Aluminium 7001: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

7001 adalah paduan aluminium seri 7xxx dalam keluarga Al-Zn-Mg(-Cu) yang dikembangkan untuk memberikan keseimbangan antara kekuatan tinggi dan ketahanan korosi yang lebih baik dibandingkan dengan paduan aluminium-seng berkekuatan tinggi sebelumnya. Kelas paduan ini dapat dilakuan perlakuan panas melalui pengerasan presipitasi, dengan penguatan utama berasal dari dispersi halus presipitat MgZn2 yang terbentuk selama penuaan buatan. Unsur paduan utama yang umum adalah seng dan magnesium, dengan penambahan terkendali tembaga, kromium, serta titanium atau zirconium sebagai bahan perbaikan butir dan penahan rekristalisasi.

Sifat utama 7001 mencakup kekuatan jenis tinggi, performa kelelahan yang wajar, dan ketahanan korosi atmosfer yang lebih baik dibandingkan paduan seri 7xxx dengan kandungan tembaga tinggi, sambil mempertahankan kemampuan pembentukan terbatas pada temper yang lebih lunak. Kemampuan las umumnya buruk hingga sedang tergantung temper dan pemilihan kawat pengisi, dan paduan ini menunjukkan pelunakan signifikan di zona pengaruh panas (HAZ) saat dilas; oleh karena itu, desain sering mendukung penyambungan mekanis atau penggunaan kawat pengisi khusus dan perlakuan pasca las. Industri yang memanfaatkan 7001 termasuk struktur sekunder aerospace, ekstrusi kinerja tinggi untuk transportasi dan perlengkapan olahraga, serta aplikasi struktural yang menginginkan rasio kekuatan terhadap berat lebih tinggi tanpa kompromi ketahanan korosi penuh seperti pada 7075.

Para engineer memilih 7001 saat membutuhkan paduan yang dapat dilakuan perlakuan panas dengan kompromi antara kekuatan puncak dan daya tahan lingkungan, serta saat dibutuhkan ekstrusi atau penampang kompleks dengan kekuatan yang dipertahankan lebih baik setelah fabrikasi. Paduan ini dipilih dibandingkan seri yang berdaya rendah (1xxx–6xxx) saat penghematan berat struktural kritis, dan dibandingkan 7075 saat pengurangan kekuatan puncak yang moderat memberikan ketahanan yang lebih baik terhadap retak akibat korosi tegangan dan korosi keseluruhan dalam lingkungan layanan tertentu.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Welddabilitas	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Sepenuhnya dianil, kelenturan maksimum untuk pembentukan
H14	Sedang-Rendah	Sedang	Baik	Cukup	Dikeraskan secara deformasi tanpa perlakuan panas; penggunaan terbatas untuk seri 7xxx
T5	Sedang-Tinggi	Sedang	Cukup	Buruk	Didinginkan dari suhu tinggi lalu menjalani penuaan buatan
T6	Tinggi	Rendah-Sedang	Terbatas	Buruk	Diperlakukan panas larutan dan penuaan buatan untuk kekuatan puncak
T651	Tinggi	Rendah-Sedang	Terbatas	Buruk	T6 dengan perlakuan relaksasi tegangan melalui peregangan; umum untuk bagian struktural
H112	Sedang-Tinggi	Sedang	Cukup	Buruk	Temper stabil untuk fabrikasi dengan kekuatan terkendali

Temper sangat mempengaruhi kompromi antara kekuatan dan keuletan pada 7001. Temper dianil (O) menawarkan formabilitas terbaik untuk proses tarik dalam dan pembengkokan, sementara T6/T651 memberikan kekuatan tarik dan luluh tertinggi dengan pengorbanan elongasi dan kemampuan bentuk dingin.

Untuk komponen hasil las atau pasca bentuk, memilih temper dengan kekuatan lebih rendah atau melakukan perlakuan larutan dan penuaan ulang setelah pembentukan dapat mengembalikan sifat; namun proses ini meningkatkan biaya dan risiko distorsi. Desain praktis sering menentukan T651 untuk ekstrusi yang memerlukan stabilitas dimensi dan kekuatan tinggi, sementara pembentukan di bengkel menggunakan temper O atau H diikuti perlakuan larutan/penuaan bila memungkinkan.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤0.12	Impuritas umum dari peleburan dan daur ulang; rendah untuk menghindari intermetalik rapuh
Fe	≤0.30	Impuritas biasa; kandungan Fe tinggi menurunkan ketangguhan dan kualitas ekstrusi
Mn	≤0.10	Minor; dapat mempengaruhi struktur butir jika ada
Mg	1.5–2.5	Pasangan utama penguat bersama Zn (membentuk presipitat MgZn2)
Cu	0.05–0.30	Lebih rendah dibanding 7075 untuk mengurangi kerentanan SCC; Cu kecil bisa membantu kekuatan
Zn	4.0–5.5	Unsur paduan utama untuk pengerasan presipitasi
Cr	0.05–0.25	Pengontrol struktur butir dan penahan rekristalisasi
Ti	≤0.10	Penghalus butir dalam proses pengecoran/ingot
Lainnya (Zr, Ni, Be)	Seimbang / jejak	Penambahan kecil (misal Zr) dapat digunakan untuk kontrol tekstur; batas bervariasi tergantung produsen

Komposisi kimia 7001 disetel untuk menyeimbangkan kekuatan tercapai, kemampuan ekstrusi, dan performa korosi. Rasio seng dan magnesium penting untuk membentuk runtutan presipitat MgZn2 selama penuaan, sementara kandungan tembaga rendah sering disyaratkan untuk mengurangi kerentanan terhadap retak korosi tegangan.

Elemen jejak dan mikro paduan (Cr, Ti, Zr) digunakan untuk mengontrol pertumbuhan butir, rekristalisasi, dan anisotropi pada profil ekstrusi. Rentang komposisi aktual bervariasi sesuai spesifikasi dan pemasok; perancang harus merujuk pada sertifikat pabrik untuk kimia kritikal saat respons korosi atau perlakuan panas sensitif.

Sifat Mekanis

Perilaku tarik pada 7001 sangat dipengaruhi temper: material dianil menunjukkan kurva tarik ulet khas dengan elongasi seragam cukup besar, sedangkan kondisi penuaan puncak memperlihatkan kekuatan tarik dan luluh tinggi dengan elongasi berkurang dan mode kegagalan yang lebih rapuh. Kekuatan luluh pada varian T6/T651 dapat menjadi fraksi signifikan dari kekuatan tarik ultimit, mencerminkan pengerasan presipitasi efektif dan pembatasan pergerakan dislokasi. Performa kelelahan umumnya baik untuk aluminium berkekuatan tinggi, tetapi sensitif terhadap kondisi permukaan, geometri cekungan, dan stres residu yang diinduksi oleh kerja dingin atau pengelasan.

Kekerasan berkorelasi dengan temper dan kondisi penuaan; T6/T651 yang penuaan puncak menunjukkan kekerasan Brinell atau Vickers jauh lebih tinggi dibanding material temper O atau H. Efek ketebalan juga signifikan: bagian yang lebih tebal cenderung lebih lambat mendingin saat quenching dan dapat menunjukkan respons pengerasan yang lebih rendah serta ketangguhan lebih sedikit dibanding bagian tipis, sehingga diperlukan strategi perlakuan larutan dan quench yang disesuaikan. Kecepatan pertumbuhan retak kelelahan pada 7001 dipengaruhi oleh mikrostruktur dan sebaran presipitat; kondisi overaged meningkatkan resistensi inisiasi retak dengan pengorbanan sebagian kekuatan puncak.

Hasil akhir permukaan dan cacat akibat pemesinan sangat mempengaruhi umur kelelahan, dan retak korosi tegangan menjadi perhatian di lingkungan klorida, terutama untuk temper berkekuatan tinggi. Perlakuan permukaan pasca-fabrikasi, shot-peening, dan desain radius transisi yang teliti adalah langkah umum untuk meningkatkan ketahanan kelelahan dan SCC pada komponen layanan.

Sifat	O/Dianil	Temper Kunci (misal T6/T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	~200–260 MPa (umum)	~430–520 MPa (umum)	Rentang luas tergantung perlakuan panas dan penampang
Kekuatan Luluh	~90–140 MPa	~350–470 MPa	Fraksi luluh meningkat dengan pengerasan presipitasi
Elongasi	~18–25%	~6–12%	Keuletan menurun pada kondisi penuaan puncak
Kekerasan	~50–80 HB	~140–170 HB	Rentang kekerasan bersifat kualitatif dan tergantung skala pengukuran

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Kerapatan	~2.78 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al-Zn-Mg berkekuatan tinggi; berguna untuk perhitungan kekuatan jenis
Rentang Peleburan	~480–635 °C	Rentang solidus dan liquidus dipengaruhi paduan; perlakuan larutan dilakukan di bawah rentang peleburan
Konduktivitas Termal	~120–160 W/m·K	Lebih rendah dibanding Al murni; tergantung paduan dan suhu; penting untuk desain heat-sink
Konduktivitas Listrik	~30–38 % IACS	Lebih rendah dari Al murni akibat paduan; dapat diterima untuk beberapa aplikasi listrik
Kalor Jenis	~900 J/kg·K	Tipikal untuk paduan aluminium pada suhu kamar
Ekspansi Termal	~23–25 µm/m·K	Mirip dengan paduan aluminium lain; penting untuk perakitan dengan material berlainan

Sifat fisik 7001 membuatnya menarik saat dibutuhkan rasio kekuatan-terhadap-berat tinggi sambil mempertahankan performa termal yang wajar. Kerapatan dan ekspansi termal hampir sama dengan paduan aluminium lain, mempermudah desain multi-material dibanding sistem non-aluminium.

Konduktivitas termal dan listrik lebih rendah dibanding aluminium murni dan bergantung pada isi paduan; perancang harus memperhitungkan penurunan konduksi ini saat menentukan 7001 untuk aplikasi pengelolaan panas atau kelistrikan. Jendela peleburan dan perlakuan larutan harus diperhatikan agar terhindar dari peleburan awal selama perlakuan panas.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0,4–6,0 mm	Ketebalan tipis dapat mencapai pengerasan penuh dengan cepat	O, T5, T6, T651	Umum untuk komponen berbentuk dan produk klad
Plat	>6,0 mm hingga 100 mm	Bagian lebih tebal mungkin menunjukkan respon pengerasan usia yang berkurang	O, T6 (terbatas)	Plat struktural industri dan aerospace membutuhkan quenching yang hati-hati
Ekstrusi	Penampang kompleks, ketebalan dinding variabel	Kekuatan profil baik; tergantung pada temperatur billet dan pendinginan	T5, T6, T651	Sangat umum digunakan untuk elemen struktural dan rel
Tabung	Dinding 1–20 mm	Kekuatan mirip dengan lembaran/ekstrusi; pengerjaan dingin memengaruhi sifat	T6, T651	Digunakan pada rangka struktural dan komponen sepeda
Batang	Diameter hingga 150 mm	Bagian besar memerlukan perlakuan panas khusus	O, T6	Digunakan untuk fitting dan fastener yang dikerjakan mesin bila diperlukan

Pemilihan bentuk produk sangat memengaruhi perilaku 7001 saat digunakan. Ekstrusi menyediakan fleksibilitas geometri dan merupakan penggunaan umum untuk 7001, namun sejarah pendinginan spesifik dan ketebalan bagian memengaruhi properti mekanik akhir serta memerlukan spesifikasi temper dan pascaproses.

Produksi plat dan bagian tebal lebih menantang karena sensitivitas quench dan potensi penurunan ketangguhan; bentuk seperti ini mungkin diberikan temper berbeda atau kondisi overaged untuk meningkatkan keandalan. Desainer harus mengoordinasikan parameter proses pabrik, penetapan temper, dan geometri bagian untuk mencapai kinerja mekanik dan ketahanan korosi yang ditargetkan.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	7001	USA	Penetapan asli Aluminum Association untuk keluarga paduan
EN AW	7001	Eropa	Sering dijadikan referensi; temper dan komposisi tepat dapat bervariasi menurut spesifikasi EN
JIS	A7001 (tidak resmi)	Jepang	Setara satu-satu langsung mungkin tidak ada; konsultasikan data pemasok
GB/T	7001	Tiongkok	Standar Tiongkok dapat menggunakan penomoran sama tetapi periksa kimia dan temper

Setara satu-satu yang tepat jarang ditemukan untuk 7001 karena standar nasional terkadang berbeda dalam batas impuritas, penambahan mikro-paduan, dan definisi temper. Saat melakukan substitusi atau pengadaan internasional, insinyur sebaiknya memverifikasi batas komposisi, definisi temper, dan persyaratan sifat mekanik pada sertifikat pabrik daripada hanya mengandalkan penomoran.

Grade dekat seperti 7005 atau 7075 mungkin muncul di tabel substitusi, namun paduan tersebut memiliki kandungan tembaga atau seng yang secara signifikan berbeda sehingga sangat memengaruhi kerentanan SCC dan respons penuaan. Pengadaan material harus mencakup laporan uji pemasok, dan aplikasi kritis mungkin memerlukan keterlacakan lengkap dan pengujian kualifikasi.

Ketahanan Korosi

Dalam lingkungan atmosferik, 7001 memberikan ketahanan yang wajar dibandingkan dengan paduan seri 7xxx yang tinggi tembaganya; pengurangan kandungan tembaga dan penambahan Zr/Cr yang dikontrol membantu mengurangi serangan intergranular dan kerentanan eksfoliasi. Namun, seperti paduan Al-Zn-Mg kekuatan tinggi lainnya, 7001 tetap lebih sensitif terhadap korosi lokal dan pitting dibandingkan keluarga 5xxx atau 6xxx, terutama di lingkungan kaya klorida atau laut di mana perlindungan permukaan sangat penting.

Stress corrosion cracking (SCC) adalah risiko yang diketahui untuk paduan 7xxx di bawah tegangan tarik dalam lingkungan korosif; 7001 menunjukkan kecenderungan SCC lebih rendah dibandingkan 7075 dalam banyak kasus, tetapi tidak kebal. Langkah desain seperti memilih temper overaged, mengurangi tegangan tarik residual, menerapkan lapisan tahan korosi, dan menghindari kopling galvanik dengan material lebih mulia adalah mitigasi umum.

Interaksi galvanik dengan baja tahan karat atau paduan kaya tembaga dapat mempercepat serangan lokal pada titik kontak, terutama bila lapisan pelindung rusak. Dibandingkan paduan 6xxx (Al-Mg-Si), 7001 menukar kekuatan tarik akhir yang lebih tinggi dengan sensitivitas korosi yang lebih besar; oleh karena itu, sering digunakan di mana pelapisan pelindung, sistem pengecatan, atau pengendalian lingkungan yang cermat diterapkan.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Las

Pengelasan 7001 menantang karena matriks pengerasan presipitasi dan mikrostruktur kaya seng mempromosikan retakan panas dan kehilangan kekuatan yang signifikan di zona terpengaruh panas (HAZ). Pengelasan fusi biasanya menghasilkan HAZ yang melunak; oleh karena itu, struktur las sering memerlukan paduan pengisi khusus, proses input panas rendah, dan terkadang perlakuan panas pasca-las atau penuaan lokal. Banyak desainer lebih memilih sambungan mekanis atau perekat untuk aplikasi struktural guna menghindari degradasi HAZ.

Kemudahan Mesin

Kemudahan mesin 7001 dalam kondisi puncak penuaan adalah sedang sampai baik dibandingkan paduan aluminium kekuatan tinggi lain; kontrol serpihan dan hasil permukaan merespon dengan baik pada peralatan carbide modern dan setup yang kaku. Kecepatan dan laju potong harus dioptimalkan sesuai temper dan ukuran penampang; frais searah dan pendingin banjir meningkatkan umur alat dan mengurangi tepi terakumulasi. Integritas permukaan penting untuk kinerja kelelahan, sehingga finishing dan perlakuan tepi biasanya ditentukan untuk komponen kritis.

Kemampuan Bentuk

Pembentukan terbaik dilakukan pada temper yang lebih lunak seperti O atau temper H ringan karena kondisi T6/T651 memiliki duktilitas terbatas dan cenderung retak pada lengkungan tajam. Praktik desain umum adalah membentuk dalam kondisi anil kemudian melakukan perlakuan panas larutan dan penuaan buatan jika kekuatan tinggi akhir dibutuhkan. Radius bengkok minimum tergantung ketebalan lembaran dan temper, tetapi desain konservatif menggunakan radius 2–4× ketebalan untuk temper mirip T6 dan radius lebih kecil untuk temper O.

Perilaku Perlakuan Panas

7001 adalah paduan yang dapat diperlakukan panas dimana sifat mekanik utama dikendalikan oleh perlakuan solusi, quenching, dan penuaan buatan. Perlakuan solusi tipikal dilakukan pada temperatur sekitar ~470–485 °C untuk melarutkan fasa larut, diikuti oleh quenching cepat untuk mempertahankan larutan padat jenuh; sensitivitas quench penting untuk bagian tebal. Penuaan buatan (jadwal T5/T6) dilakukan pada temperatur sedang (misal, 120–160 °C) untuk menghasilkan partikel MgZn2 halus; waktu dan temperatur penuaan menyeimbangkan kekuatan puncak dengan duktilitas dan ketahanan SCC.

Transisi temper T mengikuti perilaku klasik seri 7xxx: underaging meningkatkan ketangguhan patah dan ketahanan SCC dengan pengurangan kekuatan puncak, sedangkan overaging mengorbankan sebagian kekuatan tarik untuk ketahanan lingkungan yang lebih baik. Untuk bagian yang harus dibentuk, digunakan urutan larutan-anil dan penuaan ulang, namun kompleksitas proses dan risiko distorsi harus dikelola. Penguatan tanpa perlakuan panas melalui pengerjaan dingin terbatas efektivitasnya pada keluarga paduan ini dibanding seri pengerasan kerja khusus.

Kinerja Suhu Tinggi

7001 menunjukkan penurunan kekuatan yang signifikan pada suhu tinggi; pengurangan besar pada kekuatan luluh dan tarik terjadi di atas ~150 °C, dan ketahanan creep jangka panjang terbatas dibanding paduan suhu tinggi. Suhu layanan untuk aplikasi pembebanan biasanya dibatasi di bawah ~120–150 °C untuk menghindari overaging dan pertumbuhan partikel yang merusak sifat mekanik dan umur lelah.

Oksidasi umumnya aman untuk paduan aluminium pada suhu layanan tipikal, tetapi suhu tinggi mempercepat perubahan mikrostruktur dan dapat menimbulkan rekristalisasi pada temper yang tidak stabil. Zona terpengaruh panas dari pengelasan atau titik panas lokal dapat menunjukkan pelunakan dan penurunan ketahanan lelah; desainer harus menghindari paparan suhu tinggi berkelanjutan di area struktural kritis atau memilih material alternatif untuk layanan suhu tinggi.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa 7001 Digunakan
Aerospace	Anggota struktural sekunder, fitting, bagian ekstrusi	Kekuatan terhadap berat tinggi dan properti ekstrusi baik; ketahanan SCC lebih baik dibanding beberapa paduan 7xxx
Marine/Offshore	Ekstrusi struktural dan rangka (dengan pelapisan)	Kekuatan menguntungkan dengan kontrol korosi yang baik; cocok untuk profil penegak dan pembebanan
Transportasi	Rel ekstrusi kekuatan tinggi dan struktur penahan benturan	Ringan, modulus dan kekuatan tinggi untuk bagian struktural sensitif berat
Barang Olahraga	Rangka sepeda, komponen performa tinggi	Kekuatan spesifik tinggi dan kinerja kelelahan untuk peralatan kompetitif
Elektronik	Chassis dan housing	Keseimbangan kekakuan, kemudahan mesin, dan kinerja termal untuk dissipasi panas kelas menengah

7001 tetap berguna pada profil ekstrusi yang membutuhkan kekuatan statis tinggi dan kekakuan serta di mana desainer dapat mengendalikan paparan lingkungan atau menerapkan finishing pelindung. Paduan ini dipilih untuk komponen yang mendapat manfaat dari kombinasi penguatan perlakuan panas dan kinerja fabrikasi yang wajar selama rute proses yang tepat diaplikasikan.

Wawasan Pemilihan

Pilih 7001 ketika desain Anda membutuhkan paduan yang dapat diperlakukan panas dengan kekuatan spesifik lebih tinggi dibandingkan paduan work-hardened umum atau 6xxx, serta saat diperlukan ekstrusi atau penampang kompleks. Harapkan adanya kompromi pada kemampuan pembentukan dan konduktivitas demi kekuatan, serta kelola korosi melalui pelapisan atau pemilihan temper.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), 7001 menawarkan kekuatan jauh lebih superior tetapi konduktivitas listrik dan termal yang lebih rendah serta kemampuan pembentukan pada suhu ruang yang lebih terbatas. Dibandingkan dengan paduan work-hardened seperti 3003 atau 5052, 7001 memberikan kekuatan jauh lebih tinggi dengan biaya sensitivitas korosi yang meningkat dan kebutuhan perlakuan panas yang lebih kompleks. Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas umum seperti 6061 atau 6063, 7001 dapat memberikan kekuatan lebih tinggi untuk elemen struktural kritis, tetapi 6061 menawarkan kemampuan las dan ketahanan korosi yang lebih baik di banyak lingkungan; pilih 7001 ketika rasio kekuatan-terhadap-berat atau sifat khusus ekstrusi lebih diutamakan daripada kompromi tersebut.

Ringkasan Penutup

7001 tetap merupakan paduan teknik yang praktis ketika dibutuhkan keseimbangan optimal antara kekuatan tinggi, kemampuan ekstrusi, dan pengelolaan perilaku korosi. Kegunaannya pada komponen struktural ekstrusi dan performanya pada aplikasi yang sensitif terhadap berat menjadikannya relevan, dengan catatan desainer memperhitungkan pemilihan temper, pengendalian perlakuan panas, serta perlindungan korosi yang sesuai.