Aluminium 3N21: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Umum Komprehensif

3N21 adalah paduan aluminium seri 3xxx yang termasuk dalam keluarga paduan yang diperkuat mangan dan diproduksi melalui proses pengerjaan baja. Paduan ini terutama dipadukan dengan mangan sebagai elemen penguat utama dan mengandung sejumlah kecil silikon, besi, tembaga, magnesium, seng, serta elemen jejak untuk mengontrol struktur butir dan perilaku pemrosesan. Paduan ini tidak dapat diperkeras dengan perlakuan panas dan mencapai kekuatan melalui pengerjaan dingin serta pengendalian mikrostruktur yang cermat; menunjukkan keseimbangan antara kekuatan tarik sedang dan ketahanan korosi yang sangat baik. Sifat khasnya meliputi kemampuan bentuk yang baik, kemampuan las yang sangat baik dalam temper umum, ketahanan lelah yang wajar untuk kelompok ini, dan perilaku korosi yang lebih baik dibandingkan banyak paduan yang mengandung tembaga atau seng, sehingga menarik untuk aplikasi kelautan dan arsitektur.

Industri yang biasa menggunakan 3N21 antara lain transportasi (panel bodi, anggota struktural ringan), fabrikasi kelautan dan lepas pantai, fasad gedung dan komponen bangunan, serta beberapa rangka elektronik di mana kekuatan sedang dan ketahanan korosi menjadi prioritas. Insinyur memilih 3N21 dibandingkan paduan murni ketika dibutuhkan kinerja mekanis yang lebih tinggi tanpa konsekuensi perlakuan panas, dan dibandingkan paduan yang dapat diperkeras dengan perlakuan panas yang lebih kuat ketika kemampuan bentuk dan las sangat penting. Paduan ini dipilih ketika diperlukan kombinasi kemampuan manufaktur (pencetakan dalam, bending, pengelasan) dan ketahanan lingkungan, menjadikannya pilihan yang ekonomis untuk elemen struktural kelas menengah.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Regangan	Kemampuan Bentuk	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Teranil sepenuhnya, duktibilitas dan kemampuan bentuk maksimum
H12	Sedang	Sedang	Sangat baik	Istimewa	Pengerasan parsial melalui pengerjaan dingin; peningkatan kekuatan sedang
H14	Sedang-Tinggi	Sedang	Baik	Istimewa	Temper pengerjaan dingin umum untuk plat dengan kekuatan sedang
H16	Tinggi	Lebih rendah	Cukup	Istimewa	Pengerjaan dingin lebih berat, digunakan ketika diperlukan kekuatan lebih tinggi
H18	Sangat Tinggi	Rendah	Terbatas	Istimewa	Pengerjaan dingin komersial maksimum untuk seri 3xxx
H111	Variabel	Variabel	Baik	Istimewa	Pada dasarnya setelah pengerjaan dingin dengan tingkat pengerasan tertentu pasca fabrikasi

Temper memiliki pengaruh utama terhadap sifat mekanik 3N21: peningkatan pengerjaan dingin menaikkan kekuatan luluh dan kekuatan tarik serta mengurangi regangan dan kemampuan bentuk. Rute produksi tipikal menggunakan temper O untuk pencetakan dalam dan temper H1x sebagai kompromi antara kemampuan bentuk dan kekuatan untuk komponen stamping atau struktural.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.6	Dikontrol untuk mengurangi cacat pengecoran/segregasi dan mempertahankan duktibilitas
Fe	≤ 0.7	Pengotor umum; kelebihan menurunkan duktibilitas dan ketahanan korosi
Mn	0.8 – 1.8	Elemen paduan utama yang memberikan penguatan larutan padat dan dispersi
Mg	≤ 0.5	Penambahan kecil meningkatkan kekuatan dan respons pengerasan regangan
Cu	≤ 0.20	Dibatasi untuk menjaga ketahanan korosi dan kemampuan las
Zn	≤ 0.30	Dipertahankan rendah untuk menghindari kompromi kekuatan-korosi galvanik
Cr	≤ 0.10	Penambahan jejak dapat mengontrol struktur butir dan rekristalisasi
Ti	≤ 0.15	Penghalus butir untuk bahan baku cetak/ekstrusi, pengaruh kecil pada sifat
Lainnya (masing-masing)	≤ 0.05	Kontrol pengotor (Ni, Pb, Bi, Sn) penting bagi duktibilitas dan kemampuan las

Komposisi ini menekankan mangan sebagai agen paduan utama dengan batas konservatif untuk tembaga, seng, dan magnesium guna mempertahankan ketahanan korosi serta kemampuan las yang baik. Elemen minor dan kontrol pengotor terutama mempengaruhi perilaku rekristalisasi, ukuran butir, dan respons pengerjaan dingin yang bersama-sama menentukan karakteristik pembentukan dan ketahanan lelah.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik 3N21 khas dari paduan non-perlakuan panas yang mengandung mangan: kekuatan relatif rendah dalam kondisi teranil dengan peningkatan tajam hasil pengerjaan dingin. Kekuatan luluh menunjukkan kenaikan signifikan dengan temper H; pada pengerjaan dingin berat, paduan dapat mencapai tingkat kekuatan tarik struktural aluminium rentang menengah hingga tinggi sementara duktibilitas menurun secara proporsional. Kekerasan berkorelasi dengan temper dan dapat digunakan sebagai indikator lapangan cepat dari keadaan pengerasan regangan; kekerasan meningkat secara kurang lebih linier dengan deformasi dingin kumulatif hingga batas pembentukan praktis.

Performa fatig umumnya menguntungkan dibandingkan paduan yang tinggi tembaga atau seng, karena larutan padat berbasis mangan mengurangi kerentanan terhadap retak lokal yang dipicu korosi. Ketebalan memengaruhi kekuatan terutama melalui efisiensi pengerjaan dingin dan keadaan tegangan sisa; bagian tebal lebih sulit untuk pengerasan regangan yang seragam dan mungkin mempertahankan duktibilitas lebih tinggi pada temper yang setara. Pengelasan menimbulkan pelunakan lokal pada temper pengerjaan dingin tetapi biasanya tidak menghasilkan kerapuhan; masa pakai fatigue dekat daerah las harus dinilai untuk konsentrasi tegangan dan kondisi HAZ.

Sifat	O/Anil	Temper Kunci (H14/H18)	Catatan
Kekuatan Tarik (MPa)	100 – 140	190 – 260	Rentang tipikal untuk plat; tergantung pengerjaan dingin dan ketebalan tepat
Kekuatan Luluh (MPa)	30 – 70	120 – 220	Peningkatan besar dengan pengerasan; nilai berbanding dengan kode temper
Regangan (%)	20 – 35	5 – 15	Anil memiliki duktibilitas tinggi; pengerjaan dingin berat signifikan menurunkan regangan
Kekerasan (HV)	30 – 50	60 – 95	Peningkatan kekerasan mencerminkan tingkat pengerasan regangan; nilai Vickers kira-kira

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density (Massa Jenis)	2.68 – 2.70 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al-Mn; sedikit lebih rendah dari banyak grade baja berdasarkan massa
Rentang Leleh	640 – 653 °C	Rentang solidus-liquidus tergantung paduan minor; standar untuk paduan aluminium
Konduktivitas Termal	140 – 170 W/(m·K)	Lebih rendah dari aluminium murni karena paduan; masih baik untuk penyebaran panas
Konduktivitas Listrik	~30 – 45 % IACS	Menurun dibandingkan aluminium murni; konduktivitas berbanding terbalik dengan kadar paduan
Kalor Spesifik	~0.90 J/(g·K)	Perkiraan; berguna untuk perhitungan manajemen panas
Koefisien Ekspansi Termal	23 – 24 ×10⁻⁶ /K	Mirip banyak paduan aluminium; relevan untuk perhitungan tegangan termal dan penyambungan

Konstanta fisik menempatkan 3N21 dalam kelas material struktural logam ringan yang cocok untuk aplikasi yang memerlukan massa jenis rendah dan konduktivitas termal/listrik yang wajar. Konduktivitas listrik dan termal memadai untuk banyak aplikasi pendinginan atau terbatas konduktivitas namun harus dikonfirmasi terhadap target aluminium murni bila diperlukan. Ekspansi termal tipikal untuk paduan aluminium dan harus diperhitungkan dalam rakitan bahan campuran untuk menghindari tegangan termal.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis (Sheet)	0.3 – 6.0 mm	Kekuatan melalui pengerjaan dingin; ketebalan tipis lebih mudah dibentuk dingin	O, H14, H16	Sering digunakan untuk panel, fasad, dan bagian deep-drawn
Plat Tebal (Plate)	6 – 25 mm	Terbatas secara industri; kurang umum karena batasan kemampuan bentuk	O, H18	Bagian tebal lebih menantang untuk pengerjaan dingin seragam
Ekstrusi	Profil hingga 200 mm	Dapat disolusi lalu dikerjakan dingin dalam layanan	O, H112/H116	Bahan ekstrusi dihaluskan butir untuk stabilitas dimensi
Tabung	OD 6 – 100 mm	Sifat mekanik tergantung proses drawing dan temper	O, H14	Digunakan untuk pipa struktural dan saluran di mana ketahanan korosi penting
Batang/Stang	Ø 4 – 60 mm	Kekuatan tergantung kondisi ditarik/dikerjakan dingin	O, H12/H14	Biasanya disuplai untuk pemesinan atau bagian struktural kecil

Bentuk mempengaruhi perilaku mekanik karena pengerjaan dingin selama pembentukan menentukan temper akhir dan anisotropi sifat. Plat tipis dan ekstrusi tipis adalah bentuk yang paling ekonomis untuk diproses 3N21, sedangkan plat tebal diproduksi namun dengan kemampuan bentuk terbatas dan membutuhkan kontrol proses spesifik untuk mencapai keseragaman mekanik yang diinginkan. Pemilihan bentuk produk harus mempertimbangkan proses hilir: pencetakan dalam dan stamping lebih cocok menggunakan plat tipis dengan temper O/H1x, sedangkan anggota struktural sering menggunakan temper pengerjaan dingin H untuk kapasitas beban lebih tinggi.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	3N21	USA	Penamaan yang digunakan dalam beberapa katalog pemasok; sejalan dengan standar seri Mn 3xxx
EN AW	3003 / mirip 3N21	Eropa	Tidak ada padanan langsung 1:1; EN AW-3003 adalah ekuivalen yang paling umum dalam praktik
JIS	mirip A3003	Jepang	Komposisi dan temper JIS serupa; rujukan silang langsung membutuhkan pengecekan kimiawi
GB/T	3N21	Tiongkok	Standar Tiongkok menggunakan penamaan 3N21 pada beberapa spesifikasi material

Kesetaraan langsung antar standar memerlukan perbandingan kimia dan properti yang cermat; beberapa standar mengkonsolidasikan paduan Mn yang saling terkait di bawah nomor umum (misalnya 3003). Perbedaan halus muncul dari batasan impuritas, target kekuatan luluh/tarik dan sejarah pemrosesan yang diperbolehkan, sehingga kualifikasi silang dan sertifikasi pemasok dianjurkan untuk aplikasi kritis. Ketika mengganti atau membeli 3N21 dari wilayah berbeda, validasi pemetaan temper dan kriteria penerimaan mekanik lebih penting daripada hanya mengandalkan nama saja.

Ketahanan Korosi

3N21 memiliki ketahanan korosi atmosferik yang baik khas paduan mangan rendah tembaga, membentuk lapisan oksida pelindung yang melekat dan memperlambat degradasi lebih lanjut. Dalam lingkungan laut, bahan ini menunjukkan performa baik dibandingkan banyak paduan heat-treatable berkekuatan tinggi karena kandungan tembaga dan seng yang rendah, namun perendaman lama dan paparan klorida tetap memerlukan pertimbangan desain seperti pelapisan, proteksi katodik, atau anoda korbannya. Retak korosi stres (SCC) bukan mode kegagalan utama untuk paduan Mn yang tidak dapat diperlakukan panas, tetapi serangan lokal pada lasan, celah, atau di bawah endapan dapat mempercepat pitting dan inisiasi kelelahan berikutnya.

Interaksi galvanik dengan logam berbeda harus diperhatikan: 3N21 bersifat anodic relatif terhadap baja tahan karat dan paduan tembaga, sehingga saat kontak aluminium akan terkikis terlebih dahulu kecuali terisolasi listrik atau sistem dirancang mengakomodasi arus galvanik. Dibandingkan dengan paduan seri 5xxx yang mengandung magnesium, 3N21 sering menunjukkan kemampuan las yang sebanding atau sedikit lebih baik serta ketahanan korosi yang mirip, namun seri 5xxx dapat menawarkan kekuatan lebih tinggi jika pengelasan tidak terlalu kritis. Dibandingkan paduan heat-treatable 6xxx, 3N21 menukarkan kekuatan puncak dengan ketahanan lebih baik terhadap bentuk korosi lokal tertentu serta kemudahan las dan pembentukan.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Las

Pengelasan 3N21 dengan proses MIG (GMAW), TIG (GTAW), dan las tahanan relatif mudah untuk berbagai temper karena kandungan tembaga rendah dan impuritas terkontrol, menghasilkan lasan dengan daktilitas baik. Kawat isi yang dianjurkan adalah filler aluminium-Mn/Cu rendah-paduan (misalnya filler berbasis AlSi pada beberapa kasus) yang dipilih untuk menyesuaikan ketahanan korosi dan persyaratan mekanik sambungan. Risiko retak panas rendah dibandingkan paduan tembaga tinggi, tetapi pelunakan HAZ pada temper cold-worked umum terjadi dan harus diperhatikan dalam desain sambungan serta pemrosesan pasca las.

Kemudahan Mesin

Proses mesin 3N21 khas paduan Al-Mn: pembentukan serpihan baik, gaya potong rendah dan hasil permukaan memuaskan saat menggunakan pahat karbida. Indeks kemudahan mesin sedang dibandingkan varian free-machining; kecepatan dan feed harus disesuaikan dengan temper dan ukuran penampang agar menghindari pembentukan built-up edge serta burr. Pendingin atau hembusan udara dianjurkan untuk potongan berat guna membantu pengeluaran serpihan dan mengontrol pemuaian termal.

Kemampuan Bentuk

Pembentukan dingin adalah salah satu keunggulan utama 3N21 dalam temper O dan temper H ringan; jari-jari tekuk kecil dan penarikan dalam memungkinkan dengan pelumasan tepat dan tooling progresif. Radius tekuk minimum yang direkomendasikan bergantung pada temper dan ketebalan, tetapi temper O dapat menampung radius sekecil 1 – 2× ketebalan untuk banyak komponen stamping sementara H18 memerlukan radius lebih besar guna menghindari retak. Jika pembentukan kompleks diperlukan, mulai dari temper O atau H12 dan terapkan urutan pengerasan terkendali untuk mencapai target mekanik akhir.

Perilaku Perlakuan Panas

3N21 merupakan paduan yang tidak dapat diperlakukan panas sehingga tidak mendapat manfaat dari perlakuan larutan dan penuaan buatan yang digunakan pada paduan 6xxx atau 7xxx. Penguatan bergantung pada pengerjaan dingin (temper H), pengerasan regangan, dan bila berlaku, perlakuan stabilisasi untuk mengontrol struktur butir dan respons anil. Siklus anil mengembalikan daktilitas (temper O) melalui rekristalisasi; prosedur anil industri digunakan untuk coil stock atau komponen yang memerlukan penarikan dalam berikutnya. Paparan termal selama pemakaian atau fabrikasi (misalnya pengelasan) dapat menyebabkan pelunakan lokal dan rekristalisasi parsial, mengubah tegangan residual dan toleransi dimensi.

Performa Suhu Tinggi

Pada suhu tinggi 3N21 kekuatannya menurun secara bertahap dan tidak direkomendasikan untuk aplikasi struktural di atas kurang lebih 150 – 200 °C pada beban berkelanjutan. Oksidasi dibatasi oleh skala oksida aluminium, tetapi suhu tinggi mempercepat proses difusi dan pemulihan mikrostruktur yang mengurangi kekuatan akibat pengerjaan dingin. HAZ di sekitar lasan dapat mengalami pelunakan mirip overaging pada suhu sedang akibat pemulihan; perancang harus memvalidasi perilaku creep dan relaksasi untuk komponen yang terkena beban termal siklik. Untuk paparan jangka pendek pada suhu tinggi, performa masih dapat diterima, tetapi penggunaan jangka panjang dalam suhu tinggi sebaiknya memilih paduan khusus yang dirancang untuk stabilitas suhu tinggi.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 3N21
Otomotif	Panel bodi, penguat dalam	Kombinasi kemampuan bentuk, ketahanan korosi, dan kekuatan sedang
Kelautan	Panel superstruktur, aksesori trim	Ketahanan klorida baik dan kemudahan las dalam fabrikasi
Dirgantara	Fitting sekunder, anggota struktural non-kritis	Rasio kekuatan-berat dan sifat kelelahan yang menguntungkan untuk struktur sekunder
Elektronik	Rangka, braket, penyebar panas	Perimbangan konduktivitas termal, kemampuan bentuk, dan ketahanan korosi

3N21 digunakan dalam aplikasi yang memerlukan keseimbangan ekonomis antara kemudahan manufaktur dan ketahanan lingkungan, bukan kekuatan maksimum. Kombinasi kemampuan bentuk, kemudahan las, dan performa korosi menjadikannya material kerja utama untuk komponen plat logam di mana pembentukan dan penyambungan sering dilakukan. Paduan ini sangat menarik ketika perancang ingin menghindari proses heat-treated namun memerlukan kapasitas struktural lebih tinggi daripada aluminium kemurnian komersial.

Pengetahuan Pemilihan

Untuk pemilihan umum, pilih 3N21 saat membutuhkan paduan non-heat-treatable yang memiliki kekuatan dan ketahanan lelah lebih baik daripada aluminium murni komersial serta tetap mempertahankan kemampuan bentuk dan kemudahan las yang sangat baik. Dibandingkan dengan 1100, 3N21 mengorbankan sebagian konduktivitas listrik dan termal serta sedikit daktilitas logam murni demi kekuatan luluh dan tarik yang jauh lebih tinggi. Dibandingkan paduan pengerasan kerja seperti 3003 dan 5052, 3N21 biasanya memiliki kekuatan serupa atau sedikit lebih tinggi dengan ketahanan korosi yang sebanding, menjadikannya pilihan jika menginginkan peningkatan kekuatan menengah tanpa beralih ke tipe heat-treatable.

Dibandingkan paduan heat-treatable seperti 6061 atau 6063, 3N21 tidak mencapai kekuatan puncak yang sama tetapi menawarkan pemrosesan lebih sederhana (tanpa siklus larutan/penuaan) serta kemampuan bentuk dan respons las yang lebih baik pada banyak komponen las dan pembentuk. Gunakan 3N21 ketika efisiensi pembentukan dan penyambungan, konsistensi performa korosi, dan kemampuan struktural menengah lebih penting daripada memaksimalkan kekuatan per unit berat.

Ringkasan Penutup

3N21 tetap relevan karena menggabungkan keuntungan praktis dari keluarga paduan mangan 3xxx—ketahanan korosi baik, kemampuan bentuk prima, dan kemudahan las—dengan jalur ekonomis menuju kekuatan struktural menengah melalui pengerjaan dingin. Set properti seimbang dan fleksibilitas pemrosesan membuatnya pilihan pragmatis untuk banyak aplikasi transportasi, kelautan, arsitektur, dan dirgantara ringan di mana kemudahan manufaktur dan ketahanan lingkungan menjadi prioritas.