Paduan Aluminium Kekuatan Tinggi Penting untuk Die Casting

TL;DR

Memilih paduan aluminium berkekuatan tinggi untuk pengecoran die melibatkan kompromi antara kekuatan maksimum dan kemudahan dalam proses manufaktur. Untuk kekuatan mekanis maksimal, paduan seri 200 dan paduan seng-aluminium seperti ZA-27 merupakan kandidat utama. Namun, paduan seperti A360 menawarkan keseimbangan yang lebih baik antara kekuatan pada suhu tinggi dan ketahanan terhadap korosi, sedangkan B390 memberikan ketahanan aus yang luar biasa. Sifat akhir sering kali ditingkatkan secara signifikan melalui perlakuan panas seperti T6.

Memahami Famili Paduan Aluminium untuk Pengecoran Die

Sebelum memilih paduan tertentu, penting untuk memahami keluarga utama paduan aluminium, atau seri, yang digunakan dalam pengecoran die. Ditetapkan oleh Aluminum Association, seri-seri ini mengelompokkan paduan berdasarkan elemen paduan utamanya, yang menentukan karakteristik dasarnya. Proses pemilihan oleh insinyur sering kali dimulai pada tingkat ini untuk mempersempit pilihan berdasarkan kebutuhan inti aplikasi.

Setiap seri menawarkan kombinasi berbeda dari sifat mekanis, karakteristik pengecoran, dan biaya. Sebagai contoh, meskipun satu seri mungkin memberikan kekuatan ekstrem, seri tersebut bisa lebih sulit dan mahal untuk dicetak dibandingkan seri umum yang bersifat serba guna. Memahami perbedaan dasar ini merupakan kunci dalam membuat keputusan yang tepat.

Seri-sesi yang paling umum dalam pengecoran die membawa keunggulan tersendiri:

• seri 2xx.x (Tembaga): Dikenal memiliki kekuatan tertinggi di antara paduan aluminium, seri 200 dapat mencapai sifat mekanis hampir dua kali lipat dibandingkan seri 300 yang lebih umum. Namun, kekuatan ini diperoleh dengan mengorbankan ketahanan korosi yang lebih rendah dan proses pengecoran yang lebih sulit.
• seri 3xx.x (Silikon + Tembaga/Magnesium): Ini adalah seri yang paling populer dan paling luas digunakan untuk pengecoran die, dengan A380 sebagai andalan industri. Paduan ini menawarkan kombinasi sangat baik antara kemudahan pengecoran, kekuatan sedang, dan efisiensi biaya, menjadikannya cocok untuk berbagai macam aplikasi.
• seri 4xx.x (Silikon): Paduan-paduan ini, seperti 413, dihargai karena fluiditas pengecoran yang sangat baik dan ketahanan tekanan yang kuat. Hal ini menjadikannya pilihan ideal untuk bagian-bagian rumit atau komponen yang harus menampung cairan atau gas tanpa bocor, seperti silinder hidrolik.
• seri 5xx.x (Magnesium): Rangkaian 500, termasuk paduan seperti 518, dikenal karena ketahanannya terhadap korosi yang sangat baik, khususnya di lingkungan laut, serta karakteristik finishing permukaan yang unggul. Paduan ini menjadi pilihan utama untuk komponen yang memerlukan anodisasi untuk tujuan estetika atau perlindungan, meskipun lebih rentan mengalami retak panas selama proses pengecoran.

Paduan Kekuatan Tinggi Teratas: Perbandingan Terperinci

Meskipun paduan 380 merupakan pilihan paling umum untuk aplikasi umum, beberapa paduan khusus menawarkan kekuatan dan karakteristik kinerja yang lebih unggul, yang dibutuhkan untuk peran yang lebih menuntut. Bahan-bahan ini dipilih ketika paduan standar tidak mampu memenuhi kebutuhan mekanis, termal, atau ketahanan aus dari komponen tersebut. Pemilihannya melibatkan analisis cermat mengenai pertimbangan antara kekuatan maksimum, kemudahan pengecoran, dan sifat penting lainnya.

Pilihan terkuat sering kali berasal dari rangkaian 200 atau keluarga seng-aluminium (ZA) khusus. Menurut Layanan Penyaluran Umum , paduan seri 200 dikenal memiliki kekuatan yang sangat tinggi. Secara bersamaan, paduan ZA seperti ZA-27 menawarkan kekuatan tarik yang bisa jauh lebih tinggi dibandingkan paduan aluminium konvensional. Di bawah ini adalah perbandingan kandidat teratas untuk aplikasi die casting berkekuatan tinggi.

Saat membandingkan pilihan ini, A360 sering dipilih ketika suatu bagian harus beroperasi di lingkungan keras atau pada suhu tinggi tanpa mengalami kegagalan. Seperti yang dicatat oleh Rapid Axis , ini menggabungkan kekuatan, daktilitas, dan ketahanan terhadap korosi, meskipun kesulitan dalam pengecorannya berarti geometri bagian harus dipertimbangkan. B390 adalah pilihan utama untuk aplikasi yang ditentukan oleh keausan dan gesekan. Kandungan silikon tingginya memberikan kekerasan yang memungkinkannya menahan gaya abrasi, menjadikannya ideal untuk komponen mesin pembakaran internal. Untuk aplikasi yang menuntut kekuatan tertinggi, seri 200 dan ZA-27 merupakan kandidat utama, meskipun memerlukan keahlian pengecoran yang lebih khusus dan dapat melibatkan biaya yang lebih tinggi.

Rahasia Kekuatan Maksimal: Peran Perlakuan Panas

Hanya memilih paduan dengan kekuatan tinggi merupakan sebagian dari solusi. Untuk banyak paduan aluminium, terutama yang termasuk dalam paduan cor seri 200 dan 300 seperti 356 dan 357, sifat mekanis maksimalnya baru tercapai melalui perlakuan panas. Proses metalurgi ini melibatkan pemanasan dan pendinginan terkendali untuk mengubah struktur mikro logam, sehingga menghasilkan peningkatan signifikan dalam kekerasan, kekuatan tarik, dan kekuatan luluh.

Perlakuan panas dapat menstabilkan dimensi komponen, mengurangi tegangan internal akibat proses pengecoran, serta mengoptimalkan kinerjanya untuk aplikasi penggunaan akhir. Memahami berbagai kondisi perlakuan panas, atau temper, sangat penting bagi setiap insinyur yang menentukan spesifikasi komponen cor berkinerja tinggi. Kondisi temper ini dilambangkan dengan huruf 'T' diikuti angka.

Temper yang paling umum digunakan untuk meningkatkan kekuatan pada coran aluminium antara lain:

• F (As-Cast): Kondisi pengecoran langsung setelah pembekuan, tanpa perlakuan panas lanjutan. Sifat-sifatnya merupakan dasar dan dapat berubah seiring waktu karena penuaan alami.
• T5 (Dipenuakan Secara Buatan): Pengecoran didinginkan dari suhu pengecoran kemudian diberi proses penuaan suhu rendah. Ini memberikan stabilitas dimensi yang baik dan peningkatan kekuatan sedang.
• T6 (Diperlakukan Panas Larutan dan Dipenuakan Secara Buatan): Ini adalah proses dua tahap untuk mencapai kekuatan maksimum. Pengecoran pertama-tama dipanaskan pada suhu tinggi untuk melarutkan elemen paduan ke dalam larutan padat, kemudian segera dicelupkan ke dalam cairan untuk mengunci posisinya. Selanjutnya, dilakukan penuaan buatan pada suhu lebih rendah untuk mengendapkan elemen-elemen tersebut, yang secara signifikan mengeras dan memperkuat material.
• T7 (Diperlakukan Panas Larutan dan Distabilkan): Mirip dengan T6, tetapi proses penuaan akhir dilakukan pada suhu lebih tinggi atau selama waktu yang lebih lama. Hal ini membuat paduan melewati kekerasan maksimumnya untuk memberikan stabilitas dimensi yang lebih baik dan relief tegangan, meskipun dengan sedikit penurunan kekuatan akhir dibandingkan T6.

Dengan menentukan perlakuan panas T6, seorang insinyur dapat mengubah komponen yang cukup kuat terbuat dari paduan seperti 356 menjadi komponen struktural berperforma tinggi yang mampu menahan beban jauh lebih besar.

Di Luar Kekuatan: Faktor Penting dalam Pemilihan Paduan

Meskipun kekuatan tarik merupakan pertimbangan utama, jarang menjadi satu-satunya faktor yang menentukan keberhasilan suatu paduan. Pendekatan holistik dalam pemilihan material sangat penting, karena fokus hanya pada kekuatan dapat menyebabkan kegagalan yang terkait dengan proses pembuatan atau paparan lingkungan. Beberapa sifat lain harus dievaluasi secara cermat untuk memastikan bahwa paduan yang dipilih sesuai baik untuk proses produksi maupun aplikasi akhir.

Yang paling utama di antaranya adalah kemampuan cor , yang mengacu pada seberapa mudah suatu paduan dapat dibentuk menjadi komponen berkualitas. Ini termasuk ketahanan terhadap cacat seperti retak panas (robekan yang terbentuk saat pembekuan) dan lengket cetakan (paduan menempel pada cetakan). Seperti dijelaskan oleh para ahli di Gabrian , paduan dengan kemampuan pengecoran yang buruk dapat menyebabkan tingkat sisa produksi yang lebih tinggi dan meningkatkan biaya produksi. Faktor penting lainnya adalah tahan korosi . Lingkungan operasi komponen menentukan tingkat ketahanan yang dibutuhkan. Sebagai contoh, A360 memiliki ketahanan korosi yang sangat baik, sehingga cocok untuk aplikasi luar ruangan atau laut, sedangkan A380 hanya cukup baik dalam hal ini.

Sifat-sifat lain seperti ketat tekanan (penting untuk komponen hidrolik), ketahanan Aus (untuk komponen yang bergerak bersinggungan), dan kemampuan mesin juga harus dipertimbangkan. Untuk memandu keputusan yang kompleks ini, perancang sebaiknya mempertimbangkan pertanyaan-pertanyaan berikut:

• Berapa suhu operasi maksimum yang akan dialami komponen tersebut?
• Apakah komponen akan terpapar unsur-unsur korosif seperti air asin, bahan kimia, atau garam jalan?
• Apakah komponen harus kedap tekanan untuk menampung cairan atau gas?
• Operasi finishing sekunder apa saja, seperti anodizing atau pengecatan, yang diperlukan?
• Apa batasan biaya untuk proyek ini?

Meskipun die casting menawarkan keseimbangan luar biasa antara kekuatan, kompleksitas, dan kecepatan produksi, beberapa aplikasi, terutama di sektor otomotif yang menuntut, mungkin memerlukan kekuatan atau ketahanan fatik yang lebih tinggi, sehingga mendorong para perancang beralih ke proses lain seperti tempa. Sebagai contoh, spesialis komponen tempa otomotif, seperti Shaoyi (Ningbo) Teknologi Logam , menggunakan proses seperti tempa panas untuk menghasilkan komponen yang kuat ketika integritas material maksimal menjadi prioritas utama.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

1. Apa aluminium terkuat untuk die casting?

Paduan aluminium terkuat untuk die casting umumnya ditemukan pada seri 200 (aluminium-tembaga), yang dapat dikeraskan dengan perlakuan panas untuk mencapai sifat mekanis yang sangat tinggi. Selain itu, paduan seng-aluminium, khususnya ZA-27, dikenal sangat kuat, dengan kekuatan tarik yang bisa jauh lebih tinggi dibandingkan paduan aluminium untuk die casting yang umum digunakan. Namun, kedua opsi ini lebih sulit untuk dicetak dan biasanya disediakan untuk aplikasi berkinerja tinggi di mana kekuatan maksimum sangat penting.

2. Apakah aluminium 6061 dapat die cast?

Meskipun 6061 adalah paduan aluminium yang sangat populer dan kuat, paduan ini tidak biasanya digunakan untuk die casting tekanan tinggi. Komposisi kimia dan karakteristik pembekuannya membuatnya rentan terhadap cacat seperti retak panas di bawah kondisi pendinginan cepat dalam proses die casting tekanan tinggi. Namun demikian, paduan ini sering digunakan dalam proses pengecoran lain seperti gravity die casting dan pengecoran pasir, di mana laju pendinginan lebih lambat dan lebih terkendali.