Aluminium 4028: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

Alloy 4028 adalah anggota dari paduan aluminium seri 4xxx, keluarga yang dicirikan oleh silikon sebagai elemen paduan utama. Ini adalah grade mikro-paduan dengan kandungan silikon tinggi yang juga mengandung jumlah magnesium dan elemen transisi yang terkontrol untuk memberikan keseimbangan antara kekuatan, kemampuan las, dan kemampuan bentuk.

Paduan ini mencapai penguatan melalui kombinasi efek larutan padat yang terkontrol, dispersi silikon halus, dan presipitasi terbatas dari kluster Mg-Si; dalam praktek, paduan ini berperilaku sebagai paduan semi-heat-treatable dengan respons baik terhadap perlakuan larutan dan penuaan buatan, sekaligus merespon dengan baik pengerasan kerja. Sifat khas termasuk kekuatan tarik sedang hingga tinggi pada kondisi penuaan, ketahanan korosi yang baik dalam lingkungan atmosfer, kemampuan las yang sangat baik menggunakan logam pengisi Al-Si, dan kemampuan bentuk yang menguntungkan pada kondisi annealed.

Industri yang umum menggunakan 4028 meliputi komponen struktural dan trim otomotif, fitting dan rumah peralatan laut, peralatan konsumen, serta beberapa struktur sekunder dirgantara yang membutuhkan keseimbangan antara kemampuan bentuk dan rasio kekuatan terhadap berat. Paduan ini dipilih ketika desainer membutuhkan kekuatan lebih baik daripada grade murni tanpa mengorbankan performa las dan ekstrusi.

4028 sering dipilih daripada paduan seri 1000/3000 ketika diperlukan kekuatan dan stabilitas dimensi yang lebih tinggi, serta dibandingkan paduan seri 6xxx ketika prioritas adalah kemampuan las yang lebih baik dan perilaku pengecoran/ekstrusi yang diarahkan oleh silikon. Sifat semi-heat-treatable-nya membuatnya menarik ketika penuaan pasca fabrikasi memungkinkan namun kekuatan puncak ekstrem tidak diperlukan.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Bentuk	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi (20–30%)	Excellent	Excellent	Annealed penuh, ductilitas dan kemampuan bentuk maksimal
H14	Sedang	Moderate (12–18%)	Baik	Excellent	Pengerasan kerja satu tahap untuk kekakuan sedang
H24	Sedang-Tinggi	Moderate (10–15%)	Cukup-Baik	Excellent	Pengerasan kerja dan sebagian distabilisasi, kontrol springback baik
T4	Sedang	Moderate (12–18%)	Baik	Excellent	Perlakuan larutan dan penuaan alami, sifat seimbang
T5	Sedang-Tinggi	Lebih Rendah (8–14%)	Cukup	Sangat Baik	Didinginkan dari suhu tinggi dan penuaan buatan, penuaan produksi lebih cepat
T6 / T651	Tinggi	Lebih Rendah (8–12%)	Cukup-Buruk	Sangat Baik	Perlakuan larutan dan penuaan buatan untuk kekuatan puncak; T651 termasuk relief tegangan

Temper langsung mengatur trade-off antara kekuatan dan duktilitas untuk 4028 serta mengendalikan kemampuan bentuk untuk operasi stamping dan deep drawing. Temper annealed O memberikan elongasi maksimal dan yield terendah, sementara T6/T651 mencapai kekuatan pakai tertinggi dengan mengorbankan kemampuan pembengkokan dan meningkatkan springback.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	0.9–1.8	Elemen paduan utama; meningkatkan fluiditas, mengurangi rentang leleh, dan membantu kemampuan las
Fe	0.4–1.0	Impuritas yang membentuk intermetalik; dikontrol untuk membatasi kehilangan duktilitas
Mn	0.05–0.50	Modifikator struktur butir dan pembentuk dispersi untuk kekuatan dan ketangguhan
Mg	0.15–0.60	Memungkinkan penguatan presipitasi terbatas (kluster Mg-Si) dan meningkatkan kekuatan
Cu	0.02–0.30	Jumlah rendah untuk membantu kekuatan tapi dibatasi agar ketahanan korosi tetap terjaga
Zn	0.02–0.25	Tambahan minor, umumnya dibatasi untuk menghindari kerentanan SCC
Cr	0.01–0.10	Mengendalikan struktur butir dan mengurangi rekristalisasi selama proses
Ti	0.02–0.12	Penghalus butir yang digunakan dalam metalurgi primer untuk mikrostruktur halus
Lainnya	Maks 0.05 (per elemen) / 0.15 total	Termasuk elemen jejak seperti Zr, Sr; dijaga rendah untuk menghindari fase merugikan

Kandungan silikon menentukan banyak perilaku 4028: meningkatkan kemampuan pengecoran serta kompatibilitas logam pengisi las sekaligus mengurangi rentang pembekuan. Magnesium dan mangan bekerja sinergis untuk memungkinkan pengerasan penuaan sedang serta menghaluskan mikrostruktur hasil proses, sementara besi dan impuritas lain harus dikontrol ketat agar tidak menghasilkan intermetalik kasar yang mengurangi duktilitas dan umur lelah.

Sifat Mekanik

Dalam perilaku tarik, 4028 menunjukkan perbedaan mencolok antara temper annealed dan yang sudah penuaan. Kondisi annealed (O) menghasilkan kekuatan tarik dan yield rendah dengan elongasi tinggi, memudahkan proses deep drawing dan pembentukan kompleks; temper penuaan (T5/T6) menghasilkan selisih yield-tensil yang lebih rapat dan kekuatan ultimit lebih tinggi cocok untuk komponen struktural.

Kekuatan luluh meningkat signifikan dengan perlakuan larutan dan penuaan buatan, biasanya mencapai 60–70% dari kekuatan tarik ultimit dalam kondisi seperti T6. Performa lelah dipengaruhi oleh kondisi permukaan dan pengerasan dingin; bagian yang dipoles dan dihantamkan butiran (shot-peened) menunjukkan batas kelelahan yang lebih baik, sementara intermetalik kasar dari Fe tinggi dapat menjadi titik inisiasi retakan.

Kekerasan berkorelasi dengan temper; bagian annealed lunak dan mudah dikerjakan dengan mesin, sedangkan permukaan T6 mencapai angka Brinell atau Vickers lebih tinggi sesuai dengan peningkatan kerapatan dislokasi dan penguatan presipitat. Ketebalan mempengaruhi baik respon pengerasan maupun laju quenching selama perlakuan larutan, sehingga bagian dengan ketebalan lebih dari beberapa milimeter memerlukan siklus termal terkontrol agar sifat homogen tercapai.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (T6/T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	95–140 MPa	210–270 MPa	Nilai T6 tergantung ketebalan penampang dan kurva penuaan
Kekuatan Luluh	35–60 MPa	140–200 MPa	Kekuatan luluh meningkat pesat dengan penuaan buatan
Elongasi	20–30%	8–12%	Elongasi menurun seiring kenaikan kekuatan
Kekerasan (HB)	25–40 HB	60–90 HB	Kekerasan mengikuti kekuatan tarik dan mempengaruhi kelancaran mesin

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Kepadatan	2.70–2.73 g/cm³	Tipikal untuk paduan aluminium, rasio kekuatan terhadap berat baik
Rentang Leleh	~570–640 °C	Paduan menurunkan dan memperlebar interval leleh dibandingkan Al murni
Konduktivitas Termal	120–150 W/m·K	Lebih rendah dari Al murni; silikon dan paduan mengurangi konduktivitas sedikit
Konduktivitas Listrik	~28–42 % IACS	Tergantung temper dan paduan; lebih rendah dari Al murni atau seri 1xxx
Kalor Jenis	~900 J/kg·K	Kalor jenis aluminium umumnya, berguna untuk manajemen panas
Koefisien Ekspansi Termal	22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Sejalan dengan paduan aluminium lain; penting untuk desain sambungan logam berbeda

Sifat fisik 4028 membuatnya menjadi pilihan yang baik untuk komponen yang membutuhkan pengelolaan panas dan konstruksi ringan. Konduktivitas termalnya cukup untuk aplikasi heat sink, sedangkan konduktivitas listriknya berkurang dibandingkan Al murni sehingga jarang digunakan di aplikasi yang memerlukan konduktivitas maksimum.

Ekspansi termal dan rentang leleh harus dipertimbangkan dalam perakitan las dan proses suhu tinggi. Toleransi desain untuk ekspansi diferensial dan kontrol akurat laju pemanasan/pendinginan selama perlakuan panas diperlukan untuk menghindari distorsi.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0.2–6.0 mm	Seragam melalui proses rolling; kemampuan bentuk baik pada O/T4	O, H14, T4, T5	Sering digunakan untuk parts stamping dan housing
Pelat	6–50 mm	Efisiensi quench lebih rendah; memerlukan siklus perlakuan larutan lebih lama	O, T4, T6 (terbatas)	Penampang berat perlu penuaan khusus untuk mencapai sifat target
Ekstrusi	Profil hingga 200 mm	Kekuatan dan stabilitas dimensi baik setelah penuaan	O, T5, T6	Silikon membantu fluiditas ekstrusi dan hasil permukaan
Tabung	Ketebalan dinding 0.5–10 mm	Perilaku mirip lembaran; bending dan hydroforming pada kondisi annealed	O, H24, T6	Umum untuk komponen chassis dan conduit
Batang	Ø3–100 mm	Mudah dikerjakan mesin pada kondisi O; batang penuaan dipakai untuk fittings	O, T6	Ditarik dan diluruskan untuk parts presisi

Lembaran dan ekstrusi mendapat manfaat dari keseimbangan fluiditas dan kekuatan paduan; parts tipis dapat diperlakukan larutan dan didinginkan cepat untuk respons penuaan lebih baik. Pelat tebal memerlukan siklus perlakuan larutan lebih panjang dan quenching terkontrol untuk menghindari kelembutan garis tengah dan sifat tidak merata.

Profil ekstrusi memanfaatkan silikon untuk mengurangi keausan cetakan dan meningkatkan hasil permukaan, sementara tabung dan batang sering disuplai dalam kondisi anil untuk pembentukan atau dalam temper usia untuk komponen mekanis. Pemilihan rute pemrosesan memengaruhi mikrostruktur akhir dan harus disesuaikan dengan geometri komponen serta set properti yang dibutuhkan.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	4028	USA	Penunjukan industri untuk varian mikro-paduan wrought 4xxx
EN AW	AlSi1MgMn	Eropa	Dasar kimia setara perkiraan; kode temper regional berlaku
JIS	A4028 (perkiraan)	Jepang	Penunjukan lokal bervariasi; siklus perlakuan panas disesuaikan secara regional
GB/T	4028	Tiongkok	Sering diproduksi dengan kimia serupa namun dengan toleransi manufaktur lokal

Standar regional mungkin menggunakan konvensi penomoran paduan dan toleransi yang berbeda, sehingga substitusi langsung memerlukan verifikasi rentang kimia tepat dan jaminan sifat mekanik. Perbedaan kecil dalam batas impuritas, praktik pemurnian butir, dan elemen jejak yang diperbolehkan dapat memengaruhi masa lelah dan kemampuan las, maka referensi silang teknik harus mencakup lembar spesifikasi dan data uji.

Ketahanan Korosi

Dalam lingkungan atmosferik, 4028 menunjukkan ketahanan korosi umum yang baik, mendapat keuntungan dari kandungan silikon dan tembaga rendah yang mengurangi potensial galvanik terhadap lingkungan kaya klorida. Oksida pelindung terbentuk dengan mudah, dan paduan ini tahan terhadap penipisan seragam di bawah kondisi paparan luar ruangan biasa.

Lingkungan laut membawa risiko korosi pitting dan korosi celah, terutama di zona stagnasi atau di mana klorida terkonsentrasi. Paduan ini lebih tahan dibandingkan paduan berbasis tembaga tetapi memerlukan perlakuan permukaan atau pelapis korban untuk layanan jangka panjang di bawah air atau area percikan.

Kerentanan terhadap retak korosi tegangan (SCC) rendah dibandingkan dengan paduan seri 2xxx atau 7xxx dengan kekuatan tinggi, karena tegangan sisa moderat dan kandungan tembaga dan seng terbatas. Namun, rakitan las dengan tegangan tarik sisa dan heterogenitas metalurgi harus dirancang dan diproses dengan hati-hati untuk meminimalkan risiko SCC.

Interaksi galvanik harus diperhatikan ketika menggabungkan 4028 dengan logam mulia seperti baja tahan karat atau tembaga; isolasi atau anoda korban dapat mengurangi korosi yang dipercepat. Dibandingkan dengan paduan seri 5xxx (kaya Mg), 4028 umumnya menawarkan kemampuan las lebih baik dan ketahanan korosi atmosferik serupa tetapi mungkin sedikit lebih rentan terhadap pitting klorida lokal.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Las

4028 sangat baik dilas dengan proses fusi standar seperti TIG dan MIG, serta mudah digabungkan dengan paduan pengisi Al-Si (misalnya ER4043 atau ER4047). Kecenderungan retak panas rendah karena silikon mempersempit rentang pembekuan, tetapi pemilihan pengisi yang salah atau desain sambungan yang buruk masih dapat menghasilkan porositas dan pelunakan HAZ. Input panas harus dikendalikan untuk membatasi penuaan berlebih HAZ atau hilangnya sifat mekanik di sekitar las.

Kemudahan Mesin

Paduan memiliki kemudahan mesin sedang hingga baik dalam kondisi anil, dengan performa yang meningkat ketika sejumlah kecil bahan penguat kemudahan mesin bebas timbal hadir dalam beberapa varian komersial. Alat carbide dengan sudut positive rake dan pendingin yang memadai memberikan kontrol serpihan dan hasil permukaan yang konsisten. Kecepatan potong yang direkomendasikan bersifat sedang; peningkatan laju makan mengurangi built-up edge tetapi dapat meningkatkan kekasaran permukaan jika tidak dioptimalkan.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk sangat baik pada temper O, memungkinkan penekanan kompleks, pencetakan dalam, dan operasi hidroforming dengan radius tajam. Saat kekuatan meningkat dengan temper H dan T, radius lentur minimum dan springback juga bertambah; bagian T6 biasanya memerlukan flensa dan radius yang lebih besar. Untuk operasi pembentukan bertingkat, pre-aging pada T4 yang diikuti aging akhir dapat digunakan untuk menyeimbangkan kemampuan bentuk dan sifat akhir.

Perilaku Perlakuan Panas

4028 adalah paduan setengah dapat diperlakukan panas: perlakuan solusi terkontrol diikuti dengan quenching cepat dan penuaan buatan menghasilkan peningkatan kekuatan yang signifikan. Perlakuan solusi biasanya dilakukan pada suhu 510–540 °C tergantung ketebalan bagian untuk melarutkan fase yang dapat larut, dilanjutkan dengan quench air untuk mempertahankan larutan padat jenuh lebih.

Penuaan buatan umum dilakukan pada suhu 160–190 °C selama 4–10 jam untuk mempresipitasi klaster Mg-Si halus dan dispersoid Si; kurva penuaan sensitif terhadap ketebalan bagian dan penuaan berlebih akan mengurangi kekuatan serta meningkatkan keuletan. T5 (didinginkan dari suhu tinggi dan dipenuai buatan) adalah opsi produksi yang ramah ketika perlakuan solusi penuh tidak praktis.

Untuk temper dan anil tingkat bengkel, temper O dicapai dengan pemanasan pada ~370–400 °C untuk peredaan tegangan atau pelunakan diikuti pendinginan terkontrol dalam tungku. Penguatan kerja tetap menjadi metode efektif untuk penegasan kekuatan jika perlakuan panas tidak tersedia, terutama pada temper seri H.

Performa Suhu Tinggi

Kekuatan operasional mulai menurun di atas kira-kira 120–150 °C karena stabilitas presipitat menurun dan interaksi dislokasi-presipitat melemah. Untuk layanan kontinu, perancang biasanya membatasi 4028 di bawah 150 °C untuk mempertahankan sebagian besar kekuatan pada suhu ruang.

Ketahanan oksidasi serupa dengan paduan Al lainnya; lapisan oksida pelindung terbentuk cepat dan membatasi degradasi lebih lanjut pada suhu tinggi di atmosfer non-agresif. Paparan berkepanjangan di atas 200 °C mempercepat pembesaran fase penguat dan dapat menyebabkan pelunakan permanen serta perubahan dimensi, terutama pada penampang tipis di mana creep menjadi signifikan.

HAZ las sangat rentan kehilangan kekuatan saat terpapar suhu tinggi pasca-las; penuaan pasca-las yang sesuai atau perlakuan solusi plus penuaan dapat disyaratkan untuk mengembalikan sifat sesuai kebutuhan desain.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 4028
Otomotif	Panel bodi dalam, braket pemasangan	Kemampuan bentuk baik pada temper O dan kekuatan lebih tinggi pada T5/T6 untuk struktur sambungan
Maritim	Braket, housing, trim	Ketahanan klorida memadai dan kemampuan las sangat baik dengan pengisi Al-Si
Dirgantara	Fitting sekunder, saluran udara	Rasio kekuatan-terhadap-berat menguntungkan dan ektrudabilitas baik untuk profil kompleks
Elektronik	Heat sink, housing	Konduktivitas termal dan stabilitas dimensi cukup setelah penuaan

4028 sering dispesifikasikan ketika kebutuhan manufaktur dan kemampuan las bersinggungan dengan tuntutan performa mekanis lebih tinggi daripada yang bisa dipenuhi paduan wrought biasa. Sifat seimbangnya memungkinkan penggunaan di berbagai sektor transportasi dan industri yang membutuhkan kekuatan sedang, perilaku korosi baik, dan kemudahan fabrikasi sekaligus.

Wawasan Pemilihan

Pilih 4028 ketika desain membutuhkan kekuatan lebih baik daripada aluminium murni komersial (1100) sambil tetap mempertahankan kemampuan bentuk substansial dan kemampuan las superior. Dibandingkan 1100, 4028 mengorbankan sedikit konduktivitas listrik dan termal tetapi memperoleh kekuatan tarik dan luluh yang jauh lebih tinggi.

Dibanding paduan yang sering dikeraskan kerja seperti 3003 atau 5052, 4028 memberikan kekuatan lebih tinggi dalam kondisi usia dan ketahanan korosi atmosfer yang sebanding, meskipun mungkin sedikit kurang toleran terhadap kerusakan di lingkungan klorida yang sangat agresif. Dibanding paduan dapat perlakuan panas umum seperti 6061/6063, 4028 menawarkan kemampuan las dan perilaku ekstrusi/formasi berbasis silikon yang lebih baik dengan biaya kekuatan puncak maksimum yang dapat dicapai.

Untuk pengadaan, prioritaskan 4028 ketika alur kerja fabrikasi termasuk pengelasan fusi dengan paduan pengisi Al-Si, ketika kualitas permukaan ekstrusi penting, atau ketika paduan setengah dapat perlakuan panas mempermudah produksi tanpa memerlukan siklus perlakuan panas kekuatan tertinggi.

Ringkasan Penutup

Paduan 4028 menempati ceruk praktis di antara paduan aluminium dengan menggabungkan manufaktur berbasis silikon dengan penambahan magnesium terkontrol untuk menghasilkan material setengah dapat perlakuan panas yang menyeimbangkan kemampuan bentuk, kemampuan las, ketahanan korosi, dan kekuatan sedang-tinggi. Paduan ini tetap relevan ketika perancang menginginkan keandalan manufaktur dan performa layanan tanpa biaya atau masalah SCC yang terkait dengan paduan berbasis tembaga atau seng dengan kekuatan lebih tinggi.