Aluminium A390: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Komprehensif

A390 adalah paduan cor aluminium-silikon hipereutektoid dalam keluarga bahan cor Al‑Si‑Cu‑Mg tipe 3xx/4xx, bukan seri 6xxx atau 7xxx yang dibuat dengan proses pengerjaan (wrought). Komposisinya didominasi oleh kandungan silikon yang sangat tinggi (biasanya sekitar 17–19 wt%) dengan tembaga dan magnesium sebagai unsur penguat sekunder, dipadukan dengan kadar besi, mangan, dan titanium jejak untuk pengendalian butir dan modifikasi mikrostruktur.

Mekanisme penguatan utama adalah pengerasan presipitasi matriks aluminium oleh intermetalik Cu/Mg setelah perlakuan solusi dan penuaan buatan, disertai penguatan mikrostruktur dari partikel silikon primer yang keras yang tersebar dalam matriks. Hal ini menjadikan A390 paduan cor yang dapat diberi perlakuan panas dengan mikrostruktur dan respons mekanik yang berbeda dari paduan pengerjaan keras (work‑hardened) yang biasa.

Ciri khas utama meliputi ketahanan aus tinggi dan kekuatan kontak tekan yang baik berkat partikel Si yang keras dan besar, stabilitas dimensi yang baik setelah perlakuan panas, ketahanan korosi sedang yang menurun karena penambahan tembaga, serta keterbatasan keuletan dan kemampuan bentuk dibandingkan paduan wrought umum. Industri yang biasa menggunakan A390 adalah otomotif (piston, liner silinder, sisipan aus), komponen hidrolik dan pneumatik, pompa, serta beberapa komponen mesin berat dimana ketahanan aus dan kemudahan pengecoran menjadi kunci.

Engineer memilih A390 ketika dibutuhkan kombinasi ketahanan aus hipereutektoid, kemampuan cor ke bentuk kompleks, dan kemampuan mencapai kondisi penguatan seperti T6; paduan ini dipilih dibanding paduan cor dengan silikon lebih rendah saat stabilitas permukaan terhadap gesekan atau kontak abrasif dan kontrol dimensi termal ketat menjadi prioritas.

Variasi Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Bentuk	Kemampuan Las	Catatan
As‑Cast (F)	Rendah–Sedang	Rendah (1–4%)	Buruk	Terbatas	Mikrostruktur as-cast; Si primer ada; keuletan minimal
O / Anil	Rendah	Sedang	Lebih baik dibanding F	Terbatas	Matriks dilunakkan dengan proses solusi/anil untuk menghilangkan tegangan
T5 (Penuaan buatan as-cast)	Sedang	Rendah (1–3%)	Buruk	Terbatas	Penuaan buatan cepat dari coran yang didinginkan tanpa solusi sebelumnya
T6 (Perlakuan solusi + penuaan buatan)	Tinggi	Rendah (0,5–3%)	Buruk	Terbatas	Kekuatan puncak untuk A390; tipikal untuk piston dan bagian aus
T7 / Overaged	Sedang	Rendah (1–4%)	Buruk	Terbatas	Stabilisasi, peningkatan stabilitas termal dengan mengorbankan kekuatan puncak

Temper memiliki pengaruh kuat pada A390 karena morfologi silikon dan sebaran presipitat Cu/Mg secara langsung mengendalikan kekuatan dan ketangguhan. Perlakuan solusi diikuti quenching dan penuaan buatan (T6) memaksimalkan kekuatan matriks tetapi tidak banyak memperbaiki elongasi karena partikel Si primer yang besar tetap menjadi faktor pembatas.

Dalam praktiknya, desainer memilih mengorbankan keuletan demi kekerasan dan ketahanan aus: kondisi as-cast dan T5 digunakan saat pemrosesan termal minimal diinginkan, sementara T6 dipilih saat diperlukan kekuatan tarik dan luluh lebih tinggi serta ketahanan kelelahan yang lebih baik.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	17.0–19.0	Fase penguatan dan aus utama; kandungan hipereutektoid menghasilkan partikel Si primer.
Fe	0.6–1.2	Elemen pembentuk intermetalik; terlalu banyak menyebabkan fase Fe rapuh dan menurunkan ketahanan kelelahan.
Mn	0.2–0.6	Membantu modifikasi intermetalik Fe; sedikit meningkatkan ketangguhan.
Mg	0.3–0.6	Kontribusi pengerasan presipitasi bersama Cu sebagai Mg2Si dan presipitat kompleks.
Cu	3.5–4.5	Penguat presipitasi utama; meningkatkan kekuatan namun menurunkan ketahanan korosi.
Zn	≤0.25	Minor; biasanya sebagai impuritas, sedikit pengaruh pengerasan.
Cr	≤0.2	Mengikat Fe dan menstabilkan mikrostruktur pada beberapa lelehan.
Ti	0.02–0.12	Penghalus butir untuk pengecoran, mengendalikan nukleasi matriks Al.
Lainnya (Ni, Sr, modifikasi Sr)	≤0.5 total	Ni dapat ditambahkan untuk stabilitas suhu tinggi; Sr digunakan untuk modifikasi Si pada beberapa lelehan.

Kandungan silikon tinggi menghasilkan mikrostruktur dua fase berupa matriks Al dan partikel Si keras yang mendominasi ketahanan aus dan kekakuan. Tembaga dan magnesium membentuk presipitat setelah perlakuan panas yang secara signifikan menaikkan kekuatan dan kekerasan, sementara besi dan mangan mengendalikan intermetalik rapuh yang mempengaruhi kelelahan dan keretakan. Penambahan kecil Ti atau Sr digunakan selama proses pengecoran untuk memperhalus struktur butir dan memodifikasi morfologi partikel silikon guna meningkatkan sifat pengecoran.

Sifat Mekanik

A390 menunjukkan kombinasi kekuatan tekan dan ketahanan aus yang relatif tinggi dengan keuletan tarik terbatas karena fase silikon hipereutektoidnya. Pada kondisi T6, matriks aluminium memberikan kekuatan luluh dan tarik yang signifikan melalui presipitat Cu/Mg, tetapi elongasi tetap rendah dan fraktur cenderung dikendalikan oleh partikel silikon dan intermetalik yang rapuh. Performa kelelahan sangat bergantung pada kualitas cor, porositas, serta ukuran dan distribusi partikel Si primer; hasil permukaan halus dan perlakuan panas dapat memperbaiki umur lelah tetapi tidak menghilangkan perilaku inisiasi retak yang dikontrol oleh Si.

Ketebalan dan ukuran penampang sangat berpengaruh karena laju pendinginan selama solidifikasi menentukan ukuran dan sebaran Si primer serta jarak eutektoid; penampang lebih tebal mendingin lebih lambat, menghasilkan partikel Si yang lebih kasar dan sifat mekanik lebih rendah. Kekerasan berkorelasi dengan temper dan mikrostruktur: kekerasan as-cast sedang dan meningkat cukup besar setelah perlakuan solusi dan penuaan buatan ke kondisi T6, dimana nilai HB mendekati yang dibutuhkan untuk komponen tahan aus.

Sifat	As‑Cast / Anil (F/O)	Temper Kunci Umum (T6)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	140–220 MPa	280–360 MPa	Nilai T6 tergantung waktu/suhu perlakuan panas; variabilitas lebar akibat porositas dan morfologi Si.
Kekuatan Luluh (0,2% offset)	70–140 MPa	220–320 MPa	Kekuatan luluh naik tajam dengan T6; as-cast rendah dan bervariasi.
Elongasi (A%)	1–6%	0.5–3%	Keuletan rendah tipikal; elongasi lebih tinggi mungkin pada coran tipis dan halus.
Kekerasan (HB)	70–110 HB	110–160 HB	Kekerasan naik dengan penuaan; HB tinggi berkorelasi dengan ketahanan aus.

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density (Massa jenis)	~2.75 g/cm³	Sedikit lebih tinggi dibanding aluminium murni akibat tembaga; Si tinggi menurunkan densitas secara marginal.
Rentang Leleh (solidus–liquidus)	~520–585 °C	Paduan hipereutektoid dengan rentang solidifikasi luas; Si primer mengkristal awal.
Konduktivitas Termal	~90–120 W/m·K	Lebih rendah dibanding aluminium murni dan paduan Si rendah; konduktivitas berkurang karena Cu dan partikel Si.
Konduktivitas Listrik	~25–35 %IACS	Paduan dan intermetalik menurunkan konduktivitas dibanding aluminium murni komersial.
Kalor Jenis	~0.88–0.95 kJ/kg·K	Tipikal untuk paduan aluminium; sedikit bervariasi dengan suhu dan komposisi.
Ekspansi Termal (20–200 °C)	~21–23 µm/m·K	Koefisien dipengaruhi silikon tinggi; keseluruhan CTE sedikit lebih rendah dibanding aluminium wrought.

Mikrostruktur komposit A390 (matriks Al dengan partikel Si keras) mengurangi konduktivitas termal dan listrik dibanding aluminium murni, tetapi meningkatkan stabilitas aus dan stabilitas dimensi termal pada kontak geser. Perilaku leleh dan solidifikasi penting untuk desain proses pengecoran, karena kristalisasi Si primer dapat mempengaruhi pengisian rongga, penyusutan, dan keausan alat selama die casting dan cetakan permanen.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Pelat tipis (Sheet)	Tidak khas	Tidak berlaku	Tidak berlaku	A390 tidak diproduksi dalam bentuk pelat tipis yang ditempa; tidak cocok untuk proses rolling/bentuk.
Plat	Terbatas / Coran tebal (≥10 mm)	Variabel tergantung penampang	F, T5, T6	Plat coran tebal dapat diproduksi dengan metode pengecoran gravitasi atau cetakan permanen untuk komponen berat.
Ekstrusi	Tidak berlaku	Tidak berlaku	Tidak berlaku	A390 adalah paduan cor dan tidak digunakan untuk ekstrusi.
Pipa	Jarang sebagai pipa coran	Variabel	F, T6	Pipa coran mungkin untuk komponen hidrolik khusus; tidak umum.
Batang/Batang Bulat	Batang ingot / bahan kosong forging	Variabel	F, T6	Biasanya disuplai sebagai coran atau ingot untuk proses machining selanjutnya; batang yang ditempa tidak umum.

A390 terutama disuplai dan digunakan dalam bentuk coran — pengecoran die tekan tinggi, gravitasi/cetakan permanen, dan pengecoran pasir presisi adalah metode produksi normal. Kandungan silikon yang tinggi pada paduan ini mendukung ekspansi termal rendah dan penyusutan yang berkurang namun menyebabkan keausan alat dan cetakan lebih cepat, sehingga praktik pengecoran dan bahan tooling menjadi pertimbangan penting. Desainer harus merencanakan bentuk hampir akhir (near-net shape) untuk meminimalkan proses machining setelah cor, serta memilih proses pengecoran sesuai ketebalan penampang yang diinginkan guna mengendalikan morfologi silikon dan porositas.

Setara Grade

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	A390	USA	Penamaan pengecoran Aluminium Association untuk paduan Al‑Si‑Cu‑Mg hipereutektoid.
EN AW / EN AC	AlSi17Cu4 / EN AC‑43400 (perkiraan)	Eropa	Perkiraan penyederhanaan EN ada; verifikasi spesifikasi kimia dan mekanik sesuai standar spesifik diperlukan.
JIS	ADCxx (perkiraan)	Jepang	Tidak ada padanan persis JIS; beberapa paduan ADC mirip tetapi berbeda komposisi Cu/Si.
GB/T	A390 (atau AlSi17Cu4)	China	Standar China mungkin menggunakan penamaan serupa; periksa spesifikasi lokal untuk batasan pasti.

Referensi silang ke standar internasional adalah perkiraan karena standar pengecoran menggunakan toleransi, batas kotoran, dan persyaratan uji mekanik yang berbeda. Engineer harus membandingkan tabel komposisi kimia lengkap dan kondisi pengujian sifat mekanik (metode pengecoran, perlakuan panas, batas porositas) saat mengganti grade antar wilayah.

Ketahanan Korosi

A390 memiliki ketahanan korosi atmosferik sedang khas paduan cor Al‑Si, tetapi kandungan tembaga yang cukup tinggi mengurangi resistensinya dibandingkan paduan rendah tembaga. Dalam atmosfer industri atau pedesaan yang sedikit korosif, paduan membentuk film oksida pelindung, namun partikel tembaga dan intermetallic dapat bertindak sebagai katoda lokal sehingga meningkatkan risiko lubang (pitting) dan korosi lokal, terutama jika matriks tidak terpassivasi dengan baik.

Paparan di lingkungan laut lebih menantang: lingkungan klorida mempercepat korosi lubang dan celah, serta keberadaan tembaga memperparah serangan lokal. Untuk penggunaan di lingkungan laut atau lingkungan klorida agresif, pelapisan pelindung, anodizing (jika sesuai), atau langkah desain pengorbanan biasanya diperlukan.

Retak korosi tegangan (SCC) lebih jarang terjadi pada paduan cor dengan penguatan Si tinggi dibandingkan pada paduan cor yang ditempa Al‑Cu yang berbentuk kuat tinggi dan mendapat tegangan besar, tetapi tegangan sisa dari pengecoran dan perlakuan panas bersamaan dengan lingkungan korosif dapat memicu retak pada tempat cacat seperti porositas atau partikel Si besar. Interaksi galvanik perlu diperhatikan; A390 bersifat anod terhadap banyak baja tahan karat dan paduan nikel sehingga akan korosi terlebih dahulu, sehingga isolasi atau sistem pelapisan yang sesuai direkomendasikan. Dibandingkan dengan paduan ditempa seri 5xxx dan 6xxx, A390 menukar sebagian ketahanan korosinya untuk keausan dan kekuatan yang lebih baik pada komponen cor.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Pengelasan A390 sulit dan biasanya tidak dianjurkan karena fase Si primer dan intermetallic menyebabkan retak panas dan zona fusi yang kurang baik. Pelelehan lokal selama TIG atau MIG dapat menghasilkan logam las yang rapuh dan pelunakan signifikan pada zona pengaruh panas (HAZ); paduan filler harus dipilih untuk menyeimbangkan duktalitas dan ketahanan korosi, dan perlakuan panas pra dan pasca pengelasan memiliki efektivitas terbatas. Untuk pengelasan perbaikan, filler Al‑Si‑Cu khusus dan kontrol ketat atas input panas las, suhu antar pass, dan kebersihan diperlukan, tetapi perbaikan dengan machining dan penyambungan baut sering lebih disukai.

Kemudahan Mesin (Machinability)

Perilaku machining cukup baik dalam banyak kasus karena fase Si keras bertindak sebagai abrasif pemotong selama penggunaan yang meningkatkan keausan alat tetapi memberikan tingkat penghilangan bahan yang tinggi; pemotong carbide direkomendasikan dan cairan pendingin harus digunakan untuk mengelola panas dan evakuasi serpihan. Indeks kemudahan mesin tipikal melampaui banyak paduan ditempa karena matriks yang mudah pecah dan partikel Si rapuh, tetapi umur alat sangat dipengaruhi oleh morfologi partikel silikon dan porositas pengecoran. Pemesinan kecepatan tinggi dengan pengaturan kaku, insert PCBN atau carbide berlapis, dan strategi pemotongan terputus bekerja sangat baik untuk komponen A390.

Kemampuan Pembentukan

Pembentukan dingin dan bending konvensional sangat terbatas karena duktalitas rendah dan adanya fase Si primer besar yang mudah retak. Deformasi kecil dan lokal mungkin pada coran yang sudah dianil atau perlakuan khusus, tetapi pembentukan biasa sebaiknya dirancang dengan pengecoran mendekati bentuk akhir. Teknik pembentukan panas dan semi-padat ada untuk paduan cor Al‑Si, namun memerlukan proses khusus dan tidak umum untuk komponen A390 standar.

Perilaku Perlakuan Panas

A390 adalah paduan cor hipereutektoid yang dapat diperlakukan panas, dimana perlakuan larutan terkendali dan penuaan buatan menghasilkan struktur presipitasi yang diinginkan dalam matriks aluminium. Suhu perlakuan larutan umumnya di kisaran 500–540 °C dengan waktu tergantung ketebalan penampang untuk melarutkan unsur Cu dan Mg yang dapat larut, diikuti dengan quenching cepat untuk mempertahankan larutan padat jenuh yang berlebih. Penuaan buatan biasanya dilakukan pada 150–200 °C selama 2 sampai 10 jam untuk mencapai kekuatan puncak T6; waktu dan suhu dioptimalkan sesuai ukuran komponen dan sifat yang diinginkan.

Karena partikel Si primer stabil pada suhu perlakuan panas, perlakuan panas memodifikasi sifat matriks tanpa perubahan berarti pada kandungan Si rapuh; inilah sebabnya peningkatan regangan putus (elongasi) terbatas. Overaging (T7) menyebabkan pertumbuhan presipitasi untuk stabilitas termal lebih baik dan pelunakan tegangan dengan pengorbanan kekuatan puncak, yang berguna untuk stabilitas dimensi pada suhu tinggi. Pada coran, pengendalian tingkat keparahan quenching dan meminimalkan distorsi serta tegangan sisa akibat quenching adalah perhatian praktis; beberapa coran memerlukan fixture perlakuan larutan atau media quench yang dimodifikasi untuk mengendalikan distorsi.

Kinerja Suhu Tinggi

Sifat mekanik A390 menurun dengan meningkatnya suhu akibat pertumbuhan presipitasi dan penurunan kekuatan matriks; kekuatan struktural yang berguna biasanya turun di atas ~150–200 °C. Untuk penggunaan berkelanjutan pada suhu tinggi, kondisi T7 atau overaged menawarkan stabilitas lebih baik walaupun dengan kekuatan pada suhu ruang yang lebih rendah, sementara paparan singkat pada suhu lebih tinggi dapat menyebabkan sebagian reversion penuaan dan penurunan kekuatan. Oksidasi aluminium minimal dibandingkan dengan logam ferrous, tetapi keberadaan intermetallic kaya tembaga dapat mempengaruhi perilaku korosi suhu tinggi di lingkungan oksidasi atau klorida.

Zona pengaruh panas saat pemanasan lokal (pengelasan, gesekan) dapat mengalami pelunakan dan pengerasan rapuh; desain harus mempertimbangkan creep, pelunakan tegangan, dan perubahan dimensi pada aplikasi suhu tinggi. Untuk paparan termal siklik, perbedaan koefisien ekspansi termal antara matriks Al dan partikel Si keras dapat menyebabkan mikroretak seiring waktu, sehingga geometri komponen dan penopang perlu mengurangi konsentrasi regangan termal.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan A390
Otomotif	Piston dan skirt piston	Si hipereutektoid memberikan ketahanan aus dan ekspansi termal rendah; stabilitas dimensi baik.
Otomotif / Powertrain	Silinder liner, cincin aus	Kekerasan permukaan tinggi dan sifat gesek terlumasi untuk kontak geser.
Hidrolik / Pneumatik	Body katup, rumah pompa	Dapat dicor menjadi geometris kompleks dan kekuatan baik setelah perlakuan T6.
Mesin Industri	Bearing dan bushing	Ketahanan aus dan kekuatan tekan untuk beban kontak berulang.
Elektronik / Termal	Rumah tahan panas (terbatas)	Stabilitas termal dan kemudahan machining yang baik untuk komponen presisi.

A390 dipilih ketika komponen memerlukan ketahanan aus tinggi, stabilitas dimensi saat siklus termal, dan kemampuan untuk pengecoran bentuk hampir akhir yang kompleks. Kombinasi mikrostruktur silikon hipereutektoid dan matriks pengerasan presipitasi sangat cocok untuk komponen reciprocating dan geser dimana umur layanan di bawah beban kontak sangat kritis.

Wawasan Pemilihan

A390 cocok digunakan ketika ketahanan aus dan kemampuan pengecoran lebih diutamakan dibandingkan dengan keuletan dan konduktivitas listrik; pilih A390 untuk piston, liner, dan sisipan aus di mana Si hipereutektoid memberikan permukaan geser yang tahan lama. Dibandingkan dengan aluminium murni secara komersial (1100), A390 menukar konduktivitas listrik dan kemampuan pembentukan yang jauh lebih rendah dengan kekerasan, ketahanan aus, dan kekuatan tekan yang jauh lebih tinggi di bawah beban kontak.

Dibandingkan dengan paduan yang mengalami pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, A390 menawarkan ketahanan aus yang jauh lebih besar dan kekuatan yang lebih tinggi setelah perlakuan panas T6, namun biasanya memiliki ketahanan korosi yang lebih rendah dan kemampuan pembentukan yang jauh lebih buruk; paduan tempa tersebut lebih baik digunakan ketika pembentukan dan korosi menjadi perhatian utama. Dibandingkan dengan paduan tempa yang umum dapat diperkuat dengan perlakuan panas seperti 6061/6063, A390 memberikan ketahanan abrasi dan pengikatan yang superior serta stabilitas dimensi termal yang lebih baik pada komponen cetakan, dan lebih disukai ketika kompleksitas near-net casting dan ketahanan aus lebih penting daripada keuletan tarik puncak yang lebih tinggi pada paduan tempa seri 6xxx.

Ringkasan Penutup

A390 tetap menjadi paduan pengecoran teknik yang penting di mana morfologi silikon hipereutektoid, kemampuan pengecoran ke bentuk kompleks, dan sifat matriks yang diperkuat lewat presipitasi bersatu untuk memberikan ketahanan aus dan stabilitas dimensi yang tinggi. Kekuatan spesifiknya menjadikannya pilihan yang sering digunakan untuk komponen geser dan reciprocating beban berat dalam aplikasi otomotif dan industri, asalkan perancang memperhitungkan keterbatasan keuletan dan pertukaran ketahanan korosi yang dimilikinya.