Aluminium AlSi9Cu3: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

AlSi9Cu3 adalah paduan aluminium cor yang termasuk dalam seri 4xx atau lebih tepatnya dalam keluarga Al-Si-Cu; paduan ini biasanya digolongkan bersama paduan Al-Si hipoeutektik yang dicor dengan metode die-casting dan gravity-casting, bukan dengan seri 6xxx atau 5xxx yang berupa produk tempa. Penamaannya menunjukkan kandungan silikon nominal sekitar 9 wt.% dan tembaga sekitar 3 wt.%, sehingga merupakan paduan cor dengan kandungan silikon sedang dan diperkuat dengan tembaga yang dioptimalkan untuk kekuatan dan stabilitas termal yang baik.

Elemen paduan utama adalah silikon (Si) yang berperan untuk kemudahan pengecoran dan kelancaran aliran logam cair, serta tembaga (Cu) yang memberikan pengerasan presipitasi dan kekuatan pada suhu tinggi. Penambahan kecil seperti besi (Fe), mangan (Mn), dan titanium (Ti) mengendalikan pembentukan intermetalik, struktur butir, dan kemampuan pengisian cetakan selama proses solidifikasi. Penguatan terutama dapat diperoleh melalui perlakuan panas dengan solusi panas dan penuaan buatan (temper T) dengan kontribusi tambahan dari mikrostruktur yang dihasilkan selama solidifikasi (morfologi silikon eutektik).

Sifat utama meliputi kemudahan pengecoran dan stabilitas dimensi yang baik, kekuatan statis sedang sampai tinggi pada temper yang sudah dipenuaikan, ketahanan kelelahan yang cukup baik untuk komponen cor, serta ketahanan korosi yang dapat diterima dengan perlakuan pasca pengecoran yang tepat. Kemampuan las relatif terbatas dibanding aluminium murni namun masih dapat dilakukan dengan pengisi dan kontrol pra/pasca pemanasan yang tepat; kemampuan pembentukan buruk saat bahan masih dalam kondisi cor dibanding paduan tempa. Industri utama meliputi otomotif (bagian mesin dan transmisi yang dicor, komponen struktural), mesin industri, hidrolik, serta beberapa enclosure elektronik yang memerlukan konduktivitas panas dan detail pengecoran.

Engineer memilih AlSi9Cu3 ketika kemudahan pengecoran dan keseimbangan antara kekuatan dan stabilitas termal lebih diutamakan daripada keuletan maksimal atau konduktivitas listrik. Paduan ini lebih disukai daripada paduan dengan kandungan silikon lebih tinggi untuk ketangguhan, dan dibandingkan dengan paduan Al-Si sederhana ketika diperlukan kekuatan pada temperatur tinggi (dari Cu); juga dipilih daripada paduan tempa ketika geometri kompleks atau fitur cetakan terintegrasi dibutuhkan.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Lasabilitas	Catatan
O	Rendah	Tinggi (8–15%)	Terbatas (hanya cor)	Baik (kontrol pra‑dan pasca panas)	Dalam kondisi cor yang telah di-anneal atau didinginkan secara alami; kondisi paling lunak.
T1	Rendah–Sedang	Sedang (6–12%)	Terbatas	Sedang	Didinginkan dari kondisi cor dan mengalami penuaan alami; pengerasan presipitasi terbatas.
T5	Sedang	Rendah–Sedang (3–8%)	Buruk	Sedang	Didinginkan dari kondisi cor dan mengalami penuaan buatan; umum untuk komponen cor yang membutuhkan stabilitas dimensi.
T6	Tinggi	Rendah (2–6%)	Buruk	Menantang	Dirawat dengan solusi panas, quenching, dan penuaan buatan; kekuatan puncak untuk banyak aplikasi.
T7	Sedang–Tinggi	Sedang (4–8%)	Buruk	Sedang	Kondisi overaged untuk meningkatkan stabilitas termal dan mengurangi sensitivitas terhadap tegangan.

Temper sangat memengaruhi kinerja AlSi9Cu3 karena fase kaya tembaga yang terbentuk selama penuaan menentukan kekuatan luluh dan tarik. Perlakuan T6 (solusi + penuaan buatan) menghasilkan kekuatan tertinggi dan keuletan terendah melalui presipitasi fase kaya Cu, sedangkan kondisi O dan T1 mempertahankan elongasi lebih tinggi namun dengan kekuatan statis jauh lebih rendah.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	8.0–10.0	Elemen paduan utama; mengendalikan kelancaran alir, penyusutan, dan mikrostruktur eutektik.
Fe	0.3–1.3	Pengotor yang tak terhindarkan; membentuk intermetalik (β‑AlFeSi) yang dapat membuat kerapuhan jika berlebihan.
Mn	0.05–0.5	Mengikat Fe membentuk intermetalik kurang berbahaya; meningkatkan ketangguhan.
Mg	≤0.5	Biasanya rendah pada grade ini; dapat berkontribusi pada presipitasi bersama Cu dalam fase kompleks.
Cu	2.5–3.5	Elemen penguat utama melalui presipitasi; meningkatkan kekuatan dan kekerasan pada suhu tinggi.
Zn	≤0.3	Minor; umumnya dianggap pengotor tanpa peran penguatan signifikan.
Cr	≤0.2	Pemurni butir dan pengendali rekristalisasi; efek kecil pada kekuatan.
Ti	≤0.2	Penghalus butir untuk mendorong struktur dendritik halus dan meningkatkan sifat mekanik.
Lainnya (termasuk Ni, Pb, Sn)	Sisa/jejak	Elemen lain dijaga seminimal mungkin; dapat mempengaruhi kemudahan pengecoran dan kemampuan mesin dalam jumlah kecil.

Silikon mengatur perilaku pengecoran dan morfologi pelat/partikel silikon eutektik yang memengaruhi ketangguhan dan kelelahan. Tembaga memungkinkan penuaan buatan dan kekuatan pada suhu tinggi yang lebih tinggi, namun meningkatkan kerentanan terhadap beberapa mode korosi dan membutuhkan kontrol perlakuan panas yang presisi. Besi dan mangan mengendalikan intermetalik rapuh yang terbentuk selama solidifikasi; keseimbangan keduanya sangat penting untuk menghindari elongasi rendah dan retak panas.

Sifat Mekanik

AlSi9Cu3 menunjukkan perilaku tarik yang sangat bergantung pada perlakuan panas dan laju pendinginan solidifikasi. Pada kondisi cor atau temper O, kekuatan tarik bersifat sedang karena silikon eutektik kasar dan matriks yang lunak; setelah penuaan T6, presipitasi fase mengandung Cu meningkatkan kekuatan tarik dan luluh secara signifikan sambil mengurangi elongasi. Kekuatan luluh biasanya merupakan fraksi signifikan dari kekuatan tarik maksimum pada kondisi puncak usia, mencerminkan efektivitas presipitat tembaga dalam menghambat pergerakan dislokasi.

Elongasi terbatas pada temper T karena partikel silikon eutektik bertindak sebagai titik inisiasi retak dan fase intermetalik mengurangi keuletan. Kekerasan (Brinell atau Vickers) meningkat sesuai urutan O < T5 < T6, mencerminkan sifat tarik; kekerasan juga sensitif terhadap ketebalan penampang dan laju pendinginan saat pengecoran. Performa kelelahan terkait dengan cacat cor, porositas, dan morfologi silikon eutektik; optimasi pengisian cetakan dan perlakuan panas meningkatkan batas ketahanan namun paduan cor umumnya memiliki kekuatan kelelahan lebih rendah dibandingkan paduan tempa.

Ketebalan penampang sangat memengaruhi sifat mekanik karena penampang lebih tebal mendingin lebih lambat, menghasilkan mikrostruktur kasar dan intermetalik yang lebih besar yang menurunkan kekuatan dan keuletan. Homogenisasi pasca pengecoran dan perlakuan solusi terkendali memitigasi gradien namun tidak dapat sepenuhnya menghilangkan variasi tergantung ketebalan penampang. Perancang harus memperhitungkan anisotropi akibat pengecoran dan melakukan machining/penghilangan cacat permukaan untuk mencapai performa kelelahan dan tarik yang diharapkan.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (T6)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	120–180 MPa	260–340 MPa	Rentang luas tergantung metode pengecoran, ketebalan penampang, dan siklus penuaan.
Kekuatan Luluh (offset 0.2%)	60–110 MPa	200–270 MPa	Fraksi luluh meningkat dengan presipitat kaya Cu dan mikrostruktur yang lebih halus.
Elongasi (% pada 50 mm)	8–15%	2–6%	Elongasi turun tajam setelah penuaan puncak; penampang tebal kadang menunjukkan elongasi lokal lebih tinggi.
Kekerasan (HB)	40–70 HB	90–130 HB	HB mengikuti sifat tarik; kekerasan juga dipengaruhi oleh morfologi silikon eutektik.

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density	~2.70 g/cm³	Tipikal paduan aluminium umum; rasio kekuatan terhadap berat yang menguntungkan.
Rentang Leleh	Solidus ~520–570 °C; Liquidus ~580–650 °C	Paduan Al–Si memiliki rentang pembekuan akibat solidifikasi fase eutektik dan primer; nilai presisi tergantung komposisi.
Konduktivitas Termal	~120–160 W/m·K (suhu ruangan)	Lebih rendah dari aluminium murni karena Si dan intermetalik; masih baik untuk pelepasan panas dalam banyak aplikasi.
Konduktivitas Listrik	~25–36 %IACS	Turun dibanding aluminium murni akibat paduan; tidak direkomendasikan untuk aplikasi yang kritis kebutuhan konduktivitasnya.
Kalor Spesifik	~880–910 J/kg·K	Sejalan dengan paduan aluminium lain; berguna untuk perhitungan massa termal.
Ekspansi Termal	~21–24 µm/m·K (20–200 °C)	Koefisien dipengaruhi oleh kandungan silikon dan mikrostruktur; penting untuk desain tegangan termal.

Sifat fisik mencerminkan persyaratan campuran untuk pengecoran: konduksi termal dan kalor spesifik membuat AlSi9Cu3 berguna untuk bagian yang mengharuskan pembuangan panas, sementara densitasnya menjaga massa tetap ringan. Perilaku leleh dan solidifikasi mengatur pembentukan cacat cor dan kebutuhan riser serta pendingin yang disesuaikan. Konduktivitas listrik jauh berkurang dibanding aluminium murni, sehingga paduan ini jarang dipilih terutama untuk aplikasi listrik.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Sand casting	Ketebalan dinding 3–50 mm	Bervariasi; mikrostruktur lebih kasar di bagian tebal	O, T1, T5, T6	Sering digunakan untuk komponen volume rendah dan berukuran besar; pengendalian porositas sangat penting.
Die casting	Dinding tipis 1–8 mm	Mikrostruktur lebih halus, kekuatan lebih tinggi	T5, T6	Die casting tekanan tinggi memberikan hasil permukaan yang baik dan sifat yang dapat direproduksi.
Gravity die	3–30 mm	Pendinginan dan sifat yang bersifat menengah	O, T5, T6	Cocok untuk bagian dengan kompleksitas sedang dan toleransi lebih ketat dibanding sand casting.
Cast bars/ingots	Bervariasi	Perilaku homogen setelah proses	O, T1	Bahan baku untuk pelelehan ulang dan pengecoran lanjutan; digunakan untuk mengontrol kimia.
Investment casting	Bagian tipis hingga sedang	Kontrol dimensi baik; kekuatan sedang	T5, T6	Digunakan ketika dibutuhkan geometri rumit dan hasil permukaan halus.

Bentuk produk cor mendominasi rantai pasok untuk AlSi9Cu3, dan perancang memilih metode pengecoran untuk mengatur laju pendinginan, porositas, dan mikrostruktur. Die casting menghasilkan repeatability mekanik terbaik dan silikon eutektik halus, meningkatkan sifat tarik dan kelelahan dibanding sand casting. Toleransi mesin, aksesibilitas perlakuan panas, dan inspeksi cacat cor harus dipertimbangkan sejak awal desain komponen.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	AlSi9Cu3	Internasional/USA	Penamaan umum untuk paduan cor; komposisi bisa berbeda antar pemasok.
EN AW	AC‑AlSi9Cu3 (atau AlSi9Cu3(Fe))	Eropa	Penamaan EN biasanya menambahkan "(Fe)" untuk menunjukkan kontrol besi; data mekanik mengikuti EN 1706 jika berlaku.
JIS	ADC10/ADC11 (serupa)	Jepang	Paduan keluarga ADC memiliki kimia Al–Si–Cu serupa tapi berbeda pada batas impuritas dan pedoman proses.
GB/T	AlSi9Cu3	China	Standar China menggunakan komposisi nominal sama namun toleransi dan persyaratan pengujian dapat berbeda.

Tabel kesetaraan bersifat perkiraan karena setiap standar menetapkan toleransi berbeda untuk impuritas (Fe, Zn, Mn) dan mengizinkan variasi komposisi kecil yang memengaruhi karakteristik pengecoran dan respons perlakuan panas. Saat mengganti grade setara, verifikasi data mekanik, siklus perlakuan panas yang direkomendasikan, dan tingkat cacat yang diizinkan, terutama untuk bagian kritis kelelahan atau suhu tinggi.

Ketahanan Korosi

AlSi9Cu3 menunjukkan ketahanan korosi atmosferik sedang khas paduan cor Al–Si; alumina yang terbentuk secara alami memberikan penghalang tetapi kandungan tembaga dalam matriks dapat menurunkan performa korosi secara lokal. Pada atmosfer industri alloy ini cukup baik jika dilapisi atau dicat, namun komponen yang terekspos tanpa perlakuan dapat mengalami korosi lubang (pitting) atau filiform di lokasi penumpukan kelembapan dan kontaminan.

Lingkungan laut lebih agresif: korosi pitting dan crevice yang diinduksi klorida menjadi perhatian utama untuk AlSi9Cu3, khususnya pada temper T dimana kopel galvanik dengan intermetallic kaya tembaga dan perbedaan matriks mempercepat serangan lokal. Pelapisan pelindung, anoda korban, atau perlakuan permukaan tahan korosi umum diterapkan untuk aplikasi dekat pantai.

Retak korosi karena tegangan (stress corrosion cracking) kurang umum dibanding beberapa paduan tempa kekuatan tinggi, namun dapat terjadi di bawah tegangan tarik dalam lingkungan klorida dan kondisi overaged dimana distribusi intermetallic menciptakan situs anodis. Interaksi galvanik dengan logam berbeda (baja, tembaga) harus dikelola dengan isolasi atau pemilihan pengikat yang kompatibel; AlSi9Cu3 bersifat anodis relatif terhadap baja tahan karat dan tembaga sehingga kontak mempercepat korosi paduan aluminium. Dibanding keluarga tempa 5xxx dan 6xxx, AlSi9Cu3 mengorbankan sebagian ketahanan korosi alami untuk performa cor dan kekuatan suhu tinggi yang lebih baik.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Pengelasan AlSi9Cu3 cor dapat dilakukan dengan proses TIG dan MIG namun butuh perhatian terhadap porositas, retak panas, dan pemilihan kawat pengisi. Gunakan kawat pengisi Al‑Si atau Al‑Si‑Cu yang disesuaikan dengan kimia paduan dasar untuk meminimalkan retak panas dan mengurangi pembentukan eutektik leleh rendah di zona las. Pemanasan pra-las dan pengendalian suhu antar las mengurangi gradien panas dan porositas; perlakuan larutan dan penuaan setelah las mungkin diperlukan untuk memulihkan kekuatan tapi dapat menyebabkan distorsi.

Kemampuan Mesin

Kemampuan mesin AlSi9Cu3 umumnya baik untuk paduan cor tapi dipengaruhi oleh morfologi silikon eutektik dan partikel intermetallic yang dapat mengeraskan alat potong. Alat carbide dengan sudut serut positif, kecepatan makan tinggi dan kecepatan pemotongan sedang dianjurkan; cairan pendingin membantu pembuangan serpihan dan kontrol panas. Geometri insert yang memecah serpihan dan menghindari serpihan panjang kontinu sangat berguna; hasil permukaan tergantung ukuran partikel silikon dan operasi finishing sekunder mungkin diperlukan.

Kemampuan Pembentukan

Sebagai paduan cor, AlSi9Cu3 memiliki kemampuan pembentukan dingin yang sangat terbatas dan tidak dapat dengan mudah ditarik atau dibentuk dalam seperti paduan lembaran tempa. Operasi bending pada bagian tipis cor dibatasi oleh kerapuhan akibat silikon eutektik dan intermetallic; radius lengkung minimum biasanya besar relatif terhadap ketebalan dan tergantung temper (O lebih lunak dibanding T6). Jika pembentukan diperlukan, desain bagian untuk bentuk near-net casting dan minimalkan pembentukan pasca cor untuk mengurangi risiko retak.

Perilaku Perlakuan Panas

AlSi9Cu3 dapat menjalani perlakuan panas: urutan klasiknya adalah perlakuan larutan, quenching dan penuaan buatan untuk mengembangkan presipitat berbasis tembaga dan meningkatkan kekuatan. Suhu perlakuan larutan tipikal berkisar 500–540 °C untuk melarutkan fase tembaga dan silikon; waktu rendaman tergantung ketebalan bagian namun biasanya 2–6 jam untuk komponen cor. Quenching cepat (air) mempertahankan larutan padat supersaturated dan dilanjutkan dengan penuaan buatan pada ~160–200 °C selama beberapa jam untuk mempresipitasi fase penguat dan mencapai sifat T6.

Overaging (T7) mengorbankan sebagian kekuatan puncak untuk stabilitas termal lebih baik dan mengurangi kerentanan retak dingin; digunakan pada bagian yang beroperasi pada suhu tinggi atau membutuhkan stabilitas dimensi. Perlakuan larutan yang tidak sempurna atau quenching buruk menyebabkan sifat heterogen dan kekuatan puncak berkurang. Untuk bagian yang hanya memerlukan kekuatan sedang dan plastisitas lebih tinggi, penuaan alami atau T1 akan digunakan, namun potensi penguatan tembaga optimal hanya didapat dengan perlakuan larutan dan penuaan buatan terkontrol.

Pada kondisi di mana perlakuan panas tidak memungkinkan, sedikit manfaat bisa diperoleh dari pengerasan kerja terkontrol pada bagian cor tipis, meskipun paduan cor kurang responsif terhadap pengerasan dingin dibanding paduan tempa. Pelunakan homogenisasi dapat mengurangi segregasi dan melarutkan beberapa intermetallic kasar sebelum pemesinan akhir atau perlakuan panas.

Performa Suhu Tinggi

AlSi9Cu3 mempertahankan kekuatan mekanik lebih baik pada suhu tinggi dibanding banyak grade cor Al–Si tanpa tembaga karena presipitat tembaga meningkatkan kekerasan panas. Namun, di atas sekitar 150–200 °C keuntungan kekuatan berkurang seiring presipitat membesar dan matriks menjadi lunak; paparan jangka panjang di atas 200–250 °C akan sangat mengurangi kekuatan luluh dan umur kelelahan. Perancang harus membatasi suhu operasi kontinu atau memilih temper overaged yang memberikan stabilitas lebih tinggi meski kekuatan lebih rendah.

Oksidasi terbatas berkat lapisan alumina pelindung, namun suhu tinggi mempercepat pembentukan skala dan dapat mengubah kimia permukaan; pelapisan pelindung atau cat sering digunakan di lingkungan suhu tinggi. Zona terpengaruh panas (HAZ) di sekitar las rentan terhadap pelemahan dan pelarutan presipitat, yang mengurangi kekuatan lokal dan bisa menciptakan konsentrator tegangan; perlakuan panas pasca-las direkomendasikan untuk komponen kritis guna memulihkan sifat uniform.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan AlSi9Cu3
Otomotif	Blok mesin, kepala silinder, rumah gearbox	Castability baik, stabilitas termal dan kekuatan suhu tinggi dengan penuaan Cu.
Kelautan	Rumah pompa, badan katup (dilindungi)	Castability untuk bentuk kompleks dan ketahanan korosi yang bisa diterima dengan pelapisan.
Dirgantara	Perekat struktural sekunder, rumah komponen	Rasio kekuatan terhadap berat menguntungkan dan kemampuan mencetak geometri kompleks.
Elektronika	Heat sink, enclosure	Konduktivitas termal dan kemudahan pengecoran detail geometri untuk manajemen panas.
Mesin Industri	Badan hidrolik, bagian kompresor	Stabilitas dimensi, ketahanan aus (dengan perlakuan permukaan) dan kemampuan mesin.

AlSi9Cu3 unggul pada aplikasi yang membutuhkan kompleksitas fungsional, kekuatan statis sedang hingga tinggi, dan performa termal dari bagian cor. Kapasitas penuaan T6 yang andal membuatnya cocok untuk komponen yang harus mempertahankan sifat setelah siklus termal dan pemesinan.

Wawasan Pemilihan

AlSi9Cu3 adalah pilihan praktis ketika sebuah komponen cor memerlukan kombinasi kemampuan pengecoran yang baik, kekuatan pada temperatur tinggi, dan stabilitas dimensi. Pilih material ini ketika pengecoran bentuk hampir akhir menghindari perakitan yang mahal dan ketika perlakuan panas T6 dapat diterapkan untuk mencapai kekuatan yang dibutuhkan.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), AlSi9Cu3 mengorbankan konduktivitas listrik dan kemampuan pembentukan, namun memberikan kekuatan statis dan pada temperatur tinggi yang jauh lebih tinggi, sehingga cocok untuk pengecoran struktural. Dibandingkan dengan paduan yang umum dikeraskan secara kerja seperti 3003 atau 5052, AlSi9Cu3 menawarkan kekuatan yang lebih tinggi dan performa suhu tinggi yang lebih baik dengan biaya duktilitas yang lebih rendah dan potensi ketahanan korosi yang kurang uniform. Dibandingkan dengan paduan tempa yang dapat diperlakukan panas seperti 6061, AlSi9Cu3 biasanya memiliki kekuatan spesifik puncak yang lebih rendah pada penampang tipis, tetapi lebih disukai ketika geometri cor yang kompleks dan fitur terintegrasi lebih penting daripada kekuatan maksimum yang dapat dicapai oleh ektrusi dan tempa.

Gunakan daftar cek singkat untuk pengadaan: konfirmasikan metode pengecoran dan ukuran penampang, tentukan temper dan jadwal perlakuan panas, tetapkan batas porositas dan NDT untuk bagian yang mengalami kelelahan, dan verifikasi toleransi standar ekuivalen (EN, JIS, GB/T) jika melakukan cross-sourcing material.

Ringkasan Penutup

AlSi9Cu3 tetap relevan karena mengisi ceruk di mana kemampuan pengecoran, performa termal, dan kekuatan penguatan presipitasi diperlukan dalam satu sistem material. Komposisi Si–Cu yang seimbang memungkinkan para desainer memproduksi bagian kompleks dan tahan lama dengan perlakuan panas yang terkontrol, menjadikannya andalan untuk komponen otomotif, industri, dan manajemen termal yang mengutamakan manufaktur bentuk hampir akhir dan stabilitas dalam penggunaan.