Aluminium 4030: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Lengkap

4030 adalah paduan aluminium-seri silikon yang termasuk dalam keluarga 4xxx dari paduan Al-Si, dengan karakteristik utama silikon sebagai elemen paduan dominan yang dilengkapi dengan kadar tembaga, magnesium sedang, dan unsur transisi jejak. Klasifikasi 4xxx menandakan paduan yang dirancang untuk peningkatan ketahanan aus, kompatibilitas brazing, dan pengendalian ekspansi termal dibandingkan aluminium murni, dengan 4030 ditempatkan untuk aplikasi yang memerlukan keseimbangan kemampuan pengecoran, ke-mesin-an, dan kekuatan sedang.

Penguatan utama paduan ini berasal dari silikon dalam larutan padat dan dari intermetalik yang mengandung silikon yang terbentuk selama pembekuan terkontrol dan perlakuan panas berikutnya; tergantung pada komposisi kimia yang tepat, 4030 dapat diperlakukan dengan penuaan buatan (proses tipe T5/T6) untuk meningkatkan kekuatan, sementara banyak temper komersial memanfaatkan pengerasan bentuk dan gabungan larutan-penuaan. Ciri utama termasuk kekuatan tarik sedang hingga tinggi dalam kondisi puncak penuaan, stabilitas termal baik untuk aplikasi gesekan atau bantalan suhu tinggi, ketahanan korosi yang memadai dalam lingkungan atmosfer, dan kemampuan las yang cukup baik jika dipadukan dengan logam pengisi yang sesuai.

Industri khas yang menggunakan komposisi seperti 4030 meliputi otomotif (piston, liner silinder, komponen klep), struktur sekunder dan fitting dirgantara, peralatan kelautan, dan komponen industri di mana konduktivitas termal dan ketahanan aus dibutuhkan bersamaan dengan berat yang lebih ringan. Engineer memilih 4030 ketika diperlukan ke-mesin-an yang menghasilkan serpihan, ekspansi termal terkontrol, dan kompromi antara kemampuan bentuk tempa dan ke-mesin-an ala pengecoran dibandingkan alternatif yang lebih mengutamakan konduktivitas atau kekuatan maksimum.

Dibandingkan dengan paduan yang hanya mengalami pengerasan kerja atau paduan 6xxx yang dapat diberi perlakuan panas, 4030 dipilih ketika stabilitas dimensi yang dipengaruhi oleh silikon, ekspansi termal lebih rendah, dan peningkatan ketahanan aus atau anti-jamming menjadi penting; ini lebih disukai dibanding paduan 7xxx yang lebih kuat saat ketahanan korosi dan ke-mesin-an harus dipertahankan.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Regangan	Keformalan	Ke-las-an	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Sangat Baik	Sangat Baik	Kondisi fully annealed untuk duktibilitas maksimum
H14	Sedang	Rendah–Sedang	Baik	Baik	Pengerasan bentuk satu langkah, sering digunakan untuk bagian berbentuk
T5	Sedang–Tinggi	Sedang	Cukup	Baik	Penuaan buatan setelah ekstrusi atau pendinginan cepat; jalur cepat ke kekuatan
T6	Tinggi	Rendah–Sedang	Terbatas	Baik	Perlakuan larutan panas dan penuaan buatan hingga kekuatan hampir puncak
T651	Tinggi	Rendah–Sedang	Terbatas	Baik	Larutan panas, pengurangan tegangan dengan peregangan, lalu penuaan
H111 / H112	Sedang	Sedang	Baik	Baik	Temper relaxasi yang menyeimbangkan keformalan dan kekuatan sedang

Pemilihan temper mengendalikan keseimbangan duktibilitas, kekuatan, dan ke-mesin-an pada 4030. Temper annealed (O) dan temper ringan seri H memaksimalkan keformalan untuk proses deep drawing dan bending; kondisi ini digunakan saat operasi pembentukan lanjutan mendominasi rantai proses.

Varian T5/T6/T651 digunakan saat diperlukan kekuatan statis dan kelelahan lebih tinggi, dengan T6 memberikan kekuatan puncak tertinggi dengan kompromi penurunan regangan dan batas pembentukan yang lebih ketat. Temper seri H menawarkan solusi menengah dimana beberapa pembentukan dibutuhkan tanpa anneal penuh.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	8.5–11.5	Elemen paduan utama yang mengendalikan perilaku pencairan, stabilitas dimensi dan ketahanan aus
Fe	0.2–1.0	Kotoran khas; membentuk intermetalik yang mempengaruhi kemampuan pengecoran dan ke-mesin-an
Mn	0.05–0.50	Mengontrol struktur butir dan dapat sedikit meningkatkan kekuatan melalui dispersoid
Mg	0.1–0.8	Mendukung penguatan presipitasi jika dikombinasikan dengan Cu; meningkatkan kekuatan dan kekerasan
Cu	0.1–1.0	Menaikkan kekuatan dan ke-mesin-an namun dapat menurunkan ketahanan korosi jika kadar tinggi
Zn	0.02–0.30	Minor; dapat hadir sebagai residu dari proses peleburan
Cr	0.02–0.25	Mengontrol rekristalisasi, meningkatkan performa HAZ dan stabilitas butiran
Ti	0.01–0.15	Penghalus butir pada produk cor dan tempa; memperbaiki keseragaman mekanik
Lainnya	Seimbang Al (~ sisa)	Unsur jejak dan inklusi terkait proses; total residu tak ditentukan biasanya dibatasi

Komposisi 4030 dioptimalkan sekitar kandungan silikon untuk menghasilkan pembekuan terkontrol dan ekspansi termal rendah sambil mempertahankan ke-mesin-an yang baik. Penambahan paduan seperti Mg dan Cu memberikan kendali untuk pengerasan presipitasi pada temper yang dirancang untuk kekuatan lebih tinggi, sementara kadar kecil Mn, Cr, dan Ti menyesuaikan struktur butir, perilaku rekristalisasi, dan stabilitas HAZ saat pengelasan dan pemrosesan termal.

Sifat Mekanik

Dalam perilaku tarik, 4030 memperlihatkan jendela performa yang luas yang dikontrol oleh temper: stok yang annealed menunjukkan regangan tinggi dan kekuatan luluh rendah, sementara temper buatan atau larutan-penuaan memberikan kekuatan luluh dan tarik yang jauh lebih tinggi. Rasio yield-to-tensile meningkat pada kondisi penuaan puncak, dengan penurunan duktibilitas dan sensitivitas lebih tinggi terhadap konsentrator tegangan dan lekukan pada kondisi penuaan.

Kekerasan sangat berkorelasi dengan temper dan perlakuan panas; material annealed memiliki nilai Brinell/Vickers rendah yang cocok untuk pembentukan, sementara kondisi tipe T6 menaikkan kekerasan ke rentang yang sesuai dengan komponen bantalan dan aus. Performa kelelahan diuntungkan dari butiran silikon halus dan tersebar merata serta morfologi intermetalik yang terkontrol; struktur silikon eutektoid ala pengecoran kasar dapat menjadi sumber inisiasi retak di bawah beban siklik jika tidak dikontrol dengan tepat.

Ketebalan mempengaruhi sifat mekanik melalui laju pendinginan selama pemrosesan dan kemampuan mencapai larutan penuh serta respons penuaan pada varian yang dapat diberi perlakuan panas. Bagian yang lebih tebal bisa mempertahankan fase silikon dan intermetalik yang lebih kasar, menyebabkan performa tarik dan kelelahan sedikit lebih rendah dibanding bagian tipis yang diperlakukan dengan spesifikasi temper sama.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (T6 / T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	~110–140 MPa	~260–320 MPa	Nilai T6 tergantung pada kandungan Mg/Cu dan profil penuaan
Kekuatan Luluh	~40–70 MPa	~210–270 MPa	Kekuatan luluh lebih tinggi pada kondisi penuaan, pengaruh pengerasan kerja pada temper H
Regangan	~20–30%	~6–12%	Regangan menurun dengan pengerasan penuaan dan kekerasan lebih tinggi
Kekerasan (HB)	~35–45 HB	~85–110 HB	Kekerasan berkorelasi dengan ke-mesin-an dan ketahanan aus

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Kepadatan	~2.68 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al-Si; sedikit lebih rendah daripada banyak baja untuk kekuatan spesifik tinggi
Rentang Leleh	~570–640 °C	Paduan kaya silikon menunjukkan rentang pembekuan luas; titik eutektik sekitar 577 °C
Konduktivitas Termal	~110–140 W/m·K	Menurun dibandingkan aluminium murni akibat paduan; masih sangat baik untuk penukar panas
Konduktivitas Listrik	~30–45 %IACS	Paduan, terutama Si dan Cu, menurunkan konduktivitas dibanding aluminium murni
Kalor Jenis	~0.88–0.92 J/g·K	Memiliki kapasitas termal baik; relevan untuk perhitungan manajemen termal
Ekspansi Termal	~22–24 µm/m·K	Lebih rendah dibanding banyak paduan aluminium lain karena kandungan Si; menguntungkan untuk komponen dengan fitting ketat

Profil sifat fisik 4030 ditentukan oleh kandungan silikon yang menurunkan ekspansi termal dan meningkatkan stabilitas dimensi selama siklus termal dibandingkan paduan dengan kadar silikon lebih rendah. Konduktivitas termal dan listrik berkurang dibanding aluminium kemurnian komersial namun masih cukup tinggi untuk banyak aplikasi perpindahan panas dan listrik dengan tuntutan performa mekanik juga.

Perilaku leleh dan pembekuan memengaruhi praktik pengecoran dan pengelasan; rentang leleh yang luas dan eutektik silikon dapat meningkatkan fluiditas dan mengurangi penyusutan namun memerlukan perhatian untuk menghindari retak panas dan struktur eutektoid kasar pada bagian tebal.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis (Sheet)	0.2–6.0 mm	Seragam di seluruh ketebalan pada ukuran tipis; responsif terhadap T5/T6	O, H14, T5, T6	Digunakan untuk panel terbentuk, pelindung panas, dan struktur berdinding tipis
Plat Tebal (Plate)	6–50 mm	Bagian tebal menunjukkan homogenitas penuaan yang berkurang; struktur mikro lebih kasar	O, T6, T651	Komponen struktural dan pelat tahan aus yang memerlukan ketebalan
Ekstrusi	Profil hingga beberapa meter	Stabilitas dimensi baik; presipitasi pada temper yang dapat dikeraskan	T5, T6, H112	Profil kompleks untuk rel termal dan kerangka struktural
Tabung	OD 6–200 mm	Perilaku tergantung ketebalan dinding; kemudahan pemesinan baik	O, H111, T6	Tabung penukar panas, komponen hidrolik
Batang/Rod	Ø3–100 mm	Keunggulan dalam pemesinan; dapat diproses solution-aged untuk kekuatan lebih tinggi	O, H14, T6	Fitting hasil mesin, poros, pengikat

Rute pemrosesan (rolling plat, ekstrusi, forging) memengaruhi struktur mikro dan performa: produk tempa seperti ekstrusi dan plat hasil rolling biasanya memiliki dispersi silikon yang lebih halus dibandingkan coran, meningkatkan umur lelah dan keseragaman kekuatan. Produk plat dan bagian tebal sering membutuhkan perlakuan panas yang dimodifikasi untuk memastikan pelarutan dan penetrasi penuaan yang cukup.

Pemilihan aplikasi menentukan bentuk produk: plat tipis digunakan saat pembentukan dan hasil permukaan penting, ekstrusi untuk profil presisi, dan batang/rod untuk komponen dengan intensitas pemesinan tinggi. Setiap bentuk membatasi pilihan temper dan proses pasca-pengolahan.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	4030	USA	Penamaan komersial umum untuk varian tempa/coran di Amerika Utara
EN AW	4030 (jika digunakan)	Eropa	Beberapa rantai pasok memakai EN AW-4032 atau EN AW-4045 sebagai alternatif dekat jika 4030 tidak tercantum
JIS	A4030*	Jepang	Penamaan regional bervariasi; periksa lembar spesifikasi kimia dan mekanik untuk kecocokan langsung
GB/T	4030*	China	Standar lokal mungkin tidak mencantumkan ekuivalen langsung; terdekat sering adalah grade Al-Si-Mg seperti 4032

Ekuivalen langsung mungkin tidak tersedia di setiap sistem standar; spesifikasi regional sering menggunakan substitusi kimia yang mirip seperti 4032 atau 4045 yang berbeda sedikit dalam kandungan Si, Cu, atau Mg. Engineer harus membandingkan komposisi rinci dan sifat mekanik/termal yang dibutuhkan daripada hanya bergantung pada label grade saat mengganti material lintas standar dan wilayah.

Jika diperlukan kesetaraan yang tepat, tinjau lembar data material lengkap dan minta sertifikasi sampel (analisis kimia dan laporan uji mekanik) dari pemasok untuk memastikan kesetaraan sesuai kondisi proses dan penggunaan yang dimaksud.

Ketahanan Korosi

Dalam lingkungan atmosfer, 4030 memberikan ketahanan korosi sedang yang dipengaruhi oleh matriks kaya silikon dan kadar tembaga yang relatif rendah bila ditentukan; lapisan oksida pelindung terbentuk dengan mudah dan menyediakan pasivasi untuk penggunaan umum. Korosi lokal dapat terjadi di lingkungan kaya klorida jika kandungan tembaga tinggi atau jika ada pasangan galvani dengan material yang jauh lebih mulia.

Dalam paparan laut atau kondisi salinitas tinggi, 4030 bekerja cukup baik untuk banyak aplikasi struktural dan perangkat keras namun tidak setahan paduan magnesium seri 5xxx yang kaya magnesium atau paduan seri 6xxx yang diperlakukan khusus dengan lapisan pelindung. Ketahanan terhadap korosi celah dan pitting berkurang dimana eutektik silikon seperti coran menciptakan situs mikrogalvani, sehingga desain dan finishing permukaan yang cermat penting untuk penggunaan laut.

Sensitivitas terhadap retak korosi tegangan umumnya rendah dibandingkan paduan 7xxx berdaya tahan tinggi, tetapi temper penuaan dengan kekuatan luluh lebih tinggi menunjukkan sensitivitas lebih pada mekanisme embrittlement pada rakitan yang mengalami tegangan tarik dan residual. Interaksi galvani mendukung pemakaian 4030 bersama paduan aluminium serupa atau menggunakan penghalang isolasi bila dikombinasikan dengan baja tahan karat atau tembaga untuk menghindari korosi lokal yang dipercepat.

Dibandingkan dengan keluarga paduan lainnya, 4030 menukar ketahanan korosi absolut dengan kemudahan pemesinan, kontrol dimensi, dan stabilitas termal yang lebih baik; bila diharapkan paparan logam polos jangka panjang pada elektrolit agresif, paduan alternatif atau sistem pelindung sebaiknya dipertimbangkan.

Properti Fabrikasi

Dapat Dilas

4030 dapat dilas menggunakan proses umum (TIG, MIG, resistance) dengan karakteristik fusi umumnya baik berkat peningkatan fluiditas oleh silikon, namun pemilihan filler weld harus diperhatikan untuk menghindari retak panas dan menjaga ketahanan korosi. Filler yang direkomendasikan adalah kawat berbasis Al-Si atau paduan Al-Mg-Si yang cocok dengan kimia dasar; hindari filler bermetalik tembaga tinggi kecuali desain menerima penurunan ketahanan korosi. Pelemahan zona terdampak panas dapat terjadi pada temper yang dipengeraskan, sehingga perlakuan panas pasca las atau pelunakan mekanis mungkin diperlukan untuk mengembalikan sifat.

Kemudahan Pemesinan

Kemudahan pemesinan 4030 baik dibanding banyak paduan tempa lain karena silikon berkontribusi pada sifat mudah diproses dan pemutusan serpihan; mesin dengan umur alat yang dapat diprediksi menggunakan alat carbide dan pendingin yang sesuai. Praktik pemesinan tipikal menggunakan kecepatan dan kecepatan potong sedang dibanding aluminium murni, dengan perhatian menghindari penumpukan material pada ujung alat; silikon tinggi dapat meningkatkan keausan alat, sehingga sisipan carbide bisa indeks dengan lapisan TiAlN dan geometri tajam direkomendasikan.

Daya Bentuk

Daya bentuk dingin sangat baik pada temper anil (O) dan strain hardening ringan (H), memungkinkan bending, deep drawing, dan stretch forming dengan pantulan pegas yang wajar. Pada temper seperti T6, daya bentuk terbatas dan mungkin memerlukan anil antar-manfaat atau pembentukan hangat untuk menghindari retak; radius lentur minimum yang dapat dicapai tergantung ketebalan dan temper biasanya dalam rentang 1–3× ketebalan untuk temper H dan O, dan lebih besar untuk T6.

Perilaku Perlakuan Panas

Bila 4030 diformulasikan dengan Mg dan Cu yang cukup, dapat merespon perlakuan larutan dan penuaan buatan untuk mengembangkan pengerasan presipitasi (respons tipe T6). Suhu perlakuan larutan umum sekitar 520–540 °C dengan waktu tergantung ketebalan bagian untuk melarutkan fase larut, diikuti oleh pendinginan cepat untuk mempertahankan larutan, kemudian penuaan buatan pada 150–190 °C untuk memproduksi fase penguat. Mencapai sifat seragam pada bagian tebal memerlukan pengaturan kenaikan suhu dan waktu tahan yang terkendali untuk menghindari penuaan berlebih atau pelarutan yang tidak lengkap.

Untuk banyak komposisi komersial 4030, paduan berperilaku sebagai bahan non-heat-treatable atau semi-heat-treatable di mana sebagian besar kekuatan diperoleh melalui pengerasan kerja dan pendinginan terkontrol (T5). Dalam kasus tersebut, temper difokuskan pada pengerasan strain (nomor H) dan anil (O) untuk mereset keuletan sebelum operasi pembentukan. Pelepasan tegangan dengan penuaan suhu rendah atau peregangan (tipe T651) digunakan untuk mengurangi distorsi pada komponen hasil mesin presisi tinggi.

Siklus pelunakan biasanya dilakukan pada ~350–400 °C dengan pendinginan lambat untuk memastikan rekristalisasi dan homogenisasi distribusi silikon; ini memulihkan daya bentuk tetapi mengurangi kekuatan dan kekerasan untuk proses selanjutnya. Jendela perlakuan panas harus divalidasi untuk kimia pemasok dan bentuk produk spesifik karena sensitivitas morfologi silikon terhadap riwayat termal.

Performa Suhu Tinggi

4030 mempertahankan integritas mekanik hingga suhu kerja sedang, tetapi seperti kebanyakan paduan aluminium, kekuatan menurun secara signifikan di atas ~150–200 °C tergantung temper dan paduan. Untuk aplikasi yang melibatkan suhu kontinu tinggi, ketahanan terhadap creep terbatas dan perancang harus mengantisipasi penurunan kekuatan luluh serta peningkatan regangan creep seiring waktu.

Oksidasi minimal dibandingkan paduan ferrous, tetapi paparan jangka panjang pada suhu tinggi dapat memperbesar presipitat dan fase silikon, menurunkan ketangguhan dan ketahanan lelah. Efek zona terdampak panas pada struktur las dapat menghasilkan zona lunak lokal yang menjadi titik awal deformasi suhu tinggi jika tegangan residual tersisa ada.

Untuk lonjakan suhu tinggi sementara, matriks kaya silikon memberikan stabilitas dimensi lebih baik dibanding banyak paduan Al-Mg, tetapi untuk operasi kontinu mendekati rentang leleh atau siklus berulang mendekati suhu penuaan, pemilihan paduan refractory atau lapisan pelindung disarankan.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa 4030 Digunakan
Otomotif	Piston, komponen katup, bracket ringan	Stabilitas dimensi, ketahanan aus, dan kemampuan mesin untuk produksi volume tinggi
Kelautan	Fitting struktural, rumah pompa	Kinerja korosi yang baik dengan kekuatan sedang dan ekspansi termal rendah
Dirgantara	Fitting sekunder, bracket, aktuator	Rasio kekuatan terhadap berat dan stabilitas termal yang menguntungkan untuk kondisi layanan
Elektronik	Heat sink, bingkai termal	Kombinasi konduktivitas termal dan kemampuan mesin untuk komponen presisi

4030 diterapkan ketika diperlukan keseimbangan antara kemampuan mesin, perilaku aus, dan kontrol dimensi termal. Kombinasi stabilitas berbasis silikon pada paduan ini serta kemampuannya untuk disediakan dalam berbagai temper membuatnya menarik untuk komponen yang memerlukan toleransi geometris presisi setelah proses mesin dan di mana siklus termal terjadi.

Wawasan Pemilihan

Pilih 4030 saat Anda membutuhkan titik tengah antara kemampuan bentuk, kemampuan mesin, dan kekuatan yang dapat diperlakukan panas secara moderat, terutama di mana ekspansi termal rendah dan peningkatan ketahanan aus menjadi keuntungan. Ini adalah pilihan praktis untuk bagian yang diproses mesin dengan stabilitas termal yang tidak dapat menerima konduktivitas lebih rendah atau biaya lebih tinggi dari paduan khusus.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), 4030 mengorbankan sedikit konduktivitas dan kemampuan pembentukan maksimum tetapi mendapatkan kekuatan dan ketahanan aus yang signifikan, memungkinkan komponen fungsional hasil mesin daripada bagian yang hanya bersifat pelindung atau berlapis. Jika dibandingkan dengan paduan work-hardened seperti 3003 atau 5052, 4030 biasanya menawarkan kekuatan lebih tinggi dan kontrol dimensi termal yang lebih baik dengan ketahanan korosi yang serupa atau sedikit berkurang. Dibandingkan dengan paduan heat-treatable umum seperti 6061/6063, 4030 sering lebih disukai ketika stabilitas termal berbasis silikon, ekspansi rendah, dan kemampuan mesin superior lebih penting daripada kekuatan puncak mutlak; pilih 6061 ketika diperlukan kekuatan perlakuan panas maksimum dan penggunaan struktural luas.

Ringkasan Penutup

4030 tetap relevan di mana perancang menginginkan kompromi antara performa machining, stabilitas dimensi termal, dan kekuatan yang dapat digunakan dalam material ringan. Kimia yang berfokus pada silikon memberikan keuntungan praktis untuk bagian otomotif, kelautan, dan industri presisi, dan ketika dipilih dengan temper dan kontrol pemrosesan yang tepat, menawarkan keseimbangan kinerja, biaya, dan kemampuan fabrikasi yang dapat diandalkan.