Aluminium AlSi10: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

AlSi10 adalah paduan aluminium-silikon cor yang termasuk dalam keluarga Al-Si, umumnya dikenal sebagai komposisi Al-Si hipoeutektik hingga mendekati eutektik dengan kandungan silikon sekitar 10 wt%. Biasanya diklasifikasikan dalam standar paduan cor daripada seri 1xxx–7xxx yang ditempa; katalog umum menggunakan EN AC-AlSi10 atau ekuivalen cor regional daripada penamaan AA 2xxx/6xxx yang ditempa.

Elemen paduan dominan adalah silikon, yang mengendalikan perilaku pembekuan, kelancaran aliran cairan, dan karakteristik keausan; tambahan kecil Fe, Cu, Mn, Mg, Ti dan unsur jejak menyesuaikan kekuatan, kemampuan cor, dan respons perlakuan panas. Penguatan merupakan campuran antara kontrol mikrostruktur saat cor (partikel Si eutektik dan morfologi matriks Al), dengan potensi pengerasan presipitasi jika Mg cukup tersedia (misalnya varian AlSi10Mg) dan siklus pelarutan + penuaan yang sesuai diterapkan.

Ciri utama AlSi10 meliputi kemampuan cor yang sangat baik dan penyusutan rendah, konduktivitas termal yang baik di antara paduan aluminium, ketahanan korosi sedang sampai baik dalam banyak lingkungan, serta kemampuan las yang umumnya baik dalam berbagai bentuk asalkan porositas dikontrol. Material ini banyak digunakan di sektor otomotif, tooling, pengecoran die-casting tekanan rendah dan tinggi, manufaktur aditif (SLM/EBM), serta produk konsumen yang membutuhkan keseimbangan antara fidelitas cor, stabilitas dimensi, dan performa mekanik yang wajar.

Engineer memilih AlSi10 ketika kelancaran aliran cairan, kemampuan pengecoran dengan dinding tipis, manajemen termal, dan cacat cor rendah menjadi prioritas, atau ketika bagian hasil manufaktur aditif memerlukan matriks kaya silikon untuk stabilitas termal dan distorsi minimal. Material ini dipilih dibandingkan paduan ditempa dengan kekuatan lebih tinggi ketika geometris cor near-net-shape yang kompleks, biaya tooling lebih rendah, atau perilaku termal yang lebih baik lebih dibutuhkan dibandingkan kekuatan tarik puncak atau kemampuan pembentukan yang luas.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Kelasan	Catatan
O (Anil)	Rendah	Tinggi	Baik Sekali	Baik Sekali	Stress-relieved, kondisi paling lunak untuk varian yang dapat diperlakukan panas
Sesuai cast	Rendah–Sedang	Rendah–Sedang	Terbatas	Baik (dengan kontrol)	Kondisi pengiriman khas dari coran; tergantung mikrostruktur
T5 (Penuaan buatan setelah pendinginan)	Sedang	Rendah	Terbatas	Baik	Umum untuk coran dan bagian manufaktur aditif untuk meningkatkan kekuatan tanpa pelarutan penuh
T6 (Perlakuan larutan + penuaan buatan)	Tinggi	Rendah–Sedang	Buruk	Baik	Terutama berlaku jika Mg ada; peningkatan kekuatan yang signifikan
T7 (Overaged / stabilisasi)	Sedang	Sedang	Terbatas	Baik	Meningkatkan stabilitas dimensi dan ketangguhan dengan pengorbanan sebagian kekuatan

Status temper sangat memengaruhi keseimbangan antara kekuatan dan keuletan pada AlSi10, dengan perlakuan seperti T6 (jika Mg tersedia) menaikkan kekuatan luluh dan tarik dengan pengorbanan elongasi. Mikrostruktur sesuai cor, laju pendinginan, dan perlakuan termal selanjutnya (atau ketiadaannya) adalah pengendali utama untuk mengatur performa; keberadaan dan jumlah Mg menentukan seberapa efektif pengerasan presipitasi dapat digunakan.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	9.0 – 11.0	Elemen paduan utama yang mengontrol fraksi eutektik, kelancaran aliran, konduktivitas termal
Fe	0.2 – 0.8	Impuritas yang membentuk intermetalik (β-Al5FeSi) yang dapat mengurangi keuletan
Mn	0.05 – 0.45	Mengontrol morfologi intermetalik Fe bila hadir dalam jumlah kecil
Mg	0.0 – 0.45	Jika hadir (>0.2) memungkinkan pengerasan presipitasi (respon T6)
Cu	0.02 – 0.3	Meningkatkan kekuatan tetapi dapat mengurangi ketahanan korosi jika tinggi
Zn	0.02 – 0.2	Kecil; biasanya dijaga rendah untuk menghindari efek merugikan
Cr	0.01 – 0.2	Modifikator struktur butir pada beberapa spesifikasi
Ti	0.01 – 0.2	Pemurni butir untuk coran dan metalurgi ingot
Lainnya	Sisa Al; jejak residual	Impuritas residual (Ni, Co, Pb) dijaga seminimal mungkin menurut spesifikasi

Silikon menentukan mikrostruktur (ukuran, morfologi, dan distribusi partikel Si eutektik) dan langsung memengaruhi perilaku cor, ketahanan aus, dan sifat termal. Besi dan mangan memengaruhi pembentukan intermetalik rapuh; tingkat terkendali dan modifikasi (misalnya Sr untuk modifikasi Si) meningkatkan keuletan dan kemampuan pengerjaan. Kehadiran magnesium menjadikan AlSi10 varian yang dapat diperlakukan panas (AlSi10Mg), di mana perlakuan larutan dan penuaan memungkinkan kekuatan jauh lebih tinggi melalui presipitasi Mg2Si.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik AlSi10 sangat dipengaruhi oleh metode pengecoran, ketebalan penampang, dan perlakuan panas. Material sesuai cor umumnya menunjukkan keseimbangan ulet-ke-rapuh yang dikendalikan oleh ukuran dan morfologi silikon eutektik serta porositas; varian AlSi10Mg dengan perlakuan T6 mendapat peningkatan signifikan pada kekuatan luluh dan tarik tetapi kehilangan sebagian elongasi. Performa kelelahan dibatasi oleh cacat cor dan kondisi permukaan; keberadaan porositas, rongga penyusutan, atau intermetalik Fe kasar secara drastis mengurangi umur kelelahan dibandingkan dengan paduan ditempa.

Kekuatan luluh dalam kondisi sesuai cor adalah sedang dan sangat tergantung ketebalan penampang; penampang tipis mendingin lebih cepat dan umumnya menunjukkan kekuatan luluh dan tarik lebih tinggi. Rentang kekerasan mencerminkan temper: kondisi anil/sesuai cor memberikan kekerasan rendah, sementara penuaan buatan T5/T6 meningkatkan kekerasan secara signifikan. Perlakuan permukaan, hot isostatic pressing (HIP), atau mesin CNC untuk menghilangkan cacat dekat permukaan meningkatkan ketahanan kelelahan dan toleransi regangan siklik.

Sifat	O/Anil	Temper Utama (misal T6)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	120 – 200 MPa	240 – 320 MPa (AlSi10Mg T6)	Rentang luas akibat metode cor, ukuran penampang, porositas dan kandungan Mg
Kekuatan Luluh (0.2% proof)	60 – 130 MPa	150 – 250 MPa	T6 sangat meningkatkan kekuatan luluh; kekuatan luluh sesuai cor tergantung penampang
Elongasi (A%)	3 – 12%	2 – 8%	Keuletan lebih rendah pada T6; lebih baik pada anil/sesuai cor jika mikrostruktur halus
Kekerasan (HB)	40 – 80 HB	70 – 120 HB	Kekerasan berkorelasi dengan tingkat pengerasan presipitasi dan morfologi Si

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Massa jenis	2.68 g/cm³	Tipikal untuk paduan cor Al–Si; sedikit lebih tinggi dari aluminium murni karena kandungan Si
Rentang Peleburan	~577 – 640 °C	Pembekuan terkait eutektik dimulai sekitar 577 °C; rentang peleburan tergantung komposisi lokal
Konduktivitas Termal	~120 – 150 W/m·K	Lebih rendah daripada aluminium murni; partikel Si mengurangi konduktivitas tetapi masih baik untuk heat sink/komponen termal
Konduktivitas Listrik	~30 – 38 % IACS	Lebih rendah dibanding aluminium murni; berguna untuk komponen cor konduktif tetapi bukan untuk grade konduktor listrik
Kalor Spesifik	~0.90 J/g·K (900 J/kg·K)	Kalor spesifik aluminium tipikal dekat suhu ruang
Ekspansi Termal	22 – 24 µm/m·K	Koefisien ekspansi termal mirip dengan paduan aluminium lain; perlu diperhatikan kandungan Si untuk perilaku komposit

AlSi10 mempertahankan keunggulan konduktivitas termal dan massa jenis rendah aluminium, sementara kandungan silikon menurunkan konduktivitas dibanding aluminium murni namun meningkatkan stabilitas termal dan ketahanan aus. Perilaku peleburan/pembekuan—reaksi eutektik—mengatur praktik pengecoran dan memengaruhi strategi kontrol mikrostruktur seperti modifikasi dan pemurnian butir. Konduktivitas listrik cukup untuk banyak aplikasi konduktif pendukung tetapi tidak kompetitif dengan aluminium murni untuk transmisi daya.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Sheet (Lembaran)	Jarang; pengecoran tipis terbatas	Perilaku saat-cetak atau setelah penuaan	Saat-cetak / T5	Lembaran cor dinding tipis bisa dibuat dengan pressure die-casting atau AM; tidak umum sebagai produk gulungan
Plate (Plat)	2 – 200 mm (cor)	Sensitif terhadap ketebalan; ketebalan lebih besar menurunkan kekuatan	Saat-cetak / T6 (jika ada Mg)	Plat cor pasir dan cetakan permanen digunakan untuk pengecoran struktural
Extrusion (Ekstrusi)	Terbatas	Tidak umum; ekstrusi tergulung hanya tersedia pada paduan khusus	Tidak berlaku	AlSi10 pada dasarnya adalah paduan cor; ekstrusi menggunakan paduan lain seperti 6063
Tube (Tabung)	Bagian cor atau die-cast	Tergantung teknik pengecoran	Saat-cetak / T5	Tabung dinding tipis cor dapat dibuat dengan die atau investment casting; AM memungkinkan saluran kompleks
Bar/Rod (Batang)	Batang atau ingot cor	Digunakan sebagai bahan baku dan untuk penempaan	Saat-cetak	Sering dilebur ulang atau diproses lebih lanjut untuk jalur pembuatan tertentu

AlSi10 terutama dipasok dan digunakan dalam bentuk cor: pasir, cetakan mati, cetakan permanen, investment casting dan semakin banyak sebagai bubuk untuk additive manufacturing. Sifat mekanik dan sensitivitas cacat sangat bervariasi antar bentuk produk tersebut karena laju pendinginan berbeda; parts die-cast dan AM mendingin lebih cepat dan menghasilkan mikrostruktur lebih halus, sehingga kekuatan saat-built lebih tinggi. Bentuk tergulung (ekstrusi/plat tergulung) jarang; perancang sebaiknya memilih paduan tergulung lain jika diperlukan pembentukan dingin yang luas.

Grade Setara

Standar	Grade	Region	Catatan
EN	AC-AlSi10	Eropa	Penamaan standar cor aluminium dengan kandungan Si mendekati 10%
AA / ASTM	AlSi10 (perkiraan)	USA	Bukan penamaan AA yang tepat; A356 dan A357 adalah varian low-Si serupa dengan Mg
JIS	ADC10 (perkiraan)	Jepang	ADC10 dan ADC12 adalah paduan die-casting dengan kandungan Si serupa tapi berbeda tingkat Cu/Mg
GB/T	AlSi10	China	Standar China mencantumkan grade cor AlSi10 dengan komposisi yang sebanding

Grade setara bersifat perkiraan karena standar regional menyesuaikan elemen jejak dan impuritas yang diperbolehkan untuk proses pengecoran spesifik (die casting versus pasir). Paduan die-cast seri ADC dan EN AC-AlSi10 mendekati kandungan Si tapi mungkin berbeda di tingkat Cu atau Mg; perbedaan ini memengaruhi perlakuan panas dan perilaku korosi. Selalu konsultasikan lembar standar spesifik terkait batas tarik dan kimia saat mengganti antar grade regional.

Ketahanan Korosi

AlSi10 umumnya memiliki ketahanan korosi atmosferik yang baik berkat lapisan aluminium oksida pelindung; silikon sendiri inert dan tidak mempercepat korosi seragam secara signifikan. Korosi lokal bisa terjadi dimana intermetalik kaya Fe dan cacat pengecoran menjadi situs mikro-galvanik; permukaan dengan porositas atau finishing buruk lebih rentan terhadap pitting, terutama di lingkungan klorida.

Di lingkungan laut atau kaya klorida, AlSi10 menunjukan perlakuan sedang tapi tidak sekuat paduan korban magnesium seri 5xxx; pitting akibat klorida adalah perhatian utama dan lapisan pelindung atau anodizing umum diterapkan. Kerentanan stress corrosion cracking (SCC) rendah dibanding paduan Al-Zn-Mg berpenguatan tinggi, tapi tegangan residu tarik dan pitting korosi dapat bersama-sama memicu retak fatigue; desain yang cermat dan perlakuan pasca cor mengurangi risiko.

Interaksi galvanik mengikuti perilaku aluminium pada umumnya: AlSi10 akan terkorosi anodis saat bersentuhan listrik dengan logam lebih mulia seperti baja tahan karat atau tembaga dalam elektrolit konduktif. Dibandingkan paduan tergulung seris 3xxx/5xxx yang dikeraskan kerja, AlSi10 menukar sedikit ketangguhan korosi demi keuntungan cor spesifik; dibandingkan paduan penguat perlakuan panas kuat (7xxx), AlSi10 lebih tahan korosi dan kurang rentan SCC tapi secara umum lebih rendah kekuatan mekaniknya.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Pengelasan AlSi10 memungkinkan menggunakan proses TIG dan MIG untuk perbaikan atau penyambungan casting, namun porositas dan retak panas masih menjadi perhatian utama. Pemanasan awal pada suhu sedang, kontrol sumber hidrogen, dan penggunaan kawat las yang tepat (biasanya filler berbasis Al-Si seperti ER4043 atau AlSi5) mengurangi retak dan meningkatkan integritas bead. Pelunakan zona terpengaruh panas (HAZ) umumnya terbatas dibanding paduan umur-hangat berat, tapi perubahan lokal morfologi silikon dan porositas dapat memengaruhi performa mekanik daerah las.

Kemampuan Mesin

Kemampuan mesin AlSi10 sedang: keberadaan partikel silikon eutektik yang keras meningkatkan keausan alat dan memicu kondisi pemotongan abrasif dibanding aluminium murni. Alat carbide dengan flute halus, geometri rafe positif, dan pendingin sangat dianjurkan untuk masa pakai alat dan hasil permukaan yang baik. Pembentukan serpihan cenderung tidak kontinu; kecepatan makan dan putar stabil yang menghindari buildup edge dan meminimalkan getaran memperbaiki integritas permukaan dan kontrol dimensi.

Kemampuan Bentuk

Pembentukan dingin AlSi10 sangat terbatas karena ini adalah paduan cor dengan keuletan rendah pada sebagian besar temper; pembengkokan, deep drawing, dan stamping biasanya tidak praktis. Pendekatan pembentukan terbaik adalah pengecoran near-net-shape, mekanisasi, atau pembentukan termal lokal pada blank cor yang disiapkan khusus. Jika deformasi diperlukan, kondisi lunak annealed dan metode pembentukan dengan suhu tinggi dapat digunakan, tapi perancang biasanya memilih paduan tergulung lain untuk pembentukan ekstensif.

Perilaku Perlakuan Panas

Jika kandungan Mg melebihi ambang batas (AlSi10Mg), AlSi10 menjadi responsif terhadap urutan perlakuan panas klasik: perlakuan larutan pada suhu sekitar 520–540 °C melarutkan fasa pengandung Mg dan menghomogenkan mikrostruktur, diikuti quenching cepat dan penuaan buatan (biasanya 150–200 °C) untuk mengendapkan Mg2Si dan mencapai tingkat kekuatan T6 atau T5. Jaringan silikon dan partikel eutektik kasar membatasi kekuatan maksimum yang dapat dicapai dibandingkan paduan Al-Mg-Si tergulung, tapi perawatan T6 secara andal meningkatkan luluh dan kekuatan tarik untuk parts cor dan AM.

Varian saat-cetak dan yang tidak dapat diperlakukan panas mengandalkan mikrostruktur solidifikasi dan kemungkinan pengerasan kerja untuk kekuatan. Siklus annealing digunakan untuk meredakan tegangan residual dan melunakkan material untuk pemrosesan pasca-cor terbatas, biasanya dengan anneal subkritis atau perlakuan penghilang tegangan. Overaging (T7) digunakan untuk meningkatkan stabilitas dimensi dan ketangguhan pada komponen yang memerlukan ketahanan suhu kerja.

Siklus larutan dan penuaan harus disesuaikan dengan ukuran penampang cor dan keberadaan porositas; pendinginan lambat atau quench yang tidak memadai dapat meninggalkan presipitat kasar dan mengurangi respons pengerasan. Hot isostatic pressing (HIP) sering digunakan sebelum penuaan pada komponen berintegritas tinggi untuk menutup porositas internal dan meningkatkan ketahanan fatigue sebelum tempering akhir.

Performa Suhu Tinggi

AlSi10 menunjukkan penurunan kekuatan bertahap seiring kenaikan suhu; batas layanan kontinu praktis umumnya di kisaran 100–150 °C untuk aplikasi struktural, dengan paparan jangka pendek hingga ~200 °C tergantung temper. Mikrostruktur kaya silikon memberikan stabilitas dimensi lebih baik pada suhu tinggi dibanding banyak paduan aluminium yang lebih lunak, tapi kekuatan penguat presipitasi (jika ada) akan menurun akibat paparan panas dan overaging.

Oksidasi di udara terbatas pada permukaan karena lapisan pelindung Al2O3, sehingga laju oksidasi kecil pada suhu kerja umum, tapi paparan lama pada suhu tinggi mempercepat pemekaran mikrostruktur dan pelunakan. Perilaku zona terpengaruh panas saat pengelasan atau lonjakan suhu lokal dapat menunjukkan pengerasan getas atau penurunan keuletan akibat pemekaran silikon dan evolusi pori.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan AlSi10
Otomotif	Braket mesin, intake manifold, housing	Kemampuan pengecoran yang sangat baik, ketebalan dinding tipis, performa termal
Kelautan	Housing non-struktural, komponen pompa	Ketahanan korosi atmosfer yang baik dan kemampuan pengecoran untuk bentuk kompleks
Dirgantara	Braket, saluran, housing beban rendah	Kepadatan rendah dan stabilitas dimensi untuk geometri cetak atau additive manufacturing yang kompleks
Elektronik	Heat sink, penyebar panas (thermal spreader)	Konduktivitas termal baik dan kemudahan pembuatan saluran pendingin kompleks
Additive Manufacturing / Tooling	Insert pendingin konformal, prototipe	Presisi tinggi pada SLM/EBM, mikrostruktur halus, respons perlakuan panas pasca produksi

AlSi10 banyak digunakan di mana diperlukan komponen dengan bentuk kompleks dan hampir mendekati bentuk akhir (near-net-shape), dengan kebutuhan termal dan kekuatan mekanik yang memadai. Penggunaan luas pada additive manufacturing dan die casting didorong oleh mikrostruktur yang konsisten, performa termal yang baik, serta kemampuan menghasilkan komponen ringan secara ekonomis.

Wawasan Pemilihan

Untuk pemilihan umum, pilih AlSi10 ketika kemampuan pengecoran, kontrol dimensi, dan konduktivitas termal menjadi faktor utama desain dan geometri komponen mendukung produksi near-net-shape. Harapkan kekuatan statis sedang dan formabilitas terbatas; tentukan kondisi T6 (jika varian AlSi10Mg) ketika diperlukan kekuatan lebih tinggi dan kontrol porositas dijamin untuk bagian yang kritis terhadap kelelahan.

Dibandingkan aluminium murni komersial (1100), AlSi10 mengorbankan sebagian konduktivitas listrik, termal, dan formabilitas untuk kekuatan cetak yang jauh lebih tinggi dan kemampuan pengecoran yang jauh lebih baik. Dibandingkan dengan paduan pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, AlSi10 umumnya memberikan kekuatan spesifik pengecoran yang lebih tinggi dan kemudahan produksi bentuk kompleks dengan biaya keterbatasan pembentukan dingin dan toleransi korosi yang beragam di lingkungan klorida agresif. Dibandingkan dengan paduan tempa yang dapat diperlakukan panas seperti 6061/6063, AlSi10 (terutama varian non-Mg) mungkin menawarkan kekuatan tarik puncak lebih rendah tetapi kemampuan pengecoran dan perilaku termal yang superior, sehingga menjadi pilihan utama untuk komponen cor atau hasil additive manufacturing meskipun kekuatan akhirnya lebih rendah.

Ringkasan Akhir

AlSi10 tetap menjadi paduan teknik yang relevan karena menggabungkan kemampuan pengecoran dan performa termal yang sangat baik dengan sifat mekanik yang cukup untuk banyak aplikasi industri, terutama pada die casting dan additive manufacturing. Komposisi kaya silikon dan pemrosesan yang adaptif (pengecoran, perlakuan panas, HIP, additive manufacturing) memberikan solusi praktis antara kemudahan manufaktur dan kinerja saat pakai untuk komponen ringan dan kompleks.