Aluminium EN AW-3004: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Komprehensif

EN AW-3004 adalah paduan aluminium seri 3xxx (keluarga Al-Mn-Mg) yang termasuk dalam kategori paduan aluminium-mangan yang ditempa. Ini adalah paduan yang tidak dapat diperlakukan dengan panas, dengan mangan sebagai elemen paduan utama dan magnesium digunakan untuk meningkatkan kekuatan dibandingkan dengan paduan dasar AA3003/3000. Paduan ini diperkuat terutama melalui pengerasan akibat deformasi (strain hardening) selama proses pengerjaan dingin, dengan kontribusi terbatas dari pengerasan larutan padat oleh Mg dan Mn. Ciri khasnya meliputi kekuatan sedang sampai baik untuk paduan yang tidak diperlakukan panas, ketahanan korosi yang baik dalam banyak lingkungan atmosfer, kemampuan pembentukan yang sangat baik pada kondisi anil, dan kemampuan pengelasan yang wajar pada proses busur las umum.

Industri kunci untuk EN AW-3004 termasuk pengemasan (terutama stok kaleng dan kontainer), HVAC dan komponen penutup bangunan, trim arsitektural, serta komponen lembaran bentuk umum yang digunakan dalam peralatan rumah tangga dan elemen struktural kecil. Insinyur memilih 3004 ketika membutuhkan kekuatan yang lebih baik daripada aluminium murni dan paduan 3003, sambil mempertahankan kemampuan deep-draw dan roll-forming yang diperlukan untuk aplikasi dengan ketebalan tipis. Paduan ini sering dipilih dibandingkan paduan yang dapat diperlakukan panas dengan kekuatan lebih tinggi ketika kemampuan bentuk, hasil permukaan, dan ketahanan korosi lebih penting daripada kekuatan tarik puncak atau ketika perlakuan panas pasca pembentukan tidak praktis.

EN AW-3004 banyak digunakan untuk produksi lembaran dan gulungan karena kombinasi Mn dan Mg memberikan keseimbangan baik antara peningkatan kekuatan dan kelenturan yang tetap terjaga, memungkinkan proses seperti deep drawing, ironing, dan bending kompleks. Paduan ini mengisi ceruk praktis antara aluminium murni (kemampuan bentuk sangat baik tapi kekuatan rendah) dan paduan seri 5xxx atau 6xxx (kekuatan lebih tinggi tapi dengan kompromi pada kemampuan bentuk dan ketahanan korosi), menjadikannya andalan untuk aplikasi produk gulungan.

Variasi Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Regangan	Kemampuan Bentuk	Kesanggupan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi (20–35%)	Istimewa	Istimewa	Kondisi anil penuh untuk kelenturan maksimum
H12	Sedang	Rendah (3–8%)	Terbatas	Baik	Pengerasan parsial (kemampuan bentuk sedang)
H14	Sedang-Tinggi	Sedang (6–12%)	Baik	Baik	Kerja dingin seperempat keras, umum untuk aplikasi lembaran
H16	Tinggi	Rendah (3–8%)	Terbatas	Baik	Kondisi setengah keras untuk kekuatan lebih tinggi
H18	Sangat Tinggi	Rendah (2–6%)	Kurang Baik	Baik	Penuh keras, kekuatan kerja dingin tertinggi
H24	Sedang-Tinggi	Sedang (6–12%)	Baik	Baik	Pengerasan akibat deformasi dan sebagian anil/stabilisasi

Temper sangat mempengaruhi trade-off mekanis antara kekuatan dan kelenturan: temper anil O memberikan karakteristik pembentukan terbaik untuk deep drawing dan deformasi kompleks, sedangkan temper H yang dihasilkan dari pengerjaan dingin terkendali secara bertahap meningkatkan kekuatan luluh dan tarik dengan pengorbanan regangan. Sambungan las biasanya memerlukan pertimbangan mekanis pasca-las karena temper H akan melunak secara lokal di zona terpengaruh panas, sehingga pemilihan temper harus mempertimbangkan operasi pembentukan dan pengelasan berikutnya.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.6	Elemen pengotor; mengurangi fluiditas lelehan pada kadar tinggi
Fe	≤ 0.7	Pengotor pembentuk intermetalik yang mempengaruhi hasil permukaan
Mn	1.0–1.5	Elemen paduan utama untuk kekuatan dan kontrol rekristalisasi
Mg	0.8–1.3	Kontributor pengerasan larutan padat; meningkatkan respon pengerasan deformasi
Cu	≤ 0.2	Biasanya rendah; Cu tinggi mengurangi ketahanan korosi
Zn	≤ 0.2	Minor, dijaga rendah untuk menghindari efek negatif pada korosi
Cr	≤ 0.1	Biasanya tidak sengaja ditambahkan; jumlah kecil mengontrol struktur butir
Ti	≤ 0.15	Penghalus butir bila ada dalam jumlah kecil
Lainnya (per elemen)	≤ 0.05; total ≤ 0.15	Elemen residu dan jejak

Komposisi ini memberikan karakteristik khas 3004: mangan menghaluskan struktur butir dan meningkatkan kekuatan tanpa kehilangan kelenturan yang serius, sementara magnesium meningkatkan kekuatan luluh dan tarik melalui efek larutan padat dan respons pengerasan deformasi yang lebih baik. Batas terkendali Fe dan Si dipertahankan untuk menjaga kualitas permukaan dan membatasi intermetalik getas yang dapat mengurangi kemampuan bentuk dan hasil akhir untuk aplikasi dekoratif atau stok kaleng.

Sifat Mekanik

EN AW-3004 menunjukkan profil tarik/luluh yang sangat dipengaruhi temper, di mana lembaran anil menunjukkan regangan tinggi dan kekuatan luluh rendah, sementara temper keras H menyediakan peningkatan signifikan pada kekuatan luluh dan tarik. Pada temper yang tergulung dan kerja dingin, paduan menunjukkan regangan seragam yang baik untuk ketebalan tipis yang digunakan dalam deep drawing namun total regangan berkurang pada kondisi keras penuh; eksponen pengerasan deformasi (nilai n) mendukung pembentukan regangan pada temper O dan yang sebagian mengeras. Kekerasan naik seiring dengan kekuatan tarik; nilai Brinell atau Rockwell biasanya meningkat dengan kerja dingin namun tetap di bawah paduan yang dapat dipanaskan.

Performa lelah 3004 khas untuk paduan Al-Mn: ketahanan dasar sedang dan sensitif terhadap kualitas permukaan, ketebalan, dan tegangan sisa yang diinduksi oleh pembentukan atau pengelasan. Bagian yang lebih tebal dan kerja dingin lebih berat dapat memperkenalkan sifat anisotropi dan ciri mikrostruktur lokal yang mempengaruhi inisiasi retak. Ketebalan memengaruhi sifat mekanik terutama melalui jalur pengerasan deformasi selama penggulingan dan struktur butir yang terjadi; lembaran ketebalan tipis mencapai regangan kerja yang lebih tinggi dalam proses penggulingan, mempengaruhi keseimbangan kekuatan dan kelenturan.

Sifat	O/Anil	Temper Kunci (H14/H18)	Catatan
Kekuatan Tarik (MPa)	120–160	200–270	Nilai bervariasi tergantung ketebalan dan tingkat kerja dingin
Kekuatan Luluh (MPa)	40–80	120–190	Kekuatan luluh meningkat signifikan pada temper H
Regangan (%)	20–35	2–12	Tinggi pada O untuk deep drawing; rendah pada H18 untuk bagian kaku
Kekerasan (HB)	25–45	50–85	Kekerasan Brinell meningkat dengan tingkat pengerjaan dingin

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Berat Jenis	2.73 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al-Mn; relevan untuk desain sensitif massa
Rentang Peleburan	640–655 °C	Rentang solidus–liquidus kira-kira pada kisaran ini
Konduktivitas Termal	~130–160 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni karena elemen paduan
Konduktivitas Listrik	~30–36 %IACS	Berkurang dibanding aluminium murni; dipengaruhi oleh pengerjaan dingin dan komposisi
Kalor Spesifik	~900 J/kg·K	Mendekati aluminium murni, bergantung suhu
Koefisien Ekspansi Termal	23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Umum untuk koefisien ekspansi termal linier pada paduan aluminium ditempa

EN AW-3004 mempertahankan konduktivitas termal yang baik dibandingkan banyak logam struktural, membuatnya berguna dalam aplikasi yang memerlukan penyebaran panas sambil tetap memberikan kemampuan bentuk dan ketahanan korosi. Konduktivitas listrik berkurang akibat paduan dan pengerjaan dingin, sehingga 3004 tidak dipilih untuk aplikasi yang kritis secara listrik, namun tetap memadai untuk banyak aplikasi enclosure yang dibonding atau dibumikan.

Ekspansi termal dan kalor spesifik penting dalam desain ketika menyambung material yang berbeda atau ketika toleransi dimensi di sepanjang siklus suhu sangat ketat. Koefisien ekspansi termal yang relatif tinggi dibandingkan baja harus diperhitungkan dalam desain pengikat dan sambungan.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis	0,2–4,0 mm	Mengalami pengerasan kerja selama proses penggulungan; ketebalan tipis sering dalam temper H14/H18	O, H14, H18	Sering digunakan untuk gulungan coil, stamping, bahan kaleng
Plat Tebal	>4,0 mm	Pengerasan kerja per lintasan lebih rendah; biasanya disuplai dalam kondisi annealed atau pengerasan ringan	O, H12	Kurang umum dibanding plat tipis; digunakan untuk panel struktural yang lebih tebal
Ekstrusi	Berbagai profil	Kekuatan tergantung pada pengerjaan dingin pasca ekstrusi	O, H14	Pemakaian ekstrusi terbatas dibandingkan paduan seri 6xxx
Tabung	Ketebalan dinding 0,3–5,0 mm	Tabung cold-drawn dapat disuplai dalam temper H18/H24	O, H14, H18	Digunakan untuk saluran HVAC, kondensor, tabung dekoratif
Batang/As	Ø ≤ 50 mm	Properti mekanik bervariasi sesuai kondisi cold-drawn	O, H14	Kurang umum, digunakan untuk profil kecil dan pengikat

Perbedaan proses antara plat/gulungan dan ekstrusi cukup signifikan: plat terutama diproduksi dengan cold rolling dan dapat dibuat dengan toleransi ketebalan sangat ketat serta permukaan halus, sementara ekstrusi memerlukan tuning paduan yang berbeda dan biasanya menggunakan seri 6xxx untuk kestabilan dimensi. Untuk 3004, produksi plat/gulungan dan pembentukan dingin merupakan fokus utama; ekstrusi dan profil berat kurang umum karena rasio kekuatan terhadap berat yang lebih rendah dibanding paduan yang bisa perlakuan panas serta karakteristik rekristalisasi yang berbeda.

Bentuk produk menentukan proses lanjutan: plat tipis dengan temper O memungkinkan proses deep drawing dan ironing yang dalam, sedangkan temper H paling cocok untuk panel yang membutuhkan kestabilan dimensi dan kekakuan tanpa pembentukan berat setelahnya.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	3004	USA	Penamaan yang umum digunakan di Amerika Utara
EN AW	3004	Europe	Penamaan identik EN untuk keluarga paduan tempaan
JIS	A3004 (perkiraan)	Japan	Penamaan keluarga setara; cek spesifikasi JIS lokal untuk batas kimia yang tepat
GB/T	3004 (perkiraan)	China	Standar China mencakup komposisi Al-Mn-Mg serupa dalam seri 3xxx

Tidak ada kesetaraan satu banding satu yang sempurna di semua standar karena batas kandungan impuritas dan protokol pengujian berbeda, tetapi AA3004 dan EN AW-3004 pada dasarnya adalah nama keluarga yang sama dalam sistem AS dan Eropa. Kelas JIS dan GB/T juga mirip, namun pengguna harus memverifikasi batas kimia dan persyaratan sifat mekanik pada spesifikasi yang berlaku sebelum penggantian; toleransi unsur jejak dan spesifikasi kualitas permukaan bisa berbeda antar wilayah dan produsen.

Ketahanan Korosi

EN AW-3004 menunjukkan ketahanan korosi atmosfer yang umumnya baik khas paduan seri 3xxx, membentuk oksida stabil yang melindungi substrat dalam kondisi dalam ruangan dan lingkungan industri normal. Paduan ini tahan terhadap korosi seragam dan cukup baik performanya di lingkungan luar yang sedikit korosif. Finishing permukaan, temper, dan tegangan sisa akibat pembentukan atau pengelasan memengaruhi kinerja korosi praktis, serta sering diterapkan perlakuan permukaan atau pelapis untuk alasan estetika atau paparan jangka panjang.

Dalam lingkungan laut atau yang mengandung klorida, EN AW-3004 cukup baik namun kalah dibanding paduan seri 5xxx (Al-Mg) yang dioptimalkan khusus untuk ketahanan air laut. Pitting dapat terjadi jika konsentrasi klorida tinggi; oleh karena itu untuk pemakaian laut jangka panjang tanpa pelindung, disarankan memilih paduan 5xxx atau pelapis pelindung. Kerentanan terhadap retak korosi tegangan rendah dibandingkan paduan perlakuan panas berkekuatan tinggi, tetapi korosi lokal dan interaksi galvanik dapat mempercepat serangan jika logam berbeda dipasangkan.

Dari sisi galvanik, 3004 bersifat anodis relatif terhadap baja tahan karat dan paduan tembaga, sehingga harus berhati-hati dalam desain sambungan dan pemilihan pengikat agar menghindari percepatan korosi. Praktik umum adalah mengisolasi aluminium dari logam yang lebih mulia atau menggunakan pengikat serta penghalang kompatibel; pada banyak aplikasi arsitektural dan kemasan, ketahanan korosi dan kualitas permukaan cukup baik dengan proses anodizing atau pelapisan standar.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

EN AW-3004 mudah dilas dengan metode fusion standar seperti TIG (GTAW) dan MIG (GMAW) dengan persiapan sambungan dan pemilihan kawat pengisi yang tepat. Kawat pengisi yang direkomendasikan mencakup tipe Al-Si (misalnya ER4043) dan Al-Mg (misalnya ER5356) tergantung pada ketahanan korosi dan sifat mekanik yang diinginkan dari lasan; ER5356 memberikan kekuatan lebih tinggi namun fluida sedikit lebih rendah dibanding ER4043. Karena 3004 tidak dapat diperlakukan panas, pelunakan HAZ bukan disebabkan oleh overaging akibat panas, tetapi material induk yang sudah cold-worked akan melunak secara lokal di HAZ, mengurangi kekerasan dan kekuatan lokal; pengendalian distorsi dan operasi mekanik pasca las harus direncanakan dengan baik. Kecenderungan retak panas rendah untuk paduan Al-Mn-Mg namun dapat diperparah oleh pemasangan sambungan yang buruk, kontaminan, atau pembatasan berlebih.

Kemampuan Mesin

Kemampuan mesin 3004 tergolong sedang hingga buruk bila dibandingkan dengan paduan aluminium yang mudah dipotong; kemampuan mesin lebih baik dari paduan aluminium berkekuatan tinggi namun kurang ideal dibanding grade free-cutting khusus. Mesin biasanya menggunakan pahat carbide dengan kecepatan potong sedang dan kecepatan makan lebih tinggi untuk menghindari pembentukan mata pahat menumpuk; proses bubut, bor, dan frais harus mengantisipasi pembentukan serpihan kenyal pada beberapa kondisi kecepatan makan dan insert. Strategi pendinginan dan pembuangan serpihan penting untuk menjaga kualitas permukaan dan masa pakai alat, sementara temper pengerasan kerja (work-hardened) menurunkan kemampuan mesin dibanding material annealed.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk adalah salah satu keunggulan EN AW-3004 dalam kondisi annealed dan temper setengah lunak; paduan ini mendukung proses deep drawing, ironing, dan stamping kompleks dengan radius tekuk relatif kecil. Radius tekuk dalam minimum yang direkomendasikan tergantung pada ketebalan dan temper, biasanya dalam rentang 0,5–1,5× ketebalan material untuk temper O dan H24, dengan radius lebih besar diperlukan untuk temper keras penuh H18. Temper pengerasan kerja merespon secara prediktif pada pembengkokan bertahap namun harus mengantisipasi springback dan anisotropi dalam desain tooling; pembentukan hangat kadang digunakan untuk memperluas kemampuan bentuk pada ketebalan lebih besar.

Perilaku Perlakuan Panas

EN AW-3004 adalah paduan yang tidak dapat diperlakukan panas; perubahan kekuatan hampir sepenuhnya dicapai melalui pengerjaan dingin (strain hardening) dan operasi annealing. Tidak ada siklus perlakuan larutan dan penuaan buatan yang menghasilkan peningkatan kekuatan dramatis seperti pada paduan seri 6xxx atau 7xxx. Siklus annealing untuk meredakan tegangan dan memulihkan duktalitas biasanya dilakukan pada suhu antara ~300–415 °C dengan waktu kunjungan yang ditentukan oleh ketebalan penampang dan kebutuhan rekristalisasi.

Pengerasan kerja dilakukan melalui cold rolling, drawing, atau bending dan merupakan metode utama untuk mencapai temper H; stabilisasi atau anneal parsial (H2x/H24) digunakan untuk memperoleh kumpulan sifat menengah dan mengontrol tegangan sisa. Untuk pengendalian dimensi dan sifat mekanik yang kritis, produsen biasanya menentukan penamaan temper dan persentase pengerjaan dingin daripada bergantung pada perlakuan termal.

Performa Suhu Tinggi

Pada suhu layanan tinggi, EN AW-3004 mengalami penurunan kekuatan dan modulus secara bertahap dibandingkan nilai suhu ruang, dengan pelunakan signifikan terjadi di atas sekitar 150–200 °C. Paparan terus-menerus di atas suhu ini mempercepat proses recovery dan rekristalisasi yang mengurangi kekuatan pengerasan kerja, sehingga layanan struktural suhu tinggi terbatas. Oksidasi berlangsung lambat pada suhu layanan tipikal dan tidak menghasilkan pengelupasan cepat, namun paparan jangka panjang dalam atmosfer pengoksidasi suhu tinggi akan menyebabkan penebalan permukaan khas paduan aluminium.

Zona pengaruh panas pengelasan menunjukkan pelunakan lokal saat daerah cold-worked berekristalisasi akibat paparan panas; desain harus memperhitungkan pengurangan kekuatan lokal dan potensi distorsi. Untuk paparan suhu tinggi intermiten (siklus pendek atau kejutan termal), 3004 mempertahankan kestabilan dimensi yang wajar, tetapi siklus berulang akan mempercepat perubahan mikrostruktur dan penurunan sifat mekanik.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan EN AW-3004
Otomotif	Panel trim, komponen interior	Formabilitas baik dan kekuatan sedang untuk bagian stamping dan pembentukan
Kemasan	Bahan kaleng minuman, tutup	Kombinasi kemampuan ditarik, kualitas permukaan, dan peningkatan kekuatan dibanding 3003
HVAC / Bangunan	Saluran udara, cladding, soffit	Ketahanan korosi dan kemudahan proses roll-forming serta penyambungan seam
Peralatan Rumah Tangga	Panel eksterior, housing	Estetika dan kelayakan manufaktur yang ekonomis
Elektronik	Heat spreader, enclosure	Konduktivitas termal dikombinasikan dengan formabilitas untuk bagian tipis

EN AW-3004 banyak digunakan dimana pembentukan lembaran logam, ketahanan korosi dan kualitas permukaan yang baik dibutuhkan tanpa harus memiliki kekuatan tarik tertinggi. Kompatibilitasnya dengan lapisan umum dan anodizing juga mendukung aplikasi arsitektural dan produk yang terlihat konsumen.

Wawasan Pemilihan

Pilih EN AW-3004 ketika Anda membutuhkan kekuatan lebih baik dibanding aluminium murni komersial (1100) sambil tetap mempertahankan sebagian besar formabilitas dan ketahanan korosi yang membuat aluminium menarik. Jika dibandingkan dengan 1100, 3004 mengorbankan sebagian konduktivitas listrik dan keuletan maksimum demi peningkatan signifikan pada kekuatan luluh dan tarik, sehingga menjadi pilihan yang lebih baik untuk lembaran struktural dan bahan kaleng.

Dibandingkan dengan paduan pengerasan kerja terdekat seperti 3003 dan 5052, EN AW-3004 berada di antara keduanya: memberikan kekuatan lebih tinggi dari 3003 karena penambahan Mg dan sering memiliki formabilitas lebih baik dibanding 5052 yang kadar Mg-nya lebih tinggi, sementara 5052 akan lebih unggul dibanding 3004 di lingkungan klorida laut yang agresif. Jika dibandingkan dengan paduan perlakuan panas seperti 6061 atau 6063, 3004 lebih disukai untuk deep drawing dan aplikasi lembaran dengan kebutuhan permukaan kritis meskipun puncak kekuatannya lebih rendah karena menghindari distorsi akibat perlakuan panas dan menjaga perilaku pembentukan yang unggul pada ketebalan tipis.

Untuk pengadaan dan desain, prioritaskan 3004 saat proses manufaktur melibatkan pembentukan dingin yang ekstensif dan saat lapisan atau anodizing direncanakan; pertimbangkan alternatif 5xxx atau 6xxx hanya jika diperlukan ketahanan air laut atau kekuatan statis jauh lebih tinggi, secara berurutan.

Ringkasan Penutup

EN AW-3004 tetap menjadi paduan yang praktis dan banyak diterapkan untuk aplikasi lembaran gulungan dan coil dimana keseimbangan antara formabilitas, performa korosi, kualitas permukaan, dan kekuatan sedang diperlukan. Ketergantungannya pada pengerasan kerja daripada perlakuan panas mempermudah pemrosesan untuk banyak rantai pasok yang didominasi pembentukan dan menjaga relevansinya untuk kemasan, arsitektur, dan industri lembaran logam umum.