Aluminium 4047: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Umum Komprehensif

Alloy 4047 adalah anggota seri 4xxx dari paduan aluminium, yang merupakan keluarga paduan dengan silikon sebagai unsur paduan utama. Seri 4xxx secara konvensional digunakan untuk logam pengisi, pengelasan, brazing, dan di mana silikon meningkatkan fluiditas serta mengurangi rentang leleh. 4047 mengandung kandungan silikon yang relatif tinggi (biasanya dalam kisaran persen dua digit), dengan penambahan kecil atau sisa besi, tembaga, mangan, titanium, dan unsur jejak lainnya. Komposisi ini menempatkan 4047 dalam kelas paduan Al-Si yang tidak diperkuat secara konvensional melalui perlakuan panas presipitasi.

Mekanisme penguatan utama pada 4047 bukanlah pengerasan umur; sebaliknya, sifat-sifat dikendalikan oleh mikrostruktur (distribusi partikel Si), struktur cor/ekstrusi, dan pengerjaan dingin jika berlaku. Dalam kondisi anil (annealed), paduan ini relatif lunak dan sangat mudah dibentuk; pengerjaan dingin (temper H) meningkatkan kekuatan dengan mengorbankan keuletan. Ciri utama adalah fluiditas yang sangat baik dan kecenderungan retak panas yang berkurang saat pengelasan atau brazing, ketahanan korosi yang baik yang khas pada paduan Al-Si, serta kemampuan mesin yang wajar dibandingkan dengan paduan aluminium berdaya tahan tinggi.

Industri yang umum menggunakan 4047 antara lain otomotif (sebagai logam pengisi untuk penyambungan dan komponen cor), HVAC dan pendingin (penukar panas dan brazing), bangunan dan fenestrasi (bingkai yang dilas atau dibrazing), serta elektronik (koneksi yang dapat disolder dan beberapa kemasan). Paduan ini sering dipilih dibandingkan paduan aluminium lain saat dibutuhkan logam pengisi dengan rentang leleh rendah, fluiditas tinggi, atau matriks kaya silikon untuk menghindari retak panas las atau memperbaiki aliran pengisi dalam proses brazing. Desainer memilih 4047 ketika kompatibilitas pengelasan, performa brazing, atau sifat khusus logam pengisi menjadi kebutuhan utama, bukan kekuatan struktural maksimal.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Regangan	Formabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Baik Sekali	Baik Sekali	Kondisi anil penuh; terbaik untuk pembentukan dan stok logam pengisi brazing
H14	Sedang	Rendah–Sedang	Cukup	Baik Sekali	Dikeraskan secara strain hingga kondisi setengah keras untuk kekakuan meningkat
H18	Sedang–Tinggi	Rendah	Terbatas	Sangat Baik	Dikeraskan secara strain sampai keras penuh untuk kekuatan pengerjaan dingin maksimum
H32	Sedang	Sedang	Baik	Baik Sekali	Dikeraskan dan distabilkan; menyeimbangkan kekuatan dan keuletan
F	Variabel	Variabel	Variabel	Baik Sekali	Sebagaimana diproduksi atau dicor; sifat tergantung pada proses
ER4047 (logam pengisi)	Dirancang untuk aliran, bukan kekuatan tinggi	Tidak Berlaku	Tidak Berlaku	Baik Sekali	Dijual sebagai kawat/pengisi batang untuk aplikasi las dan brazing

Temper sangat mempengaruhi perilaku mekanik 4047 karena paduan ini tidak dapat dikeraskan dengan pengerasan umur (age hardening); pengerasan kerja dan kontrol mikrostruktur adalah kendali utama. Bahan anil (O) menunjukkan keuletan dan formabilitas tertinggi dan lebih disukai untuk proses pembentukan dan sebagai logam pengisi brazing; temper H meningkatkan kekuatan luluh dan tarik melalui pengerjaan dingin namun mengurangi regangan.

Dalam praktiknya, pemilihan temper merupakan kompromi antara formabilitas dan kekuatan untuk setiap tahap fabrikasi. Untuk rakitan las yang memerlukan pembentukan pasca-las, temper O sering dipilih, sementara bagian struktural yang tidak diperlakukan panas dan memerlukan kekakuan lebih tinggi mungkin ditentukan dalam temper H14 atau H18.

Komposisi Kimia

Unsur	Rentang %	Catatan
Si	11.0–13.5	Unsur paduan utama; menurunkan rentang leleh dan meningkatkan fluiditas
Fe	≤ 0.95	Impuritas umum; membentuk intermetalik yang dapat mempengaruhi ketangguhan
Mn	≤ 0.20	Penambahan minor; dapat memurnikan butiran dan menstabilkan mikrostruktur
Mg	≤ 0.05	Hampir tidak ada; kontribusi kecil terhadap kekuatan lewat presipitasi
Cu	≤ 0.30	Jumlah kecil dapat sedikit meningkatkan kekuatan namun mengurangi ketahanan korosi
Zn	≤ 0.10	Impuritas minor; bukan penambah kekuatan sengaja
Cr	≤ 0.05	Unsur jejak; dapat menghambat pertumbuhan butiran pada kondisi cor
Ti	≤ 0.10	Penghalus butir dalam stok cor/ekstrusi
Lainnya (masing-masing)	≤ 0.05	Unsure residual; total lainnya ≤ 0.15

Fraksi silikon yang tinggi mendefinisikan kinerja paduan: silikon membentuk fase kedua tersebar (eutektiik dan silikon primer) yang mengontrol mikrostruktur cor, fluiditas, dan karakteristik solidifikasi. Besi dan residu lain menghasilkan partikel intermetalik yang dapat menjadi titik inisiasi retak saat beban siklis atau pengerjaan mesin jika tidak dikontrol dengan baik. Karena magnesium dan tembaga berjumlah rendah, 4047 mendapat manfaat minimal dari pengerasan presipitasi, sehingga perancang harus mengandalkan pengerasan kerja dan kontrol mikrostruktur untuk memanipulasi sifat mekanik.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik pada 4047 dikendalikan oleh morfologi silikon dan tingkat pengerjaan dingin daripada pengerasan presipitasi klasik. Dalam kondisi anil, paduan ini menunjukkan kekuatan tarik akhir sedang dan regangan relatif tinggi, membuatnya toleran untuk operasi pembentukan dan penggunaan sebagai logam pengisi pada sambungan las. Pengerjaan dingin secara signifikan meningkatkan kekuatan luluh dan tarik sekaligus mengurangi keuletan; kekuatan praktis tertinggi dicapai pada temper pengerjaan dingin penuh di mana interaksi partikel Si dan pengerasan strain mendominasi.

Kekuatan luluh pada 4047 anil rendah dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas; namun ketangguhan patah pada kondisi ulet tetap memadai untuk banyak aplikasi penyambungan dan non-struktural. Kekerasan sangat berkorelasi dengan temper: bahan anil lunak (Brinell/HV rendah), sedangkan temper H dapat menunjukkan peningkatan kekerasan tergantung pada tingkat pengerjaan dingin. Kinerja lelah sedang; umur lelah sensitif terhadap kondisi permukaan, distribusi partikel Si, dan adanya cacat cor atau klaster intermetalik.

Ketebalan dan geometri penampang mempengaruhi kekuatan yang terukur: lembar tipis dalam temper O akan menunjukkan keuletan nyata lebih tinggi dan kekuatan absolut lebih rendah, sementara penampang cor atau ekstrusi yang lebih tebal mungkin mengandung partikel silikon primer dan porositas yang mengurangi keuletan dan umur lelah. Proses pengelasan dan brazing biasanya menggunakan logam pengisi ER4047 untuk menghasilkan sambungan dengan ketangguhan baik dan meminimalkan retak panas, meskipun mikrostruktur lokal di HAZ harus dipertimbangkan untuk aplikasi siklis atau beban tinggi.

Sifat	O/Anil	Temper Kunci (mis. H14/H18)	Catatan
Kekuatan Tarik	~60–110 MPa	~120–170 MPa	Nilai bergantung pada pengerjaan dingin dan penampang; rentang teknik luas ditunjukkan
Kekuatan Luluh	~25–50 MPa	~90–140 MPa	Kekuatan luluh meningkat signifikan pada temper pengerasan strain
Regangan	~10–25%	~2–8%	Keuletan menurun saat temper meningkat; temper O terbaik untuk pembentukan
Kekerasan	~20–35 HB	~35–70 HB	Kekerasan meningkat dengan pengerjaan dingin dan dispersi Si

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Kepadatan	2.67 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al-Si; sedikit lebih rendah daripada banyak bahan ferrous
Rentang Leleh	Solidus ~555–565 °C; Liquidus ~615–625 °C	Silikon memperlebar rentang solidifikasi dibandingkan aluminium murni
Konduktivitas Termal	~120–160 W/m·K	Menurun dibandingkan aluminium murni karena silikon dan intermetalik; bergantung temper
Konduktivitas Listrik	~30% IACS (≈17–18 MS/m)	Paduan mengurangi konduktivitas dibanding aluminium murni
Kalor Jenis	~900 J/kg·K	Tipikal untuk paduan aluminium pada suhu ambient
Ekspansi Termal	~21–24 µm/m·K	Koefisien mirip paduan Al lain; bervariasi sedikit dengan kandungan Si

Kepadatan dan kalor jenis 4047 hampir sama dengan paduan aluminium lain, yang membuatnya menarik ketika bobot dan kapasitas termal menjadi pertimbangan desain. Konduktivitas termal menurun dibanding aluminium murni tetapi tetap tinggi dibandingkan sebagian besar logam struktural, menjadikan 4047 berguna pada aplikasi yang memerlukan perpindahan panas dengan logam pengisi rentang leleh rendah.

Perilaku leleh/solidifikasi merupakan karakteristik utama: rentang leleh yang menurun dan peningkatan fluiditas akibat kandungan silikon tinggi dimanfaatkan dalam proses brazing dan perbaikan. Konduktivitas listrik lebih rendah dari aluminium murni komersial namun masih dapat diterima ketika konduktivitas sedang dibutuhkan bersamaan dengan kinerja penyambungan yang baik.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis (Sheet)	0,3–6,0 mm	Kekuatan lebih rendah pada O; temper H tersedia	O, H14, H32	Sering digunakan untuk stok brazing dan fabrikasi ringan
Plat	>6 mm	Kekuatan tergantung pada pengerjaan dan ukuran penampang	O, F	Penampang tebal dapat mengembangkan silikon primer dan porositas pada pengecoran
Ekstrusi	Profil hingga beberapa meter	Kekuatan dipengaruhi oleh sejarah ekstrusi/penuaaan	O, H32, H14	Digunakan untuk profil kompleks dan kompatibilitas filler
Tabung	OD 6 mm–200 mm	Serupa dengan plat tipis; ketebalan dinding memengaruhi sifat	O, H18	Tabung biasanya disuplai dalam kondisi annealed untuk pembentukan dan pembengkokan
Batang/Kawat	Diameter 1–25 mm	Sering dijual sebagai kawat atau batang filler	F, O, ER4047	Umum sebagai kawat las/brazing (ER4047) dengan kandungan Si terkontrol untuk aliran

Bentuk produk memengaruhi mikrostruktur dan respon mekanik: komponen cor dapat mengandung fase silikon primer dan intermetalik yang tidak ditemukan pada plat dan ekstrusi yang dikerjakan. Bentuk plat dan ekstrusi lebih uniform dan dapat mengalami pengerasan regangan ke temper H untuk kekuatan tambahan. Bentuk kawat/batang filler (ER4047) diproses khusus untuk memastikan konsistensi kimia dan perilaku leleh dalam operasi penyambungan.

Pemilihan bentuk produk bergantung pada keseimbangan kebutuhan formabilitas, ketebalan penampang (yang memengaruhi pendinginan dan segregasi Si), serta apakah penggunaan utama adalah struktural atau sebagai material filler dalam penyambungan. Proses fabrikasi seperti bending, punching, dan pengelasan memiliki temper dan ketebalan awal yang disarankan untuk meminimalkan cacat.

Grade Setara

Standar	Grade	Region	Catatan
AA	4047	USA	Penamaan Aluminum Association yang umum digunakan untuk filler dan stok paduan
EN AW	4047	Eropa	Sering disebut sebagai EN AW-4047 untuk ekuivalen bentuk maupun filler
JIS	A4047 / A4047S	Jepang	Penamaan filler/kawat dalam JIS untuk consumables brazing dan pengelasan
GB/T	4047	China	Standar China menyediakan klasifikasi paduan dan kimia serupa

Perbedaan antar standar biasanya subtil dan terkait batas impuritas, variasi lot yang diizinkan, serta persyaratan pemrosesan spesifik bentuk. Untuk consumables las dan brazing, standar regional dapat menetapkan rentang Si atau kontrol residu sedikit berbeda untuk mengoptimalkan aliran dan meminimalkan porositas. Selalu periksa lembar spesifikasi lengkap (batas kimia, persyaratan mekanik, dan sertifikasi) saat mengganti grade antar regional.

Ketahanan Korosi

Dalam lingkungan atmosfir, 4047 umumnya menunjukkan ketahanan korosi yang baik berkat lapisan oksida aluminium pelindung dan kandungan silikon yang tidak meningkatkan pitting secara signifikan. Paduan ini berkinerja baik di lingkungan luar ruangan sedang, dan perilaku anodiknya mirip banyak paduan aluminium yang tidak banyak mengandung Mg atau Cu. Korosi lokal dapat terjadi di lokasi dengan gugus intermetalik atau porositas pengecoran namun lebih ringan dibanding paduan tinggi tembaga.

Perilaku di lingkungan laut dapat diterima untuk banyak aplikasi namun tidak sekuat paduan seri 5xxx khusus laut (mengandung magnesium) yang dioptimalkan untuk layanan air asin. Untuk aplikasi terbenam atau zona percikan, perancang harus mempertimbangkan proteksi korban, pelapis, atau menggunakan paduan berbeda jika eksposur jangka panjang terhadap air laut diharapkan. Interaksi galvanik mengikuti konvensi aluminium normal: jika dipasangkan dengan logam lebih mulia (baja tahan karat, tembaga), aluminium akan korosi terlebih dahulu kecuali terisolasi secara elektrik atau terlindungi.

Sifat rentan retak korosi tegangan rendah pada paduan kaya silikon dan tidak dapat perlakuan panas seperti 4047 dibandingkan paduan Al-Zn-Mg kekuatan tinggi. Namun, tegangan sisa dari pengelasan, pengerjaan dingin, dan cacat permukaan dapat memengaruhi performa jangka panjang di bawah kondisi tarik dan korosif. Dibanding keluarga paduan umum, 4047 menawarkan kemampuan las dan brazing lebih baik namun ketahanan pitting sedikit lebih rendah di lingkungan klorida dibanding paduan laut khusus.

Sifat Fabrikasi

Ke-mudah-lasan (Weldability)

4047 banyak digunakan sebagai paduan filler (ER4047) karena kandungan silikon tinggi menurunkan suhu leleh dan meningkatkan fluiditas, sehingga mengurangi potensi retak panas pada banyak logam dasar aluminium. Sangat cocok sebagai filler untuk paduan seri 6xxx dimana filler kaya silikon mengurangi retak solidifikasi las. Proses pengelasan umum termasuk TIG dan MIG/GMAW dengan kawat ER4047, serta aplikasi brazing/soldering yang memerlukan rentang leleh terkendali. Risiko retak panas lebih rendah dibanding filler lain, namun segregasi Si berlebihan atau penyambungan kurang presisi dapat menyebabkan fase rapuh atau porositas; persiapan sambungan dan kecepatan las yang tepat sangat penting.

Ke-mudahan-mesin (Machinability)

Ke-mudahan-mesin 4047 sedang: partikel silikon keras dapat meningkatkan keausan alat dibanding aluminium murni namun memperbaiki pemutusan serbuk dibanding paduan lunak. Alat karbida dan geometri tajam disarankan untuk operasi kecepatan tinggi atau pemberian umpan tinggi. Kecepatan potong bisa lebih tinggi dari logam ferrous namun agak rendah dibanding kecepatan tinggi mesin aluminium lembar. Pendingin dan evakuasi serbuk penting untuk menghindari terbentuknya lapisan paduan pada alat dan pengerasan permukaan. Bentuk cor atau ekstrusi dengan silikon primer kasar lebih abrasif dan memerlukan penggantian alat lebih sering dibanding lembar tempa butir halus.

Formabilitas

Formabilitas sangat baik dalam kondisi annealed (O), dengan kelenturan dan ketarikanyang baik untuk plat dan penampang dinding tipis. Radius minimum pembengkokan bergantung pada temper dan ketebalan; pada temper O aturan umum adalah 2–3× ketebalan material untuk pembengkokan V biasa, sementara temper H memerlukan radius lebih besar dan mungkin retak pada bengkokan tajam. Pembentukan dingin menyebabkan pengerasan regangan, sehingga anneal antar tahap digunakan pada pengerjaan berulang. Untuk pelaksanaan pembentukan berat, pilih temper O dan kontrol radius cetakan serta pelumasan untuk menghindari retak permukaan di sekitar partikel silikon.

Perilaku Perlakuan Panas

4047 diklasifikasikan sebagai paduan non-heat-treatable dalam arti bahwa proses larutan dan penuaaan konvensional tidak menghasilkan penguatan presipitasi berarti. Upaya perlakuan panas tipe T6 memberikan manfaat sangat kecil karena kandungan paduan (Mg, Cu) tidak cukup untuk membentuk presipitasi penguat. Perlakuan larutan dan penuaan buatan tidak secara nyata mengubah sifat mekanik selain homogenisasi mikrostruktur dan mereduksi segregasi pengecoran.

Annealing adalah proses termal utama: anneal penuh biasanya dilakukan pada suhu tinggi (misal, 350–420 °C tergantung penampang dan spesifikasi) diikuti pendinginan terkontrol untuk mengembalikan keuletan dan melunakkan temper pengerasan regangan. Perlakuan stabilisasi (misal, H32) dapat digunakan untuk meminimalkan efek penuaaan alami atau mengatur keseimbangan kekuatan dan keuletan yang dapat diprediksi. Untuk aplikasi filler dan pengelasan, pengaturan panas saat penyambungan lebih penting daripada perlakuan panas pasca-las karena sifat paduan terutama ditentukan oleh mikrostruktur dan pengerasan pekerjaan.

Performa Suhu Tinggi

Pada suhu tinggi, 4047 mengalami penurunan kekuatan progresif seperti paduan aluminium lain; penurunan signifikan kekuatan luluh dan tarik terjadi pada suhu sekitar 150–200 °C ke atas. Ketahanan creep terbatas dibanding paduan suhu tinggi khusus, sehingga 4047 tidak direkomendasikan untuk layanan beban tinggi berkepanjangan pada suhu elevasi. Oksidasi terbatas oleh pembentukan film oksida aluminium, namun paparan suhu tinggi lama di atmosfer oksidatif dapat memperburuk penampilan permukaan dan integritas sambungan.

Pada sambungan las, perilaku HAZ umumnya tidak bermasalah karena paduan tidak mengalami pengerasan presipitasi, tetapi pelunakan dan pematangan mikrostruktur dapat terjadi akibat paparan panas lama. Untuk brazing dan proses penyambungan suhu rendah, 4047 tampil baik, namun perancang harus menghindari operasi di dekat rentang lelehnya atau lingkungan dengan siklus termal berulang yang bisa menyebabkan pematangan butir atau kerapuhan terkait fase kaya silikon.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 4047
Otomotif	Penukar panas brazed, filler untuk pengelasan komponen bodi	Filler dengan fluiditas sangat baik dan mengurangi hot-cracking untuk operasi penyambungan
HVAC / Refrigerasi	Evaporator dan kondensor (brazed)	Rentang leleh rendah dan aliran baik untuk pembuatan sambungan brazed
Bangunan / Fenestrasi	Rangka jendela dan pintu yang dilas	Kelasan baik dan ketahanan korosi untuk rakitan fabrikasi
Elektronika	Sambungan yang dapat disolder, beberapa komponen penyebar panas	Konduktivitas termal yang baik dan sifat filler untuk penyambungan
Manufaktur Umum	Kawat/rod filler untuk perbaikan dan fabrikasi aluminium	ER4047 tersedia luas sebagai filler dengan perilaku leleh yang dapat diprediksi

4047 sangat berharga terutama saat kualitas sambungan dan perilaku filler menjadi prioritas. Kombinasi kandungan silikon tinggi, aliran baik, dan sensitivitas rendah terhadap hot-cracking membuat paduan ini menjadi pilihan utama bagi produsen penukar panas, rakitan brazed, serta bengkel perbaikan/pengelasan yang membutuhkan kinerja filler yang andal. Penggunaannya sebagai paduan struktural terbatas dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas, sehingga perannya sering bersifat pelengkap dalam rakitan multi-material.

Wawasan Pemilihan

Pilih 4047 ketika performa penyambungan atau brazing dan kemampuan alir menjadi persyaratan utama dibandingkan kekuatan struktural puncak. Ini adalah pilihan filler default saat mengelas logam dasar seri 6xxx untuk mengurangi hot-cracking atau ketika filler kaya silikon meningkatkan kualitas sambungan.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (misalnya 1100), 4047 menukar sebagian konduktivitas listrik dan kemampuan pembentukan dasar dengan fluiditas yang lebih baik saat meleleh dan perilaku filler unggul untuk operasi brazing dan pengelasan. Dibandingkan dengan paduan kerja keras seperti 3003 atau 5052, 4047 menawarkan kekuatan struktural serupa atau sedikit lebih rendah tetapi kompatibilitas las/brazing yang lebih baik dan sensitivitas hot-cracking lebih rendah. Jika dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas seperti 6061/6063, 4047 tidak akan mencapai kekuatan puncak mereka namun lebih disukai saat filler dengan rentang leleh rendah atau paduan kaya silikon dibutuhkan untuk memastikan integritas dan aliran sambungan.

Ringkasan Penutup

Aluminium 4047 tetap relevan sebagai paduan Al-Si khusus yang unggul sebagai filler dan bahan brazing serta pada aplikasi di mana fluiditas yang ditingkatkan oleh silikon dan kecenderungan hot-cracking rendah menjadi kritis. Sifatnya yang tidak dapat diperlakukan panas mengarahkan penggunaannya pada penyambungan, perbaikan, dan bentuk cor atau tempa tertentu daripada peran struktural kekuatan tinggi, menjadikannya solusi praktis dan tersedia luas untuk berbagai tantangan penyambungan dalam manufaktur.