Aluminium 4N30: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

4N30 adalah anggota dari paduan aluminium seri 4xxx, keluarga yang ditandai dengan silikon sebagai elemen paduan utama. Material ini masuk dalam kelompok Al-Si yang digunakan terutama untuk kawat las, paduan brazing, dan produk yang ditempa yang memerlukan fluiditas yang lebih baik, ketahanan aus, atau perilaku leleh yang terkontrol.

Konstituen paduan utama adalah silikon dalam kisaran persentase satuan tengah, dengan kandungan residu besi, mangan, serta jejak titanium dan kromium yang ditambahkan untuk mengontrol struktur butir dan memodifikasi inklusi. Penguatan pada 4N30 terutama dicapai melalui efek larutan padat dan pengerasan regangan, bukan pengerasan usia klasik; kandungan Si yang rendah tidak menghasilkan respons pengerasan usia yang kuat seperti pada paduan Mg-Si (6xxx).

Ciri utama 4N30 meliputi kekuatan sedang, konduktivitas termal yang baik relatif terhadap banyak paduan lain, dan kemampuan las yang dapat diandalkan dengan kerentanan rendah terhadap retak panas jika diproses dengan benar. Ketahanan korosi khas untuk paduan Al-Si — umumnya baik di lingkungan atmosfer, namun memerlukan perhatian desain pada layanan laut yang kaya klorida dan pada sambungan galvanik dengan logam katodik.

Industri tipikal yang menggunakan 4N30 meliputi otomotif untuk aplikasi filler dan sambungan, fabrikasi umum untuk rakitan las dan brazing, komponen listrik yang memerlukan konduktivitas termal, dan beberapa barang konsumen untuk bagian ekstrusi atau bentuk. Insinyur memilih 4N30 ketika diperlukan keseimbangan kemampuan las, kekuatan sedang, dan kemampuan bentuk, atau ketika kimia Si memberikan perilaku logam cair yang lebih baik untuk penyambungan atau proses casting yang serupa.

Variasi Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Lasabilitas	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Unggul	Unggul	Kondisi annealed penuh untuk duktalitas maksimum
H12	Sedang	Sedang	Baik	Unggul	Dikerjakan dingin secukupnya, peningkatan luluh
H14	Menengah-Tinggi	Rendah-Sedang	Cukup	Unggul	Kerja dingin seperempat keras, umum untuk lembaran struktural
H18	Tinggi	Rendah	Terbatas	Unggul	Kerja dingin keras penuh untuk kekuatan praktis tertinggi
T451 / T4 (jika diterapkan)	Sedang	Sedang	Baik	Unggul	Stres relief setelah larutan/aging buatan terbatas (jarang untuk 4xxx)

Pemilihan temper sangat mempengaruhi luluh dan elongasi karena 4N30 memperoleh sebagian besar kekuatannya melalui pengerasan kerja. Kerja dingin (temper H) meningkatkan luluh dan nilai tarik sambil mengurangi duktalitas dan formabilitas, sehingga H14/H18 umum untuk lembaran struktural yang memerlukan kekuatan lebih tinggi.

Temper annealed O memaksimalkan formabilitas untuk operasi deep drawing dan bending kompleks, dan biasanya digunakan ketika operasi pengelasan atau pembentukan berikutnya membutuhkan duktalitas tinggi dan efek pegas (springback) minimal.

Komposisi Kimia

Unsur	Rentang %	Catatan
Si	2.5–4.0	Unsur paduan utama; mengontrol fluiditas dan mengurangi rentang leleh
Fe	0.2–0.8	Unsur pengotor; membentuk intermetalik yang mempengaruhi duktalitas dan kemampuan mesin
Mn	0.1–0.5	Modifikator struktur butir; meningkatkan kekuatan dan ketahanan terhadap korosi lokal
Mg	0.05–0.3	Minor; dapat mendukung beberapa efek presipitasi jika ada pada level atas
Cu	≤0.10	Dipertahankan rendah untuk menjaga ketahanan korosi; kadar lebih tinggi menaikkan kekuatan tapi menurunkan ketahanan SCC
Zn	≤0.15	Residu minor; Zn lebih tinggi tidak umum pada keluarga 4xxx
Cr	≤0.05	Pembentuk butir halus dan dispersoid dalam jumlah jejak
Ti	≤0.15	Digunakan untuk pemurnian butir pada cetakan dan ekstrusi
Lainnya	Seimbang Al / Residu	Mencakup unsur jejak seperti Sr, Zr pada grade dengan kontrol proses

Silikon adalah penggerak kinerja dominan pada 4N30: menurunkan rentang leleh sedikit dan meningkatkan fluiditas serta ketahanan aus pada aplikasi kontak. Besi dan mangan mengontrol morfologi intermetalik; besi cenderung membentuk fase rapuh sementara mangan dapat memodifikasi bentuknya secara menguntungkan. Unsur jejak seperti titanium dan kromium digunakan untuk menghaluskan ukuran butir dan meningkatkan keseragaman mekanik setelah pemrosesan termal atau mekanik.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik 4N30 dicirikan oleh kekuatan tarik akhir sedang dengan modulus elastisitas relatif rendah mirip paduan aluminium lainnya. Dalam kondisi annealed, paduan menunjukkan mode kegagalan duktile dengan elongasi seragam yang cukup, sedangkan temper kerja dingin menunjukkan kekuatan luluh lebih tinggi dengan pengorbanan elongasi seragam dan ketangguhan pada area lekukan (notch toughness). Performa kelelahan mencerminkan konstituen mikrostruktur paduan dan kondisi permukaan; hasil permukaan dan tegangan sisa dari proses pembentukan adalah faktor utama kontrol umur lelah.

Nilai luluh dan tarik sangat dipengaruhi oleh temper. Material annealed (O) umumnya menunjukkan luluh rendah namun elongasi baik, sedangkan temper H meningkatkan luluh hingga dua sampai tiga kali lipat dari level annealed. Kekerasan mengikuti tren yang sama: material annealed lunak dan mudah dibentuk atau dikerjakan mesin, sementara material kerja dingin mencapai nilai Brinell atau Vickers yang lebih tinggi yang berguna untuk komponen terbatas aus.

Efek ketebalan penting: bagian tebal mungkin mempertahankan heterogenitas mikrostruktur cetak atau hasil ekstrusi dan dapat menunjukkan duktalitas berkurang serta sedikit penurunan kekuatan dibandingkan lembar tipis yang telah diproses dengan cold work seragam. Area pengelasan dan HAZ biasanya menunjukkan pelunakan lokal ketika kerja dingin substansial ada, dan perancang harus memperhitungkan penurunan kekuatan terkait HAZ pada sambungan.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (misal, H14)	Catatan
Kekuatan Tarik	110–140 MPa	200–260 MPa	Nilai tergantung kandungan Si tepat dan level kerja dingin
Kekuatan Luluh	30–60 MPa	140–200 MPa	Luluh meningkat signifikan dengan kerja dingin; luluh annealed rendah
Elongasi	20–35%	4–12%	Duktalitas tinggi di O; berkurang pada temper H
Kekerasan	30–40 HB	60–90 HB	Rentang kekerasan Brinell tipikal untuk lembaran; bervariasi dengan pemrosesan

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Kepadatan	~2.70 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al; variasi ringan dengan kandungan Si
Rentang Leleh	~610–650 °C	Lebih sempit dari paduan Si tinggi; solidus mendekati Al murni dengan Si rendah
Konduktivitas Termal	140–180 W/m·K	Lebih rendah dari Al murni; Si dan zat terlarut lainnya menurunkan konduktivitas
Konduktivitas Listrik	38–52 %IACS	Paduan menurunkan konduktivitas dibandingkan Al murni
Kalor Spesifik	~900 J/kg·K	Tipikal untuk paduan aluminium pada suhu kamar
Ekspansi Termal	22–24 µm/m·K	Koeffisien linier dekat dengan paduan Al lain; perlu desain untuk siklus termal

Sifat fisik mencerminkan trade-off: penambahan silikon menurunkan titik leleh dan meningkatkan kemampuan pengecoran tapi menurunkan konduktivitas listrik dan termal dibandingkan aluminium murni. Untuk aplikasi manajemen panas, paduan ini masih menyediakan konduktivitas baik dengan kepadatan lebih rendah dibandingkan tembaga, sehingga menarik untuk komponen pendingin ringan. Kepadatan dan koefisien ekspansi tetap dekat dengan seri 2xx/6xx, memungkinkan substitusi yang relatif mudah dalam banyak desain.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0.3–6.0 mm	Seragam melalui ketebalan jika digulung dingin	O, H12, H14	Banyak digunakan untuk bagian bentuk dan rakitan las
Plat	6–25 mm	Mungkin memiliki gradien kekuatan ringan	O, H18	Bagian tebal memerlukan pengendalian homogenitas ketat
Ekstrusi	Ketebalan dinding 1–20 mm; profil kustom	Kekuatan bervariasi dengan pendinginan dan kerja	O, T45, H12	Ekstrusi mendapat manfaat dari raffinasi butir Ti atau Sr
Tabung	Diameter 6–300 mm	Stabilitas dimensi baik	O, H14	Tabung seamless dan las tersedia
Batang/Gagang	Diameter 3–100 mm	Mudah mesin pada temper lebih lunak	O, H12	Penarikan dingin meningkatkan kekuatan untuk batang

Rute pemrosesan menentukan sifat akhir: penggulungan dingin dan penarikan meningkatkan kekuatan dan mengurangi duktalitas, sementara annealing atau stress-relief mengembalikan kemampuan bentuk. Ekstrusi memungkinkan penampang kompleks namun memerlukan kontrol butir untuk menghindari anisotropi; plat dan bagian berat lebih rentan terhadap inklusi dan memerlukan kontrol kualitas lebih ketat. Pemilihan bentuk produk harus selaras dengan lingkungan penggunaan akhir dan tahapan penyambungan/fabrikasi yang dibutuhkan.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	4N30	USA	Penunjukan spesifik dari produsen dan pemasok dalam keluarga 4xxx
EN AW	4030 (terdekat)	Eropa	EN AW-4030 adalah paduan Al-Si tempa yang sebanding dengan kadar Si serupa
JIS	A4043 (pengisi sebanding)	Jepang	JIS A4043 biasa digunakan sebagai logam pengisi Al-Si; kesetaraan paduan dasar bersifat perkiraan
GB/T	4N30 (atau AlSi3)	China	Nomenklatur GB/T dapat mencantumkan grade paduan Al-Si tempa dengan kimia yang mirip

Tidak selalu tersedia padanan satu lawan satu secara langsung karena spesifikasi produk, batas kandungan pengotor, dan jalur pemrosesan berbeda menurut wilayah dan produsen. Grade EN dan JIS yang tercantum adalah perbandingan perkiraan dalam keluarga Al-Si; saat substitusi, engineer sebaiknya membandingkan batasan komposisi, sifat mekanik, dan praktik sertifikasi secara rinci daripada hanya mengandalkan label grade.

Ketahanan Korosi

Dalam lingkungan atmosferik, 4N30 umumnya menunjukkan perlindungan oksida alami yang baik, serupa dengan paduan aluminium lainnya, dan persentase tembaga yang rendah membantu menjaga ketahanan terhadap korosi umum. Perilaku protektif ini memadai untuk eksposur di dalam ruangan dan luar ruangan di daerah pedesaan, meskipun kondisi permukaan, pelapis, dan detail desain (drainase, penghindaran celah) sangat mempengaruhi kinerja jangka panjang.

Dalam lingkungan laut dan yang kaya klorida, 4N30 memiliki ketahanan sedang tetapi lebih rentan terhadap pitting lokal dibandingkan paduan 5xxx (Mg) yang tingkat aloinya tinggi atau paduan 6xxx yang perlakuan khusus. Pendekatan desain seperti anodizing, cladding, atau pelapisan korban sering digunakan dimana umur pemakaian panjang di air asin diperlukan. Retak korosi tegangan (SCC) kurang umum pada paduan Al-Si dibandingkan paduan tinggi tembaga atau magnesium, namun tegangan tarik yang dikombinasikan dengan media korosif tetap bisa menimbulkan kegagalan seperti SCC; tegangan sisa dan tegangan kerja harus diminimalkan.

Interaksi galvanik harus dikelola dengan baik: 4N30 memiliki potensi anodis relatif terhadap baja tahan karat dan tembaga tetapi bersifat katodik terhadap beberapa paduan magnesium, sehingga pemilihan pasangan material harus menghindari pembentukan pasang galvanik agresif dalam lingkungan basah. Dibandingkan paduan seri 1xxx (aluminium komersial murni), 4N30 menukar sedikit penurunan ketahanan korosi absolut dengan kekuatan lebih tinggi dan kemampuan las lebih baik; dibandingkan seri 5xxx, biasanya menawarkan kemampuan las lebih baik namun kinerja agak lebih rendah dalam eksposur klorida murni.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Las
4N30 umumnya mudah dilas dengan proses fusi konvensional seperti TIG dan MIG, berkat kecenderungan silikon untuk mengurangi kerentanan terhadap hot cracking. Kawat pengisi dalam keluarga Al-Si (misalnya AlSi5) sering digunakan untuk menyamakan komposisi dan mendukung kolam las yang stabil; untuk sambungan struktural, penyamaan komposisi dasar dan kawat pengisi mengoptimalkan sifat mekanik. HAZ dapat menunjukkan pelunakan lokal jika material induk telah mengalami pengerjaan dingin untuk peningkatan kekuatan, sehingga sifat mekanik pasca las harus diperiksa untuk sambungan kritis. Pemanasan awal jarang diperlukan untuk ketebalan tipis, namun pengendalian input panas dan desain sambungan yang tepat meminimalkan distorsi dan porositas.

Kemampuan Mesin
Kemampuan mesin 4N30 pada temper annealed baik dibandingkan paduan Al yang lebih keras; dapat dikerjakan dengan peralatan standar HSS atau karbida. Perilaku serpihan biasanya kontinu dan dapat dikendalikan dengan pengaturan kecepatan dan umpan yang sesuai; pendingin meningkatkan umur alat dan hasil permukaan. Kehadiran intermetalik dan partikel kaya besi dapat menyebabkan keausan alat lebih besar dibanding aluminium ultra-murni, sehingga geometri alat dan pelapis (TiAlN, TiN) direkomendasikan untuk produksi mesin.

Kemampuan Bentuk
Kemampuan membentuk pada temper O sangat baik untuk deep drawing dan pembengkokan kompleks, dengan radius lentur minimum tipikal sekitar 1–1,5 kali ketebalan tergantung alat dan kondisi permukaan. Pengerjaan dingin (temper H) mengurangi kemampuan bentuk dan meningkatkan springback; oleh karena itu H12/H14 digunakan hanya untuk operasi pembentukan sederhana atau saat kekuatan tinggi segera setelah pembentukan dibutuhkan. Pembentukan pada suhu tinggi memungkinkan bentuk kompleks, tapi perhatian terhadap oksidasi permukaan dan pelumasan alat diperlukan untuk menghindari galling.

Perilaku Perlakuan Panas

4N30 diklasifikasikan sebagai paduan yang tidak dapat diperlakukan panas untuk tujuan rekayasa praktis; tidak mengembangkan pengerasan usia (age-hardening) signifikan melalui siklus pelarutan dan penuaan buatan tradisional. Usaha pelarutan menghasilkan penguatan terbatas karena paduan ini tidak memiliki sistem presipitasi Mg-Si yang menghasilkan pengerasan usia tinggi pada paduan 6xxx.

Kekuatan terutama dikembangkan melalui pengerjaan dingin: pengendalian proses rolling, drawing, dan pembentukan dingin menentukan performa mekanik akhir. Siklus annealing standar efektif untuk mengembalikan keuletan: pemanasan ke rentang annealing yang sesuai diikuti pendinginan terkendali mengkristalisasi ulang mikrostruktur dan melarutkan struktur deformasi. Jika perlakuan panas minor diterapkan (misalnya relief tegangan), harus dihindari overaging atau pengerasan intermetalik yang merugikan yang dapat menurunkan keuletan.

Performa Temperatur Tinggi

4N30 mulai kehilangan kekuatan signifikan saat temperatur operasi melebihi sekitar 150–200 °C, dengan pelunakan progresif pada temperatur lebih tinggi akibat pemulihan dan pembesaran gugus-solut. Paparan jangka panjang pada temperatur tinggi dapat memicu perubahan mikrostruktur yang menurunkan kekuatan luluh dan umur lelah, sehingga kurang cocok untuk aplikasi struktural temperatur tinggi. Ketahanan oksidasi tipikal paduan aluminium; lapisan oksida pelindung terbentuk cepat tapi tidak mencegah degradasi spesifik aplikasi pada suhu tinggi atau di lingkungan pengoksidasi yang mengandung klorida atau senyawa belerang.

Sambungan las dapat mengalami pelunakan HAZ berkepanjangan pada paparan tinggi, dan desain yang membutuhkan creep atau penahanan beban lama pada temperatur tinggi sebaiknya mempertimbangkan paduan aluminium tahan panas atau material alternatif yang lebih cocok untuk layanan suhu tinggi berkelanjutan.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 4N30
Otomotif	Kawat pengisi, braket struktural kecil	Kemampuan las baik dan kekuatan sedang untuk spot welding dan seam welding
Maritim	Struktur non-kritis, fitting	Ketahanan korosi memadai ditambah kemampuan bentuk dan las
Aeroangkasa	Fitting sekunder, penjepit	Kekuatan terhadap berat yang baik untuk struktur non-primer dan kemudahan fabrikasi
Elektronik	Heat spreader, housing	Konduktivitas termal dan densitas rendah untuk manajemen panas
Barang Konsumen	Pelek peralatan masak, rangka	Kemampuan bentuk dan hasil permukaan setelah anodizing

4N30 mengisi ceruk desain di mana keseimbangan kemampuan las, kemampuan bentuk, dan performa mekanik sedang diperlukan, terutama saat kimia Si meningkatkan operasi penyambungan atau pencetakan terkait. Penggunaannya umum di area di mana biaya, kemudahan fabrikasi, dan ketahanan korosi yang memadai lebih diutamakan dibanding kekuatan tertinggi.

Wawasan Seleksi

Pilih 4N30 saat desain Anda membutuhkan kemampuan las yang andal, kemampuan bentuk yang baik pada kondisi annealed, dan kekuatan sedang dengan konduktivitas termal yang menguntungkan. Ini sangat cocok untuk rakitan las, ekstrusi, dan komponen di mana fluiditas atau perilaku pencairan yang berhubungan dengan Si membantu proses penyambungan atau alur kerja terkait pencetakan.

Dibanding aluminium komersial murni (1100), 4N30 menawarkan kekuatan lebih tinggi dan peningkatan perilaku keausan serta kolam las dengan penukaran sedikit konduktivitas listrik dan termal serta keuletan sangat tinggi. Dibanding paduan pengerasan kerja umum seperti 3003 atau 5052, 4N30 biasanya memberikan kemampuan las yang setara atau sedikit lebih baik dan kemampuan bentuk serupa, dengan level kekuatan di antara keluarga 1xxx dan 5xxx tergantung temper. Dibanding paduan yang dapat diperlakukan panas seperti 6061/6063, 4N30 dipilih saat kemampuan las dan bentuk unggul lebih diutamakan daripada kekuatan puncak hasil pengerasan usia, atau saat tingkat aloi lebih rendah dan karakteristik pencairan berbeda menguntungkan.

Ringkasan Penutup

4N30 tetap menjadi paduan rekayasa praktis di mana kombinasi kemampuan las yang baik, kekuatan sedang, dan kemampuan bentuk dibutuhkan bersama ketahanan korosi dan performa termal yang dapat diterima. Penempatannya dalam keluarga Al-Si menjadikannya pilihan serbaguna untuk komponen fabrikasi dan sambungan di industri otomotif, maritim, dan manufaktur umum di mana properti seimbang dan pemrosesan yang andal menjadi kunci.