Aluminium A413: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Komprehensif

A413 paling tepat diklasifikasikan dalam keluarga aluminium seri 4xxx, yaitu kelompok kaya silikon yang dioptimalkan untuk kelancaran pengecoran, penyusutan rendah, dan aplikasi pengisi las. Unsur paduannya yang utama adalah silikon sebagai konstituen primer (memberikan pembentukan eutektik dan kelancaran cairan), dengan penambahan terkendali tembaga serta jumlah magnesium dan mangan yang cukup untuk memungkinkan kekuatan dan respons pengerasan usia pada varian tertentu.

Mekanisme pengerasan paduan ini menggabungkan pengendalian mikrostruktur eutektik Al-Si (pemurnian, morfologi) dengan pengerasan presipitasi saat kadar tembaga dan magnesium cukup untuk rangkaian perlakuan panas yang terencana. Tergantung bentuk produk dan temper, A413 dapat disediakan dalam kondisi anil, pengerasan buatan usia (T5/T6), atau pelepasan tegangan, memberi para perancang rentang dari keadaan sangat duktile hingga kekuatan menengah tinggi.

Ciri utama A413 meliputi kemampuan pengecoran yang baik dan konduktivitas termal relatif terhadap banyak paduan aluminium lain, ketahanan korosi yang wajar dalam kondisi atmosfer, serta kemampuan mesin yang cukup berkat kandungan silikon. Kemampuan las dapat baik dengan paduan pengisi yang sesuai, tetapi kehadiran tembaga meningkatkan kerentanan korosi lokal dan mengurangi daktailitas terkait las dibanding aluminium murni komersial dengan paduan rendah.

Industri yang umum menggunakan A413 meliputi otomotif (rumah transmisi, bodi pompa, braket), powertrain dan komponen mekanik umum, bagian manajemen listrik dan termal (heat sink, rumah), serta peralatan konsumen di mana bentuk cor atau ekstrusi dengan kekuatan sedang dan stabilitas dimensi tinggi dibutuhkan. Insinyur menentukan A413 untuk menyeimbangkan kemampuan pengecoran dan kekuatan yang dapat diperlakukan panas setelah pengecoran sambil menjaga densitas rendah dan performa termal yang dapat diterima dibandingkan paduan billet berkekuatan lebih tinggi dan lebih mahal.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Lasabilitas	Catatan
O	Rendah	Tinggi (8–20%)	Eksepsional	Eksepsional	Sepenuhnya anil, terbaik untuk pembentukan dan pelepasan tegangan
T5	Sedang	Sedang (4–10%)	Baik	Baik	Pengerasan buatan dari kondisi hasil cor atau hasil pendinginan dari pengecoran
T6	Tinggi	Rendah–Sedang (2–8%)	Cukup	Perlu kehati-hatian	Perlakuan larutan dan pengerasan buatan untuk memaksimalkan kekuatan
T651	Tinggi	Rendah–Sedang (2–8%)	Cukup	Perlu kehati-hatian	Perlakuan larutan, pelepasan tegangan dengan peregangan, kemudian pengerasan buatan
H14 (kerja pengerasan)	Sedang	Sedang (4–10%)	Terbatas	Baik	Digunakan untuk produk billet; meningkatkan luluh melalui pengerjaan dingin

Pemilihan temper pada A413 sangat memengaruhi mikrostruktur dan oleh karenanya trade-off sifat: kondisi anil memberikan daktailitas dan formabilitas terbaik, sedangkan T6/T651 memaksimalkan kekuatan luluh dan tarik dengan mengorbankan elongasi. Suhu dan waktu pengerasan buatan (T5 versus T6) mengendalikan ukuran dan distribusi presipitat dalam varian Al–Si–Cu, sehingga insinyur desain harus mempertimbangkan performa yang dibutuhkan setelah pemakaian dan proses lanjutan seperti pengelasan.

Kondisi metalurgi juga berinteraksi dengan ketebalan penampang dan metode pengecoran: penampang tipis mencapai temper yang diinginkan lebih seragam selama perlakuan panas, sedangkan pengecoran tebal bisa membutuhkan waktu larutan yang diperpanjang atau memperlihatkan struktur eutektik yang lebih kasar yang mengurangi kekuatan efektif. Oleh karena itu, pemilihan temper adalah keputusan multi-parameter terkait geometri komponen, masa lelah yang dibutuhkan, dan langkah fabrikasi selanjutnya.

Komposisi Kimia

Unsur	Rentang %	Catatan
Si	9,0–13,0	Unsur penguat utama dan pengatur kelancaran cairan; mengendalikan fraksi eutektik dan mengurangi penyusutan
Fe	0,4–1,5	Membentuk intermetalik impuritas (β-Al5FeSi); berpengaruh negatif pada daktailitas dan ketahanan lelah
Mn	0,2–0,8	Memodifikasi intermetalik besi; meningkatkan ketahanan retak panas dan kekuatan secara moderat
Mg	0,1–0,6	Mendukung presipitasi Al–Mg–Si/Cu dan berkontribusi pada respon pengerasan usia
Cu	1,0–3,0	Kontributor utama pengerasan presipitasi dan peningkatan kekuatan setelah perlakuan T6
Zn	≤0,3	Minor, biasanya insidental; Zn lebih tinggi dapat sedikit meningkatkan kekuatan tetapi mungkin mengurangi ketahanan korosi
Cr	≤0,25	Pengontrol struktur butiran dan stabilisasi selama siklus termal
Ti	≤0,2	Perbaikan butiran pada pengecoran dan ekstrusi
Lainnya	≤0,15 total	Unsur jejak (Ni, Pb, Sn) biasanya dibatasi; impuritas tertentu dapat memengaruhi kemampuan mesin dan kemampuan pengecoran

Komposisi kimia A413 dirancang untuk memprioritaskan kemampuan pengecoran yang didorong silikon sambil mempertahankan jumlah Cu dan Mg yang cukup untuk pengerasan presipitasi dalam kondisi perlakuan panas. Silikon mengendalikan kelancaran cair dan morfologi eutektik; tembaga dan magnesium memungkinkan pengerasan model T6 dengan pembentukan presipitat intermetalik halus pada pengerasan usia. Besi dan impuritas lain cenderung membentuk fase rapuh yang mengurangi ketangguhan retak dan masa lelah, sehingga kontrol komposisi yang ketat dan pengawasan selama peleburan/pengecoran meningkatkan performa komponen.

Sifat Mekanik

A413 menunjukkan rentang perilaku tarik yang luas yang sangat bergantung pada temper dan kualitas pengecoran. Dalam kondisi anil/anil hasil cor (O), kekuatan tarik moderat dengan elongasi relatif tinggi yang didorong oleh matriks aluminium primer halus dan morfologi silikon eutektik yang duktile. Setelah perlakuan larutan dan pengerasan usia (rangkaian tipe T6), presipitat tembaga dan magnesium meningkatkan kekuatan luluh dan tarik secara signifikan, tetapi daktailitas menurun dan ketangguhan bisa menjadi sensitif terhadap cacat pengecoran dan porositas.

Kekuatan luluh biasanya meningkat dari dataran rendah dalam kondisi anil ke nilai jauh lebih tinggi saat pengerasan usia; kenaikan tepat bergantung pada kadar tembaga dan parameter pengerasan. Kekerasan mengikuti sifat tarik dan dapat digunakan sebagai indikator cepat keseragaman temper di lantai produksi. Performa lelah sangat tergantung pada hasil akhir permukaan, tingkat porositas, dan keberadaan intermetalik kasar; pengecoran A413 memerlukan kontrol proses yang cermat untuk mencapai masa lelah yang tangguh.

Efek ketebalan penting: penampang tebal mendingin lebih lambat, mendorong partikel Si yang lebih kasar dan intermetalik yang lebih besar, yang mengurangi kekuatan dan elongasi dibanding pengecoran dinding tipis atau penampang ekstrusi. Fitur akibat pengerjaan mesin dan siklus termal dari pengelasan dapat melunakkan kondisi usia lokal, menciptakan zona heterogen yang memerlukan perlakuan panas pasca las atau toleransi desain.

Sifat	O/Anil	Temper Kunci (T6)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	140–220 MPa (typical)	300–380 MPa (typical)	Rentang luas bergantung pada kualitas pengecoran, ketebalan penampang, dan kadar Cu/Mg tepat
Kekuatan Luluh (offset 0,2%)	70–140 MPa	200–300 MPa	T6 memberikan peningkatan terbesar pada luluh melalui pengerasan presipitasi
Elongasi (pada panjang ukur 50–200 mm)	8–20%	2–8%	Daktailitas menurun drastis setelah pengerasan usia; penampang tipis menunjukkan elongasi lebih tinggi
Kekerasan (HB)	30–60 HB	80–120 HB	Kekerasan Brinell berkorelasi dengan kondisi pengerasan dan morfologi Si

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Densitas	2,68–2,72 g/cm³	Densitas aluminium tipikal; bervariasi sedikit dengan kandungan paduan
Rentang Leleh	~575–615 °C (typical solidus–liquidus)	Paduan Al–Si eutektik memiliki solidus lebih rendah dan mendapat manfaat dari rentang pembekuan sempit dalam pengecoran
Konduktivitas Termal	120–180 W/m·K (perkiraan)	Berkurang dari aluminium murni oleh penambahan Si dan Cu; masih cocok untuk banyak penggunaan manajemen termal
Konduktivitas Listrik	25–45 % IACS (perkiraan)	Lebih rendah dari aluminium murni akibat hamburan larutan dari Si dan Cu
Kalor Jenis	~880–910 J/kg·K	Setara dengan paduan aluminium billet; berguna untuk perhitungan massa termal
Ekspansi Termal	21–24 µm/m·K (20–200 °C)	Koefisien khas untuk paduan Al–Si; harus dirancang untuk ekspansi diferensial dalam rakitan

A413 mempertahankan sebagian besar profil fisik menguntungkan aluminium: densitas rendah dan konduktivitas termal yang baik dibanding banyak logam struktural. Penambahan silikon menurunkan konduktivitas listrik dan termal dibanding aluminium dengan kemurnian tinggi tetapi meningkatkan kelancaran pengecoran dan stabilitas dimensi selama solidifikasi. Perilaku leleh dan solidifikasi paduan ini, berdasarkan diagram fase Al–Si, membuatnya sangat cocok untuk pengecoran mati, pengecoran pasir, dan proses pembentukan logam cair lain.

Ekspansi termal A413 harus diperhitungkan dalam rakitan yang menggabungkan bahan berbeda, khususnya jika siklus termal sering terjadi. Kapasitas panas dan nilai konduktivitas membuat A413 menarik untuk komponen yang membutuhkan pelebaran panas dikombinasikan dengan kekuatan mekanik yang wajar setelah perlakuan panas.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis (Sheet)	0,5–6 mm	Sedang (bergantung pada proses)	O, H14, T6	Proses pengolahan coran diperlukan untuk ketebalan tipis; sering terbatas untuk paduan dengan Si tinggi
Plat Tebal (Plate)	6–50+ mm	Variabel; plat tebal cenderung memiliki struktur butiran lebih kasar	O, T6	Plat digunakan jika pengecoran tidak diperlukan; ketebalan mempengaruhi respons perlakuan panas
Ekstrusi	Bagian 2–60 mm	Baik jika komposisi disesuaikan untuk ekstrusi	O, T6, T651	Membutuhkan modifikasi untuk ekstrusi (kontrol Ti, Mg); cocok untuk profil struktural
Pipa (Tube)	Ketebalan dinding 1–25 mm	Tergantung pada metode pembentukan	O, T6	Pipa tanpa sambungan atau dilas memungkinkan; perlakuan panas digunakan untuk kontrol kekuatan
Batang/Batang Bulat (Bar/Rod)	⩽200 mm diameter	Batang hasil pengerjaan menunjukkan konsistensi mekanik lebih baik	O, T6	Digunakan untuk bahan baku machining dan tempa; kontrol butiran melalui proses termomekanik

Bentuk produk sangat mempengaruhi mikrostruktur yang bisa dicapai dan dengan demikian perilaku mekanisnya. Pengecoran adalah bentuk paling umum untuk A413 Si tinggi, memanfaatkan peningkatan fluiditas dan pengurangan penyusutan akibat silikon, sedangkan produk hasil pengerjaan (ekstrusi, plat) membutuhkan penyesuaian komposisi untuk kemampuan pengerjaan panas dan kontrol butiran. Protokol perlakuan panas dan pengolahan mekanis (rolling, penarikan) berbeda sesuai bentuk; perancang harus memperhitungkan tegangan sisa, porositas pada pengecoran, dan anisotropi pada profil ekstrusi.

Pemilihan bentuk produk biasanya ditentukan oleh geometri komponen dan volume produksi: die casting untuk bentuk tipis kompleks, pengecoran pasir untuk bagian berat atau volume rendah, dan ekstrusi/pengerjaan untuk profil panjang dengan permukaan akhir dan toleransi dimensi yang ketat. Setiap bentuk memiliki persyaratan inspeksi dan kontrol kualitas khusus untuk mengurangi cacat pengecoran dan menjamin performa mekanik yang dapat diprediksi.

Grade Setara

Standar	Grade	Region	Catatan
AA	A413	USA	Penamaan sesuai Aluminium Association untuk keluarga Al–Si–Cu; digunakan sebagai identifikasi komersial
EN AW	AlSi12Cu (perkiraan)	Eropa	Penamaan EN umum untuk komposisi serupa yang digunakan dalam die casting dan pengecoran umum
JIS	ADC12 (perkiraan)	Jepang	ADC12 adalah paduan die casting Jepang yang banyak digunakan dengan komposisi dan sifat serupa
GB/T	AlSi12Cu (perkiraan)	Tiongkok	Standar Tiongkok menggunakan nomenklatur Al–Si–Cu; praktik pengecoran dan definisi temper serupa

Kesetaraan antar standar bersifat perkiraan karena tiap organisasi menentukan batas elemen dan impuritas yang berbeda, serta protokol pengolahan dan pengujian yang berbeda. Untuk aplikasi kritis, engineer harus membandingkan analisis kimia bersertifikat, jadwal perlakuan panas, dan sertifikat uji mekanis daripada hanya mengandalkan nama grade nominal. Perbedaan kandungan besi, mangan, dan elemen jejak dapat sangat mempengaruhi perilaku kelelahan dan patahan.

Ketahanan Korosi

A413 umumnya memiliki ketahanan korosi atmosfer yang baik karena lapisan aluminium oksida pelindung; kandungan silikon tidak secara signifikan merugikan performa korosi umum. Dalam atmosfer industri yang sedikit korosif, paduan ini menunjukkan performa sebanding dengan keluarga Al–Si lainnya, namun kandungan tembaga tinggi dapat memicu efek galvanik lokal dan menurunkan ketahanan terhadap pitting di lingkungan yang mengandung klorida.

Eksposur laut lebih menantang: risiko pitting dan crevice corrosion akibat klorida meningkat, khususnya pada kondisi paduan yang sudah menua atau anodis aktif. Paduan aluminium yang mengandung tembaga dapat mengalami serangan lokal lebih cepat dibandingkan paduan rendah tembaga; oleh karena itu, pelapisan pelindung, anodizing, atau proteksi katodik umumnya ditentukan untuk penggunaan jangka panjang di lingkungan laut. Desain yang memungkinkan drainase, pengurangan celah, dan pemilihan finishing pelindung sangat meningkatkan masa pakai.

Retak korosi tegangan (SCC) kurang umum pada paduan cor Al–Si–Cu dibandingkan dengan keluarga Al–Zn–Mg berdaya tahan tinggi, tetapi daerah yang diberi tegangan tarik dan tersensitisasi (misalnya HAZ las dengan tegangan sisa tarik) dapat menunjukkan kerentanan di lingkungan klorida agresif. Interaksi galvanik dengan logam berbeda harus diperhatikan: kontak langsung dengan baja tahan karat menghasilkan efek galvanik moderat, tetapi dengan baja karbon aluminium akan korosi lebih dulu jika pelapis atau isolator tidak digunakan.

Dibanding keluarga paduan lain, A413 menawarkan castability dan performa termal superior dengan kompromi ketahanan korosi terbaik; paduan seri 5xxx (misalnya 5052) memberikan ketahanan korosi laut lebih baik, sedangkan seri 6xxx menawarkan keseimbangan kekuatan dan ketahanan korosi yang berbeda setelah anodizing.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Pengelasan A413 memungkinkan dengan proses TIG dan MIG/GMAW standar ketika kawat pengisi yang sesuai (pengisi Al-Si atau Al-Si-Cu) digunakan untuk menyesuaikan sifat logam induk. Pengendalian input panas penting untuk meminimalkan porositas dan mengurangi pelunakan HAZ pada kondisi T6; perlakuan panas sebelum dan sesudah pengelasan dapat diperlukan untuk komponen struktural kritis. Risiko retak panas sedang karena eutektik kaya silikon; penggunaan logam dasar bersih dan desain sambungan yang dikontrol mengurangi kerentanan.

Kemampuan Mesin

Kandungan silikon yang relatif tinggi pada A413 menghasilkan fase abrasif yang meningkatkan keausan alat tetapi memberikan perilaku pemecahan serpihan positif dan stabilitas dimensi. Kemampuan mesin yang tipikal dikategorikan sedang: penggunaan alat carbide dan rig setup dengan kecepatan konservatif dianjurkan untuk tingkat penghilangan material yang tinggi. Pendinginan dan evakuasi serpihan penting untuk menghindari edge build-up dan menjaga hasil permukaan; pelapis atau grade carbide yang dioptimalkan untuk paduan aluminium–silikon lebih disukai.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk terbaik terdapat pada temper yang telah di-anneal; pembentukan dingin pada komposisi silikon tinggi terbatas oleh sifat rapuh dari silikon eutektik kasar dan partikel intermetallic. Radius tekukan harus diperbesar dibandingkan dengan paduan 5xxx yang lebih duktile untuk menghindari retak; pra-pemanasan dan pembentukan hangat dapat meningkatkan kemampuan bentuk untuk bentuk kompleks. Untuk varian yang dikerjakan, temper H menyediakan kapasitas pembentukan pada suhu ruang, sementara bagian T6 biasanya hanya dibentuk dengan proses terbatas atau memerlukan annealing rekristalisasi.

Perilaku Perlakuan Panas

A413 bersifat paduan Al–Si–Cu yang dapat diperlakukan panas saat kandungan tembaga dan magnesium cukup untuk mendukung pengerasan presipitasi. Perlakuan larutan biasanya dilakukan pada kisaran 500–540 °C untuk melarutkan fase larut dan menghomogenkan mikrostruktur, diikuti dengan quenching cepat untuk mempertahankan larutan padat jenuh. Penuaan buatan (rezhim T5 atau T6) pada 150–200 °C mengendapkan fase kaya Cu dan Mg yang halus untuk meningkatkan kekuatan; jadwal penuaan mengontrol kekuatan puncak vs sensitivitas overaging.

T5 sering digunakan untuk pengecoran di mana material dipenuai secara buatan dari kondisi as-cast tanpa perlakuan larutan penuh sebelumnya; ini memberikan kekuatan sedang dengan stabilitas dimensi lebih baik. T6 melibatkan perlakuan larutan penuh, quench, dan penuaan mencapai kekuatan tertinggi praktis untuk paduan ini, tetapi memerlukan kontrol ketat untuk menghindari distorsi dan tegangan termal. Overaging menurunkan kekuatan tetapi meningkatkan ketangguhan dan ketahanan korosi; engineer dapat sengaja melakukan overage pada beberapa aplikasi untuk menukar kekuatan puncak dengan daya tahan lebih baik.

Untuk varian yang tidak dapat diperlakukan panas atau dimana siklus termal tidak praktis, pengerasan kerja (temper seri H) dan annealing (temper O) tetap menjadi metode utama untuk memanipulasi sifat. Annealing menghilangkan tegangan sisa dan mengembalikan duktibilitas, sementara pengerjaan dingin terkontrol memberikan peningkatan kekuatan sedang tanpa mengubah komposisi kimia.

Performa Suhu Tinggi

A413 mengalami penurunan kekuatan progresif saat suhu kerja melebihi kondisi ambient tipikal; penggunaan jangka panjang di atas sekitar 150–200 °C mempercepat pembesaran presipitasi dan menurunkan kekuatan luluh dan tarik. Paparan termal mendekati rentang perlakuan larutan secara dramatis mengubah sifat mekanik dan dapat menyebabkan pelunakan permanen, sehingga batas termal harus diperhatikan dalam desain.

Oksidasi biasanya bukan faktor pembatas karena aluminium membentuk lapisan pelindung tipis Al2O3, tetapi suhu tinggi mempercepat pembentukan skala dan dapat mengubah resistansi kontak termal. Daerah HAZ pada titik las dapat sangat rentan terhadap pelunakan selama paparan suhu tinggi; desain dan pemilihan material harus mempertimbangkan perlakuan panas pasca-las atau kompensasi mekanis jika diperlukan performa suhu tinggi.

Ketahanan creep A413 terbatas dibandingkan dengan paduan aluminium suhu tinggi; untuk beban suhu tinggi berkelanjutan, paduan alternatif dengan ketahanan creep terancang atau substitusi logam harus dipertimbangkan. Paparan jangka pendek pada suhu tinggi (lonjakan termal intermiten) biasanya dapat ditoleransi asalkan margin keamanan memadai diterapkan.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa A413 Digunakan
Otomotif	Rumah transmisi, badan pompa	Castability yang baik, stabilitas dimensi, dan kekuatan yang dapat diperoleh dengan perlakuan panas
Kelautan	Badan katup, fitting	Ketahanan korosi yang memadai dan produktivitas pengecoran yang baik dengan lapisan pelindung
Dirgantara (sekunder)	Bracket, rumah komponen, struktur non-primer	Rasio kekuatan-terhadap-berat dan konduktivitas termal yang menguntungkan untuk struktur sekunder
Elektronik	Heatsink, enclosure	Konduktivitas termal dan kemudahan pengecoran bentuk kompleks
Peralatan Konsumen	Rumah kompresor, bracket motor	Pengecoran yang hemat biaya dan kekuatan pasca pengecoran melalui penuaan T5/T6

A413 dipilih untuk komponen yang memerlukan bentuk kompleks yang diproduksi secara ekonomis melalui pengecoran atau ekstrusi sekaligus memungkinkan perlakuan panas pascaproses untuk mencapai sifat mekanik yang diperlukan. Keseimbangan antara kemampuan manufaktur, kinerja termal,