Aluminium A3004: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Umum Komprehensif

A3004 adalah anggota dari seri paduan aluminium 3xxx, termasuk dalam keluarga Al-Mn di mana mangan merupakan unsur paduan utama. Ini adalah paduan yang tidak dapat diperlakukan panas dan dapat diperkuat melalui pengerjaan dingin (strain hardening) yang sering mengandung tambahan kecil tembaga dan silikon untuk meningkatkan kekuatan dibandingkan dengan keluarga 3003 dasar. Mekanisme penguatannya terutama melalui pengerjaan dingin dan efek larutan padat serta dispersoid yang digerakkan oleh mikro-paduan, bukan pengerasan akibat presipitasi. Karakteristik kinerja tipikal meliputi daktilitas sedang hingga tinggi dalam kondisi annealed, kekuatan pada suhu ruang yang meningkat dalam temper strain-hardened, ketahanan korosi umum yang baik, serta kemampuan las dan pembentukan aluminium yang konvensional.

A3004 dipilih oleh industri yang membutuhkan keseimbangan antara kemampuan pembentukan dan kekuatan hasil pengerjaan dingin yang lebih tinggi dibandingkan dengan paduan Al-Mn murni atau yang rendah paduan. Sektor umum meliputi pelapisan arsitektural, sirip penukar panas, peralatan masak dan peralatan rumah tangga, panel transportasi, serta pekerjaan logam lembaran umum yang memerlukan stamping dan drawing. Paduan ini dipilih dibandingkan paduan yang lebih sederhana ketika desain membutuhkan kekuatan luluh dan tarik tambahan tanpa mengorbankan proses pembentukan atau ketika kualitas permukaan dan kemampuan pengecatan penting. Insinyur lebih menyukai A3004 ketika diperlukan paduan yang hemat biaya, mudah dibentuk, dengan kekuatan lebih baik daripada 1100/3003 namun tanpa kendala proses yang ada pada paduan yang dapat diperlakukan panas.

Paduan ini tersedia luas dalam bentuk lembar, gulungan, dan beberapa bentuk ekstrusi, sehingga praktis untuk produksi volume tinggi. Alasan produksi seperti kemudahan pengerjaan dingin, kontrol springback yang dapat diprediksi, dan transisi temper yang stabil selama proses menjadikannya menarik bagi para perancang dan insinyur produksi. Pemilihan material biasanya bergantung pada keseimbangan antara geometri bagian, metode pembentukan, dan tingkat kekuatan pasca pembentukan yang diperlukan.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Bentuk	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Kondisi fully annealed untuk daktilitas maksimum
H14	Sedang	Sedang	Sangat baik	Sangat baik	Half-hard, umum untuk pembentukan sedang dan kekuatan sedang
H18	Tinggi	Rendah	Cukup	Sangat baik	Full-hard, digunakan untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan dan kekakuan tinggi
H24	Menengah-Tinggi	Sedang	Baik	Sangat baik	Quarter-soft (strain-hardened kemudian distabilkan), keseimbangan antara kemampuan bentuk dan kekuatan akhir
H26	Tinggi	Rendah-Sedang	Cukup	Sangat baik	Temper dengan pengerjaan keras lebih besar untuk hasil luluh lebih tinggi

Temper pada keluarga 3xxx secara langsung mengatur kompromi antara kekuatan dan kemampuan bentuk melalui tingkat pengerjaan dingin. Annealed (O) memberikan kemampuan drawing dan elongasi terbaik, sementara temper H secara bertahap meningkatkan kekuatan luluh dan tarik dengan mengorbankan daktilitas dan kemampuan deep-draw.

Produsen biasanya melakukan urutan anneal, pra-pembentukan, dan pengerjaan dingin akhir untuk mencapai tumpukan properti yang disesuaikan pada bagian. Temper H yang distabilkan (misalnya H24) sering digunakan di mana kontrol springback ringan dan tahap pembentukan moderat berikutnya diperlukan.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	maks 0.3	Deoksidator minor; jumlah kecil meningkatkan kemampuan pengecoran dan hasil permukaan
Fe	maks 0.7	Kotoran khas; mempengaruhi struktur butir dan dapat menurunkan daktilitas jika berlebihan
Mn	1.0–1.5	Penguat utama dalam seri 3xxx; meningkatkan respon pengerjaan keras
Mg	maks 0.10	Biasanya rendah; jumlah lebih besar mengubah perilaku ke keluarga 5xxx
Cu	0.2–0.6	Tambahan kecil Cu meningkatkan kekuatan dan sifat tarik dibandingkan 3003
Zn	maks 0.25	Kotoran minor; pengaruh kecil pada kekuatan
Cr	maks 0.10	Tambahan jejak untuk mengontrol struktur butir dan meningkatkan stabilitas temper
Ti	maks 0.15	Penghalus butir pada produk cor dan ingot
Lainnya (termasuk Zr, Be)	0.05 masing-masing, total maks 0.15	Sisa dan elemen jejak; Al sisanya

Kimia A3004 disesuaikan untuk memberikan kekuatan tambahan pada suhu ruang dibandingkan 3003 terutama melalui kandungan Mn dan tambahan tembaga yang terkontrol. Mangan berperan sebagai unsur paduan substitusional yang meningkatkan laju pengerasan kerja dan menstabilkan struktur butir selama pemrosesan termomekanik. Tembaga lebih meningkatkan kekuatan dan dapat sedikit menurunkan ketahanan korosi; oleh karena itu kandungannya dibatasi untuk menjaga performa atmosfer yang baik.

Elemen jejak dan batas kotoran rendah penting untuk menghindari pengerasan rapuh, mempertahankan kemampuan bentuk, dan menjamin perilaku lembar yang konsisten antar batch produksi. Aluminium adalah elemen sisanya dan mendominasi sifat fisik seperti densitas dan konduktivitas termal.

Sifat Mekanik

A3004 menunjukkan perilaku tarik strain-hardening klasik: temper annealed O menunjukkan kekuatan luluh rendah dan elongasi tinggi, sedangkan temper H memperlihatkan kekuatan luluh dan tarik lebih tinggi dengan daktilitas berkurang. Perilaku luluh pada temper H relatif linier terhadap tingkat pengerjaan dingin; pengerasan strain bertahap efektif untuk menyesuaikan performa mekanik sesuai kebutuhan bagian. Kekerasan meningkat secara prediktif dengan temper dan dapat digunakan sebagai metrik kontrol produksi untuk pemeriksaan inline.

Kinerja fatigue adalah tipikal untuk paduan Al-Mn: batas kelelahan lebih rendah dibandingkan baja tetapi cukup untuk banyak aplikasi beban siklik ketika konsentrasi tegangan dikendalikan. Umur fatigue sensitif terhadap hasil permukaan, tegangan residu dari pembentukan, dan zona kenaikan panas lokal akibat pengelasan. Ketebalan berpengaruh langsung pada kekuatan dan daktilitas yang diamati dalam uji tarik; ketebalan tipis mungkin menunjukkan kemampuan bentuk terlihat lebih tinggi sementara bagian lebih tebal dapat menyimpan kapasitas penyerap energi lebih besar.

Springback dan anisotropi adalah pertimbangan praktis untuk stamping dan bending; sifat arah yang didapat dari proses rolling harus diperhitungkan dalam desain die. Aplikasi struktural ringan memanfaatkan rasio kekuatan terhadap berat paduan yang menguntungkan, tetapi margin desain harus mempertimbangkan kelelahan dengan notch yang lebih rendah dan ketangguhan patah yang lebih rendah dibandingkan paduan aluminium yang diperlakukan panas dengan kekuatan lebih tinggi.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (misal H14/H18)	Catatan
Kekuatan Tarik	~120–160 MPa	~200–260 MPa	Temper H secara signifikan meningkatkan UTS lewat pengerjaan dingin
Kekuatan Luluh	~35–70 MPa	~140–190 MPa	Luluh meningkat seiring temper; diukur dengan offset 0.2%
Elongasi	~30–40%	~3–15%	Penurunan daktilitas besar pada kondisi full-hard
Kekerasan (HV)	~25–40	~45–85	Kekerasan naik seiring pengerasan strain dan berkorelasi dengan kekuatan

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Densitas	2.70–2.74 g/cm³	Densitas paduan aluminium tipikal; variasi kecil akibat paduan
Rentang Leleh	~605–660 °C	Rentang solidus–liquidus yang dipengaruhi oleh tambahan paduan minor
Konduktivitas Termal	~120–160 W/m·K	Lebih rendah dari Al murni tapi masih baik untuk aplikasi perpindahan panas
Konduktivitas Listrik	~30–38 % IACS	Menurun dari Al murni akibat paduan; dapat diterima untuk komponen konduktif
Kalor Jenis	~900 J/kg·K	Tipikal paduan aluminium pada suhu ruang
Ekspansi Termal	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Sejalan dengan paduan aluminium tempa lainnya

A3004 mempertahankan karakteristik transportasi termal yang menguntungkan dibandingkan dengan banyak logam struktural, sehingga berguna untuk penukar panas dan aplikasi manajemen termal. Konduktivitas listrik paduan ini berkurang oleh penambahan mangan dan tembaga, sehingga tidak menjadi pilihan utama jika konduktivitas maksimum diperlukan, tetapi tetap dapat diterima untuk bagian struktural konduktif atau lembaran pembawa arus dalam konteks permintaan rendah.

Ekspansi termal dan densitas rendah mendukung stabilitas dimensi dan desain ringan pada kisaran temperatur sedang, tetapi insinyur harus memperhitungkan ekspansi dan penurunan sifat mekanik pada suhu tinggi saat merancang rakitan.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0.2–6.0 mm	Kekuatan meningkat dengan temper H	O, H14, H24	Bentuk paling umum untuk cladding, sirip, dan panel
Plat	6–25 mm	Ketersediaan terbatas; bagian tebal lebih sulit dibentuk dingin	O, H18	Digunakan untuk bagian struktural yang memerlukan ketebalan
Ekstrusi	Bagian hingga 200 mm	Kekuatan dipengaruhi oleh proses ekstrusi dan pengerjaan dingin selanjutnya	H14, H24	Kurang umum dibanding lembaran; bentuk khusus untuk bracket dan profil
Pipa	Ketebalan dinding 0.5–6 mm	Kinerja mirip lembaran; digunakan proses penarikan	O, H14	Digunakan di HVAC, inti penukar panas, dan pipa diameter kecil
Batang / Rod	Ø3–50 mm	Biasanya dipasok dalam temper H; stok untuk machining	H14, H18	Digunakan untuk komponen mesin dan pengikat jika paduan diizinkan

Lembaran dan coil adalah bentuk produk komersial dominan untuk A3004, mencerminkan penggunaan utamanya dalam proses stamping, drawing, dan rolling. Ekstrusi dan batang ada namun kurang umum; bentuk ini mungkin memerlukan kontrol komposisi ingot khusus dan digunakan di mana geometri bagian memengaruhi desain.

Perbedaan proses — rolling, siklus annealing, pengerjaan dingin — menghasilkan gradien sifat melalui ketebalan dan lebar coil, yang harus diperhitungkan dalam cetakan pembentukan dan desain pengelasan. Pemasok dapat menyediakan rangkaian temper yang disesuaikan untuk menyeimbangkan kemampuan bentuk dan kekuatan akhir sesuai kebutuhan produksi.

Grade Ekuivalen

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	A3004	USA	Penamaan umum dari American Aluminum Association
EN AW	3004	Eropa	Komposisi tipe AlMn1Cu dalam standar EN
JIS	A3004	Jepang	Sering direferensikan dalam industri Jepang untuk lembaran dan coil
GB/T	3A05 / ekuivalen 3004	China	Penamaan lokal bisa berbeda; periksa komposisi tepatnya

Penamaan silang berbeda menurut badan standardisasi; keluarga numerik (3004/3xxx) konsisten, tetapi batas atas dan bawah unsur minor dapat berbeda menurut spesifikasi dan produsen. Saat substitusi antar standar, engineer harus memeriksa batas kimia dan mekanik secara tepat terutama untuk tingkat minimum/maksimum tembaga dan mangan yang memengaruhi kekuatan dan ketahanan korosi. Perlakuan permukaan, proses pelapisan, dan definisi temper juga bisa memiliki nomenklatur dan persyaratan berbeda antar wilayah.

Ketahanan Korosi

A3004 menunjukkan ketahanan korosi atmosferik umum yang baik karena terbentuknya lapisan oksida aluminium stabil pada permukaan. Di lingkungan laut atau kaya klorida, paduan rentan terhadap pitting lokal; pemilihan lapisan pelindung, sealant, dan desain menghindari celah sangat dianjurkan. Kandungan tembaga yang sedang mengurangi sedikit ketahanan korosi dibandingkan Al murni atau 3003, tetapi sering menghasilkan umur pakai yang dapat diterima dengan perlindungan permukaan yang tepat.

Retak korosi tegangan (stress corrosion cracking) bukan masalah utama untuk komposisi A3004 pada suhu layanan normal; paduan Al-Mn seri 3xxx tidak terlalu rentan terhadap SCC dibandingkan paduan aluminium berkuatan tinggi. Interaksi galvanik dengan logam lebih mulia (misalnya baja tahan karat, tembaga) dapat mempercepat korosi A3004 jika kontak listrik langsung dan elektroda hadir; isolasi dan pemilihan pengikat yang tepat mengurangi risiko ini. Dibanding keluarga 5xxx (Al-Mg) dan 6xxx (Al-Mg-Si), A3004 menukar sedikit ketahanan pitting laut untuk performa pengerjaan dingin yang lebih baik dan biaya lebih rendah.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

A3004 mudah dilas dengan metode fusi umum seperti TIG dan MIG, menunjukkan kecenderungan retak panas rendah dibanding paduan aluminium berkuatan lebih tinggi. Kawat pengisi tipikal meliputi Al-Si (misal 4043) atau paduan aluminium kompatibel dengan seri 3xxx; pemilihan tergantung pada kebutuhan layanan sambungan dan ketahanan korosi pasca las. Sambungan las akan menunjukkan pelunakan HAZ lokal jika sebelumnya dikeraskan secara mekanik, jadi sifat mekanik pasca-las harus diverifikasi untuk komponen kritis. Pemanasan pra-las biasanya tidak diperlukan untuk bagian tipis, tetapi pengelolaan panas dan desain penjepit penting untuk mengontrol distorsi.

Kemudahan Mesin (Machinability)

Kemudahan mesin A3004 sedang; lebih baik daripada aluminium murni tetapi tidak sebaik beberapa paduan yang mengandung Cu atau Pb yang dirancang untuk kemudahan pemotongan. Alat carbide dan laju pemakanan sedang menghasilkan kontrol chip dan hasil permukaan yang konsisten, sedangkan alat kecepatan tinggi dapat digunakan jika pendingin dan pembuangan chip terkelola. Pembentukan burr dapat dikendalikan, dan jendela putaran/laju serupa dengan paduan seri 3xxx lain untuk proses bubut dan frais. Proses ulir dan tapping perlu perhatian pada kecenderungan pengerasan kerja pada temper H.

Kemampuan Bentuk (Formability)

A3004 menawarkan kemampuan bentuk sangat baik pada temper O dan sangat baik pada temper H ringan sampai sedang, sehingga cocok untuk proses deep drawing, bending, dan roll forming. Radius lentur minimum bergantung pada temper dan ketebalan; lembaran annealed dapat mencapai radius kecil sementara temper full-hard memerlukan radius lebih besar untuk menghindari retak. Pembentukan inkremental dengan annealing antara tahap atau teknik stretch-forming dapat menghasilkan geometri kompleks tanpa mengorbankan kekuatan akhir. Perilaku springback harus diperhitungkan, terutama pada temper H dengan kekuatan luluh tinggi.

Perilaku Perlakuan Panas

A3004 adalah paduan non-heat-treatable; tidak merespon perlakuan larutan dan penuaan buatan seperti paduan 6xxx atau 7xxx. Peningkatan kekuatan dicapai eksklusif melalui pengerjaan kerja keras (deformasi plastik) dan kontrol mikrostruktur saat pemrosesan termomekanik. Annealing penuh (temper O) dilakukan untuk mengembalikan keuletan, mengurangi tegangan sisa, dan memungkinkan operasi pembentukan selanjutnya.

Siklus annealing biasanya dilakukan pada suhu yang memungkinkan rekristalisasi tanpa pertumbuhan butir berlebihan; produsen menentukan waktu soak dan laju pemanasan untuk memastikan sifat konsisten. Perlakuan stabilisasi atau reversion sebagian (misal tempering setelah pengerjaan dingin untuk mencapai kondisi mirip H24) digunakan untuk mengontrol tegangan sisa dan springback pada komponen bentuk. Tidak ada perlakuan larutan-penuaan praktis untuk memperkuat A3004 lewat pengerasan presipitasi.

Kinerja pada Suhu Tinggi

A3004 mengalami penurunan kekuatan progresif dengan meningkatnya suhu; di atas kira-kira 150–200 °C terjadi penurunan signifikan pada kekuatan luluh dan tarik, membatasi penggunaan struktural jangka panjang pada suhu tinggi. Oksidasi dibatasi oleh pembentukan lapisan Al2O3 yang melekat, memberikan perlindungan suhu tinggi, namun tidak mencegah degradasi kekuatan. Untuk paparan jangka pendek pada suhu agak tinggi, paduan mempertahankan keuletan yang berguna tetapi desainer harus melakukan pengujian spesifik aplikasi untuk creep dan relaksasi.

Zona terpengaruh panas (HAZ) las mungkin menunjukkan perubahan kekuatan dan keuletan setelah paparan temperatur tinggi, dan siklus panas termal berulang dapat mempercepat pelunakan pada bagian kerja dingin. Untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan tahan lama di atas ~150 °C, engineer biasanya menentukan paduan tahan panas atau seri aluminium khusus dengan ketahanan suhu tinggi lebih baik.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa A3004 Digunakan
Otomotif	Panel bodi, trim	Kemampuan bentuk baik untuk stamping, kekuatan lebih tinggi dibanding 3003
HVAC / Transfer panas	Sirip, kumparan kondensor	Konduktivitas termal dan kemampuan bentuk untuk sirip/coil tipis
Arsitektur	Cladding, soffit	Finish permukaan, kemampuan pengecatan, dan ketahanan korosi
Barang konsumen	Peralatan masak, peralatan rumah tangga	Keseimbangan bentuk, kekuatan, dan kualitas permukaan
Elektronik	Panel chassis, enclosure	Ringan, panel struktural dengan konduktivitas termal

A3004 dipilih di mana kemampuan manufaktur dan ekonomi bertemu performa fungsional: dapat dibentuk menjadi bentuk kompleks, mempertahankan kekuatan memadai setelah pembentukan, serta menerima perlakuan permukaan dan metode penyambungan dengan perilaku yang dapat diprediksi. Kombinasi sifat paduan ini mendukung produksi volume tinggi untuk komponen yang memerlukan keseimbangan keuletan dan kekuatan meningkat tanpa perlakuan panas.

Wawasan Pemilihan

Untuk engineer yang memutuskan menggunakan A3004, fokuskan pada keseimbangan antara kemampuan bentuk, kekuatan sedang, dan biaya. Pilih A3004 dibanding aluminium komersial murni (1100) saat diperlukan kekuatan luluh dan tarik lebih tinggi tetapi masih mempertahankan karakteristik pembentukan dan pengelasan yang baik. A3004 mengorbankan sebagian konduktivitas listrik dan keuletan maksimum dibandingkan 1100, namun menawarkan keuntungan kekuatan yang berarti untuk bagian yang dicetak atau ditarik.

Dibandingkan dengan paduan yang mengeras kerja lainnya seperti 3003 dan 5052, A3004 berada di antara keduanya: paduan ini lebih kuat daripada 3003 karena penambahan tembaga dan mangan serta seringkali memiliki ketahanan korosi yang sebanding dengan 3003, sementara 5052 memberikan ketahanan korosi superior di lingkungan laut dan kekuatan yang lebih tinggi pada banyak kondisi temper. Pilih 5052 ketika ketahanan terhadap klorida sangat penting, tetapi pilih A3004 ketika operasi pembentukan dan sensitivitas biaya menjadi faktor utama dalam pengambilan keputusan.

Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas seperti 6061 atau 6063, A3004 dipilih ketika kompleksitas dan biaya proses solusi/penuaan tidak dapat dibenarkan. Gunakan A3004 untuk aplikasi plat yang sangat dapat dibentuk dengan kebutuhan kekuatan akhir yang sedang; simpan 6061/6063 untuk aplikasi yang membutuhkan kekuatan puncak lebih tinggi atau performa struktural pada suhu tinggi.

Ringkasan Penutup

A3004 tetap menjadi paduan aluminium seri 3xxx yang praktis dan banyak digunakan yang mengisi celah antara material kemurnian komersial yang sangat duktile dan paduan perlakuan panas yang lebih kompleks. Komposisi kimianya yang terkontrol dan respons pengerasan regangan yang andal menjadikannya pilihan ekonomis untuk bagian yang dibentuk, dicat, dan dilas dalam bidang arsitektur, HVAC, otomotif, dan barang konsumen. Perancang memilih A3004 ketika kombinasi optimal dari kemampuan bentuk, kekuatan menengah, dan efisiensi biaya diperlukan untuk produksi skala besar.