Aluminium 413: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

Paduan aluminium 413 adalah anggota seri 4xxx, keluarga yang ditandai dengan silikon sebagai elemen paduan utama. Seri ini biasanya menekankan pada peningkatan aliran cair, pengurangan rentang leleh, dan peningkatan ketahanan aus daripada kekuatan tinggi melalui perlakuan panas.

413 terutama diperkuat oleh efek larutan padat dari silikon dan pengerasan kerja; ini bukan paduan yang dapat diperlakukan secara konvensional dengan perlakuan panas seperti keluarga 6xxx atau 7xxx. Tambahan paduan khas selain silikon meliputi jumlah terkendali besi, mangan, dan elemen jejak untuk menyesuaikan kemampuan pengecoran, kekuatan, dan kemudahan pemesinan.

Karakteristik utama 413 meliputi kekuatan sedang, ketahanan korosi yang baik di banyak lingkungan atmosfer dan lingkungan yang sedikit agresif, kemampuan las yang sangat baik, dan kemampuan bentuk yang cukup baik dalam temper lunak. Sifat-sifat ini membuatnya menarik dalam industri yang memerlukan penyambungan dan pembentukan yang dapat diandalkan dengan performa mekanik yang wajar, seperti struktur sekunder otomotif, perangkat keras konsumen, dan beberapa perlengkapan kelautan.

Para engineer memilih 413 dibanding paduan lain ketika dibutuhkan kombinasi kemudahan pengelasan, perilaku termal yang terprediksi dalam penyambungan, dan proses manufaktur yang efektif biaya (pembentukan, pemesinan, pengelasan) tanpa biaya tinggi atau risiko distorsi yang terkait dengan paduan pengerasan presipitasi. Stabilitasnya di zona terdampak panas dan kesesuaian dengan metalurgi pengisi sering menjadi alasan pemilihan untuk rakitan las dan komponen brazing.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Regangan	Kemampuan Bentuk	Kemudahan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Sangat Baik	Sangat Baik	Sepenuhnya annealed, duktilitas maksimum untuk pembentukan
H14	Sedang	Sedang	Baik	Sangat Baik	Pengerasan kerja parsial, umum untuk lembaran
H18	Tinggi (dikeraskan dingin)	Rendah	Buruk	Sangat Baik	Dikeraskan dingin berat untuk peningkatan luluh
T4*	Rendah-Sedang	Sedang	Baik	Sangat Baik	Bukan perlakuan panas konvensional; temper alami setelah perlakuan larutan pada varian khusus
T5/T6/T651	Tidak umum diterapkan	T/A	Terbatas	Sangat Baik	Penandaan perlakuan panas biasanya tidak efektif untuk seri 4xxx; respons mekanik terbatas
Custom Hx/Tx	Variabel	Variabel	Variabel	Sangat Baik	Banyak lot komersial diberi temper khusus untuk kebutuhan ekstrusi atau brazing

413 terutama adalah paduan yang tidak dapat diperlakukan secara panas, sehingga temper biasanya merujuk pada derajat pengerasan dingin (nomor H) dan temper komersial khusus yang disesuaikan untuk pembentukan atau pemesinan. Temper O dan H ringan lebih disukai untuk pembentukan kompleks, sementara temper H lebih tinggi menukar kemampuan bentuk dengan peningkatan kekuatan luluh dan kekakuan.

Karena fase kaya silikon dapat mengendap selama siklus termal, penuaan buatan tipe T5/T6 konvensional memberikan penguatan minimal; rute proses khusus (pendinginan terkontrol setelah perlakuan larutan atau perlakuan termomekanik yang disesuaikan) kadang digunakan tapi kurang umum dalam praktik umum.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	4.5–6.5	Elemen paduan utama yang memberikan pengurangan rentang leleh, peningkatan aliran cair, dan penguatan larutan padat
Fe	0.4–1.2	Impuritas umum; membentuk intermetalik yang memengaruhi pengecoran dan kemudahan pemesinan
Mn	0.1–0.6	Membantu mengontrol struktur butir dan dapat meningkatkan kekuatan serta ketahanan korosi
Mg	0.05–0.40	Jumlah kecil; dapat memengaruhi kekuatan dan permukaan akhir tapi dijaga rendah agar kemudahan las tidak terganggu
Cu	0.05–0.25	Jumlah terbatas untuk menghindari penurunan ketahanan korosi; meningkatkan kekuatan jika ada
Zn	0.05–0.30	Biasanya rendah; zinc berlebih dapat mengurangi ketahanan korosi
Cr	0.03–0.20	Penambahan jejak untuk menstabilkan mikrostruktur dan membatasi pertumbuhan butir saat pengolahan
Ti	0.01–0.15	Penghalus butir pada pengecoran dan ekstrusi untuk meningkatkan sifat mekanik
Lainnya	0.05–0.50	Meliputi elemen jejak dan impuritas (V, Zr, Sr); penambahan terkendali untuk menyesuaikan kemampuan pengecoran dan mikrostruktur

Balance paduan adalah aluminium, dan rentang komposisi di atas merupakan formulasi komersial umum untuk paduan 4xxx tipe tempa dan cor yang berlabel 413. Silikon mendominasi performa dengan menurunkan rentang leleh/pembekuan dan meningkatkan ketahanan aus. Elemen minor (Mn, Cr, Ti) diperkenalkan untuk mengontrol ukuran butir, memodifikasi morfologi intermetalik, dan meningkatkan kekuatan atau kemudahan pemesinan tanpa merusak kemudahan las atau ketahanan korosi secara signifikan.

Sifat Mekanik

Dalam perilaku tarik, 413 biasanya menunjukkan kekuatan tarik ultimit yang sedang dengan elongasi wajar dalam kondisi annealed dan penurunan duktilitas seiring peningkatan pengerasan dingin. Kekuatan luluh meningkat dengan temper H, sementara ketangguhan dan elongasi menurun sebagai konsekuensinya. Respons pengerasan kerja dapat diprediksi dan digunakan untuk mencapai kekuatan target pada komponen yang dibentuk atau ditarik.

Kekerasan terkait dengan temper: material temper O menunjukkan nilai Brinell atau Vickers yang lebih rendah, sedangkan temper H14–H18 meningkatkan kekerasan melalui multiplikasi dislokasi. Performa kelelahan cenderung memadai untuk beban siklik tidak kritis; namun, konsentrator tegangan dan kondisi permukaan berperan besar dalam masa pakai dibandingkan paduan pengerasan panas berdaya tinggi. Ketebalan memengaruhi sifat mekanik melalui laju pendinginan pada pengecoran/ekstrusi dan kemampuan pengerasan dingin; bagian yang lebih tebal umumnya menunjukkan kekuatan efektif dan duktilitas lebih rendah akibat mikrostruktur yang lebih kasar.

Perancang harus mengantisipasi kurva tegangan-regangan yang halus dengan nilai eksponen pengerasan regang sedang dan pertukaran jelas antara kekuatan dan kemampuan bentuk saat naik ke penandaan temper H yang lebih tinggi.

Properti	O/Annealed	Temper Utama (misalnya H14/H18)	Catatan
Kekuatan Tarik	~120–190 MPa	~180–260 MPa	Rentang tipikal tergantung ketebalan, proses dan komposisi tepat
Kekuatan Luluh	~60–120 MPa	~140–220 MPa	Kekuatan luluh meningkat signifikan dengan pengerasan dingin
Regangan	~20–35%	~3–12%	Annealed menunjukkan duktilitas tinggi; pengerasan berat mengurangi regangan
Kekerasan	~30–55 HB	~60–95 HB	Kekerasan naik seiring bertambahnya pengerasan dingin dan paduan

Sifat Fisik

Properti	Nilai	Catatan
Density	2.65–2.70 g/cm³	Tipikal untuk paduan aluminium; sedikit bervariasi dengan tambahan paduan
Rentang Leleh	~570–650 °C	Silikon menurunkan solidus dan mempersempit rentang pembekuan dibanding Al murni
Konduktivitas Termal	120–160 W/m·K	Lebih rendah dari Al murni namun masih tinggi; baik untuk aplikasi penyebaran panas
Konduktivitas Listrik	~30–45 % IACS	Lebih rendah dari aluminium komersial murni akibat paduan; memadai untuk beberapa penggunaan penghantar atau penyambungan
Kalor Spesifik	~0.88–0.92 J/g·K	Nilai kalor spesifik aluminium tipikal yang digunakan untuk perhitungan massa termal
Ekspansi Termal	22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Mirip banyak paduan tempa; penting untuk siklus termal dan kontrol dimensi

Sifat fisik menempatkan 413 dalam kategori paduan aluminium serba guna: ringan dengan konduktivitas termal tinggi relatif terhadap baja dan banyak paduan, namun konduktivitas listrik berkurang dibanding seri 1xxx. Perilaku termal selama pengelasan dan brazing menguntungkan karena silikon mengurangi rentang leleh dan menurunkan kerawanan retak panas pada banyak proses sambungan.

Perancang harus mempertimbangkan ekspansi termal dan konduktivitas saat menggabungkan komponen 413 dengan material berbeda; konduktivitas termal tinggi paduan ini membuatnya berguna untuk dissipasi panas dimana kekuatan sedang dapat diterima.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Pelat Tipis (Sheet)	0.3–6.0 mm	Seragam; kekuatan bervariasi dengan pengerjaan dingin	O, H14, H18	Banyak digunakan untuk panel berbentuk dan rakitan las
Pelat Tebal (Plate)	6–150 mm	Produktivitas lebih rendah pada bagian tebal; struktur mikro lebih kasar	O, light H	Pelat tebal mungkin memerlukan proses khusus untuk mengendalikan ukuran butir
Ekstrusi	Profil hingga beberapa meter	Dapat diproduksi dalam berbagai bentuk penampang; kekuatan melalui tempering	O, Hxx	Ekstrudabilitas baik berkat silikon; pemurnian butir penting
Tabung (Tube)	Diameter luar dari kecil hingga besar	Kekuatan bergantung pada ketebalan dinding dan pengerjaan	O, H14	Umum untuk tubing struktural dan header penukar panas brazed
Batang / Rod	Diameter hingga ~200 mm	Kekuatan meningkat dengan penarikan dingin (cold drawing)	O, H	Digunakan untuk komponen hasil mesin dan pengikat pada aplikasi non-kritis

Pelat tipis dan produk ketebalan kecil adalah bentuk pengiriman yang paling umum untuk 413, memungkinkan operasi stamping dan deep-drawing. Produk pelat tebal dan ekstrusi memerlukan perhatian pada riwayat termal; solidifikasi kaya silikon dan intermetalik dapat menghasilkan fase kasar pada bagian tebal yang mempengaruhi ketangguhan dan kemampuan mesin.

Ekstrusi mendapat keuntungan dari fluiditas silikon tetapi sering kali memerlukan pemurnian butir (penambahan Ti, B) dan pendinginan yang cermat untuk mencapai kinerja mekanik yang konsisten sepanjang profil.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	413	USA	Penunjukan untuk varian komersial paduan seri 4xxx yang ditempa; komposisi dapat berbeda antar pemasok
EN AW	tidak ada setara tunggal langsung	Eropa	Tidak ada penunjukan EN AW tunggal yang pas; perilaku mirip keluarga EN AW-4043/4047 pada beberapa atribut
JIS	tidak ada setara tunggal langsung	Jepang	Standar JIS biasanya tidak mencantumkan setara langsung 413; perbandingan harus berdasarkan komposisi
GB/T	tidak ada setara tunggal langsung	China	Standar China mungkin menawarkan komposisi serupa 4xxx tetapi kesetaraan satu lawan satu jarang terjadi

Tidak ada referensi silang yang mutlak tepat untuk 413 di banyak standar internasional karena paduan keluarga 4xxx sering diformulasikan untuk aplikasi spesifik (pengisi las, paduan brazing, penggunaan ditempa). Ketika melakukan substitusi, engineer harus membandingkan komposisi detail dan tabel sifat mekanik bersertifikat daripada hanya mengandalkan label grade numerik. Perbedaan kecil dalam komposisi, terutama kandungan silikon dan besi, dapat mengubah perilaku peleburan dan performa zona terpengaruh panas (HAZ) saat pengelasan.

Ketahanan Korosi

413 menunjukkan ketahanan korosi atmosfer umum yang baik mirip dengan banyak paduan seri 4xxx, didukung oleh lapisan oksida aluminium yang alami melindungi dan tingkat impuritas berbahaya yang relatif rendah. Dalam lingkungan yang moderat agresif, paduan ini berperforma baik, tetapi kondisi laut yang kaya klorida memerlukan desain hati-hati untuk menghindari pitting lokal, terutama jika terjadi kopling galvanik dengan logam lebih mulia.

Dalam aplikasi kelautan, 413 dapat digunakan untuk fitting struktural dengan pengenaan toleransi korosi, pelapisan, atau anoda korban; kandungan silikonnya biasanya tidak secara signifikan mengurangi ketahanan korosi dibandingkan dengan paduan magnesium seri 5000. Kerentanan terhadap retak korosi tegangan (SCC) rendah dibandingkan dengan paduan seri 2xxx dan 7xxx berdaya tahan tinggi, tetapi tegangan residual dan lekukan dapat menyebabkan kegagalan lokal jika beban siklik dan lingkungan korosif bersamaan.

Interaksi galvanik harus diperhatikan: saat dipasang dengan baja tahan karat atau paduan tembaga, 413 akan bertindak sebagai anod dan korosi akan terjadi preferensial kecuali secara elektrik diisolasi atau dilindungi. Dibandingkan dengan paduan kerja keras 1xxx/3xxx, 413 menawarkan kompromi formabilitas dengan stabilitas suhu tinggi yang lebih baik pada sambungan las dan ketahanan aus lebih baik pada aplikasi kontak.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Las

413 sangat dapat dilas dengan metode pengelasan fusi konvensional (TIG, MIG/GMAW) dan sering dipilih ketika diperlukan perilaku fusi yang sangat baik dan kecenderungan retak panas yang rendah. Silikon menurunkan rentang leleh dan meningkatkan fluiditas kolam las; logam isi yang sesuai dengan paduan dasar atau pengisi seri 4xxx umumnya direkomendasikan. Risiko retak panas rendah dibandingkan dengan paduan tinggi tembaga atau seng, tetapi pemilihan pengisi harus mempertimbangkan layanan sambungan dan masalah korosi. Zona terpengaruh panas (HAZ) dapat mengalami pelunakan terbatas tergantung tingkat pengerjaan dingin sebelumnya; untuk toleransi struktural, finishing mekanik pasca-las atau relief tegangan mungkin diperlukan.

Kemampuan Mesin

Kemampuan mesin 413 sedang dan umumnya lebih baik daripada banyak paduan cor kaya silikon; memproduksi hasil mesin bersih dalam kondisi annealed dan temper H sedang dengan peralatan dan kecepatan yang tepat. Peralatan carbide disarankan untuk produksi berkelanjutan, dengan kecepatan potong sedang dan geometri rake positif untuk mengendalikan formasi cip. Intermetalik kaya silikon dapat menyebabkan keausan abrasif pada tepi potong, sehingga bahan dan pelapis alat harus dipilih untuk mengelola umur alat. Hasil akhir permukaan dan toleransi dapat sangat baik dengan pengaturan umpan dan pendinginan yang terkontrol.

Kemampuan Bentuk

Formabilitas terbaik dalam kondisi temper O atau H ringan dan menurun seiring peningkatan pengerjaan dingin. Radius tekuk 1–2× ketebalan dapat dicapai pada pelat annealed untuk bengkokan sederhana; operasi stamping atau deep drawing lebih kompleks memerlukan desain die dan kontrol pelumasan hati-hati untuk menghindari retak permukaan akibat fase kaya silikon. Pembentukan dingin meningkatkan kekuatan melalui pengerasan regangan dan merupakan cara umum untuk mencapai sifat mekanik lebih tinggi pada komponen berbentuk.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan seri 4xxx, 413 pada dasarnya tidak dapat diperlakukan panas untuk pengerasan presipitasi konvensional. Percobaan perlakuan larutan dan penuaan buatan menghasilkan kenaikan kekuatan minimal dibandingkan dengan paduan 6xxx dan 7xxx. Ketika pemrosesan termomekanik khusus diterapkan (pendinginan terkendali dari suhu hampir leleh atau quenching semprot khusus), peningkatan kecil dapat dicapai, tetapi ini bukan rute produksi standar.

Pengerasan kerja adalah metode utama untuk meningkatkan kekuatan: penggilingan dingin, penarikan, dan pembengkokan secara andal meningkatkan kekuatan luluh dan tarik, serta pemilihan temper didasarkan pada derajat deformasi. Annealing mengembalikan paduan ke kondisi O, mengembalikan keuletan dan memperbaiki formabilitas; siklus annealing tipikal serupa dengan paduan Al lain tetapi harus menghindari pertumbuhan butir berlebihan dengan pengendalian suhu dan waktu.

Kinerja Suhu Tinggi

413 mengalami penurunan kekuatan progresif saat suhu naik di atas kira-kira 100–150 °C, dengan batas layanan praktis umumnya dipertahankan di bawah ~150 °C untuk aplikasi penahan beban. Oksidasi pada suhu tinggi dibatasi oleh lapisan oksida aluminium pelindung, tetapi paparan lama pada suhu tinggi mempercepat pembesaran partikel kaya silikon yang didorong difusi dan mengurangi performa mekanik.

Pada rakitan las, zona terpengaruh panas dapat menunjukkan pelunakan dan pembesaran lokal, terutama pada area yang sebelumnya mengalami pengerjaan dingin; perancang harus mempertimbangkan pengurangan kekuatan HAZ dalam desain sambungan las. Untuk layanan suhu tinggi berkelanjutan atau paparan termal siklik, paduan dari seri lain (misalnya 2xxx/7xxx berdaya tahan tinggi dengan perlakuan panas khusus atau paduan Al suhu tinggi) lebih disarankan.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 413
Otomotif	Panel struktural sekunder, braket las	Kemampuan las baik, kekuatan cukup, pembentukan hemat biaya
Kelautan	Braket, komponen rigging	Ketahanan korosi dan kemudahan fabrikasi; stabilitas HAZ baik
Aerospace	Fitting non-kritis, penutup	Rasio kekuatan-terhadap-berat yang baik dan kemampuan las untuk struktur sekunder
Elektronik	Penyebar panas, housing	Konduktivitas termal dan formabilitas untuk chassis dan enclosure
Barang Konsumer	Panel peralatan, rangka	Perimbangan formabilitas, kemampuan finishing, dan biaya

413 umumnya ditentukan ketika diperlukan set sifat mekanik kelas menengah dan perilaku manufaktur yang dapat diandalkan (pengelasan, pembentukan). Kombinasi perilaku termal dan peleburan yang didukung silikon serta respons pengerasan kerja yang terprediksi menjadikannya pilihan serbaguna untuk banyak aplikasi struktural non-kritis dan enclosure.

Perancang sering memanfaatkan kemampuan las dan kemampuan mesinnya untuk menyederhanakan perakitan dan mengurangi total langkah manufaktur dibandingkan dengan paduan pengerasan presipitasi yang lebih kompleks.

Wawasan Pemilihan

413 adalah pilihan logis ketika kemampuan las dan formabilitas baik dalam temper lunak diprioritaskan dibandingkan kekuatan puncak. Dibandingkan dengan aluminium murni (1100), 413 menukar sedikit konduktivitas listrik dan formabilitas sedikit menurun untuk kekuatan jauh lebih tinggi dan perilaku aus lebih baik; gunakan 1100 ketika konduktivitas dan ketahanan korosi tanpa tuntutan kekuatan adalah prioritas utama.

Dibandingkan dengan paduan yang umum mengalami pengerasan kerja seperti 3003 dan 5052, 413 biasanya memiliki kekuatan yang sedikit lebih tinggi pada kondisi temper tertentu dengan mempertahankan ketahanan korosi yang serupa atau sedikit lebih rendah; pilih 5052 untuk ketahanan korosi air laut yang superior dan 3003 untuk kemampuan pembentukan yang sangat baik jika konduktivitas dan penggabungan kurang kritis. Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas seperti 6061 dan 6063, 413 lebih disukai ketika proses pengelasan dan stabilitas HAZ (Heat Affected Zone) lebih diutamakan daripada kebutuhan akan sifat penguatan puncak lewat presipitasi; 6061 akan memberikan kekuatan maksimum yang lebih baik tetapi mungkin memerlukan pengelolaan termal yang lebih kompleks selama pengelasan.

Pilih 413 ketika proses produksi menekankan pada perakitan yang dilas, brazing, atau pembentukan ekstensif dengan kebutuhan akan paduan kekuatan sedang yang ekonomis dan mampu menoleransi siklus termal tanpa menyebabkan distorsi atau kerapuhan HAZ yang sering terjadi pada beberapa paduan berkuat tinggi.

Ringkasan Penutup

Aluminium 413 tetap relevan sebagai paduan seri 4xxx yang praktis yang menyeimbangkan kemampuan las yang baik, kemampuan pembentukan yang baik dalam kondisi anil, dan kekuatan mekanik moderat untuk berbagai aplikasi industri. Karakteristik lebur dan termal yang didorong oleh kandungan silikon mempermudah proses penggabungan dan pemrosesan, sementara pengerasan dingin yang terkendali memungkinkan perancang untuk menyesuaikan kekuatan tanpa harus menggunakan perlakuan panas presipitasi. Ketika pengorbanan teknik lebih mengutamakan kemudahan manufaktur, stabilitas HAZ, dan efektivitas biaya dibandingkan kekuatan puncak absolut, 413 adalah pilihan material yang dapat diandalkan.