Aluminium 4N01: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

4N01 dikatalogkan dalam keluarga paduan aluminium 4xxx, sebuah kelompok yang terutama ditandai oleh silikon sebagai aditif terkontrol dan paduan yang dirancang untuk kemampuan las yang baik serta stabilitas termal. Dalam praktik industri, 4N01 digunakan sebagai paduan tempa dengan penyesuaian komposisi yang menempatkannya di antara perilaku klasik 3xxx (Al–Mn) dan 4xxx (Al–Si), sehingga menghasilkan keseimbangan antara kemampuan dibentuk, kekuatan sedang, dan performa fabrikasi yang andal.

Elemen paduan utama dalam 4N01 meliputi silikon dan mangan sebagai penambahan sengaja, dengan besi residu dan unsur jejak seperti titanium dan kromium digunakan untuk pengendalian butir dan stabilisasi mikrostruktur. Penguatan dari paduan ini terutama berasal dari efek larutan padat dan pengerasan akibat kerja saat fabrikasi, bukan dari pengerasan presipitasi, sehingga secara fungsional diklasifikasikan sebagai paduan yang tidak dapat diperlakukan dengan panas dan dapat dikeraskan dengan pengerjaan plastis.

Ciri utama 4N01 meliputi kekuatan tarik sedang, ketahanan korosi umum yang baik pada lingkungan atmosfer, kemampuan las yang lebih unggul dibandingkan banyak paduan yang dapat diperlakukan dengan panas, dan kemampuan pembentukan dingin yang sangat baik dalam kondisi anil. Industri tipikal yang menggunakan 4N01 mencakup transportasi (panel bodi dan komponen non-struktural), pelapis bangunan, peralatan ringan, serta beberapa pasar ekstrusi dan pipa di mana kombinasi kemampuan bentuk dan ketahanan korosi diperlukan.

Desainer memilih 4N01 dibandingkan paduan lain ketika suatu komponen membutuhkan kemudahan manufaktur yang baik (deep drawing, hemming, pengelasan) dengan kekuatan sedang dan penghematan berat, dan di mana prioritasnya adalah performa stabil pada rakitan las daripada mencapai kekuatan tertinggi. Paduan ini sering dipilih ketika biaya, ketersediaan, dan perilaku zona terpengaruh panas (HAZ) yang dapat diprediksi selama pengelasan menjadi faktor penting dalam pemilihan.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Bentuk	Ketangguhan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Anil penuh; terbaik untuk deep drawing dan pembentukan
H12	Rendah–Sedang	Sedang	Sangat Baik	Istimewa	Pengerasan parsial melalui penggulungan; mempertahankan duktilitas baik
H14	Sedang	Sedang–Rendah	Baik	Istimewa	Temper komersial umum untuk bagian lembaran penguat
H24	Sedang–Tinggi	Sedang	Baik	Istimewa	Dikeraskan secara kerja dan distabilkan untuk kekuatan yang lebih baik
H32	Sedang	Sedang	Baik	Istimewa	Dikeraskan secara plastis dan distabilkan; tahan terhadap pelunakan
T4 (terbatas)	Sedang	Sedang	Baik	Istimewa	Penuaan alami setelah pelarutan; kegunaan terbatas karena paduan ini umumnya tidak dapat diperlakukan panas

Temper sangat mempengaruhi kompromi antara kekuatan dan duktilitas untuk 4N01 karena paduan ini mengandalkan pengerasan kerja, bukan pengerasan presipitasi. Kondisi anil (O) memberikan kemampuan pembentukan dan penarikan maksimum, sementara temper seri H yang diproduksi oleh pengerjaan dingin terkendali dan stabilisasi meningkatkan kekuatan luluh dan tarik dengan menurunkan elongasi dan kemampuan tekuk ketat.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	0.4–1.0	Silikon meningkatkan fluiditas saat pengecoran dan meningkatkan kemampuan las; kadar sedang mengurangi rentang leleh dan membantu stabilitas zona terpengaruh panas (HAZ).
Fe	0.3–0.8	Besi adalah impuritas umum yang membentuk intermetalik; tingkat Fe tinggi menurunkan duktilitas dan meningkatkan partikel rapuh.
Mn	0.6–1.2	Mangan memberikan penguatan larutan padat dan meningkatkan ketahanan terhadap rekristalisasi dan korosi.
Mg	0.02–0.20	Magnesium dijaga rendah untuk menghindari peningkatan pengerasan penuaan; jejak Mg mempengaruhi kekuatan dan laju pengerasan kerja.
Cu	0.02–0.20	Tembaga biasanya rendah; Cu lebih tinggi meningkatkan kekuatan tetapi dapat menurunkan ketahanan korosi dan kemampuan las.
Zn	0.02–0.20	Seng dibatasi; Zn lebih tinggi sedikit menaikkan kekuatan tetapi dapat mengurangi ketahanan korosi di lingkungan laut.
Cr	0.02–0.15	Kromium digunakan dalam jumlah kecil untuk pemurnian butir dan menekan presipitasi di batas butir.
Ti	0.01–0.10	Titanium berfungsi sebagai de-oksidizer dan pemurni butir; penambahan kecil meningkatkan kemampuan tempa dan mengendalikan inklusi.
Lainnya	≤0.15 (masing-masing)	Unsur jejak seperti Zr, Ni, dan Pb biasanya diminimalkan; total impuritas dibatasi untuk menjaga sifat paduan.

Kimia 4N01 disesuaikan untuk mengutamakan kemampuan bentuk dingin dan kemampuan las sambil memberikan kekuatan sedang melalui kontribusi Mn dan Si. Silikon mempersempit interval pencairan dan membantu dalam konteks pengelasan dan brazing, sedangkan mangan menstabilkan mikrostruktur terhadap pelunakan dan memberikan peningkatan kekuatan tanpa memerlukan siklus perlakuan panas.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik 4N01 sangat bergantung pada temper dan ketebalan, dengan material anil menunjukkan kekuatan luluh rendah dan elongasi tinggi, sedangkan temper H menunjukkan peningkatan kekuatan luluh dan penurunan duktilitas. Nilai kekuatan tarik termasuk sedang dibandingkan paduan yang dapat diperlakukan panas; desainer harus memperhitungkan penurunan duktilitas dan peningkatan elastisitas (springback) saat pengerjaan dingin meningkat.

Kekuatan luluh biasanya rendah dalam kondisi O dan meningkat secara prediktif dengan pengerjaan dingin seri H; paduan menunjukkan respon pengerasan kerja linier hingga tingkat regangan sedang dan kemudian stabilisasi regangan-penuaan. Performa kelelahan cukup untuk beban siklis non-kritis, namun hasil akhir permukaan, tegangan residual dari pembentukan dan pengelasan, serta ketebalan sangat mempengaruhi batas ketahanan.

Kekerasan pada 4N01 relatif rendah pada material anil dan meningkat dengan temper dan pengerjaan dingin; kekerasan berkorelasi dengan peningkatan kekuatan luluh dan tarik dan dapat digunakan sebagai indikator cepat verifikasi temper di lantai produksi. Efek ketebalan signifikan: ketebalan yang lebih tipis cenderung mencapai kekuatan efektif lebih tinggi dalam operasi penggulungan dan pembentukan dan menunjukkan homogenitas quench yang lebih baik selama proses pendinginan cepat.

Properti	O/Anil	Temper Utama (misal H14/H24)	Catatan
Kekuatan Tarik	80–120 MPa	150–220 MPa	Nilai tergantung pada ketebalan dan tingkat pengerjaan dingin; H24 menunjukkan kenaikan signifikan dibandingkan O.
Kekuatan Luluh	30–60 MPa	90–170 MPa	Kekuatan luluh meningkat tajam dengan pengerasan regangan; untuk desain gunakan batas bawah pada bagian tebal.
Elongasi	25–40%	8–20%	Bahan anil sangat duktill; elongasi menurun seiring peningkatan temper.
Kekerasan	20–40 HB	40–75 HB	Kekerasan meningkat dengan temper H; digunakan sebagai metrik QA untuk verifikasi temper.

Sifat Fisik

Properti	Nilai	Catatan
Massa Jenis	2.70 g/cm³	Massa jenis aluminium standar; berguna untuk perhitungan massa dan kekakuan.
Rentang Leleh	~600–660 °C	Paduan memperlebar interval leleh dibanding Al murni; silikon mempersempit rentang solidifikasi.
Konduktivitas Termal	120–150 W/m·K	Konduktivitas termal relatif tinggi; sedikit lebih rendah dari Al murni karena paduan.
Konduktivitas Listrik	~30–45 % IACS	Paduan menurunkan konduktivitas dibanding aluminium murni namun tetap diterima untuk banyak aplikasi listrik.
Kalor Jenis	~0.90 J/g·K	Berfaedah untuk perhitungan transien termal pada aplikasi pembuangan panas.
Ekspansi Termal	23–24 ×10⁻⁶ /K (20–100 °C)	Ekspansi termal aluminium tipikal; penting untuk desain perbedaan ekspansi dengan baja dan komposit.

Sifat fisik ini membuat 4N01 sesuai untuk aplikasi yang membutuhkan transport termal dan massa jenis rendah, tetapi konduktivitas listrik mutlak bukan kriteria dominan. Angka ekspansi termal dan konduktivitas harus diperhitungkan dalam rakitan yang melibatkan material berbeda agar menghindari tegangan termal dan konsekuensi galvanik.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0.2–6 mm	Seragam; kekuatan efektif lebih tinggi pada ketebalan yang lebih tipis	O, H12, H14, H24	Sering digunakan untuk bodi kendaraan, panel, dan fasad.
Plat	6–25 mm	Pengerasan kerja per lapis sedikit lebih rendah; pembatasan lebih besar pada ketebalan melalui arah tebal	O, H32	Digunakan untuk penutup struktural dan komponen fabrikasi dengan ketebalan lebih.
Ekstrusi	Ketebalan dinding 1–20 mm	Kekuatan tergantung pada perlakuan solusi dan peregangan	O, H14, H24	Baik untuk profil kompleks di mana kemampuan las dan kualitas permukaan ekstrusi penting.
Pipa	Ø 6–300 mm	Properti sirkumferensial dipengaruhi oleh proses; tersedia opsi las dan tanpa sambungan	O, H14	Digunakan untuk rumah hidrolik, pipa arsitektural, dan anggota struktural ringan.
Batang/Rod	Ø 3–80 mm	Batang hasil penarikan dingin menunjukkan peningkatan kekuatan melalui pengerasan kerja	H12, H14	Digunakan untuk komponen machining dan fitting yang membutuhkan stabilitas fabrikasi.

Rute pemrosesan sangat mempengaruhi perilaku mekanik akhir: penggilingan lembaran menghasilkan tekstur preferen yang memengaruhi kemampuan bentuk dan kekakuan, sedangkan ekstrusi memanfaatkan panas gesekan dan quenching terkontrol untuk mencapai mikrostruktur yang konsisten. Pilihan fabrikasi — apakah menggunakan pipa las atau profil ekstrusi — bergantung pada toleransi dimensi, kualitas permukaan, dan operasi paska-formasi seperti pengecatan atau anodizing.

Grade Setara

Standar	Grade	Region	Catatan
AA	4N01	USA	Penunjukan komersial yang digunakan untuk pengadaan lokal dan lembar spesifikasi.
EN AW	4xxx (perkiraan)	Eropa	Paduan serupa ada dalam keluarga EN AW 4xxx; referensi silang langsung memerlukan komposisi kimia yang tepat.
JIS	A4xxx (perkiraan)	Jepang	Standar Jepang mencakup paduan Si/Mn serupa; ekivalensi harus diverifikasi melalui komposisi.
GB/T	4N01	China	Penunjukan GB/T China umum dipakai dalam rantai pasokan regional dengan kimia dan temper yang sesuai.

Standar regional dan sistem penomoran tidak selalu satu banding satu; perbedaan kecil dalam batasan impuritas, kadar tembaga maksimum, atau mangan dapat menyebabkan perbedaan bermakna dalam ketahanan korosi dan performa mekanik. Saat mengganti atau menentukan grade setara, engineer harus membandingkan spesifikasi kimia dan mekanik lengkap, definisi temper, dan catatan perlakuan panas dari pemasok, bukan hanya mengandalkan nomenklatur.

Ketahanan Korosi

4N01 umumnya menunjukkan ketahanan yang baik terhadap korosi atmosfer karena lapisan pasif oksida aluminium dan efek stabilisasi mangan terhadap serangan antar butir. Dalam lingkungan pedesaan dan perkotaan, paduan ini memiliki performa yang sebanding dengan grade aluminium non heat-treatable lainnya dan biasanya lebih unggul dari baja paduan rendah dalam hal umur bebas perawatan.

Di lingkungan laut, 4N01 memberikan performa sedang; lebih tahan korosi umum dibandingkan banyak paduan tembaga, tetapi rentan terhadap pitting lokal pada kondisi kaya klorida jika tidak diberi perlakuan permukaan yang tepat. Finishing pelindung seperti anodizing, lapisan konversi, atau sistem cat yang sesuai biasa dipakai untuk memperpanjang umur layanan di aplikasi lepas pantai atau pesisir.

Kerentanan terhadap retak korosi akibat tegangan (SCC) rendah untuk 4N01 dibandingkan paduan heat-treatable berkekuatan tinggi, karena paduan ini tidak memiliki struktur presipitat yang mendorong SCC. Namun, interaksi galvanik dengan logam yang lebih mulia (misalnya tembaga, baja tahan karat dalam kondisi pasif) memerlukan perhatian desain: aluminium akan menjadi anodic dan dapat mengalami korosi preferensial kecuali diisolasi secara elektrik atau dilindungi dengan lapisan pelindung yang sesuai.

Dibandingkan dengan keluarga paduan lain, 4N01 menawarkan ketahanan korosi yang lebih baik dibanding banyak paduan pengandung tembaga dan perilaku yang sebanding dengan keluarga 3xxx dan 5xxx dalam kondisi non-laut. Dibandingkan dengan seri 6xxx dan 7xxx, 4N01 umumnya lebih toleran terhadap paparan laut tetapi tidak mencapai kekuatan puncak dari paduan heat-treatable tersebut.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

4N01 menunjukkan kemampuan las yang sangat baik dengan proses pengelasan fusi umum seperti MIG (GMAW) dan TIG (GTAW); paduan memiliki interval leleh yang relatif luas dan menghasilkan retakan panas minimal saat praktik terbaik diikuti. Paduan pengisi yang direkomendasikan adalah yang sesuai untuk ductility dan ketahanan korosi — ER4043 adalah pengisi kaya Si yang umum untuk rakitan las, dan ER5356 bisa digunakan jika kekuatan las lebih tinggi diinginkan, meskipun komposisi logam las akan memengaruhi keseimbangan korosi dan mekanik. Pelemahan HAZ terbatas dibandingkan dengan paduan pengerasan presipitat, dan perubahan sifat mekanik pasca-las dapat diprediksi dan dikelola dengan desain sambungan dan kontrol input panas yang tepat.

Kemampuan Mesin

Sebagai paduan aluminium yang relatif ductile dan dapat diperkokoh dengan pengerjaan dingin, 4N01 memiliki kemampuan pengerjaan yang baik seperti aluminium tempa pada umumnya; paduan ini lebih baik diproses dalam temper H dimana kekuatan dan kekakuan mengurangi getaran. Peralatan carbide dengan pelapis TiAlN atau TiN direkomendasikan untuk pemotongan kecepatan tinggi, dengan kecepatan makan sedang dan putaran spindle tinggi untuk menghasilkan serpihan pendek dan terkontrol. Penggunaan pendingin dan strategi pembuangan serpihan penting untuk menghindari pembentukan tepi menumpuk dan penyumbatan alat, serta pemilihan temper atau pra-pengerasan dapat secara signifikan mempengaruhi umur dan hasil akhir alat.

Kemampuan Pembentukan

Kemampuan pembentukan sangat baik pada kondisi annealed penuh (O), memungkinkan proses deep drawing, stretching, hemming, dan stamping multilangkah yang kompleks tanpa retak. Radius lentur minimum dalam temper O biasanya sekitar 1–2× ketebalan material untuk lenturan sederhana dan 2–4× ketebalan untuk pembentukan lebih berat, sedangkan bagian dengan temper H memerlukan radius lebih besar dan mungkin perlu pra-pemanasan atau anneal antara langkah. Paduan merespon pengerjaan dingin secara prediktif; perancang sering menentukan anneal setelah pembentukan berat untuk menghilangkan springback dan mengembalikan ductility sebelum operasi finishing.

Perilaku Perlakuan Panas

4N01 secara fungsional tidak dapat diperlakukan panas; paduan ini tidak memperoleh penguatan signifikan dari siklus aging buatan yang digunakan pada paduan 6xxx atau 7xxx. Usaha menerapkan perlakuan solusi standar dan aging buatan hanya menghasilkan peningkatan kekuatan terbatas karena paduan ini tidak memiliki sistem Mg–Si atau Zn–Mg yang membentuk presipitat penguat.

Manipulasi kekuatan dilakukan melalui pengerjaan dingin terkendali (pengerasan kerja) dan stabilisasi termal (anneal suhu rendah) untuk menetapkan kombinasi kekuatan dan regangan yang diinginkan. Anneal penuh (O) mengembalikan ductility maksimum, sementara anneal parsial dan perlakuan stabilisasi (penandaan temper T jika berlaku) digunakan untuk meredakan tegangan sisa dan memoderasi efek reduksi dingin sebelumnya.

Performa Suhu Tinggi

Kekuatan mekanik 4N01 menurun secara bertahap dengan peningkatan suhu dan perancang biasanya membatasi suhu operasi kontinu di bawah ~150 °C untuk menghindari penurunan signifikan pada kekuatan luluh dan performa kelelahan. Paparan jangka pendek pada suhu lebih tinggi (hingga ~250 °C) dapat ditoleransi tetapi akan menyebabkan pelunakan yang terukur dan potensi pemulihan mikrostruktur yang mengurangi kekuatan pengerasan kerja.

Oksidasi minimal pada suhu relevan untuk sebagian besar kondisi layanan karena aluminium membentuk lapisan oksida pelindung, namun paparan suhu tinggi berkepanjangan dapat menebalkan lapisan oksida dan mengubah hasil akhir permukaan serta daya rekat cat. Perilaku HAZ saat pengelasan pada suhu lokal tinggi secara relatif lebih jinak dibanding paduan heat-treatable, tetapi perancang harus memperhitungkan hilangnya kekuatan sementara dan kemungkinan distorsi di sekitar las.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa 4N01 Digunakan
Otomotif	Panel bodi luar, panel penguat dalam	Kemampuan bentuk sangat baik untuk stamping, kemampuan las baik, dan ketahanan korosi dengan biaya wajar
Maritim	Decking non-struktural, fitting	Ketahanan korosi dan kemampuan fabrikasi seimbang untuk penggunaan pesisir dan laut ringan
Dirgantara	Fitting sekunder, fairing	Kekuatan terhadap bobot baik untuk komponen struktural bukan utama dan kemampuan sambungan baik
Elektronik	Pelat penyebar panas, rumah komponen	Konduktivitas termal tinggi dengan bobot ringan dan fabrikasi handal
Konstruksi & Arsitektur	Cladding, soffit, bingkai jendela	Kemampuan bentuk, hasil akhir permukaan estetis, dan performa cuaca

4N01 biasanya digunakan di mana kombinasi kemampuan bentuk, kemampuan las, dan kekuatan yang memadai dibutuhkan tanpa siklus perlakuan panas yang kompleks. Perannya sering melengkapi paduan berkekuatan lebih tinggi di mana manufaktur yang hemat biaya dan performa ketahanan korosi menjadi faktor utama dalam pemilihan material.

Wawasan Pemilihan

Saat memilih 4N01, gunakan untuk aplikasi yang memprioritaskan kemampuan bentuk, kemampuan las, dan toleransi korosi dibandingkan kekuatan maksimum yang dapat dicapai. Sifat non-heat-treatable-nya menyederhanakan fabrikasi, mengurangi risiko pengerasan rapuh pada zona pengaruh panas (HAZ), dan menurunkan biaya proses jika dibandingkan dengan paduan pengerasan presipitat.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), 4N01 menawarkan kekuatan yang jauh lebih tinggi dengan kompromi kecil pada konduktivitas listrik dan sedikit berkurangnya kemampuan pembentukan, sehingga lebih disukai untuk aplikasi plat yang menahan beban. Jika dibandingkan dengan paduan yang sudah mengalami pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, 4N01 memiliki kekuatan yang serupa atau sedikit lebih tinggi serta menawarkan ketahanan korosi yang sebanding dan kemampuan las yang lebih baik pada beberapa konfigurasi sambungan.

Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperkuat dengan perlakuan panas seperti 6061 atau 6063, 4N01 memberikan kemudahan las dan prediktabilitas performa pada HAZ (Heat Affected Zone) yang lebih baik dengan biaya kekuatan puncak yang lebih rendah; pilih 4N01 ketika proses yang lebih sederhana, kemampuan pembentukan superior, atau produksi yang berbasis biaya lebih diutamakan daripada kebutuhan kekuatan atau kekakuan maksimum.

Ringkasan Akhir

4N01 tetap menjadi pilihan teknik yang pragmatis ketika diperlukan keseimbangan antara kemampuan pembentukan, ketahanan korosi, dan kemampuan las yang dapat diandalkan tanpa kerumitan perlakuan panas, dan terus melayani berbagai industri di mana fabrikasi yang dapat diprediksi dan performa siklus hidup lebih diutamakan daripada kekuatan maksimum.