Aluminium 3B21: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Umum Komprehensif

3B21 adalah anggota dari seri paduan aluminium 3xxx, yang terutama dicirikan oleh penguatan berbasis mangan dan termasuk dalam keluarga yang tidak bisa diperlakukan dengan perlakuan panas. Paduan ini dirancang untuk memanfaatkan penguatan larutan padat dari Mn dan, pada beberapa varian, penambahan Mg yang moderat; penguatan dicapai terutama melalui pengerjaan dingin daripada perlakuan panas presipitasi.

Ciri utama 3B21 meliputi kekuatan sedang sampai baik relatif terhadap aluminium murni, kemampuan pembentukan yang sangat baik dalam kondisi anil, ketahanan yang baik terhadap korosi atmosfer umum, dan kemudahan pengelasan dengan metode pengelasan aluminium standar. Industri tipikal yang menggunakan 3B21 meliputi transportasi dan panel luar otomotif, barang konsumen, serta beberapa struktur sekunder laut dimana dibutuhkan keseimbangan antara kemampuan pembentukan dan ketahanan korosi.

Insinyur memilih 3B21 ketika dibutuhkan kombinasi keuletan untuk operasi pembentukan dan performa mekanik yang lebih baik daripada aluminium murni komersial tanpa kerumitan perlakuan panas. Daya saingnya dibandingkan paduan lain berasal dari densitas rendah, respons pengerjaan dingin yang dapat diprediksi, serta biaya produksi dan fabrikasi yang relatif rendah.

Pemilihan sering memfavoritkan 3B21 dibandingkan paduan yang dapat diperlakukan dengan perlakuan panas dengan kekuatan lebih tinggi saat operasi pembentukan kompleks dan hasil permukaan yang baik harus dipertahankan, serta dibandingkan aluminium murni atau paduan yang lebih lunak saat kapasitas struktural tambahan dan ketahanan penyok diinginkan.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Peregangan	Formabilitas	Pengelasan	Catatan
O	Rendah	Tinggi (30–45%)	Istimewa	Istimewa	Sepenuhnya anil, terbaik untuk proses penarikan dalam dan pembentukan
H12	Rendah-Sedang	Sedang-Tinggi (20–30%)	Sangat Baik	Sangat Baik	Penguatan ringan dari pengerjaan mekanis parsial
H14	Sedang	Sedang (10–20%)	Baik	Sangat Baik	Temper pengerjaan dingin komersial umum untuk lembaran; yield lebih tinggi
H16	Sedang-Tinggi	Sedang (8–15%)	Berkurang	Baik	Tingkat pengerjaan lebih tinggi untuk kekakuan yang lebih baik
H18	Tinggi	Rendah-Sedang (6–12%)	Terbatas	Baik	Pengerjaan dingin berat, peningkatan kekuatan untuk panel struktural
H24	Sedang-Tinggi	Sedang (10–18%)	Baik	Sangat Baik	Strain-hardened dan distabilkan; mempertahankan beberapa kemampuan pembentukan
T3 (jika berlaku)	Tidak Berlaku	Tidak Berlaku	Tidak Berlaku	Tidak Berlaku	Bukan jalur utama — paduan 3xxx tidak dapat diperlakukan dengan perlakuan panas; penunjukan T digunakan untuk stabilisasi setelah pelarutan dalam beberapa spesifikasi

Praktik penunjukan temper untuk 3B21 mengikuti perlakuan seri 3xxx konvensional: temper lunak O untuk formabilitas maksimal dan berbagai temper H untuk peningkatan kekuatan bertahap melalui pengerjaan dingin. Pemilihan temper menyeimbangkan kompleksitas pembentukan, kontrol springback, dan kekakuan yang dibutuhkan saat pemakaian; perbaikan las dan penyambungan pasca pembentukan harus mempertimbangkan pelunakan lokal pada bagian tempered H yang dilas.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.6	Impuritas khas; kelebihan mengurangi keuletan dan mendorong terbentuknya intermetallic
Fe	≤ 0.7	Impuritas umum; mempengaruhi struktur butir dan dapat membentuk fase getas
Mn	0.8–1.5	Elemen paduan utama keluarga 3xxx; meningkatkan kekuatan dan menghambat rekristalisasi
Mg	0.1–0.6	Penambahan minor pada beberapa varian; meningkatkan penguatan larutan padat dan memperbaiki pengerasan akibat regangan
Cu	≤ 0.2	Level rendah mungkin hadir; sedikit meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi ketahanan korosi
Zn	≤ 0.25	Biasanya rendah; kandungan lebih tinggi tidak umum untuk keluarga 3xxx
Cr	≤ 0.10	Jejak kecil bisa hadir untuk mengontrol struktur butir dan meningkatkan stabilitas temper
Ti	≤ 0.15	Penambahan kecil digunakan untuk penghalusan butir pada produk cetak atau tempa
Lainnya (masing-masing)	≤ 0.05–0.15	Residu lain (Ni, Pb, Sn) dijaga rendah untuk menghindari kerapuhan atau fase merugikan

Kimia paduan 3B21 berorientasi pada keseimbangan dominan mangan yang memberikan penguatan pengerjaan dingin yang stabil dan keuletan yang baik. Mn mengurangi rekristalisasi dan membentuk dispersi halus yang menyediakan stabilitas butir selama pembentukan dan paparan termal sedang. Mg, jika ada dalam jumlah moderat, menambah kekuatan melalui efek larutan padat dan meningkatkan kapasitas pengerasan akibat regangan namun perlu dibatasi agar menghindari kerentanan yang terlihat pada paduan 5xxx dengan Mg lebih tinggi.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik 3B21 mengikuti tren klasik seri 3xxx: kondisi anil (O) menunjukkan kekuatan luluh dan tarik yang relatif rendah dengan elongasi seragam tinggi yang memungkinkan pembentukan berat. Pengerjaan dingin (temper H) menghasilkan peningkatan signifikan pada kekuatan luluh dan tarik dengan pengorbanan keuletan dan kemampuan dibengkokkan, serta peningkatan springback seiring peningkatan pengerasan. Ketebalan dan sejarah pemrosesan sangat mempengaruhi sifat yang terukur; ketebalan lembaran yang lebih tipis dapat menunjukkan kekuatan semu lebih tinggi karena pengerasan kerja rol saat pembuatan.

Kekerasan berkorelasi erat dengan temper: kekerasan Rockwell atau Brinell naik secara prediktif sesuai dengan nomor H. Performa kelelahan 3B21 sedang — lebih baik dari aluminium murni karena kekuatan dasar lebih tinggi tetapi kalah dibandingkan beberapa paduan yang dapat diperlakukan dengan perlakuan panas; hasil permukaan, tegangan residual akibat pembentukan, dan takikan mendominasi umur pakai. Rasio luluh terhadap tarik bersifat sedang; input panas lokal (misalnya pengelasan) dapat menyebabkan pelunakan zona pengaruh panas (HAZ), terutama pada temper dengan pengerasan regangan berat.

Batas pembentukan dingin diatur oleh temper dan ukuran butir; temper O memungkinkan radius tarik dalam yang kecil sesuai toleransi panel, sedangkan H18 mungkin memerlukan radius bengkok lebih besar dan langkah pembentukan bertahap. Nilai tipikal di bawah ini adalah rentang representatif untuk ketebalan lembaran umum dan temper yang umum dipakai.

Sifat	O/Anil	Temper Utama (misal, H14)	Catatan
Kekuatan Tarik	90–130 MPa	150–220 MPa	Nilai bervariasi dengan ketebalan dan batch paduan; H14 umum untuk panel struktural sedang
Kekuatan Luluh	30–70 MPa	100–160 MPa	Kekuatan luluh naik signifikan dengan pengerjaan dingin; peningkatan O rendah
Elongasi	30–45%	8–20%	Elongasi tergantung temper dan jalur regangan selama pembentukan
Kekerasan (HB)	25–45 HB	50–85 HB	Kekerasan meningkat dengan temper H; konversi ke HRC/HRB bervariasi

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density	~2.70 g/cm³	Tipikal paduan aluminium tempa; menguntungkan untuk rasio kekuatan terhadap berat
Rentang Leleh	~640–655 °C	Paduan menurunkan titik solidus sedikit dibandingkan Al murni (660 °C)
Konduktivitas Termal	~120–150 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni; masih tinggi untuk aplikasi pembuangan panas
Konduktivitas Listrik	~28–40% IACS	Berat dibandingkan seri 1xxx karena paduan; tergantung kandungan Mn/Mg
Kalor Spesifik	~0.88–0.91 J/g·K	Tipikal untuk paduan aluminium pada suhu ruangan
Koefisien Pemuaian Termal	~23–24 ×10⁻⁶ /K (20–100 °C)	Mirip dengan paduan aluminium lain; penting untuk desain siklus termal

3B21 mempertahankan keunggulan termal dan listrik aluminium sambil menerima penurunan moderat akibat paduan. Konduktivitas termal tetap cukup tinggi untuk komponen penyebar panas dan bagian pengelolaan termal konsumen. Koefisien pemuaian termal sebanding dengan paduan aluminium lain dan harus diperhitungkan dalam sambungan multi-material untuk mengendalikan tegangan termal.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Typikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis (Sheet)	0,2–6,0 mm	Kekuatan bervariasi tergantung temper; ketebalan tipis sering sedikit lebih keras	O, H14, H24	Sering digunakan untuk panel, housing, dan bagian yang dibentuk
Plat Tebal (Plate)	>6 mm sampai 25 mm	Kontribusi pengerjaan dingin lebih rendah pada plat yang lebih tebal	O, H18	Digunakan untuk penampang besar; pertimbangan pengerjaan mesin atau pembentukan plat diperlukan
Ekstrusi (Extrusion)	Profil hingga beberapa meter	Kekuatan bergantung pada pendinginan penampang; sedang	O, H112	Bentuk ekstrusi memanfaatkan Mn untuk menstabilkan butir selama ekstrusi
Tabung (Tube)	Diameter dari kecil hingga besar	Ketebalan dinding dan temper menentukan kekakuan	O, H16	Tabung hasil tarik atau ekstrusi untuk rangka ringan
Batang/Balog (Bar/Rod)	Diameter dan datar	Biasanya lebih lunak dalam kondisi annealed; dapat ditarik dingin	O, H12	Produksi komponen mesin dan pengikat sesuai kebutuhan

Rute pembentukan dan pemrosesan menentukan pilihan bentuk produk: penggulungan sheet memberikan hasil permukaan unggul dan kontrol ketebalan ketat untuk panel yang terlihat, sementara ekstrusi memungkinkan penampang kompleks namun memerlukan perhatian pada efek penuaan/tegangan. Plat dan penampang tebal biasanya memerlukan metode pembentukan berbeda (pembentukan bertahap, pembentukan panas) untuk mencapai bentuk yang serupa. Perakitan las harus mempertimbangkan pelunakan temper lokal dan potensi distorsi pada komponen tipis.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	3B21	USA	Penamaan yang digunakan dalam beberapa katalog pemasok; tidak distandarkan secara universal di semua daftar AA
EN AW	3003 / keluarga 3xxx	Eropa	Grade homologasi terdekat di Eropa adalah seri 3xxx AW; kesetaraan satu per satu memerlukan pengecekan komposisi
JIS	A3003 / A3xxx	Jepang	Grade seri 3xxx Jepang menunjukkan kemiripan kimia berbasis Mn dan sifat mekanik
GB/T	3B21	Tiongkok	Penamaan 3B21 di Tiongkok sesuai dengan pengendalian komposisi dan penomoran paduan setempat

Referensi silang langsung antar standar harus dilakukan dengan melihat batas komposisi dan persyaratan mekanik, bukan hanya nama. Perbedaan kecil dalam impuritas yang diizinkan, kandungan Mg, dan praktik tempering bisa menghasilkan perbedaan sifat. Oleh karena itu, untuk aplikasi kritis, minta sertifikat pabrik dan lakukan uji banding, jangan semata-mata mengandalkan tabel kesetaraan nominal.

Ketahanan Terhadap Korosi

3B21 menawarkan ketahanan korosi atmosfer umum yang baik, tipikal paduan 3xxx berbasis Mn; lapisan oksida terbentuk cepat yang melindungi matriks pada sebagian besar lingkungan non-agresif. Dalam atmosfer urban dan industri, paduan ini bekerja baik, dan sering dipilih dibandingkan Al murni jika diperlukan sedikit peningkatan kekuatan mekanik tanpa mengorbankan perilaku korosi di lingkungan ambient.

Di lingkungan laut, 3B21 memberikan ketahanan korosi seragam yang wajar tetapi lebih rentan terhadap serangan lokal (pitting) dan eksfoliasi pada kondisi klorida tinggi dibandingkan beberapa paduan Al-Mg (5xxx) atau paduan berlapis khusus. Finishing permukaan, pelapisan, dan kebersihan paduan (pengurangan Fe dan Cu) sangat memengaruhi performa di lingkungan laut.

Sensitivitas terhadap retak korosi tegangan pada paduan 3xxx berbasis Mn umumnya rendah dibandingkan paduan yang mengandung Cu atau dengan Mg tinggi; namun, interaksi galvanik dengan material lebih mulia (baja tahan karat, tembaga) akan mempercepat korosi aluminium saat bersentuhan elektrolit. Perancang harus mempertimbangkan perlindungan korban dan isolasi listrik untuk menghindari degradasi galvanik pada rakitan logam campuran.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Pengelasan 3B21 mudah dilakukan dengan metode umum seperti TIG dan MIG menggunakan pelindung argon dan praktik persiapan standar. Pilihan kawat las biasanya menggunakan filler tipe Al-Mn atau Al-Si untuk menyesuaikan perilaku mekanik dan meminimalkan retak panas; 4043 (Al-Si) dan 5356 (Al-Mg) sering dipakai tergantung keseimbangan daktailitas dan kekuatan yang diinginkan. Temper yang sangat dikeraskan akibat pengerjaan dingin dapat mengalami pelunakan zona terpengaruh panas (HAZ) dan potensi penurunan sifat lokal; perencanaan kondisi mekanik sebelum dan sesudah las perlu dilakukan.

Kemampuan Mesin

Kemampuan mesin tergolong sedang dan lebih rendah dibandingkan paduan tembaga yang mudah dikerjakan atau baja, tapi dapat diolah dengan tooling yang tepat. Alat potong berujung karbida dengan sudut positif, strategi high-feed, dan pendinginan banjir memberikan keseimbangan terbaik antara umur alat dan hasil permukaan. Serpihan chip cenderung kontinu dan duktill; kontrol pembentukan tepi tertimbun dan geometri pemecah chip yang memadai disarankan untuk produksi mesin.

Kemampuan Pembentukan

Kemampuan pembentukan sangat baik dalam temper O dan tetap baik pada temper H rendah untuk sebagian besar operasi stamping dan drawing umum. Radius lekukan minimum tipikal di temper O bisa serendah 0,5–1,0T untuk lekukan sederhana, namun harus diperhitungkan efek springback dan penipisan selama deep drawing. Temper pengerjaan dingin (H16–H18) memerlukan radius lebih besar dan pembentukan bertahap untuk menghindari retak; annealing dapat mengembalikan kemampuan bentuk bila diperlukan.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan yang pada dasarnya tidak dapat diperlakukan panas dengan solusi dan pengerasan presipitasi, 3B21 tidak merespons perlakuan larutan dan penuaan untuk meningkatkan kekuatan secara signifikan. Upaya siklus solusi dan penuaan konvensional tidak menghasilkan peningkatan kekuatan seperti pada keluarga 6xxx/7xxx. Sebaliknya, pengendalian sifat mekanik dicapai melalui pengerjaan dingin (strain hardening) dan annealing terkontrol.

Annealing untuk mengembalikan daktailitas dilakukan dalam kisaran suhu aluminium biasa, biasanya antara ~300–420 °C tergantung ketebalan sheet dan struktur butir yang diinginkan, diikuti pendinginan terkendali. Over-annealing dapat memperbesar ukuran butir dan mengurangi kemampuan bentuk pada beberapa operasi; praktik temper H yang distabilkan (misalnya H24) menggunakan stabilisasi termal ringan atau pelepasan tegangan tingkat rendah untuk meminimalkan pergeseran sifat.

Untuk desain yang memerlukan kekuatan lebih tinggi daripada yang dapat dicapai lewat pengerjaan dingin, insinyur harus mempertimbangkan alternatif yang dapat diperlakukan panas; jika tidak, rangkaian pembentukan dingin, pengerjaan cetakan progresif, dan jadwal pengerasan kerja adalah pendekatan standar untuk 3B21.

Performa Suhu Tinggi

3B21 mempertahankan sifat berguna pada suhu tinggi sedang tapi mengalami penurunan kekuatan secara progresif di atas kira-kira 100–150 °C, dengan pengurangan signifikan pada kekuatan luluh dan ketahanan creep pada suhu lebih tinggi. Untuk layanan suhu tinggi terus-menerus atau bila creep menjadi perhatian, paduan suhu tinggi atau baja tahan karat biasanya lebih disukai.

Oksidasi bukan masalah pembatas di udara untuk paparan singkat berkat lapisan aluminium oksida pelindung; namun, paparan lama dalam atmosfer pengoksidasi agresif atau yang kaya klorida pada suhu tinggi akan merusak lapisan pelindung dan mempercepat serangan korosi. Zona terpengaruh panas las dapat menunjukkan penurunan kapasitas mekanik dan pelunakan lokal, yang harus diperhitungkan dalam siklus termal atau beban suhu tinggi.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa 3B21 Digunakan
Otomotif	Panel bodi dalam/luar, trim	Kemampuan bentuk baik untuk stamping kompleks dan kekuatan sedang untuk ketahanan penyok
Kelautan	Struktur sekunder, trim	Ketahanan korosi cukup dan kemudahan fabrikasi; ringan
Penerbangan	Fitting non-kritis, fairing	Rasio kekuatan-terhadap-berat menguntungkan dan kemampuan bentuk untuk panel berprofil
Elektronik	Enclosure, heat spreader	Konduktivitas termal tinggi dan kemudahan finishing permukaan

3B21 umum dipilih dimana keseimbangan kemampuan bentuk, ketahanan korosi, dan performa struktural sedang dibutuhkan dengan biaya rendah. Fleksibilitasnya pada bentukan produk sheet dan ekstrusi membuatnya menjadi material praktis untuk panel yang terlihat, housing yang dibentuk, dan anggota struktural sekunder dimana penghematan berat dan ekonomi fabrikasi merupakan prioritas.

Wawasan Pemilihan

Saat memilih 3B21, utamakan aplikasi yang memerlukan kemampuan bentuk sangat baik dan ketahanan korosi baik dengan kekuatan sedang. Pilih temper O untuk deep drawing dan bentuk kompleks; gunakan temper H untuk komponen yang membutuhkan kekakuan atau ketahanan penyok lebih baik tanpa menambah kompleksitas perlakuan panas.

Dibandingkan aluminium murni komersial (1100), 3B21 menukarkan konduktivitas listrik dan termal yang sedikit lebih rendah dengan kekuatan mekanik yang jauh lebih tinggi dan kemampuan pengerasan kerja lebih baik. Dibandingkan paduan pengerjaan kerja umum seperti 3003 atau 5052, 3B21 biasanya berada di tengah: lebih kuat dari aluminium murni tapi dengan ketahanan korosi serupa atau sedikit lebih baik dibandingkan paduan 5xxx yang lebih tinggi Mg. Dibandingkan paduan yang dapat diperlakukan panas seperti 6061 atau 6063, 3B21 menawarkan kemampuan bentuk lebih unggul dalam kondisi annealed dan fabrikasi lebih mudah, namun kekuatan puncak lebih rendah; pilih 3B21 saat pembentukan dan ketahanan korosi lebih diutamakan daripada kekuatan maksimum.

Ringkasan Penutup

3B21 bertahan sebagai aluminium tempa berbasis Mn yang praktis, menggabungkan kemampuan pembentukan yang sangat baik, ketahanan korosi yang andal, dan pengerasan dingin yang dapat diprediksi untuk berbagai aplikasi struktural ringan dan produk berbentuk. Keseimbangan sifat-sifatnya dan proses fabrikasi yang sederhana menjadikannya pilihan yang hemat biaya ketika kekuatan sedang dan tingkat kemudahan manufaktur tinggi menjadi faktor utama desain.