Aluminum AlSiMg: Komposisi, Properti, Panduan Temper & Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Gambaran Komprehensif
AlSiMg menunjukkan keluarga luas paduan aluminium yang terutama dialoi dengan silikon (Si) dan magnesium (Mg). Dalam bentuk terwrought, keluarga ini sangat tumpang tindih dengan seri 6xxx (Al-Mg-Si), yang merupakan paduan pengerasan presipitasi dan dapat diperlakukan panas; dalam praktik pengecoran, label AlSiMg juga merujuk pada paduan cor Al-Si yang dimodifikasi dengan Mg untuk meningkatkan kekuatan dan respon terhadap perlakuan panas. Mekanisme metalurgi utama untuk paduan Al-Si-Mg terwrought adalah pengerasan usia melalui pembentukan presipitat Mg2Si metastabil setelah perlakuan larutan dan penuaan buatan; varian cor mendapat kekuatan dari morfologi silikon yang lebih halus serta kekuatan yang ditingkatkan oleh Mg dan pengerasan presipitasi yang terbatas.
Sifat teknis kunci meliputi kombinasi kekuatan sedang hingga tinggi, ketahanan korosi yang baik di lingkungan atmosfer, kemampuan ekstrusi dan formabilitas yang luas, serta kemampuan las yang andal bila pengisi dan praktik pasca-las yang tepat digunakan. Dibandingkan dengan seri 2xxx atau 7xxx yang berdaya tinggi, grade AlSiMg menukar kekuatan puncak maksimum dengan kinerja korosi yang lebih baik dan kemudahan fabrikasi. Industri tipikal yang menggunakan paduan AlSiMg meliputi komponen bodi dan struktural otomotif, ekstrusi arsitektur, perlengkapan kelautan, rumah elektronik dan pendingin panas, serta beberapa perlengkapan dirgantara di mana keseimbangan kekuatan, bobot dan ketahanan korosi diperlukan.
Para engineer memilih AlSiMg saat dibutuhkan paduan yang dapat diperlakukan panas dengan kekuatan terhadap berat baik, ekstrudabilitas luar biasa, dan kemampuan mencapai tingkat kekuatan rekayasa melalui proses termal. Fleksibilitas keluarga ini—tersedia sebagai lembaran, plat, ekstrusi, dan pengecoran—serta kompatibilitasnya dengan proses anodizing dan pelapisan, membuat paduan AlSiMg tetap disukai untuk struktur yang sensitif terhadap biaya dan suku cadang struktural kelas menengah yang memprioritaskan kemudahan pembuatan dan ketahanan korosi.
Variasi Temper
| Temper | Tingkat Kekuatan | Elongasi | Formabilitas | Kemampuan Las | Catatan |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Rendah | Tinggi (20–35%) | Sangat Baik | Sangat Baik | Sepenuhnya dianil; maksimum keuletan |
| H14 | Rendah-Sedang | Sedang (10–20%) | Baik | Sangat Baik | Diregangkan; pembentukan terbatas |
| T4 | Sedang | Sedang (12–18%) | Baik | Baik | Diolah larutan dan dipenuai alami |
| T5 | Sedang | Sedang (10–16%) | Baik | Baik | Didinginkan dari pengerjaan panas dan dipenuai buatan |
| T6 | Tinggi | Lebih Rendah (8–14%) | Cukup-Baik | Baik | Diolah larutan dan dipenuai buatan; kekuatan puncak |
| T651 | Tinggi | Lebih Rendah (8–14%) | Cukup-Baik | Baik | T6 dengan pelurusan tegangan melalui peregangan |
| T7 | Sedang | Sedang (10–16%) | Baik | Baik | Dilebihkan penuaan untuk stabilitas dan ketangguhan patahan yang lebih baik |
Temper mengontrol struktur mikro dan dengan demikian kesetimbangan antara kekuatan, keuletan, dan formabilitas. Kondisi anil lunak (O) memberikan formabilitas terbaik pada suhu ruang untuk penarikan dalam dan pembengkokan kompleks, sedangkan T6/T651 digunakan saat kekuatan maksimum dan stabil diperlukan setelah perlakuan panas.
Lintasan perlakuan panas dan setiap pengerjaan dingin antaranya secara signifikan mempengaruhi rekristalisasi, ukuran/distribusi presipitat dan keadaan tegangan residual; perancang harus memilih temper berdasarkan operasi pembentukan yang dibutuhkan, kasus beban akhir, dan lingkungan korosi.
Komposisi Kimia
| Elemen | Rentang % | Catatan |
|---|---|---|
| Si | 0.2–1.6 | Mendukung presipitasi Mg2Si; Si lebih tinggi memurnikan mikrostruktur cor |
| Fe | 0.1–0.7 | Impuritas; membentuk intermetal yang mengurangi keuletan dan ketahanan korosi |
| Mn | 0–0.50 | Mengontrol struktur butir dan dapat membentuk dispersoid yang memengaruhi kekuatan |
| Mg | 0.3–1.2 | Elemen aloi penguat utama melalui presipitat Mg2Si |
| Cu | 0–0.5 | Meningkatkan kekuatan tetapi dapat mengurangi ketahanan korosi dan respon perlakuan panas |
| Zn | 0–0.25 | Umumnya rendah; Zn berlebih dapat menimbulkan masalah galvanik |
| Cr | 0–0.35 | Mengontrol presipitat di batas butir dan meningkatkan ketangguhan/stabilitas |
| Ti | 0–0.15 | Memperbaiki ukuran butir pada produk cor dan terwrought |
| Lainnya | Sisa Al | Penambahan jejak dan residu; Zr/Sc dapat hadir untuk varian berperforma tinggi |
Kandungan Si dan Mg adalah pengatur utama kekuatan: keduanya menghasilkan presipitat Mg2Si selama penuaan yang mendominasi properti luluh dan tarik. Elemen minor dan impuritas seperti Fe dan Cu memengaruhi ketangguhan, kemampuan mesin, dan perilaku korosi; tingkat Fe yang lebih rendah memperbaiki keuletan dan penampilan sementara Cu meningkatkan kekuatan dengan mengorbankan sebagian ketahanan korosi. Varian cor AlSiMg biasanya memiliki Si lebih tinggi (hingga ~12% pada beberapa paduan cor) dan toleransi impuritas berbeda dibandingkan paduan terwrought 6xxx.
Sifat Mekanis
AlSiMg terwrought (keluarga 6xxx) menunjukkan kurva tarik pengerasan usia khas: mulai dari luluh relatif rendah dalam kondisi anil atau T4, kekuatan luluh dan tarik meningkat secara signifikan setelah penuaan buatan saat presipitat Mg2Si halus terbentuk. Kekuatan luluh pada kondisi T6 biasanya mencapai rentang desain praktis untuk komponen struktural kelas menengah, sementara elongasi menurun dibandingkan keadaan anil; modus patah biasanya berupa patah duktile dengan beberapa koalesensi mikrovoid kecuali intermetal kasar hadir. Performa kelelahan baik untuk suku cadang dengan permukaan yang selesai dengan tepat dan saat kebersihan metalurgi terkontrol; umur sensitif terhadap cacat permukaan, pengerjaan dingin, dan konsentrator tegangan.
Ketebalan memengaruhi respons mekanis karena laju pendinginan setelah perlakuan larutan dan quenching bisa berbeda; bagian yang lebih tebal mendingin lebih lambat sehingga dapat mengurangi supersaturasi dan pengerasan usia selanjutnya, menurunkan kekuatan yang dapat dicapai dan meningkatkan kerentanan pembentukan presipitat kasar. Kekerasan mengikuti perilaku tarik dan biasanya dilaporkan dalam nilai Brinell atau Vickers; kekerasan T6 khas untuk paduan 6xxx umum berada dalam rentang yang mendukung operasi mesin dan pembentukan tetapi memerlukan kontrol proses untuk menghindari overaging.
Ketangguhan patah dan sensitivitas notch bergantung pada kebersihan paduan dan temper. Grade cor AlSiMg memiliki profil mekanik yang berbeda: kandungan silikon lebih tinggi meningkatkan ketahanan aus dan kemampuan mesin dalam beberapa kasus tetapi membuat paduan kurang duktile, dengan elongasi lebih rendah dan perilaku inisiasi retak kelelahan yang berbeda dibandingkan paduan terwrought.
| Properti | O/Anil | Temper Utama (misal, T6) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | 110–160 MPa | 200–320 MPa | Rentang tergantung pada paduan spesifik (misal, 6061 vs 6063) dan ketebalan penampang |
| Kekuatan Luluh | 55–120 MPa | 120–280 MPa | Kekuatan luluh meningkat signifikan setelah T6; batas desain harus mempertimbangkan temper |
| Elongasi | 20–35% | 8–14% | Keuletan berkurang pada temper penuaan puncak; lebih tinggi pada kondisi anil dan T4 |
| Kekerasan | 30–50 HB | 70–130 HB | Kekerasan berhubungan dengan distribusi presipitat dan kimia paduan |
Sifat Fisik
| Properti | Nilai | Catatan |
|---|---|---|
| Massatjenis | 2.68–2.70 g/cm³ | Massatjenis aluminium tipikal; bervariasi sangat kecil dengan aloi |
| Rentang Leleh | ~555–650 °C | Solidus/liquidus bervariasi berdasarkan kandungan Si dan penambahan aloi lain |
| Konduktivitas Termal | 130–160 W/m·K | Lebih rendah dari aluminium murni; tergantung pada aloi dan temper |
| Konduktivitas Listrik | 25–45 % IACS | Berkurang dibanding aluminium murni akibat aloi; bervariasi dengan temper dan pengerjaan dingin |
| Kalor Spesifik | ~900 J/kg·K | Tipikal untuk paduan aluminium pada suhu sekitar |
| Koefisien Ekspansi Termal | 22–24 µm/m·K | Koefisien ekspansi termal untuk desain struktural |
Paduan AlSiMg mempertahankan sebagian besar kinerja termal dan listrik aluminium yang menguntungkan, membuatnya menarik untuk aplikasi pembuangan panas sekaligus memberikan kekuatan yang lebih baik. Penurunan konduktivitas termal dibanding aluminium murni relatif kecil dan biasanya masih dapat diterima untuk suku cadang struktural yang juga berfungsi sebagai penyebar panas.
Untuk desain termal, engineer harus mempertimbangkan koefisien ekspansi termal saat menyatukan AlSiMg dengan material berbeda; ekspansi diferensial dapat menciptakan tegangan termal dalam rakitan dan sambungan.
Bentuk Produk
| Bentuk | Ketebalan/Ukuran Umum | Perilaku Kekuatan | Temper Umum | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Lembaran | 0.3–6.0 mm | Seragam; ketebalan memengaruhi respons penuaan | O, H14, T4, T5, T6 | Sering digunakan untuk panel bodi, arsitektur, fasad |
| Plat | >6.0 mm hingga 150 mm | Quenchability rendah pada bagian tebal | O, T6 (terbatas) | Kekuatan pada bagian tebal menurun akibat pendinginan lambat |
| Ekstrusi | Profil hingga beberapa meter | Kekuatan arah sangat baik | T5, T6, T651 | Ekstrudabilitas adalah keunggulan utama paduan 6xxx |
| Tabung | Ketebalan dinding 0.5–20 mm | Standar struktural/performa | O, T4, T6 | Tabung las dan seamless umum digunakan |
| Batang/As | Diameter 3–150 mm | Isotropik pada penampang | O, T6 | Digunakan untuk komponen machining dan pengikat |
Bentuk produk mempengaruhi mikrostruktur: profil ekstrusi mendapatkan manfaat dari rekristalisasi dinamis dan dapat menjalani penuaan buatan untuk mendapatkan sifat yang konsisten, sementara plat dan tempa memerlukan kontrol quench yang hati-hati untuk mencapai kekuatan yang dirancang. Lembaran dan ekstrusi tipis mendingin dengan cepat dan biasanya mencapai sifat puncak T6 lebih dekat, sedangkan plat tebal mungkin membutuhkan metode desain alternatif atau temper overaged untuk menjamin kestabilan.
Pilihan proses manufaktur—rolling, ekstrusi, pengecoran—juga berpengaruh pada hasil permukaan, kebersihan internal, dan tegangan sisa yang memengaruhi proses lanjutan seperti pengelasan, anodizing, dan machining.
Grade Setara
| Standar | Grade | Wilayah | Catatan |
|---|---|---|---|
| AA | Seri 6xxx (misal, 6061, 6063) | USA | Paduan Al‑Mg‑Si yang diproses dengan pengerolan untuk aplikasi struktural dan ekstrusi |
| EN AW | AlSiMg (cor), EN AW‑6060 / EN AW‑6082 (pengerolan) | Eropa | "AlSiMg" merujuk pada grade cor, EN AW‑60xx adalah setara pengerolan yang umum |
| JIS | A6061, A6063 | Jepang | Grade JIS untuk paduan Al‑Mg‑Si biasa digunakan pada ekstrusi dan struktur |
| GB/T | 6061, AlSi9Mg (cor) | China | Standar Cina mencakup paduan pengerolan 6xxx dan cor AlSiMg |
Tidak ada padanan satu‑satu untuk label AlSiMg: ini bisa berarti keluarga paduan pengerolan 6xxx maupun berbagai paduan cor Al‑Si yang dimodifikasi dengan Mg. Standar paduan pengerolan (misal 6061/6063/6082) memiliki komposisi dan sifat mekanik yang terdefinisi ketat, sementara grade cor AlSiMg dipakai untuk pengecoran dan memiliki profil mekanik/ketahanan korosi berbeda.
Engineer harus meninjau spesifikasi standar dan penentuan temper T untuk kesetaraan langsung, bukan hanya mengandalkan nama keluarga AlSiMg saat pengadaan.
Ketahanan Korosi
Paduan AlSiMg umumnya menunjukkan ketahanan korosi atmosfer yang baik karena lapisan oksida aluminium pelindung yang terbentuk secara alami, dan merespons baik pada anodizing untuk perlindungan permukaan dan tampilan estetika. Dalam lingkungan korosi ringan dan atmosfer industri, performanya setara dengan paduan 6xxx lain, dengan ketahanan dibantu oleh kadar tembaga rendah dan pemilihan temper yang tepat; korosi lubang (pitting) dan korosi celah (crevice) tetap menjadi perhatian di lingkungan yang kaya klorida jika terdapat cacat permukaan atau lapisan pelindung rusak.
Performa laut cukup baik untuk banyak fitting struktural dan ekstrusi, tetapi untuk paparan jangka panjang di air laut atau zona cipratan, perancang biasanya memilih paduan 5xxx yang lebih tinggi kadar Mg-nya atau menerapkan lapisan pelindung dan proteksi katodik karena laju korosi lokal dan klorida dapat mempercepat serangan. Kerentanan terhadap retak korosi tegangan (SCC) pada keluarga paduan 6xxx umumnya rendah dibandingkan dengan 2xxx atau 7xxx, tapi temper overaged dan tegangan tarik sisa tinggi dapat meningkatkan risiko SCC; oleh karena itu, pemilihan temper yang sesuai serta perlakuan panas pasca las atau pereda tegangan penting.
Interaksi galvanik harus diperhatikan saat memadukan AlSiMg dengan logam yang lebih mulia (misalnya baja tahan karat, paduan tembaga); material isolator atau lapisan pelindung sering digunakan untuk mencegah korosi yang dipercepat. Dibandingkan dengan keluarga 5xxx, AlSiMg (6xxx) biasanya memberikan keseimbangan tampilan anodizing dan stabilitas dimensi yang lebih baik tetapi sedikit lebih rendah dalam duktibilitas dan ketahanan korosi absolut di air laut.
Sifat Fabrikasi
Kemampuan Las
Paduan AlSiMg pengerolan dapat dilas dengan baik menggunakan metode fusi umum (TIG, MIG/MAG) dengan mikrostruktur zona las yang dapat diprediksi; paduan pengisi seperti ER4043 (Al‑Si) atau ER5356 (Al‑Mg) paling sering digunakan tergantung pada keseimbangan ketahanan korosi dan kekuatan yang diinginkan. Risiko retak panas rendah jika sambungan disiapkan dengan benar, meskipun segregasi silikon pada grade cor AlSiMg dapat memicu retak panas dan memerlukan pra-pemanasan atau desain sambungan yang dimodifikasi. Zona yang terpengaruh panas biasanya melunak dibandingkan logam dasar kondisi puncak T6, sehingga penuaan pasca las atau penggunaan temper overaged (T7) sering ditentukan untuk aplikasi struktural.
Kemudahan Mesin
Kemudahan machining pada paduan AlSiMg tergolong sedang hingga baik; perilaku pemotongan lebih baik dengan kandungan Si yang lebih tinggi dan distribusi presipitat halus dan homogen. Peralatan carbide atau carbide berlapis umumnya digunakan pada feed rate tinggi dan kecepatan sedang; aluminium cenderung menghasilkan serpihan panjang dan lengket serta pembentukan tepi tajam, sehingga geometri alat, pelumasan/pendinginan yang memadai, dan pemutus serpihan sangat penting. Paduan dengan kandungan silikon tinggi atau bentuk coran menunjukkan keausan alat yang lebih besar, khususnya karena partikel Si yang keras atau eutektik.
Kemampuan Bentuk
Kemampuan bentuk sangat baik pada temper anneal dan penuaan alami serta tetap bagus pada kondisi T4/T5 untuk banyak operasi stamping dan pembentukan ekstrusi. Radius bengkok minimum tergantung temper, ketebalan, dan geometri komponen; panduan tipikal untuk lembaran T4/T6 merekomendasikan radius internal 1.5–3× tebal untuk pembentukan sedang guna menghindari retak. Cold working (temper H) meningkatkan kekuatan lewat pengerasan regangan tapi mengurangi elongasi dan kontrol springback, sehingga temper akhir dan toleransi dimensi harus direncanakan bersama langkah pembentukan.
Perilaku Perlakuan Panas
Solusi perlakuan untuk AlSiMg (paduan pengerolan 6xxx) dilakukan mendekati solvus Mg2Si, biasanya pada rentang 510–550 °C untuk paduan standar, cukup lama untuk melarutkan partikel fase dan menghomogenkan larutan padat. Quenching cepat ke suhu ruang sangat penting untuk mempertahankan Mg dan Si dalam larutan padat supersaturasi dan memungkinkan presipitasi selanjutnya selama penuaan buatan; sensitivitas quench meningkat seiring ketebalan. Penuaan buatan (T6) biasanya dilakukan pada 160–185 °C selama beberapa jam, menghasilkan presipitat halus dan koheren yang menaikkan kekuatan luluh dan tarik; parameter penuaan disesuaikan dengan paduan untuk menyeimbangkan kekuatan puncak dengan ketangguhan dan peredaan tegangan.
Transisi temper-T termasuk T5 (didinginkan dari pengerjaan panas lalu penuaan), T6 (perlakuan solusi dan penuaan buatan), T651 (T6 dengan pelurusan/penarikan), dan T7 (overaged untuk kestabilan dan ketahanan SCC lebih baik). Paduan cor AlSiMg sering bergantung lebih pada modifikasi Mg dan jalur perlakuan panas yang disesuaikan dengan mikrostruktur cor; tahap solusi dan penuaan mungkin diubah untuk kelarutan yang lebih rendah dan difusi lebih lambat pada pengecoran besar.
Untuk varian yang tidak dapat diperlakukan panas atau sudah overaged, pengerasan kerja dan annealing tetap menjadi metode utama untuk menyesuaikan sifat; anneal penuh (O) pada ~350–420 °C diikuti pendinginan lambat mengembalikan duktibilitas tetapi menghilangkan pengerasan karena penuaan.
Performa Suhu Tinggi
Paduan AlSiMg kehilangan kekuatan secara bertahap dengan peningkatan suhu karena stabilitas presipitat menurun dan interaksi dislokasi melemah; batas suhu layanan praktis jangka panjang untuk performa struktural biasanya ditetapkan di bawah 150 °C untuk menghindari pelunakan signifikan dan kehilangan sifat mekanik. Di atas ~150–200 °C, pembesaran presipitat Mg2Si menyebabkan overaging dan penurunan tak terbalik pada kekuatan luluh dan kekerasan, membuat paduan ini tidak cocok untuk beban berkelanjutan pada suhu tinggi.
Oksidasi terbatas dibandingkan baja, namun paparan suhu tinggi dapat mengubah ketebalan dan warna oksida permukaan dan memengaruhi adhesi cat serta lapisan pelindung; pelapis pelindung atau anodizing harus dipilih untuk kestabilan suhu tinggi. Pada sambungan las, HAZ dapat mengalami pelunakan lokal dan ketahanan creep lebih rendah; perancang harus menghindari suhu layanan tinggi di daerah las kritis atau menentukan perlakuan panas pasca-las dan temper overaged untuk kestabilan.
Aplikasi
| Industri | Contoh Komponen | Alasan Penggunaan AlSiMg |
|---|---|---|
| Otomotif | Panel bodi, bumper, ekstrusi struktural | Keseimbangan kemampuan bentuk, ekstrudabilitas, dan kekuatan pengerasan penuaan |
| Kelautan | Fitting dek, rangka | Ketahanan korosi atmosfer yang baik dan ringan |
| Aerospace | Fitting struktural sekunder, rangka interior | Rasio kekuatan terhadap berat yang menguntungkan dan kompatibilitas dengan anodizing |
| Elektronik | Heat sink, housing | Konduktivitas termal yang dipadukan dengan kemudahan machining dan ekstrusi |
Paduan AlSiMg dipilih ketika diperlukan kombinasi kemampuan manufaktur dan performa layanan; adaptabilitasnya dalam bentuk lembar, ekstrusi, dan pengecoran memungkinkan penggunaan multi-disiplin di sektor kendaraan, kelautan, dan peralatan industri.
Wawasan Pemilihan
AlSiMg adalah pilihan teknik saat perancang membutuhkan aluminium yang dapat diperlakukan panas dengan kemampuan ekstrusi yang baik dan ketahanan korosi yang seimbang. Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), AlSiMg menukar sebagian konduktivitas listrik dan kemampuan pembentukan untuk kekuatan luluh dan tarik yang jauh lebih tinggi, sehingga lebih cocok untuk bagian struktural di mana kemampuan pembentukan masih diperlukan.
Dibandingkan dengan paduan kerja pengerasan seperti 3003 atau 5052, AlSiMg biasanya memberikan kekuatan yang lebih tinggi setelah pemasakan dengan ketahanan korosi yang serupa atau sedikit lebih rendah di lingkungan klorida yang agresif; pilih AlSiMg ketika kekuatan struktural yang lebih tinggi dan penampilan anodisasi yang lebih baik menjadi prioritas. Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas dengan kekuatan lebih tinggi (misalnya seri 2xxx atau 7xxx) dan varietas 6xxx umum seperti 6061/6063, grade AlSiMg sering lebih disukai saat kemampuan manufaktur, ekstrudabilitas, dan performa korosi lebih diutamakan daripada kekuatan puncak mutlak; untuk kebutuhan kekuatan sangat tinggi, keluarga paduan lain mungkin diperlukan.
Saat memilih grade dan temper spesifik, perlu menyeimbangkan nilai tarik/luluh yang dibutuhkan, lingkungan servis yang diharapkan (terutama paparan klorida), rute fabrikasi (tempa vs cor) dan ketersediaan dalam bentuk produk yang diinginkan; selalu verifikasi spesifikasi standar dan sertifikasi pemasok untuk aplikasi kritis.
Ringkasan Akhir
Paduan AlSiMg tetap menjadi kelas material aluminium yang serbaguna dan banyak digunakan karena menggabungkan kekuatan pengerasan presipitasi, karakteristik fabrikasi yang baik, dan ketahanan korosi yang layak di berbagai bentuk produk, menjadikannya pilihan pragmatis untuk banyak aplikasi otomotif, kelautan, arsitektur, dan elektronik di mana performa dan kemampuan manufaktur yang seimbang diperlukan.