; bagian tebal: kekuatan lebih rendah | O, T5, T6 | Bentuk paling umum untuk 383; geometri kompleks, dinding tipis |
| Sand/ permanent mold castings | >10 mm | Struktur mikro kasar, sifat mekanik lebih rendah | O, HT | Digunakan untuk bagian besar yang tidak praktis dibuat dengan die casting |
| Ingot / Slab | Ukuran bahan baku pengecoran | Tidak berlaku | Kondisi cast mentah | Diberikan kepada pengecor dan foundry untuk dilebur ulang |
| Komponen hasil mesin | Beragam setelah pengecoran | Kekuatan tergantung pada pengecoran induk dan perlakuan panas | T5/T6 | Mesin pasca-casting umum untuk fitur kritis |
| Forging/Extrusi | Jarang | Biasanya tidak diproses dengan ekstrusi/forging | Tidak berlaku | Kimia paduan dan desain fokus pengecoran membuat ekstrusi jarang dilakukan |
383 terutama diproduksi dan dikonsumsi sebagai komponen die-cast; pengolahan lembaran, plat, atau produk tempa jarang dan biasanya dihindari karena paduan ini dioptimalkan untuk sifat yang dikendalikan oleh proses solidifikasi. Desain dan proses harus memperhitungkan ketebalan penampang dan gating untuk meminimalkan porositas serta memastikan performa mekanik yang dapat diprediksi pada produk pengecoran jadi.
Grade Setara
| Standar | Grade | Region | Catatan |
|---|---|---|---|
| AA | 383 / A383.0 | USA | Penamaan umum casting Asosiasi Aluminium untuk Al–Si–Cu die-casting |
| EN AW | AlSi9Cu3(Fe) / sejenis | Eropa | Nomenklatur setara EN khas untuk keluarga kimia serupa |
| JIS | ADC12 (ekuivalen dekat) | Jepang | ADC12 sering dijadikan referensi padanan A383 dalam die-casting |
| GB/T | AlSi9Cu3 / sejenis | China | Standar pengecoran Cina mencantumkan paduan Al–Si–Cu serupa dengan sifat mirip |
Ekuivalensi ini bersifat fungsional, bukan eksak; jendela komposisi, batasan impuritas (khususnya besi dan timbal), serta resep perlakuan panas yang diperbolehkan dapat berbeda menurut region dan standar. Saat substitusi, engineer harus menyesuaikan perbedaan persentase Cu dan Si, impuritas yang diizinkan, serta rentang sifat mekanik terdokumentasi, bukan hanya bergantung pada kesamaan nama.
Ketahanan Korosi
Pada kondisi atmosfer, 383 menunjukkan ketahanan yang cukup baik karena terbentuknya lapisan oksida aluminium pelindung; laju korosi umum relatif rendah kecuali pada lingkungan yang mengandung klorida tinggi atau asam yang mempercepat serangan korosi. Penambahan tembaga, meskipun meningkatkan kekuatan, mengurangi ketahanan paduan terhadap korosi lokal, sehingga bagian dengan kandungan Cu permukaan tinggi lebih rentan terhadap korosi lubang (pitting) di lingkungan agresif.
Dalam lingkungan laut atau yang kaya klorida, 383 kalah dibandingkan dengan paduan Al–Mg seri 5xxx karena Cu memicu situs mikro-galvani dan pitting; desainer sebaiknya mempertimbangkan pelapisan, anodizing, atau proteksi katodik jika terekspos air laut. Retak akibat korosi tegangan (SCC) bukanlah mode kegagalan dominan pada 383 dibanding paduan tempa berkeuatan tinggi, tetapi intermetallic kasar dan cacat pengecoran dapat memusatkan tegangan dan memicu inisiasi retak di bawah beban siklik dalam lingkungan korosif.
Interaksi galvanik harus diperhatikan: saat bersentuhan dengan baja, stainless steel, atau komponen tembaga, 383 biasanya bersifat anodis dan akan korosi lebih dulu jika berada dalam elektrolit konduktif; pemilihan logam jodoh dan desain sambungan, penggunaan penghalang isolasi, atau pelapis pelindung sangat dianjurkan. Dibandingkan keluarga paduan lain, 383 menyeimbangkan kemampuan pengecoran dan kekuatan walau dengan pengorbanan ketahanan marine dan pitting lebih rendah dibanding Al–Mg seri.
Properti Fabrikasi
Kemampuan Las
Pengelasan 383 memungkinkan tapi menantang; struktur mikro die-cast, porositas, dan kandungan silikon tinggi menambah risiko retak panas dan menyebabkan pelunakan zona terpengaruh panas (HAZ) yang variatif. Teknik TIG dan MIG dapat dipakai untuk perbaikan atau sambungan, namun sering memerlukan prosedur pra dan pasca-las seperti persiapan substrat, pemakaian kawat pengisi khusus (pengisi Al‑Si seperti 4043 umum digunakan untuk mencocokkan kandungan silikon), dan penghilangan gas terperangkap. Pengelasan intensif dapat menurunkan sifat mekanik dan menghasilkan zona HAZ dengan kekuatan lebih rendah dari kondisi induk T5/T6; pengelasan harus diminimalkan terutama pada bagian pembawa beban kritis.
Kemudahan Mesin
Kemudahan mesin 383 hasil cor umumnya baik dibanding banyak paduan tempa karena struktur mikro Al–Si menghasilkan serpihan pendek dan rapuh yang mudah pecah, serta paduan dapat dimesin dengan kecepatan makan sedang hingga tinggi. Alat carbide dengan pelapis sesuai direkomendasikan untuk umur alat yang konsisten; pendingin dianjurkan untuk mengontrol suhu dan evakuasi serpih pada rongga dalam. Hasil permukaan dapat terpengaruh porositas dan intermetallic; operasi finishing biasanya menggunakan penjepitan bebas getaran dan langkah makan konservatif untuk menghindari getaran alat dan cacat permukaan.
Kemampuan Bentuk
Sebagai paduan cor, 383 tidak dirancang untuk pembentukan dingin ekstensif; radius lengkung untuk pembentukan pasca-casting biasanya besar dan dibatasi oleh porositas lokal serta intermetallic yang mengurangi keuletan. Hasil pembentukan terbaik diperoleh dalam kondisi annealed as-cast dengan regangan pembentukan minimal, atau melalui desain geometri cor yang sesuai net shape untuk menghindari pembentukan pasca-casting. Jika pembentukan terbatas diperlukan, pembentukan hangat suhu rendah dengan geometri alat tepat dapat mengurangi risiko retak, namun desain die casting net-shape adalah pilihan utama.
Perilaku Perlakuan Panas
Perlakuan panas 383 mengikuti rangkaian klasik larutan dan aging untuk paduan cor Al–Si–Cu: perlakuan larutan (biasanya antara 495–540 °C tergantung ketebalan dan spesifikasi) melarutkan fase larut dan menghomogenisasi matriks, diikuti dengan quenching cepat untuk mempertahankan larutan padat jenuh. Aging buatan (T5/T6) pada suhu ~150–220 °C memicu presipitasi fase yang mengandung Cu dan Mg yang secara signifikan meningkatkan kekuatan luluh dan tarik; siklus aging disetel untuk keseimbangan antara kekuatan dan ketangguhan yang dipertahankan.
Siklus T7 dan overaging diterapkan bila stabilitas dimensi dan ketahanan terhadap penurunan sifat selama pemakaian atau pemesinan diperlukan; overaging menukar kekuatan puncak dengan peningkatan ketahanan terhadap pelunakan akibat paparan termal berikutnya. Pada 383 cor, pencapaian perlakuan larutan konsisten dapat dibatasi oleh ketebalan penampang dan porositas terperangkap, sehingga banyak bagian produksi menggunakan aging T5 langsung pada kondisi as-cast untuk memperoleh kekakuan tanpa risiko distorsi penuh seperti pada perlakuan larutan lengkap.
Performa Suhu Tinggi
Kekuatan mekanik 383 menurun secara bertahap dengan peningkatan suhu; pemakaian terus-menerus di atas ~120–150 °C menyebabkan hilangnya presipitat aging yang signifikan sehingga mengurangi kekuatan luluh dan tarik. Oksidasi pada suhu tinggi umumnya dibatasi oleh lapisan oksida aluminium, tetapi paparan lama dan siklus termal dapat merubah karakteristik oksida permukaan dan mendorong pertumbuhan skala pada atmosfer agresif. Zona terpengaruh panas di sekitar las dapat mengalami pelunakan lokal dan presipitat membesar, menurunkan kekuatan suhu tinggi lokal dan umur lelah.
Untuk lonjakan suhu tinggi jangka pendek, kondisi aging yang dipilih cermat dan stabilisasi paduan dapat mengurangi penurunan sifat, namun 383 tidak direkomendasikan untuk penggunaan struktural suhu tinggi berkelanjutan; desainer yang membutuhkan kekuatan berkelanjutan di atas ~150 °C sebaiknya mempertimbangkan paduan aluminium khusus suhu tinggi atau material alternatif.
Aplikasi
| Industri | Contoh Komponen | Mengapa 383 Digunakan |
|---|---|---|
| Otomotif | Rumah transmisi, bodi katup | Mudah die-cast, kontrol dimensi dinding tipis, dan kekuatan pasca-casting |
| Elektronik Konsumen | Kemasan, rangka struktural | Konduktivitas termal baik, geometri kompleks, dan ekonomis untuk produksi volume tinggi |
| Mesin Industri | Rumah pompa, penutup kompresor | Ketahanan korosi pada lingkungan netral dan kebebasan geometri pengecoran |
| HVAC / Manajemen Termal | Rumah heatsink, komponen blower | Konduktivitas termal dan kemampuan membentuk sirip terintegrasi dalam satu pengecoran |
| Konektor Elektrik | Rumah konektor | Stabilitas dimensi, kemudahan mesin untuk fitur pasangan |
383 biasanya dipilih untuk geometri pengecoran dinding tipis yang kompleks, kekuatan mekanik cukup setelah aging, dan produksi volume tinggi yang ekonomis. Keseimbangan kemampuan pengecoran dan kekuatan pasca-casting membuatnya sering menjadi pilihan untuk rumah dan komponen yang memerlukan fitur terintegrasi dan beban mekanik sedang.
Wawasan Pemilihan
Saat memilih 383, insinyur sebaiknya mengutamakan aplikasi yang memerlukan bentuk kompleks hasil die-casting dan kekuatan paska-pengerasan sedang hingga tinggi dengan menerima tingkat daktilitas yang lebih rendah serta beberapa kompromi ketahanan korosi. Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), 383 menawarkan kekuatan yang jauh lebih tinggi dan stabilitas dimensi yang lebih baik, namun mengorbankan konduktivitas listrik dan kemampuan pembentukan karena pengaruh paduan dan mikrostruktur yang terbentuk dari proses pengecoran.
Dibandingkan dengan paduan yang umum dikeraskan secara kerja seperti 3003 atau 5052, 383 memberikan kekuatan pengerasan usia yang jauh lebih tinggi pada bagian cor, tetapi kalah dalam ketahanan korosi laut dan kemudahan pembentukan lembaran dibandingkan paduan kerja yang mengandung Mg. Dibandingkan dengan paduan kerja yang dapat diperlakukan panas seperti 6061/6063, 383 dapat dipilih saat casting bentuk jadi (net-shape) dan geometri terintegrasi kompleks menjadi prioritas utama meskipun kekuatan puncak dan ketahanan kelelahan paduan seri 6xxx mungkin lebih unggul untuk banyak aplikasi struktural yang dikerjakan.
Ringkasan Penutup
Paduan 383 tetap relevan di mana ekonomi die-casting, kompleksitas dinding tipis, dan kemampuan pengerasan pasca-cetak digunakan bersama untuk memenuhi target kinerja komponen; komposisi kimia dan fleksibilitas prosesnya memberikan desainer kompromi praktis antara kemampuan pengecoran, kekuatan, dan performa termal. Pemilihan temper yang tepat, pengendalian kondisi pengecoran, dan perhatian pada perlindungan permukaan memperpanjang masa pakainya dan menjadikannya andalan di bidang otomotif, elektronik, dan aplikasi industri umum.