Pemeran aluminium paduan adalah bahan penting dalam otomotif, Aerospace, mesin industri, dan elektronik konsumen, dihargai karena sifatnya yang ringan (kepadatan 2,5–2,8 g/cm³), Castability yang sangat baik, dan kinerja mekanis yang dapat disetel.
Berdasarkan unsur paduan utamanya, paduan aluminium cor secara internasional diklasifikasikan menjadi empat sistem inti: Al-si (aluminium-silikon), Al-Cu (aluminium-tembaga), Al-mg (aluminium-magnesium), Dan Al-Zn (aluminium-seng).
Setiap sistem menunjukkan karakteristik berbeda yang disesuaikan dengan kebutuhan aplikasi spesifik, dari komponen luar angkasa berkekuatan tinggi hingga komponen kelautan yang tahan korosi.
Artikel ini memberikan analisis komprehensif tentang klasifikasi mereka, properti utama, mekanisme paduan, dan aplikasi industri—didasarkan pada ASTM B179, Iso 3116, dan standar internasional lainnya.
1. Klasifikasi: empat keluarga utama paduan aluminium cor
| Keluarga | Komposisi yang khas (wt%) | Properti utama | Aplikasi khas |
| AL - Ya (Aluminium–Silikon) | Dan ≈ 7–12%; + Mg kecil (≈0,2–0,6%), opsional Dengan (hingga ~4%) | Fluiditas yang sangat baik dan penyusutan solidifikasi yang rendah; Castability dan Machinability yang Baik; keausan yang baik dan stabilitas termal (terutama hipereutektik); dapat mengeras karena umur jika terdapat Mg | Blok mesin, kepala silinder, rumah transmisi, coran struktural, komponen die-cast, Piston (hipereutektik untuk ekspansi termal rendah) |
| Al-cu (Aluminium–Tembaga) | Cu ≈ 3–10%; Si rendah (≤ ~2%); Penambahan Mg/Mn dimungkinkan | Kekuatan as-cast yang tinggi dan dapat diolah dengan panas; kekuatan suhu tinggi yang unggul dan ketahanan mulur (penguatan curah hujan melalui Al₂Cu) | Komponen mesin hot-end, kursi katup, pengecoran struktural beban tinggi dan bagian yang beroperasi pada suhu tinggi |
| Al -mg (Aluminium–Magnesium) | Mg ≈ 3–6%; Si kecil (≈0,5–1,0%) opsional untuk membantu castability | Ketahanan korosi yang sangat baik (sangat baik di air laut); kepadatan rendah dan ketangguhan yang baik; struktur mikro satu fasa atau hampir satu fasa dimungkinkan | Perangkat keras laut, perumahan bawah laut, bagian struktural ringan di mana ketahanan terhadap korosi dan massa rendah sangat penting |
| Al - Zn / Al - Zn - Mg (Sistem yang mengandung seng) | Zn beberapa% berat dengan kehadiran Mg (Kombinasi Zn dan Mg untuk pengerasan presipitasi) | Kekuatan yang dapat dicapai sangat tinggi setelah perawatan larutan + penuaan (T6); kekuatan spesifik yang baik | Presisi, komponen berkekuatan tinggi dan bagian struktural yang akan diolah dengan larutan dan berumur (digunakan di mana kekuatan statis maksimum diperlukan) |
2. Keluarga dominan dalam pengecoran — paduan Al–Si
Komposisi yang khas & struktur mikro
- Dan: khas 7–12% berat di banyak nilai casting; hampir eutektik (~12,6% berat Si) komposisi menunjukkan fluiditas terbaik dan penyusutan pengecoran terendah.
- Tambahan lain yang bertujuan: Mg (≈0,3–0,6% di A356) untuk pengerasan usia (Mg₂Si mengendap); Cu (dalam piston atau paduan suhu tinggi) untuk kekuatan suhu tinggi;
Di dalam dalam layanan suhu tinggi dan paduan hipereutektik untuk mengontrol kerapuhan silikon. - Struktur mikro as-cast: utama α-Al dendrit ditambah silikon eutektik (A + Dan).
Dalam paduan eutektik yang tidak dimodifikasi, Si kasar dan seperti pelat; setelah modifikasi Si menjadi halus dan berserat.
Modifikasi eutektik (tujuan dan agen)
Sasaran: mengkonversi kasar, platey Si dengan morfologi berserat halus yang meningkatkan keuletan, kemampuan mesin dan ketahanan lelah.
- Sodium (Na) — pengubah yang sangat efektif tetapi mudah berubah; membutuhkan dosis tertutup dan kontrol yang cermat.
- Strontium (Sr) — pengubah komersial yang paling banyak digunakan; dosis yang khas 0.015–0,03% berat; overdosis tidak efektif dan dapat merugikan.
- Antimon (SB) — digunakan dalam kombinasi dengan Sr di beberapa sistem untuk menstabilkan modifikasi.
- Bumi jarang — penambahan kecil dapat menstabilkan dan memperpanjang efek modifikasi pada beberapa paduan.
Kotoran berbahaya dan pengendaliannya
- Besi (Fe) — pengotor gelandangan biasa yang bentuknya keras, intermetalik yang rapuh (MISALNYA., FeAl₃, Al₉Fe₂Si₂) yang melemahkan coran dan menurunkan permukaan akhir serta ketahanan terhadap korosi.
Mitigasi: menambahkan M N (≈0,3–0,5%) atau Cr (≈0,1–0,2%) untuk memodifikasi fase Fe menjadi morfologi yang tidak terlalu berbahaya (Al₆(Fe,M N)), dan mengontrol bahan baku sisa. - Fosfor (P) — bereaksi dengan Na dan menurunkan modifikasi; mengontrol secara ketat konten P muatan tungku.
- Sn/Pb — membentuk eutektik dengan titik leleh rendah yang menyebabkan panas pendek dan terbakar; menyimpan < ~0,05% jika memungkinkan.
- Kalsium (Ca) — dapat membentuk senyawa dengan titik leleh tinggi yang mengurangi fluiditas dan meningkatkan penyusutan; Kontrol Ca < ~0,05% untuk kemampuan pengecoran yang baik.
Paduan pengecoran Al-Si yang representatif dan aplikasinya
- A356.0 / Dan ac-alsi7mg (≈Si 7,0–7,5%, mg 0,3–0,5%) — pasir yang banyak digunakan & paduan cetakan permanen; dapat diobati dengan panas (T6); aplikasi: Blok mesin, perumahan struktural, roda.
- A357 — mirip dengan A356 tetapi dengan kontrol Fe yang lebih ketat dan sifat mekanik yang lebih tinggi.
- A319 / A380 (keluarga die-casting) — Paduan die-casting Al–Si–Cu yang digunakan untuk rumah pompa otomotif, hub roda, rumah gearbox.
- Al–Si hipereutektik (Dan > 12%) — digunakan untuk aplikasi piston dan geser karena ekspansi termal yang sangat rendah dan perilaku keausan yang baik (sering dicampur dengan Ni/tanah jarang untuk mengurangi kerapuhan). Contoh komposisi: AlSi12Cu2Mg untuk paduan piston suhu tinggi.
3. Paduan cor Al–Cu — kekuatan tinggi dan kemampuan suhu tinggi
Metalurgi & pertunjukan
- Kekuatan berasal dari Al₂cu (th) endapan yang terbentuk pada penuaan; Cu menghasilkan kekuatan as-cast dan perlakuan panas yang tinggi serta ketahanan mulur yang baik pada suhu tinggi.
- Pertukaran: Cu meningkatkan kecenderungan panas-pendek, pemisahan dan penyusutan selama pemadatan; praktik pengecoran harus mengatasi hal ini.
Komposisi yang khas & kegunaan
- Paduan cor dengan Cu tinggi (MISALNYA., Al–Cu dengan 3–10% Cu): digunakan untuk katup, kursi, dan komponen yang memerlukan stabilitas termal dan kekuatan mekanik pada suhu tinggi.
- Penguatan multikomponen (penambahan Mn, Mg, dll.) dapat menghasilkan dispersi kompleks yang meningkatkan kekuatan dan kemampuan kerja panas.
4. Paduan cor Al–Mg — tahan korosi dan ringan
Atribut utama
- Mg 3–6% berat dalam varian cor menghasilkan fase Al₃Mg₂; bila diproses dengan benar, banyak paduan cor Al-Mg mempunyai ketahanan korosi yang sangat baik (khususnya di Marinir, lingkungan yang mengandung klorida) dan kepadatan yang lebih rendah dibandingkan paduan pengecoran Al-Si pada umumnya.
- Hasil akhir permukaan dan kualitas oksida adalah hal yang penting; Mg rentan terhadap oksidasi selama peleburan sehingga pengendalian lelehan sangat penting.
Aplikasi khas
- Komponen Laut, struktur apung, rumah tahan korosi dan bagian ringan yang memerlukan ketahanan korosi spesifik tinggi dan kekuatan sedang.
Memproses catatan
- Gunakan suasana terkendali atau fluks, meminimalkan turbulensi untuk mengurangi sampah dan pengambilan hidrogen, dan sering menambahkan Si kecil untuk meningkatkan castability.
5. Al - Zn (termasuk Al–Zn–Mg) paduan cor — kekuatan tinggi setelah perlakuan panas
Karakteristik
- Zn (sering dipasangkan dengan Mg) menyediakan sistem paduan yang merespons dengan baik terhadap perawatan larutan dan penuaan (T6) menghasilkan hasil dan kekuatan tarik yang sangat tinggi.
- Kemampuan manufaktur as-cast kurang bersahabat (kecenderungan yang lebih besar terhadap porositas dan robekan panas) jadi diperlukan kontrol gerbang dan solidifikasi yang hati-hati.
Aplikasi
- Presisi, komponen berkekuatan tinggi yang dapat menerima perlakuan panas pasca pengecoran — perlengkapan ruang angkasa dan beberapa komponen instrumentasi presisi.
6. Castability komparatif dan panduan seleksi
| Keluarga paduan | Kemampuan cast | Kekuatan khas (as-cast / T6) | Korosi | Khas kegunaan terbaik |
| AL - Ya | Bagus sekali (terbaik) | Sedang → bagus (T6 membaik) | Bagus | Pengecoran umum, Blok mesin, perumahan, roda |
| Al-cu | Adil → menantang | Tinggi; kekuatan T tinggi yang baik | Sedang | Komponen mesin, katup, bagian kerja yang panas |
| Al -mg | Sedang (kontrol leleh diperlukan) | Sedang | Bagus sekali (laut) | Laut, ringan, bagian yang tahan korosi |
| Al - Zn / Al - Zn - Mg | Pemeran sedang hingga buruk; lebih baik setelah perlakuan panas | Sangat tinggi setelah T6 | Variabel; seringkali lebih rendah dari Al–Mg | Presisi, bagian berkekuatan tinggi setelah penuaan |
7. Perlakuan Panas Aluminium Cor — Aturan Praktis
Perlakuan panas merupakan alat utama untuk mengubah struktur mikro aluminium as-cast menjadi terkontrol, kondisi layak pakai.
Untuk paduan cor, tujuan bersama adalah:
(1) meningkatkan kekuatan dengan pengobatan solusi + memuaskan + penuaan (T-perawatan);
(2) mengurangi segregasi dan ketidakhomogenan kimia dengan homogenisasi;
(3) menghilangkan tekanan pengecoran dan mengembalikan keuletan dengan anil;
(4) menstabilkan struktur mikro untuk stabilitas dimensi dalam pelayanan.
Jendela perawatan yang khas (referensi praktis)
(Nilai adalah pedoman rekayasa; verifikasi dengan pemasok paduan dan standar produk untuk rezim yang tepat.)
| Perlakuan | Suhu khas (° C.) | Waktu perendaman yang khas | Paduan khas / catatan |
| Homogenisasi | 420–520 ° C. | 2–12 h (tergantung ketebalan) | Berguna untuk coran Al–Cu berukuran besar dan beberapa paduan Al–Si dengan Cu tinggi |
| Pengobatan larutan | 480–520 ° C. | 1–6 jam (tergantung bagian) | Al–Si–Mg (A356/A357): ~495 °C; Paduan Al–Cu seringkali ~495–505 °C |
| Memuaskan | air (~20–40 °C) atau pendinginan polimer | segera; meminimalkan waktu antara tungku dan pendinginan | Memuaskan tingkat keparahan yang penting untuk respons T6; bagian yang berat membutuhkan pemodelan pendinginan |
Penuaan Buatan (T6) |
150–185 °C | 4–12 h (tergantung pada paduan & properti yang diinginkan) | A356 T6: tipikal 160–180 °C selama 4–8 jam; Paduan Al–Zn–Mg bervariasi—mengikuti spesifikasi |
| Menstabilkan / T7 (lebihan) | 170–200 ° C. | penuaan yang lebih lama (MISALNYA., 8–24 jam) | Digunakan di mana stabilitas termal > suhu layanan diprioritaskan (kekuatan puncak yang lebih kecil, stabilitas lebih) |
| anil / menghilangkan stres | 300–400 ° C. (rendah) | 0.5–2 h | Untuk pemulihan keuletan dan menghilangkan stres; hindari tinggal di rentang pembentuk sigma (tidak berlaku untuk sebagian besar Al) |
Penting: skala waktu rendam dengan ukuran bagian. Gunakan perhitungan massa termal atau bagan pemasok untuk menentukan waktu tunggu untuk penampang pengecoran tertentu.
Cacat dan pencegahan perlakuan panas yang umum
- Penyelesaian yang tidak memadai (suhu rendah / waktu singkat) → pembubaran fase larut yang tidak sempurna; menghasilkan respons usia yang lebih rendah dan sifat mekanik yang buruk.
Pencegahan: ikuti profil waktu-suhu yang disesuaikan dengan ukuran bagian; gunakan termokopel atau simulasi untuk memverifikasi rendam. - Solusi yang berlebihan (suhu terlalu tinggi / waktu terlalu lama) → pelelehan fase eutektik dengan titik leleh rendah yang baru jadi (terutama pada paduan Cu tinggi) dan pengerasan butir.
Pencegahan: patuhi max T dan hindari panas berlebih; menggunakan kontrol tungku & grafik. - Padamkan retakan / distorsi → gradien atau pengekangan termal yang berlebihan selama pendinginan.
Pencegahan: perlengkapan desain, gunakan quench bertahap atau quench polimer untuk bagian yang sangat besar; memungkinkan ekstraksi panas terkontrol. - Pelunakan usia dalam pelayanan → jika servis mendekati suhu penuaan, terjadi pelunakan dini.
Pencegahan: pilih kondisi T7/kelebihan umur, atau pilih paduan yang lebih stabil secara termal (distabilkan oleh Ni) untuk T yang tinggi. - Korosi permukaan setelah perlakuan panas → residu dari garam quench atau air yang terkontaminasi dapat menyerang aluminium.
Pencegahan: pembersihan menyeluruh segera (air deionisasi), menetralkan garam pemadam, dan terapkan konversi atau pelapis pelindung.
Pertimbangan khusus oleh keluarga paduan
- Al–Si–Mg (MISALNYA., A356/A357): T6 umum: larutan ~495 °C, memuaskan, usia 160–180 °C.
Rentan terhadap efek porositas; perlakuan panas meningkatkan kekuatan tetapi gas yang terperangkap dapat mengurangi efisiensi mekanis. - Paduan Al–Cu: memerlukan homogenisasi untuk coran besar untuk mengurangi segregasi sebelum dilarutkan; kontrol yang hati-hati untuk menghindari pelelehan konstituen dengan titik leleh rendah yang baru jadi.
- Paduan Al–Zn–Mg: sangat responsif terhadap T6 tetapi sangat sensitif terhadap pendinginan; risiko retak korosi akibat tegangan jika terdapat urutan penuaan/quench yang tidak tepat dan tegangan sisa — kendalikan tingkat pengotor dan penghilangan tegangan.
- Paduan Al–Mg: banyak yang tidak dapat diperkeras dengan presipitasi (atau hanya secara minimal); perlakuan panas berfokus pada anil/penghilang stres daripada penguatan T6.
8. Contoh paduan praktis dan cocok dengan aplikasi
- Struktural umum, coran yang dapat diberi perlakuan panas: A356/A357 (Al–Si–Mg) — rumah mesin, roda gigi, bagian roda.
- Bagian struktural die-cast (otomotif): A380 / keluarga A319 (Cetakan Al-Si-Cu) — rumah pompa, kasus gearbox, hub roda.
- Piston suhu tinggi / bagian ekspansi rendah: Al–Si hipereutektik (Si 12–18% berat) dengan tambahan Ni/RE — piston, bantalan presisi.
- Laut / kritis terhadap korosi: Varian pemeran Al–Mg (Mg 3–6% berat) — perlengkapan dan rumah air laut.
- Kekuatan tinggi, bagian yang diberi perlakuan panas: Paduan cor Al–Zn–Mg (tunduk pada pengobatan T6) — komponen presisi yang memerlukan kekuatan statis tinggi.
9. Kesimpulan
Paduan aluminium cor adalah keluarga serbaguna yang dapat disetel pada berbagai macam mekanis, kinerja termal dan korosi dengan pemilihan paduan yang bijaksana, latihan meleleh, modifikasi, perlakuan panas dan pembentukan.
Paduan Al-Si adalah tulang punggung dunia cor-aluminium karena memadukan kemampuan cast yang unggul dengan kinerja mekanik yang baik dan respons perlakuan panas.
Al-cu Dan Al - Zn sistem memberikan kekuatan dan ketahanan panas yang lebih tinggi dengan mengorbankan kemampuan pengecoran; Al -mg paduan tidak tergantikan di mana ketahanan terhadap korosi dan kepadatan rendah adalah yang terpenting.
Untuk kinerja komponen yang andal, pasangkan pilihan paduan yang sesuai (menggunakan sebutan internasional yang diakui seperti A356/A357, A319/A380, AlSi12Cu2Mg dll.) dengan kontrol pengotor yang ketat, praktik modifikasi yang benar untuk keluarga Al – Si (Tuan/Tidak) dan rute pengecoran/perlakuan panas yang tepat.
FAQ
Apa paduan aluminium cor yang paling banyak digunakan?
A356.0 (Seri Al) adalah yang paling umum, menyumbang ~40% produksi aluminium cor global karena kemampuan pengecorannya yang seimbang, kekuatan, dan resistensi korosi.
Paduan aluminium cor mana yang terbaik untuk aplikasi kelautan?
535.0 (Seri Al-Mg) menawarkan ketahanan korosi air laut yang luar biasa (laju korosi <0.005 mm/tahun) dan sifat ringan, menjadikannya ideal untuk peralatan kelautan.
Dapatkah paduan Al-Cu digunakan untuk pengecoran kompleks?
Tidak—Paduan Al-Cu memiliki kemampuan pengecoran yang buruk (fluiditas rendah, penyusutan tinggi) dan tidak cocok untuk geometri kompleks. Gunakan A356.0 atau A380.0 untuk komponen kompleks yang memerlukan kekuatan tinggi.
Perlakuan panas apa yang diperlukan untuk paduan Al-Zn-Mg?
Paduan Al-Zn-Mg (MISALNYA., 712.0) memerlukan perlakuan panas T6 (pengobatan larutan + Penuaan Buatan) untuk mendapatkan kekuatan tinggi—kekuatan dalam kondisi as-cast terlalu rendah (~180MPa) dan tidak cocok untuk aplikasi praktis.
Cara meningkatkan castabilitas paduan Al-Mg?
Tambahkan 0,5–1,0% Si untuk membentuk fase eutektik, meningkatkan fluiditas, dan gunakan pelindung gas inert selama peleburan untuk mencegah oksidasi Mg.
