Aluminium A357: Komposisi, Sifat, Panduan Temper, & Aplikasi

Gambaran Lengkap

A357 adalah paduan aluminium-silikon-magnnesium yang dapat diperlakukan secara panas dan biasa disebut sebagai AlSi7Mg dalam notasi Eropa serta AA A357 dalam daftar ASTM/ASME. Paduan ini termasuk dalam keluarga paduan cor Al–Si–Mg (sering dikategorikan secara konseptual bersama seri 3xx/4xx dari paduan tempa berdasarkan karakter alloying, tetapi secara formal diidentifikasi sebagai paduan cor), di mana silikon merupakan elemen paduan utama dengan penambahan magnesium untuk memungkinkan pengerasan akibat presipitasi.

Pengerasan pada A357 dicapai terutama melalui perlakuan panas larutan diikuti dengan quenching dan penuaan buatan (pengerasan presipitasi) untuk menghasilkan presipitat Mg2Si; beberapa penyesuaian sifat juga dimungkinkan melalui modifikasi (Sr, Na) dan pemurnian butir (Ti, B). Ciri utama meliputi rasio kekuatan-terhadap-berat yang baik pada temper T6/T651, kemampuan cor yang baik dan stabilitas dimensi, ketahanan korosi sedang di lingkungan atmosfer, serta kemampuan las yang umumnya dapat diterima dengan penggunaan logam pengisi yang tepat; kemampuan bentuk relatif terbatas dibandingkan dengan paduan tempa pada kondisi puncak penuaan.

Industri yang menggunakan paduan ini meliputi pengecoran powertrain otomotif dan struktural, komponen struktural sekunder dan braket dirgantara, pengecoran industri umum, serta beberapa produk kelautan dan konsumen di mana komponen cor lebih disukai. Para engineer memilih A357 untuk pengecoran bentuk kompleks yang memerlukan keseimbangan antara kekuatan statis tinggi, perilaku lelah yang wajar, dan hasil permukaan cor yang baik, serta ketika respons perlakuan panas (T6/T651) dibutuhkan tanpa peningkatan kadar tembaga atau seng seperti pada paduan dirgantara berkuatan tinggi.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Keformabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Telah direkristalisasi penuh, optimum untuk pembentukan dan pemesinan.
T4	Sedang	Sedang-Tinggi	Baik	Baik	Diproses perlakuan panas larutan dan penuaan alami; sifat antara.
T5	Sedang-Tinggi	Sedang	Cukup	Baik	Didinginkan dari pengecoran dan penuaan buatan; digunakan saat perlakuan larutan tidak dilakukan.
T6	Tinggi	Rendah-Sedang	Terbatas	Baik (dengan perlakuan panas lanjutan)	Diproses perlakuan panas larutan, quenching, dan penuaan buatan untuk kekuatan puncak.
T651	Tinggi	Rendah-Sedang	Terbatas	Baik (dengan perlakuan panas lanjutan)	T6 dengan pelunakan tegangan melalui peregangan; umum untuk pengecoran dengan stabilitas dimensi tinggi.
F	Variabel	Variabel	Variabel	Variabel	Sesuai kondisi fabrikasi, sifat bergantung pada proses selanjutnya; tidak distandarisasi.

Temper memiliki pengaruh utama terhadap performa mekanik dan kemampuan proses karena siklus perlakuan larutan/penuaan menghasilkan presipitat Mg2Si yang meningkatkan kekuatan sekaligus mengurangi keuletan. Kondisi fully annealed (O) mengoptimalkan keuletan dan kemudahan pembentukan atau pemesinan, sementara kondisi T6/T651 memaksimalkan kekuatan tarik dan luluh dengan pengorbanan elongasi dan keformabilitasan; pengelasan biasanya memerlukan penuaan ulang lokal atau perlakuan panas pasca las untuk mengembalikan sifat.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	6.5–7.5	Elemen paduan utama untuk kemampuan pengecoran, kelancaran alir, dan kekuatan melalui silikon eutektik.
Fe	≤0.20–0.30	Impuritas yang membentuk intermetalik (fase kaya Fe) yang dapat membuat rapuh dan menurunkan keuletan.
Mn	≤0.10	Minor; membantu memodifikasi morfologi intermetalik Fe saat ada.
Mg	0.35–0.60	Pengerasan melalui presipitasi Mg2Si; mengontrol respons perlakuan panas.
Cu	≤0.20	Biasanya rendah; meningkatkan kekuatan tapi dapat menurunkan ketahanan korosi dan meningkatkan risiko SCC.
Zn	≤0.10	Biasanya residu; pengaruh pengerasan terbatas pada kadar ini.
Cr	≤0.10	Mengontrol struktur butir dan dapat menghambat pertumbuhan butir selama pemrosesan.
Ti	0.02–0.10	Digunakan untuk pemurnian butir saat pembekuan (sistem Ti-B umum).
Lainnya (masing-masing)	≤0.05–0.15	Residu dan modifikasi disengaja (Sr untuk modifikasi silikon, Sr ~0.01).

Kimia paduan dioptimalkan untuk menyeimbangkan kemampuan cor, respons perlakuan panas, dan performa korosi. Silikon menentukan struktur eutektik dan meningkatkan kelancaran alir, magnesium menyediakan dasar pengerasan presipitasi, sementara kandungan tembaga dan besi yang rendah menjaga kerentanan korosi dan kerapuhan intermetalik tetap terkendali.

Sifat Mekanik

A357 menunjukkan variasi yang signifikan dalam sifat tarik dan luluh yang dipengaruhi oleh temper dan metode pengecoran. Pada kondisi T6/T651, paduan ini mencapai kekuatan tarik ultimate dan luluh yang relatif tinggi untuk material cor Al–Si–Mg berkat dispersi halus presipitat Mg2Si dan silikon eutektik yang dimurnikan, sementara kondisi annealed menunjukkan elongasi jauh lebih tinggi dan kekuatan luluh lebih rendah. Kekerasan mengikuti kekuatan tarik dan meningkat tajam dengan penuaan; nilai kekerasan Brinell atau Vickers meningkat dari tingkat lunak yang mudah dimesin pada temper O ke tingkat jauh lebih tinggi pada temper T6.

Perilaku kelelahan A357 umumnya lebih unggul dibandingkan pengecoran aluminium-silikon hipereutektik yang lebih rapuh karena morfologi silikon yang terkontrol dan perlakuan panas mengurangi titik inisiasi retak; meskipun demikian, umur kelelahan sensitif terhadap cacat pengecoran, porositas, dan kualitas permukaan. Ketebalan dan ukuran penampang mempengaruhi laju pendinginan saat pembekuan yang berdampak pada mikrostruktur dan akibatnya sifat mekanik; penampang yang lebih tebal mendingin lebih lambat, mendorong pertumbuhan silikon yang lebih kasar dan menurunkan kekuatan maksimal setelah perlakuan panas.

Kondisi permukaan, modifikasi pasca pengecoran, dan teknik mitigasi porositas (pengecoran bantuan vakum, degassing, dan sistem gating yang tepat) secara langsung meningkatkan konsistensi mekanik dan kinerja kelelahan pada komponen struktural.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (T6/T651)	Catatan
Kekuatan Tarik (MPa)	140–190	260–320	Rentang luas tergantung metode pengecoran dan ketebalan penampang.
Kekuatan Luluh (MPa)	60–110	200–260	Kekuatan luluh meningkat signifikan setelah perlakuan larutan dan penuaan.
Elongasi (%)	10–18	4–8	Keuletan berkurang pada kondisi puncak penuaan; mode patah biasanya campuran duktile-krap.
Kekerasan (HB)	40–70	85–120	Kekerasan Brinell meningkat dengan penuaan dan morfologi silikon eutektik yang lebih halus.

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density	2.65–2.68 g/cm³	Tipikal untuk paduan cor Al–Si; berguna untuk perhitungan massa/berat.
Rentang Leleh	~560–635 °C	Solidus dan likuidus tergantung tingkat Si dan modifikator; eutektik memengaruhi rentang pembekuan.
Konduktivitas Termal	120–150 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni karena paduan dan silikon; tetap baik untuk pembuangan panas dibandingkan baja.
Konduktivitas Listrik	~30–40 % IACS	Menurun dibanding aluminium murni; berkurang dengan pengerjaan dingin dan paduan.
Kalor Jenis	~0.89 kJ/kg·K	Tipikal untuk paduan aluminium, digunakan dalam perhitungan termal.
Perluasan Termal	22–24 µm/m·K	Koefisien perluasan linier termal mirip dengan paduan Al–Si lain; penting untuk penyambungan material berbeda.

Sifat fisik tersebut membuat A357 menarik ketika dibutuhkan logam dengan densitas rendah dan konduktivitas termal baik tetapi tidak membutuhkan konduktivitas listrik aluminium murni penuh. Data perluasan termal dan konduktivitas sangat penting dalam desain perakitan dengan baja, komposit, atau pelapis, karena ekspansi berbeda dapat menyebabkan stres atau kegagalan segel.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	Jarang; pengecoran tipis 1–6 mm	Variabel; biasanya lebih rendah daripada lembaran hasil pengerolan	O, T5	Ketersediaan terbatas; digunakan untuk proses pengecoran lembaran khusus.
Plat	6–100 mm (segmen plat cor)	Sifat tergantung penampang	O, T6/T651	Plat cor menunjukkan penurunan sifat pada bagian tebal karena pembesaran butir.
Ekstrusi	Tidak umum	Tidak berlaku	—	A357 biasanya tidak digunakan untuk ekstrusi; komposisi dan fokus pengecoran membuatnya tidak cocok.
Tabung	Cor atau mesin dari billet; ukuran bervariasi	Tergantung pengecoran dan perlakuan panas	O, T6	Tabung cor kurang umum daripada tabung hasil pengerolan; digunakan untuk penampang kompleks.
Batang	Billet cor dan tempa	Variabel; dapat diperlakukan panas	O, T6	Sering diproduksi sebagai ingot atau billet untuk kemudian dimesin menjadi komponen.

A357 terutama merupakan paduan pengecoran, dan sebagian besar bentuk komersial berupa pengecoran pasir, cetakan permanen, atau pengecoran investasi serta ingot/billet. Perbedaan dalam proses (misal cetakan permanen dibanding pasir) mengubah kecepatan pendinginan sehingga mempengaruhi mikrostruktur dan sifat mekanik akhir; perancang harus mencocokkan metode pengecoran, ketebalan penampang, dan temper dengan beban dan kondisi kelelahan yang diharapkan.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	A357	USA	Penandaan ASTM yang umum untuk pengecoran; digunakan dalam spesifikasi aerospace dan otomotif.
EN AW	AlSi7Mg	Eropa	Setara umum di Eropa; toleransi komposisi dan prosedur perlakuan panas bisa berbeda.
JIS	ADC10/ADC12 (kira-kira)	Jepang	Seri ADC adalah paduan die-casting dengan kandungan Si serupa; ADC12 memiliki Cu lebih tinggi dan sifat berbeda.
GB/T	AlSi7Mg (atau analog A357)	China	Standar lokal mencerminkan EN/ASTM namun toleransi kimia dan mekanik bervariasi berdasarkan produsen.

Kesetaraan ini bersifat perkiraan karena praktik pengecoran, batas kemurnian, dan protokol perlakuan panas berbeda menurut wilayah dan lembaga standar. Insinyur harus memeriksa ulang data sifat mekanik dan instruksi perlakuan panas saat mengganti antar standar untuk memastikan kesamaan fungsi bagi komponen penting.

Ketahanan Korosi

A357 umumnya menunjukkan ketahanan korosi atmosfer yang baik untuk paduan aluminium pengecoran karena matriks kaya silikon dan kandungan tembaga rendah mengurangi kecenderungan galvanik di lingkungan umum. Film oksida aluminium yang terbentuk secara alami memberikan perlindungan dasar, tetapi korosi lokal dapat terjadi pada partikel intermetal atau cacat pengecoran di mana film pasif terganggu.

Di lingkungan laut atau yang mengandung klorida, A357 memberikan kinerja sedang tetapi tidak sekuat paduan khusus laut (misalnya seri Al–Mg 5xxx); paparan lama terhadap semprotan garam atau zona percikan memerlukan pelapisan pelindung, anodizing, atau isolasi katodik untuk menghindari pitting. Kerentanan terhadap retak karena korosi tegangan relatif rendah berkat kandungan tembaga rendah dan tingkat Mg sedang, meskipun tegangan tarik tinggi dikombinasikan dengan lingkungan agresif masih dapat menyebabkan SCC pada aplikasi kritis.

Interaksi galvanik perlu diperhatikan: saat dipasangkan dengan logam mulia lebih tinggi (misal baja tahan karat, paduan tembaga), A357 akan menjadi anodik dan mengalami korosi lebih cepat jika terkena elektrolit; bahan isolasi atau pelapis pelindung umum digunakan untuk menghindari korosi dipercepat. Dibandingkan dengan paduan hasil pengerolan seri 6xxx, A357 menawarkan ketahanan korosi serupa namun dengan catatan porositas atau distribusi intermetal pengecoran dapat memusatkan serangan.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

A357 dapat dilas menggunakan teknik fusi umum seperti TIG (GTAW) dan MIG (GMAW) dengan logam pengisi yang sesuai; untuk paduan cor Al–Si, ER4043 (Al–5Si) adalah logam pengisi yang luas dipakai karena kompatibilitas silikon dan mengurangi retak panas. Risiko retak panas sedang pada paduan cor akibat pengerasan terkendali dan struktur eutektik kasar, sehingga pembersihan pra-las, desain sambungan yang baik, dan kontrol panas las sangat penting. Pelunakan zona terpengaruh panas (HAZ) diharapkan pada material T6 karena pemanasan lokal melarutkan presipitat; solusi pasca-las berupa perlakuan pelarutan dan penuaan atau penuaan buatan lokal sangat dianjurkan untuk mengembalikan sifat mekanik sesuai kebutuhan.

Kemudahan Mesin

Kemudahan mesin A357 umumnya baik dibanding banyak paduan cor silikon tinggi karena kandungan silikon dan morfologi eutektik yang dimodifikasi mengurangi keausan alat dibanding paduan hipereutektik. Alat karbida dengan sudut positif dan parameter pemesinan kecepatan tinggi memberikan produktivitas baik; pendingin banjir atau pelumasan kabut meningkatkan pembuangan serpihan dan umur alat. Pemesinan penampang besar pada material T6 memerlukan perhatian terhadap kekerasan dan kontrol serpihan; kantong dan dinding tipis harus dirancang untuk mencegah getaran dan distorsi.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk dingin terbatas pada temper puncak (T6/T651) akibat berkurangnya keuletan, sedangkan kondisi anil (O) atau perlakuan larutan (T4) menawarkan kelenturan dan kemampuan bentuk regangan yang jauh lebih baik. Radius tekuk minimum yang direkomendasikan biasanya tergantung ketebalan dan temper, tetapi umumnya lebih besar dibanding paduan hasil pengerolan yang lebih ulet; perancang umumnya menspesifikasikan pembentukan suhu O diikuti perlakuan panas akhir untuk mencapai bentuk dan persyaratan mekanik. Proses pembentukan bertahap untuk bagian cor memungkinkan namun memerlukan kontrol yang ketat terhadap panas dan tegangan sisa.

Perilaku Perlakuan Panas

A357 adalah paduan cor yang dapat diperlakukan panas dan merespons siklus suhu konvensional Al–Si–Mg yang digunakan untuk menghasilkan temper T6/T651. Perlakuan larutan biasanya dilakukan pada suhu sekitar 520–540 °C untuk waktu yang cukup melarutkan Mg dan sebagian mengubah jaringan silikon; waktu bergantung ketebalan penampang dan harus menyeimbangkan homogenisasi dengan mencegah pencairan awal dari konstituen titik leleh rendah. Pendinginan cepat ke suhu kamar menjebak zat terlarut dalam larutan padat jenuh dan mempersiapkan penuaan buatan pada 150–200 °C untuk mempresipitasi partikel halus Mg2Si dan mengembangkan tingkat kekuatan yang diinginkan.

Temper T5 diperoleh dengan penuaan buatan setelah pendinginan dari pengecoran; digunakan saat perlakuan larutan penuh tidak praktis. T651 menambah peregangan penghilang tegangan setelah pendinginan cepat untuk meminimalkan tegangan sisa dan meningkatkan stabilitas dimensi, penting untuk pengecoran cetakan dan pengecoran presisi tinggi. Penuaan berlebih pada suhu tinggi atau waktu penuaan berlebih memperbesar presipitat dan mengurangi kekuatan puncak serta meningkatkan keuletan.

Kinerja Suhu Tinggi

Sifat mekanik A357 menurun secara bertahap dengan naiknya suhu akibat pembesaran presipitat dan berkurangnya efektivitas penguatan zat terlarut; kekuatan statis yang berguna biasanya dipertahankan hingga sekitar 125–150 °C, dengan pelunakan signifikan di atas rentang ini. Ketahanan creep pada suhu tinggi tergolong sedang dan lebih rendah daripada paduan aluminium atau nikel khusus suhu tinggi, sehingga A357 tidak direkomendasikan untuk aplikasi pembebanan jangka panjang di atas ~150 °C.

Pada suhu tinggi, oksidasi terbatas pada pembentukan film alumina stabil, namun pengelupasan permukaan dan interaksi dengan atmosfer agresif dapat menjadi masalah untuk durasi lama. Pengelasan atau siklus termal lokal dapat lebih mengubah mikrostruktur di HAZ dan sekitarnya, menghasilkan zona dengan kekuatan berkurang dan kerentanan meningkat terhadap creep atau kelelahan pada suhu layanan tinggi.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan A357
Otomotif	Rumah transmisi, rumah pompa, braket struktural	Castability baik, kekuatan tinggi setelah T6, dan produksi ekonomis untuk bentuk kompleks.
Kelautan	Rumah girboks, komponen pompa	Ketahanan korosi lumayan dan rasio kekuatan-terhadap-berat baik untuk lingkungan basah dengan pelapisan.
Aerospace	Fitting, braket, rumah struktural non-kritis	Kekuatan yang dapat diperlakukan panas dan stabilitas dimensi pada T651 untuk elemen struktural kurang kritis.
Elektronika	Heat sink dan enclosure	Konduktivitas panas dan bentuk cor terintegrasi untuk manajemen termal.

A357 dipilih ketika geometri bagian diuntungkan oleh pengecoran, sifat statis tingkat T6 diperlukan, dan penghematan bobot serta kinerja termal memberi keuntungan sistemik. Desain yang tepat untuk kualitas pengecoran dan pemrosesan pasca-cor memastikan kinerja konsisten di berbagai industri ini.

Wawasan Pemilihan

Ketika memilih A357, pertimbangkan terutama saat komponen cor membutuhkan kekuatan yang dapat diperlakukan dengan perlakuan panas yang dipadukan dengan ketahanan korosi yang wajar serta kemampuan pengecoran yang baik; ini adalah pilihan yang tepat untuk bagian berbentuk kompleks dengan kekuatan sedang yang mendapatkan manfaat dari penuaan T6/T651 dan kestabilan dimensi. Untuk aplikasi yang mengutamakan daktilitas dan pembentukan, tentukan temper O atau T4 atau pilih paduan tempa; untuk layanan jangka panjang pada suhu tinggi atau kondisi kelelahan ekstrem, pertimbangkan alternatif lain.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), A357 menukar konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan bentuk yang superior dengan kekuatan jauh lebih tinggi dan kestabilan dimensi yang lebih baik setelah perlakuan panas. Dibandingkan dengan paduan pengerasan kerja umum seperti 3003 atau 5052, A357 memberikan kekuatan puncak yang secara substansial lebih tinggi ketika menjalani penuaan, tetapi mungkin memiliki ketahanan korosi yang sebanding atau sedikit lebih rendah di lingkungan klorida; gunakan A357 ketika kompleksitas pengecoran dan kekuatan lebih penting daripada pembentukan dingin yang ekstensif. Dibandingkan dengan paduan tempa yang dapat diperlakukan dengan panas yang umum seperti 6061/6063, A357 menawarkan kemampuan pengecoran yang lebih baik dan mekanisme pengerasan presipitasi yang sebanding; A357 disukai ketika geometri cor yang kompleks dan densitas lebih rendah diperlukan meskipun memiliki kekuatan puncak yang sedikit lebih rendah dibandingkan beberapa paduan tempa seri 6xxx.

Ringkasan Penutup

A357 tetap menjadi paduan aluminium cor yang relevan dan banyak digunakan karena menggabungkan kemampuan pengecoran yang sangat baik dengan respons perlakuan panas yang kuat sehingga menghasilkan kekuatan statis tinggi, kinerja kelelahan yang wajar, dan perilaku korosi yang dapat diterima untuk banyak komponen struktural dan mekanis. Pemilihan metode pengecoran, temper, dan perlakuan pasca-proses yang tepat memungkinkan perancang untuk memanfaatkan keunggulannya sekaligus mengelola keterbatasan dalam kemampuan pembentukan dan kinerja pada suhu tinggi.