Aluminium AlSi12: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Lengkap

AlSi12 merupakan bagian dari keluarga aluminium-silikon dan diklasifikasikan sebagai paduan cor Al-Si, bukan deretan paduan bekas 1xxx–7xxx; biasanya dikenal dengan penamaan coran bukan nomor paduan bekas. Paduan ini secara nominal mengandung sekitar 11–13% silikon dengan kandungan residu besi, mangan, tembaga, serta elemen jejak seperti titanium dan kromium yang digunakan untuk penghalusan butir dan pengendalian sifat.

Mekanisme penguatan utama AlSi12 adalah mikrostruktur: fase silikon near-eutektoid yang terdistribusi dalam matriks aluminium memberikan kekakuan dan ketahanan aus yang inheren. AlSi12 bukanlah paduan bekas klasik yang dapat diperkeras dengan pengerasan umur (perlakuan panas); peningkatan sifat mekanik diperoleh melalui pengendalian morfologi silikon (modifikasi, sferoidisasi) dan perlakuan panas terbatas, bukan melalui proses penuaan berbasis Mg/Cu.

Sifat utama termasuk fluiditas pengecoran yang sangat baik, penyusutan padatifikasi yang rendah, stabilitas dimensi baik dalam bentuk coran, dan ketahanan korosi yang memadai berkat lapisan film aluminium oksida pelindung. Paduan ini menunjukkan kekuatan tarik sedang, regangan rendah hingga sedang dalam kondisi coran, dan konduktivitas termal yang baik dibandingkan paduan cor lainnya. Industri tipikal pengguna AlSi12 meliputi otomotif (komponen mesin cetakan mati, rumah-rumah komponen), mesin industri (badan pompa, rumah katup), perangkat keras kelautan, dan aplikasi manajemen termal tertentu.

Insinyur memilih AlSi12 ketika prioritas adalah kemampuan pengecoran, penyusutan rendah, dan keseimbangan antara kekuatan dan konduktivitas termal ketimbang kekuatan tarik puncak maksimum. Kandungan silikonnya menjadikannya menarik untuk pengecoran tipis dengan geometri kompleks dan komponen yang memerlukan ketahanan aus serta stabilitas selama siklus termal.

Varian Temper

Temper	Level Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Lasabilitas	Catatan
F (Sebagai-fabrikasi)	Rendah–Sedang	Rendah–Sedang	Terbatas	Moderate	Kondisi coran tipikal dari cetakan mati atau pasir
O (Anil)	Rendah	Sedang–Tinggi	Membaik	Baik	Pelepasan tegangan/anil untuk meningkatkan keuletan dan mengurangi tegangan sisa
T5	Sedang	Rendah	Terbatas	Moderate	Didinginkan dari kondisi coran dan diproses pengerasan buatan untuk stabilisasi sifat
T6	Sedang–Tinggi	Rendah	Terbatas	Moderate	Perlakuan larutan + pengerasan buatan dapat memodifikasi silikon menjadi sferoid dan meningkatkan kekuatan secara moderat jika kimia paduan memungkinkan
T4 (solusianisasi)	Sedang	Rendah–Sedang	Terbatas	Moderate	Perlakuan larutan dengan penuaan alami; digunakan secara selektif setelah modifikasi
H14 (pengerasan regangan)	Tidak umum	Tidak umum	Tidak umum	Tidak umum	Pengerasan regangan biasanya tidak berlaku untuk coran AlSi12; disertakan untuk referensi

Temper sangat memengaruhi kinerja AlSi12 karena morfologi silikon dan cacat pengecoran adalah faktor utama penentu sifat. Perlakuan panas seperti solusianisasi dan pengerasan buatan (T6/T5) dapat memperhalus distribusi partikel silikon dan mengurangi mikrosegregasi, menghasilkan perubahan kekuatan atau keuletan yang moderat dibanding kondisi coran.

Pemilihan temper praktis tergantung pada metode pengecoran dan fungsi komponen; anil dan penuaan terkontrol digunakan untuk meningkatkan kemudahan mesin dan mengurangi tegangan internal, sementara pendekatan termomekanik agresif yang digunakan pada paduan bekas biasanya tidak berlaku untuk coran AlSi12.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	11.0–13.0	Elemen paduan utama; mengontrol struktur eutektoid, fluiditas, dan ketahanan aus
Fe	0.3–1.3	Impuritas umum; Fe tinggi meningkatkan intermetalik yang membuat paduan menjadi getas dan mengurangi keuletan
Mn	0.1–0.6	Mengontrol morfologi intermetalik Fe; meningkatkan kemampuan pengecoran dan sifat mekanik
Mg	0.05–0.5	Dapat hadir dalam jumlah jejak hingga kecil; memungkinkan pengerasan presipitasi jika cukup banyak
Cu	0.05–0.5	Biasanya rendah; peningkatan Cu dapat menaikkan kekuatan namun mengurangi ketahanan korosi
Zn	0.05–0.5	Jejak; biasanya residu dan dikontrol untuk menghindari retak panas
Cr	0.05–0.25	Tambahan minor untuk kontrol struktur butir dan mengikat Fe dalam fase aman
Ti	0.02–0.20	Penghalus butir yang digunakan mengontrol struktur butir aluminium primer
Lainnya	Keseimbangan Al dengan impuritas jejak	Elemen residu (Ni, Pb, Sr dari modifikasi) dikontrol untuk memenuhi performa pengecoran

Silikon adalah penggerak utama kinerja AlSi12: menurunkan rentang lebur, meningkatkan fluiditas dan mengurangi penyusutan, serta memberikan ketahanan aus melalui partikel Si keras. Besi dan mangan mengendalikan fase intermetalik merugikan yang terbentuk selama padatan. Jejak seperti Ti dan Sr digunakan untuk menghaluskan butir dan memodifikasi bentuk silikon dari plat ke bentuk fibrous atau sferoid, memperbaiki ketangguhan dan kemudahan mesin.

Sifat Mekanik

Coran AlSi12 menunjukkan perilaku tarik yang didominasi oleh morfologi silikon eutektoid dan kualitas coran (porositas, penyusutan, laju pembekuan). Kekuatan dalam kondisi coran sedang dan regangan terbatas; sifat arah pada coran dapat bervariasi tergantung tebal penampang karena gradien pembekuan. Kekuatan dapat meningkat secara moderat oleh perlakuan larutan dan penuaan bila kimia paduan dan mikrostruktur dimodifikasi dengan benar.

Perilaku luluh umumnya lebih rendah dibanding paduan bekas yang dapat diperkeras dengan perlakuan panas bernilai tinggi; namun paduan menawarkan performa stabil di berbagai metode pengecoran saat penyusutan dan porositas terkontrol dengan baik. Kekerasan berhubungan dengan distribusi partikel silikon: Si halus dan sferoid menghasilkan ketangguhan lebih tinggi dan kekerasan permukaan sedikit lebih rendah dibanding silikon kasar berbentuk serpihan.

Performa kelelahan pada AlSi12 sensitif terhadap cacat pengecoran seperti porositas gas dan inklusi oksida yang menjadi lokasi inisiasi; coran yang baik dengan cacat minimal dapat mencapai umur kelelahan yang cukup baik untuk komponen berputar non-kritis. Ketebalan penampang memengaruhi laju pendinginan dan dengan demikian morfologi silikon: penampang tipis mendingin cepat menghasilkan mikrostruktur lebih halus dan kekuatan lebih tinggi dibanding penampang tebal yang mendingin lambat dan membentuk Si kasar.

Sifat	O/Anil	Temper Utama (T6/T5)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	90–140 MPa (tipikal)	150–240 MPa (tipikal, tergantung paduan dan proses)	Rentang luas akibat metode pengecoran, kontrol porositas dan modifikasi mikrostruktur
Kekuatan Luluh (offset 0.2%)	40–90 MPa	100–170 MPa	Peningkatan luluh setelah perlakuan larutan/penuaan moderat dibanding paduan Mg/Cu tinggi
Elongasi	2–10%	1–6%	Keulatan menurun setelah penuaan; pengecoran dinding tipis menunjukkan elongasi lebih tinggi
Kekerasan (Brinell)	35–70 HB	60–110 HB	Kekerasan meningkat dengan morfologi Si halus dan perlakuan panas; nilai tergantung penampang dan proses

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Kepadatan	2.68 g/cm³	Kepadatan tipikal untuk paduan cor Al-Si; sedikit lebih tinggi dari aluminium murni karena kandungan silikon
Rentang Leleh	~577–600 °C	Paduan near-eutektik memiliki titik leleh rendah dibanding Al murni; reaksi eutektoid sekitar ~577 °C
Konduktivitas Termal	~110–140 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni namun tetap baik untuk pelepasan panas pada komponen cor
Konduktivitas Listrik	~30–40% IACS	Berkurang dibanding aluminium murni karena gangguan oleh silikon dan intermetalik
Kalor Spesifik	~0.88–0.92 kJ/kg·K	Mendekati aluminium murni; berguna untuk perhitungan massa termal
Koefisien Ekspansi Termal	~21–24 µm/m·K	Koefisien sedikit lebih rendah dari Al murni dalam beberapa kondisi perlakuan panas karena kandungan Si

Sifat fisik AlSi12 menjadikannya menarik untuk komponen di mana manajemen termal atau stabilitas dimensi selama siklus pemanasan/pendinginan penting. Titik leleh rendah dan fluiditas baik memudahkan pencetakan dinding tipis dengan geometri kompleks serta pengisian cetakan yang baik.

Konduktivitas listrik berkurang dibandingkan dengan aluminium murni dan harus dipertimbangkan ketika performa listrik dibutuhkan. Densitas dan kalor spesifik mendekati aloi cor aluminium lainnya, yang menguntungkan untuk aplikasi struktural ringan dan termal.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Bagian cor pasir	Ketebalan dinding 3–50 mm	Variabel; mikrostruktur lebih kasar pada bagian tebal	F, O, T5	Digunakan untuk komponen besar dan kompleks; mikrostruktur dikendalikan oleh laju pendinginan
Cor cetakan mati (die-cast)	Dinding tipis 1–10 mm	Kekuatan lebih tinggi akibat pendinginan lebih cepat; Si halus	F, T5, T6	Umum untuk housing otomotif dan komponen presisi
Cor cetakan gravitasi / cetakan permanen	2–20 mm	Kekuatan dan hasil permukaan menengah	F, T5, T6	Reproduksibilitas baik dan sifat mekanik untuk produksi skala menengah
Inti pasir / ingot	Bervariasi	Bahan baku dasar	F	Bahan mentah atau bahan yang dilebur ulang untuk bengkel pengecoran
Batang / Batang cor	Diameter hingga 200 mm	Mirip dengan coran; pembentukan atau penggilingan terbatas	F, O	Digunakan untuk blank machining dan beberapa bagian struktural kecil

Bentuk produk yang berbeda muncul dari aplikasi yang dimaksudkan dan toleransi mekanik/geometrik yang diperlukan. Cor cetakan mati menghasilkan mikrostruktur paling halus dan kontrol dimensi terbaik, sehingga cocok untuk bagian otomotif dinding tipis dengan volume tinggi. Cor pasir menoleransi bagian lebih besar dan geometri internal kompleks tetapi memerlukan kontrol cacat yang ketat.

Bentuk pasokan mempengaruhi proses sekunder: cor cetakan biasanya memerlukan allowance machining lebih sedikit dan memiliki hasil permukaan lebih baik, sementara bagian cor pasir mungkin memerlukan machining dan perlakuan panas lebih banyak untuk mencapai toleransi yang diinginkan.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	AlSi12 (cor)	USA	Penamaan generik untuk cor Al-Si dengan ~12% Si
EN	EN AC-AlSi12 / AlSi12	Eropa	Penamaan standar cor (sebelumnya AlSi12); grade EN sering menyertakan “F” untuk kondisi pengecoran
JIS	ADC12 (mirip)	Jepang	ADC12 banyak digunakan untuk die casting dan komposisinya mendekati tetapi biasanya mengandung Cu dan Zn lebih tinggi
GB/T	AlSi12	China	Standar China untuk aloi cor Al-Si yang setara secara umum; toleransi komposisi dapat berbeda

Perbedaan halus antar grade regional biasanya terletak pada batas elemen Cu, Zn, dan unsur jejak yang diperbolehkan, serta kadar besi dan mangan. ADC12 (JIS) sering mengandung tembaga lebih tinggi untuk meningkatkan sifat mekanik pada die casting tapi mengorbankan ketahanan korosi. EN AC-AlSi12 cenderung dikontrol kadar Fe rendah dan banyak digunakan untuk cor kualitas tinggi di Eropa.

Ketahanan Korosi

AlSi12 menunjukkan ketahanan korosi atmosfer yang baik secara umum karena pembentukan film oksida aluminium pelindung. Pada lingkungan netral dan sedikit agresif aloi ini tampil baik, tetapi dissolusi anod lokal dapat terjadi pada cacat cor, porositas, atau di mana fase intermetallic hadir. Finishing permukaan dan sistem pengecatan kedap secara signifikan meningkatkan performa jangka panjang di lingkungan terbuka.

Di lingkungan laut dan yang mengandung klorida, aloi ini dapat mengalami korosi piting dan celah, terutama di area cacat atau permukaan kasar yang menahan media korosif. Kandungan tembaga AlSi12 yang relatif rendah meningkatkan resistensi terhadap korosi tekan dibanding aloi kaya Cu, tetapi perancang harus mempertimbangkan interaksi katodik/anodik saat menggabungkannya dengan logam mulia lebih tinggi.

Retak korosi tekan bukan mode kegagalan utama untuk AlSi12 karena kandungan solut terbatas yang menyebabkan kerapuhan antarbutir, tapi korosi fatigue yang dipadukan cacat cor dapat menyebabkan kegagalan dini di lingkungan siklik laut atau industri. Interaksi galvanik dengan baja dan aloi tembaga harus diminimalkan dengan penghalang isolasi atau allowance korosi yang sesuai agar tidak mempercepat kerusakan.

Dibandingkan aloi terwujud seri 5xxx grade laut, AlSi12 memiliki ketangguhan intrinsik lebih rendah dan lebih sensitif terhadap cacat cor, namun unggul dalam kemampuan pengecoran dan stabilitas dimensi untuk bentuk kompleks. Perancang harus mengevaluasi eksposur lingkungan dan integritas cor secara detail saat memilih AlSi12 untuk aplikasi korosif.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Pengelasan cor AlSi12 dapat dilakukan dengan proses TIG dan MIG jika menggunakan aloi pengisi yang tepat dan persiapan pra-las yang sesuai. Pengisi aluminium-silikon seperti ER4043 (Al-5Si) dan ER4047 (Al-12Si) biasanya direkomendasikan agar kandungan silikon cocok dengan logam dasar dan mengurangi risiko retak panas. Pemanasan awal dan degassing sering dipakai untuk mengurangi porositas terkait hidrogen; namun pengelasan dapat mengubah morfologi silikon secara lokal di daerah HAZ dan menimbulkan konsentrasi penyusutan/stres yang butuh perlakuan panas pasca-las atau penggilingan untuk menghilangkan cacat.

Kemampuan Mesin

Kemampuan mesin AlSi12 umumnya baik untuk aluminium cor tapi partikel silikon keras mempercepat aus alat abrasif dibanding aluminium murni. Alat carbide dengan lapisan titanium nitrida atau serupa dan geometri rake positif direkomendasikan untuk machining kecepatan tinggi; kontrol serpihan biasanya dapat diterima tapi masa pakai alat harus dipantau untuk pemesinan panjang. Parameter machining harus mempertimbangkan ketebalan penampang dan variasi kekerasan lokal akibat morfologi silikon dan riwayat perlakuan panas.

Kemampuan Bentuk

Pembentukan AlSi12 terbatas karena aloi ini umumnya digunakan dalam bentuk cor dan memiliki duktibilitas rendah dibanding aloi aluminium terwujud. Pembengkokan dingin atau penarikan dalam tidak praktis untuk komponen cor AlSi12 tipikal; perancang mengandalkan desain cetakan, inti, dan sisipan untuk mencapai geometri yang diinginkan. Untuk meningkatkan kemampuan bentuk, proses semi-solid atau modifikasi ke mikrostruktur silikon spheroid melalui perlakuan panas dapat meningkatkan duktibilitas lokal tapi tidak setara kemampuan bentuk aloi terwujud seri 5xxx atau 6xxx.

Perilaku Perlakuan Panas

AlSi12 bukan aloi aluminium utama yang dapat dipengeraskan oleh presipitasi karena kandungan magnesium dan tembaganya tidak signifikan untuk penguatan T6 klasik. Namun demikian, perlakuan panas memengaruhi morfologi silikon dan tegangan sisa. Perlakuan solusi pada suhu sekitar 520–540 °C diikuti dengan quenching cepat dapat menghomogenkan mikrostruktur sebagian dan membuat partikel silikon lebih spheroid; penuaan buatan berikutnya (T5/T6) dapat menstabilkan mikrostruktur dan memberikan peningkatan kekuatan kecil.

Untuk banyak cor AlSi12, perlakuan panas paling bernilai adalah annealing dan homogenisasi untuk menghilangkan tegangan cor dan mengurangi mikrosegragasi. Perlakuan ini meningkatkan kemampuan mesin dan mengurangi insiden retak panas selama operasi sekunder. Karena pengerasan kerja tidak praktis untuk komponen cor, perancang mengandalkan kontrol mikrostruktur, perlakuan panas, dan modifikasi aloi (misalnya perlakuan Sr) untuk menyesuaikan sifat.

Kendali proses selama perlakuan panas sangat penting: overaging atau solusi yang tidak tepat dapat memperbesar silikon dan mengurangi duktibilitas, sedangkan degassing tidak memadai atau laju quench lambat mengakibatkan porositas tertahan dan performa mekanik buruk. Untuk aloi dengan penambahan Mg atau Cu sedikit, jadwal solusi dan penuaan terkendali memberikan manfaat terbesar; selain itu perlakuan panas fokus pada pelepasan tegangan dan optimasi morfologi silikon.

Performa Suhu Tinggi

Pada suhu tinggi AlSi12 mengalami penurunan kekuatan progresif karena aktivasi termal memungkinkan pergerakan dislokasi dan pembesaran fitur mikrostruktur. Suhu kerja praktis sering dibatasi di bawah ~150–200 °C untuk aplikasi struktural agar menghindari creep signifikan dan kehilangan kekakuan. Paparan jangka pendek hingga 250 °C mungkin diperbolehkan untuk komponen termal non-pembebanan, tetapi keandalan mekanik jangka panjang akan menurun.

Perilaku oksidasi tipikal aluminium: oksida stabil terbentuk melindungi material utama, tetapi pembentukan dan pertumbuhan lapisan oksida dapat menurunkan resistansi kontak termal pada aplikasi perpindahan panas. Daerah HAZ dari pengelasan atau perlakuan panas lokal mungkin memiliki distribusi silikon berubah yang menurunkan performa suhu tinggi secara lokal dan mempercepat creep atau retak akibat oksidasi. Untuk komponen yang dimaksudkan digunakan pada suhu tinggi, desain cermat untuk meminimalkan konsentrasi tegangan dan menghindari penampang tipis di area pembebanan sangat penting.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa AlSi12 Digunakan
Otomotif	Rumah transmisi, casing gearbox, badan katup	Die-castability yang sangat baik dan stabilitas dimensi untuk komponen tipis dengan bentuk kompleks
Kelautan	Rumah pompa, cetakan struktural non-kritis	Ketahanan korosi dan kemampuan pengecoran untuk geometri kompleks
Aerospace & Pertahanan	Bracket, rumah untuk struktur non-primer	Kekuatan-terhadap-berat yang baik untuk komponen cor dan stabilitas termal yang baik
Mesin Industri	Rumah gir, rumah bantalan, badan katup	Penyusutan rendah, ketahanan aus yang baik dan kekuatan mekanik memadai
Elektronika / Manajemen Termal	Rumah penyebar panas dan komponen massa termal	Konduktivitas termal yang wajar dikombinasikan dengan kemampuan pengecoran kompleks

AlSi12 berkinerja baik ketika keuntungan metode pembuatan pengecoran (bentuk kompleks, tulang rusuk terintegrasi, dinding tipis) lebih diutamakan dibandingkan kebutuhan akan kekuatan tarik tertinggi atau formabilitas ekstrem. Kombinasi akurasi dimensi, konduktivitas termal, dan kekuatan yang memadai membuatnya banyak digunakan pada komponen die-cast volume tinggi dan pengecoran ukuran menengah yang ekonomis.

Wawasan Pemilihan