Aluminium A3003: Komposisi, Properti, Panduan Temper & Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Gambaran Lengkap
A3003 adalah paduan aluminium-mangan dari seri 3xxx, di mana mangan merupakan elemen paduan utama yang memberikan penguatan larutan padat dan respons pengerasan kerja yang lebih baik. Ini dikategorikan sebagai paduan yang tidak dapat diperlakukan panas; kekuatan diperoleh terutama melalui pengerjaan dingin daripada perlakuan panas presipitasi.
Sifat utama A3003 meliputi kekuatan sedang, kemampuan bentuk yang sangat baik, ketahanan korosi yang dapat diterima di banyak atmosfer, dan kemampuan las yang baik dengan proses aluminium standar. Industri tipikal yang menggunakan A3003 adalah bangunan dan konstruksi (talang, atap, pelapis), peralatan HVAC dan pertukaran panas, peralatan dapur dan alat masak, serta fabrikasi lembaran logam umum di mana biaya rendah dan daktilitas tinggi diperlukan.
Para engineer sering memilih A3003 ketika diperlukan keseimbangan antara kemampuan bentuk dan ketahanan korosi dengan biaya material yang lebih rendah dibandingkan banyak aluminium paduan atau yang dapat diperlakukan panas. Kombinasi daktilitas, perilaku mekanik stabil setelah pengerjaan dingin, dan ketersediaan luas dalam bentuk plat dan gulungan membuatnya lebih disukai daripada paduan 1xxx yang sangat lunak ketika kekuatan ekstra diperlukan tanpa mengorbankan performa pembentukan.
Variasi Temper
| Temper | Tingkat Kekuatan | Elongasi | Keformalan | Kemampuan Las | Catatan |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Rendah | Tinggi (30–45%) | Istimewa | Istimewa | Kondisi anil sepenuhnya; terbaik untuk deep drawing |
| H12 | Rendah-Sedang | Sedang-Tinggi (20–30%) | Sangat Baik | Istimewa | Pengerasan kerja ringan, mempertahankan kemampuan bentuk yang baik |
| H14 | Sedang | Sedang (12–20%) | Baik | Istimewa | Temper komersial khas untuk kekuatan sedang |
| H16 | Sedang-Tinggi | Lebih Rendah (8–15%) | Cukup-Baik | Istimewa | Kekuatan meningkat melalui pengerjaan dingin |
| H18 | Tinggi | Rendah (3–8%) | Cukup-Kurang | Istimewa | Hard penuh; digunakan saat kekakuan dan kekuatan diprioritaskan |
| H22 | Rendah-Sedang (distabilkan) | Sedang-Tinggi (20–30%) | Sangat Baik | Istimewa | Pengerasan regangan dan sebagian anil (distabilkan) |
Temper pada keluarga 3xxx dicapai dengan jumlah pengerjaan dingin yang terkontrol dan anil stabilisasi sesekali daripada dengan larutan dan penuaan. Seiring meningkatnya angka H, kekuatan tarik dan luluh naik akibat peningkatan densitas dislokasi sementara daktilitas dan kemampuan bentuk menurun karena pengerasan regangan.
Untuk fabrikasi, desainer memilih temper O atau H rendah untuk deep drawing dan operasi yang membutuhkan regangan plastik besar, dan temper H14–H18 untuk bagian yang memerlukan kekakuan dan stabilitas dimensi lebih tinggi setelah pembentukan.
Komposisi Kimia
| Elemen | Rentang % | Catatan |
|---|---|---|
| Si | 0.0–0.6 | Deoksidator; batas rendah untuk mempertahankan daktilitas |
| Fe | 0.0–0.7 | Impuritas; memengaruhi kekuatan dan tampilan permukaan |
| Mn | 0.8–1.5 | Elemen paduan utama; memberikan penguatan larutan padat |
| Mg | 0.0–0.2 | Minor; Mg kecil dapat sedikit meningkatkan kekuatan |
| Cu | 0.0–0.2 | Umumnya rendah; Cu berlebih menurunkan ketahanan korosi |
| Zn | 0.0–0.1 | Jejak; dijaga rendah untuk menghindari sensitivitas galvanik |
| Cr | 0.0–0.1 | Jejak; mengontrol struktur butir pada beberapa lelehan |
| Ti | 0.0–0.15 | Pengrefiner butir dalam produksi coran/batang |
| Lainnya (masing-masing) | 0.0–0.05 | Gabungan lainnya maksimal ~0.15%; sisanya Al |
Level mangan adalah karakteristik utama A3003, menciptakan larutan padat yang lebih kuat daripada aluminium murni komersial dan memungkinkan penguatan signifikan melalui pengerjaan dingin. Elemen jejak dan impuritas memengaruhi tampilan permukaan, perilaku rekristalisasi, dan kecenderungan korosi; produsen mengontrol ini untuk memenuhi batas spesifikasi lembar dan gulungan.
Sifat Mekanik
A3003 menunjukkan perilaku tarik daktil dengan daerah pengerasan regangan yang jelas pada kurva tegangan untuk temper pengerjaan dingin. Dalam kondisi anil, paduan luluh pada tegangan sangat rendah dan menunjukkan elongasi seragam yang panjang, sedangkan produk bertemper H menunjukkan kekuatan luluh dan tarik yang lebih tinggi dengan elongasi seragam yang berkurang.
Kekerasan meningkat sesuai temper dan berkorelasi dengan sifat tarik; kekerasan Brinell atau Vickers meningkat signifikan dari O ke H18 seiring naiknya densitas dislokasi. Performa kelelahan sedang dan sangat bergantung pada tampilan permukaan, tingkat pengerjaan dingin, dan keberadaan takikan; temper pengerjaan dingin umumnya menunjukkan kekuatan kelelahan yang lebih baik dengan pengorbanan daktilitas.
Ketebalan mempengaruhi kekuatan dan kemampuan bentuk: ketebalan yang lebih tipis umumnya memungkinkan radius bengkok yang lebih kecil dan kemampuan bentuk yang tampak lebih tinggi, sementara bagian yang lebih tebal dapat menampilkan tegangan lentur yang lebih tinggi yang diizinkan tetapi dengan elongasi seragam yang berkurang dan perilaku springback yang lebih nyata.
| Properti | O/Anil | Temper Kunci (H14) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik (MPa) | 95–125 | 140–180 | Nilai bervariasi dengan ketebalan dan temper; H14 sasaran komersial tipikal |
| Kekuatan Luluh (MPa) | 30–70 | 90–120 | Kekuatan luluh meningkat signifikan dengan pengerjaan dingin |
| Elongasi (%) | 30–45 | 10–20 | Elongasi menurun seiring pengerasan temper |
| Kekerasan (HB) | 30–45 | 50–70 | Kekerasan berkorelasi dengan kekuatan tarik dan tingkat pengerjaan dingin |
Sifat Fisik
| Properti | Nilai | Catatan |
|---|---|---|
| Density | 2.70–2.73 g/cm³ | Kepadatan aluminium standar; variasi sangat kecil dengan paduan |
| Rentang Lebur | ~640–655 °C | Rentang solidus ke liquidus; perilaku lebur seperti paduan Al-Mn tipikal |
| Konduktivitas Termal | ~120–150 W/m·K | Konduktivitas termal tinggi cocok untuk aplikasi pertukaran panas |
| Konduktivitas Listrik | ~30–40 %IACS | Lebih rendah dari aluminium murni karena Mn dan larutan lain |
| Kalor Jenis | ~0.90 J/g·K (900 J/kg·K) | Tipikal paduan aluminium pada suhu ruang |
| Ekspansi Termal | ~23–24 ×10⁻⁶ /K (20–100°C) | Mirip dengan paduan aluminium tempa lainnya |
A3003 mempertahankan sebagian besar sifat fisik aluminium dasar yang diinginkan seperti kepadatan rendah dan konduktivitas termal tinggi, sementara mengorbankan konduktivitas listrik karena penambahan Mn. Ekspansi termal dan kalor jenis sebanding dengan paduan komersial lainnya dan harus diperhitungkan dalam desain komponen sambungan dan aplikasi siklus termal.
Bentuk Produk
| Bentuk | Ketebalan/Ukuran Tipikal | Perilaku Kekuatan | Temper Umum | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Lembaran | 0.2–6.0 mm | Rentang luas tergantung temper | O, H12, H14, H16 | Digunakan untuk atap, talang, peralatan masak, saluran udara |
| Plat | >6 mm (penggunaan terbatas) | Tren kekuatan mirip; ketebalan lebih mengurangi kemampuan bentuk | H14–H18 | Jarang; digunakan saat panel yang lebih tebal dan kaku diperlukan |
| Ekstrusi | Profil hingga penampang besar | Kekuatan meningkat dengan pengerjaan dingin atau pengerasan kerja | H14/H16 (setelah pembentukan) | 3003 dapat diekstrusi tetapi 6xxx lebih umum untuk ekstrusi struktural |
| Tabung | Diameter 10–200+ mm | Tabung cold drawn menunjukkan kekuatan lebih tinggi | H14, H18 | Digunakan untuk HVAC, penanganan cairan tekanan rendah |
| Batang/Bar | Diameter kecil | Kekuatan bergantung pada proses penarikan | H18 untuk batang kekuatan tinggi | Digunakan pada pengikat, rivet, fabrikasi kecil |
Lembaran dan gulungan adalah bentuk komersial utama untuk A3003 karena fokus aplikasinya pada panel fabrikasi dan bagian terbentuk. Ekstrusi 3003 dapat dilakukan tetapi banyak ekstrusi struktural menggunakan 6063/6061 untuk sifat mekanik yang lebih baik; meskipun demikian, ekstrusi 3003 dipilih saat kemampuan bentuk dan ketahanan korosi menjadi prioritas. Perbedaan proses — cold rolling, tempering, finishing permukaan, dan siklus anil — mengontrol ketebalan akhir, tekstur, dan keseimbangan mekanik yang disesuaikan dengan penggunaan akhir.
Grade Setara
| Standar | Grade | Wilayah | Catatan |
|---|---|---|---|
| AA | A3003 | USA | Penunjukan utama yang digunakan dalam standar UNS/AA |
| EN AW | EN AW-3003 | Eropa | Setara berdasarkan EN 573; batasan kimia serupa |
| JIS | A3003 | Jepang | JIS menggunakan penomoran serupa; spesifikasi kimia dan mekanik dapat sedikit berbeda |
| GB/T | 3A21 (sering dipetakan) | China | GB/T 3880 dan standar lain memetakan 3003 ke penunjukan Cina seperti 3A21 |
Grade setara pada umumnya memetakan secara dekat kandungan Mn utama dan menggunakan nomenklatur temper serupa (O, Hx). Perbedaan halus muncul pada batas maksimum impuritas, definisi kondisi uji mekanik temper, dan penerimaan permukaan / perlakuan permukaan yang dapat mempengaruhi pemilihan untuk aplikasi yang sangat diatur atau pengadaan lintas batas.
Ketahanan Korosi
A3003 memberikan ketahanan korosi atmosferik umum yang baik karena lapisan oksida pelindung yang cepat terbentuk pada permukaan aluminium. Material ini bekerja baik di suasana urban dan pedesaan serta tahan terhadap noda dan oksidasi, sehingga sering dipilih untuk talang air, atap, dan panel arsitektur eksterior.
Dalam lingkungan laut, A3003 dapat diterima untuk banyak aplikasi lepas pantai dan dekat pantai, tetapi secara umum kurang tahan terhadap korosi titik dan korosi celah dibandingkan dengan paduan seri 5xxx yang mengandung magnesium lebih tinggi. Paparan lama terhadap lingkungan kaya klorida memerlukan pelapis pelindung, isolasi dari logam yang berbeda, atau pemilihan paduan yang dioptimalkan untuk lingkungan laut.
Paduan ini menunjukkan kerentanan rendah terhadap retak korosi akibat tegangan klasik karena tidak dapat diperlakukan panas dan memiliki konsentrasi zat larut yang terbatas yang mendorong SCC. Kopling galvanik dengan logam lebih mulia (tembaga, baja tahan karat) dapat mempercepat serangan lokal; perancang harus secara elektrik mengisolasi sambungan dan menetapkan pelapis atau anoda pengorbanan yang sesuai bila kontak logam berbeda tidak dapat dihindari. Dibandingkan dengan seri 1xxx, A3003 menukar sedikit konduktivitas yang lebih rendah untuk kekuatan mekanik yang lebih baik, dan dibandingkan dengan seri 5xxx umumnya menukar kekuatan korosi laut yang sedikit lebih rendah untuk kemampuan bentuk dan biaya yang lebih rendah.
Properti Fabrikasi
Kemampuan Pengelasan
A3003 dapat dilas dengan mudah menggunakan proses umum seperti MIG (GMAW) dan TIG (GTAW) memakai kawat pengisi paduan aluminium-silikon seri 4xxx yang memberikan fluida dan kekuatan lebih baik. Metode penyambungan keadaan padat dan pengelasan titik juga efektif pada ketebalan tipis; pra-pemanasan umumnya tidak diperlukan untuk bagian kecil tetapi dapat digunakan untuk mengurangi distorsi. Pelunakan HAZ terbatas karena paduan tidak dapat diperlakukan panas, tetapi anil lokal akan mengembalikan daktilitas dan mengurangi kekuatan pada area kerja dingin, yang harus diperhitungkan dalam desain.
Kemampuan Mesin
Pengerjaan mesin A3003 bersifat sedang sulit; daktilitasnya dapat menyebabkan serpihan panjang dan lengket kecuali geometri alat dan kecepatan pemotongan dioptimalkan. Alat carbide dengan sudut pahat positif dan strategi potong terputus mengurangi tepi terbentuk dan meningkatkan hasil permukaan. Kecepatan potong dan kecepatan makan direkomendasikan konservatif dibandingkan dengan baja; pendinginan dan pengeluaran serpihan penting untuk mengontrol suhu benda kerja dan menjaga akurasi dimensi.
Kemampuan Bentuk
A3003 adalah salah satu grade paduan dengan kemampuan bentuk yang baik untuk penggunaan komersial; mendukung proses deep drawing, spinning, bending, dan stretch forming dalam kondisi anil atau strain hardening ringan. Radius lengkung minimum tergantung temper dan ketebalan tetapi praktik desain umum menentukan 1–2× tebal untuk temper H14 dan 0,5–1× tebal untuk temper O tergantung pada tooling. Untuk bagian yang memerlukan pembentukan berat, mulai dengan temper O lalu drawing atau forming, diikuti oleh strain-hardening terkendali atau anil stabilisasi jika kekuatan in-service yang lebih tinggi diperlukan.
Perilaku Perlakuan Panas
A3003 tidak dapat diperlakukan panas dalam pengertian pengerasan presipitasi; perlakuan panas pelarutan dan penuaan buatan tidak menghasilkan peningkatan kekuatan signifikan. Praktik industri biasa mengandalkan pengerasan dingin (strain hardening) untuk menaikkan kekuatan dan kekerasan, dengan temper dicapai melalui deformasi mekanik terkendali.
Anil (penuh atau sebagian) digunakan untuk mengembalikan daktilitas dan merekristalisasi mikrostruktur setelah pengerjaan dingin berat; suhu anil berkisar 300–415 °C tergantung pada rekristalisasi dan efek pertumbuhan butir yang diinginkan. Perlakuan stabilisasi seperti anil parsial (H22) digunakan ketika diperlukan beberapa pemulihan tanpa kembali sepenuhnya ke kondisi lunak temper O.
Kinerja Suhu Tinggi
Pada suhu tinggi, A3003 mengalami penurunan progresif kekuatan luluh dan tarik; suhu operasi di atas ~150 °C menyebabkan pengurangan kekuatan terukur, dengan pelunakan signifikan di atas ~200 °C. Ketahanan oksidasi tetap dapat diterima karena lapisan permukaan Al2O3 yang stabil, tetapi ketahanan creep buruk dibandingkan paduan yang dapat diperlakukan panas atau berdaya tinggi dan tidak direkomendasikan untuk beban struktural jangka panjang pada suhu tinggi.
Sambungan las pada A3003 tidak rentan terhadap pengerasan rapuh jangka panjang pada suhu tinggi, tetapi pemanasan sementara selama pengelasan dapat menurunkan kekuatan di zona kerja dingin secara lokal dan mengubah sifat mekanik, yang harus diatasi melalui margin desain atau pemrosesan mekanik pasca-las jika diperlukan.
Aplikasi
| Industri | Contoh Komponen | Alasan Penggunaan A3003 |
|---|---|---|
| Bangunan & Konstruksi | Talang air, atap, pelapis | Kemampuan bentuk sangat baik, ketahanan korosi, biaya efektif |
| HVAC / Pertukaran Panas | Saluran udara, sirip | Konduktivitas termal tinggi dan kemudahan pembentukan sirip tipis |
| Barang Konsumen / Peralatan Dapur | Peralatan masak, loyang | Perilaku termal baik, kemampuan bentuk, dan permukaan higienis |
| Transportasi | Tangki bahan bakar (non-kritis), panel interior | Kekuatan dan kemampuan bentuk sedang dengan biaya rendah |
| Peralatan Industri | Tangki penyimpanan, cerobong asap | Ketahanan korosi dan kemudahan fabrikasi untuk panel besar |
Kombinasi kemampuan bentuk, kemudahan pengelasan, dan ketahanan korosi membuat A3003 menjadi bahan utama untuk komponen lembar logam di mana beban struktural berat bukan faktor utama desain. Biaya rendah dan ketersediaan luas dalam bentuk lembar dan coil juga mendorong pemilihan di berbagai industri.
Wawasan Pemilihan
Pilih A3003 jika Anda memerlukan paduan ekonomis dengan kemampuan bentuk superior dan ketahanan korosi atmosferik yang baik sambil menerima kekuatan sedang dibandingkan paduan yang dapat diperlakukan panas. Ini merupakan pilihan default yang sangat baik untuk deep drawing dan bagian lembar logam yang dibentuk dengan pertimbangan pengelasan dan penampilan permukaan penting.
Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), A3003 menawarkan kekuatan lebih tinggi dengan penalti konduktivitas listrik yang moderat dan kemampuan bentuk serupa, menjadikannya lebih baik untuk aplikasi lembar struktural. Dibandingkan dengan paduan kerja keras lain seperti 5052, A3003 umumnya memiliki kemampuan bentuk yang sebanding tetapi kekuatan sedikit lebih rendah dan ketahanan korosi laut sedikit menurun; pilih 5052 untuk performa maritim yang lebih baik berkat magnesium. Jika dibandingkan dengan paduan yang diperlakukan panas seperti 6061 atau 6063, pilih A3003 saat kemampuan bentuk dan biaya menjadi prioritas dibandingkan kekuatan puncak; 6061 memberikan kekuatan struktural lebih tinggi dengan penuaan, sementara 3003 lebih mudah dibentuk dan lebih murah.
Ringkasan Penutup
A3003 tetap relevan dalam rekayasa modern karena menyediakan keseimbangan biaya efektif antara daktilitas, kemudahan las, dan ketahanan korosi untuk fabrikasi lembar logam dan bagian yang dibentuk. Rute pengerasan non-perlakuan panas melalui pengerjaan dingin menyederhanakan proses bagi banyak produsen dan memberikan perilaku mekanik yang dapat diprediksi serta stabil di berbagai temper umum.