Aluminium 7010: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

7010 adalah paduan aluminium bermuatan tinggi dalam seri 7xxx, yang terutama merupakan sistem Al-Zn-Mg-Cu. Paduan ini termasuk dalam keluarga aluminium yang dapat diperlakukan panas, di mana pengerasan presipitasi (age hardening) menjadi mekanisme penguatan utama, yang dilengkapi dengan pemrosesan termo-mekanis yang sesuai untuk komponen plat dan penampang tebal.

Elemen paduan utama adalah seng (kontributor kekuatan utama), magnesium (membentuk presipitat penguat bersama Zn), dan tembaga (meningkatkan kekuatan dan kekerasan tetapi dapat mempengaruhi kerentanan korosi). Penambahan jejak krom, zirkonium, atau titanium biasanya dimasukkan untuk mengendalikan struktur butir, rekristalisasi, dan ketangguhan pada bagian kasar yang ditujukan untuk penggunaan struktural dirgantara.

Ciri utama dari 7010 meliputi kekuatan statis sangat tinggi dan ketangguhan patah yang baik untuk paduan plat seri 7xxx, ketahanan korosi umum sedang hingga terbatas tanpa pelapisan, serta kemampuan las fusi yang buruk pada kondisi puncak pengerasan. Kemampuan bentuk terbatas pada kondisi puncak pengerasan namun cukup baik pada temper solution-treated dan overaged; kemampuan mesin (machinability) umumnya baik dibandingkan dengan paduan aluminium bermuatan tinggi lainnya.

Industri tipikal yang menggunakan 7010 adalah struktur primer dan sekunder dirgantara, komponen pertahanan, bagian struktural otomotif performa tinggi dan motorsport, serta aplikasi industri khusus di mana rasio kekuatan-terhadap-berat tinggi dan toleransi kerusakan sangat penting. Para engineer memilih 7010 dibandingkan paduan sejenis ketika desain memerlukan retensi kekuatan penampang tebal, peningkatan ketahanan terhadap retak korosi tegangan (SCC) dibandingkan varian 7075 tertentu, dan ketangguhan patah superior untuk bagian struktural kritis.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Kemampuan Las	Keterangan
O	Rendah	Tinggi	Baik Sekali	Baik Sekali	Sepenuhnya anil, kelenturan maksimum untuk pembentukan dan pemesinan
T4	Sedang (solution-treated)	Sedang-Tinggi	Baik	Buruk sampai sedang	Solution-treated dan menua alami, siap untuk pengerjaan dingin
T6	Tinggi	Rendah-Sedang	Terbatas	Buruk	Puncak pengerasan buatan untuk kekuatan maksimum
T651	Tinggi (stress-relieved)	Rendah-Sedang	Terbatas	Buruk	T6 dengan pelepasan tegangan melalui peregangan untuk mengurangi sisa tegangan
T7x (T73/T76)	Sedang-Tinggi (overaged)	Sedang	Lebih baik dibanding T6	Buruk	Overaging untuk meningkatkan ketahanan SCC dan ketangguhan
Hxx (misalnya H111/H112)	Variabel	Variabel	Variabel	Variabel	Varian strain-hardened yang digunakan untuk proses pembentukan khusus

Temper secara signifikan mempengaruhi performa 7010 dengan mengubah ukuran, distribusi, dan koherensi presipitat Zn-Mg-Cu. Temper puncak pengerasan (T6, T651) memaksimalkan kekuatan tarik dan luluh dengan mengorbankan duktilitas, ketangguhan pada beberapa geometri, dan ketahanan terhadap retak korosi tegangan.

Temper overaged (T7x) secara sengaja memperbesar presipitat untuk menukarkan penurunan kecil pada kekuatan puncak dengan peningkatan ketahanan SCC yang signifikan dan perilaku pertumbuhan retak yang lebih baik pada penampang tebal. Kondisi anil atau solution-treated digunakan untuk pembentukan dan fabrikasi sebelum penuaan akhir.

Komposisi Kimia

Unsur	Rentang %	Keterangan
Si	≤ 0.40	Impuritas tipikal; dikendalikan untuk mengurangi intermetalik Fe-Si
Fe	≤ 0.50	Impuritas yang membentuk intermetalik keras yang mempengaruhi ketangguhan
Cu	0.80–2.00	Meningkatkan kekuatan dan kekerasan; meningkatkan sensitivitas SCC
Mn	≤ 0.05	Minimal pada 7010; Mn tinggi tidak umum
Mg	1.8–2.8	Pasangan kunci dengan Zn untuk presipitat pengerasan umur
Zn	5.6–6.8	Elemen penguat utama dalam seri 7xxx
Cr	0.04–0.35	Microalloying untuk mengontrol struktur butir dan rekristalisasi
Ti	≤ 0.15	Pengasah butir dalam proses pengecoran atau perawatan mekanis
Lainnya (Zr, V, Al)	Balance / jejak	Zr mungkin ditambahkan untuk kontrol dispersi; Al sisanya

Gabungan Zn–Mg–Cu menetapkan urutan presipitasi yang bertanggung jawab atas kekuatan tinggi 7010, di mana fase η' dan η (tipe MgZn2) memberikan pengerasan selama penuaan buatan. Tembaga meningkatkan kekuatan dan kekerasan puncak tetapi juga menambah kerentanan terhadap korosi lokal dan SCC kecuali diatasi dengan strategi tempering dan microalloying (Cr, Zr) yang menghaluskan struktur butir dan menstabilkan matriks.

Sifat Mekanik

7010 menunjukkan kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang sangat tinggi pada temper puncak pengerasan, dikombinasikan dengan ketangguhan patah yang baik relatif terhadap paduan 7xxx lainnya yang direkayasa untuk ketebalan. Kekuatan luluh sering merupakan fraksi tinggi dari kekuatan tarik (UTS), menghasilkan rentang tegangan yang ketat untuk desain tetapi membutuhkan penilaian teliti pada notch dan patah untuk struktur yang menuntut toleransi kerusakan.

Elongasi tergantung pada temper dan ketebalan, dengan material yang dianil dan ditemper solution menunjukkan duktilitas lebih tinggi dibandingkan material T6/T651 yang biasanya memiliki elongasi berkurang dan memerlukan radius lentur lebih besar. Kekerasan sangat berkorelasi dengan kondisi penuaan; bagian puncak umur mencapai kisaran Vickers/BHN yang cocok untuk fitting beban tinggi, sedangkan temper overaged mengurangi kekerasan untuk meningkatkan ketahanan SCC.

Kinerja kelelahan 7010 cukup baik jika dibandingkan dengan banyak paduan aluminium bermuatan tinggi, dengan catatan permukaan, tegangan sisa, dan korosi dikontrol. Efek ketebalan signifikan akibat sensitivitas pendinginan cepat dan distribusi presipitat pada garis tengah; plat tebal memerlukan quenching dan pemrosesan termo-mekanis yang dioptimalkan agar mendekati sifat lembaran tipis.

Sifat	O/Anil	Temper Utama (misalnya T6 / T651)	Keterangan
Kekuatan Tarik	~250–320 MPa	~540–610 MPa	Kisaran puncak T6/T651 tergantung bentuk produk dan ketebalan
Kekuatan Luluh	~120–200 MPa	~480–560 MPa	Rasio luluh terhadap UTS bervariasi; desain harus cermat untuk margin plastik
Elongasi	~12–20%	~6–12%	Lebih tinggi pada ketebalan tipis dan kondisi anil
Kekerasan	~60–90 HB	~150–185 HB	Kekerasan meningkat dengan penuaan; overaging menurunkan nilai

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Keterangan
Kerapatan	2.78–2.82 g/cm³	Kerapatan tipikal paduan aluminium; rasio kekuatan-terhadap-berat baik
Rentang Leleh	~475–635 °C	Rentang solidus-liquidus tergantung komposisi
Konduktivitas Thermal	~110–140 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni karena paduan; cukup untuk beberapa aplikasi heat-sink
Konduktivitas Listrik	~30–40 %IACS	Lebih rendah dibanding seri 1xxx/3xxx akibat paduan
Kalor Spesifik	~880–910 J/kg·K	Sejajar dengan paduan aluminium lain
Koefisien Ekspansi Thermal	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Rentang khas aluminium; perlu desain antarmismatch termal

Sifat fisik 7010 mencerminkan paduan yang diformulasikan untuk kekuatan lebih dari konduktivitas, sehingga konduktivitas listrik dan termal berkurang dibandingkan grade aluminium murni komersial. Keuntungan kerapatan dibanding baja dipadukan dengan sifat tarik tinggi membuat 7010 menarik untuk aplikasi penghematan massa yang kritis.

Perlakuan panas dan penuaan sedikit mempengaruhi konduktivitas termal dan ekspansi, namun stabilitas dimensi utama dikendalikan oleh temper (T651 dibanding T6) dan dengan meminimalkan tegangan sisa melalui pendinginan terkontrol serta operasi pelepasan tegangan.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0,5–6 mm	Tinggi pada ketebalan tipis jika diproses dengan pengendalian aging yang tepat	T6, T651, T73	Digunakan untuk struktur sekunder; kemampuan pembentukan terbatas pada temper puncak
Plat	6–200+ mm	Kekuatan bergantung pada ketebalan; diproses untuk properti sepanjang ketebalan	T6, T651, T73	Banyak digunakan pada komponen struktural aeroangkasa
Ekstrusi	Profil hingga penampang besar	Kekuatan sedang; lebih terbatas dibanding plat untuk beberapa bentuk	T6, T651	Profil ekstrusi memungkinkan tetapi kurang umum untuk 7010 dibandingkan dengan paduan 6xxx
Tabung	Dinding 1–50+ mm / berbagai diameter	Perilaku temper serupa dengan ekstrusi	T6, T651	Digunakan untuk tubing performa tinggi di mana kekuatan kritis
Batang/Rod	Berbagai diameter	Performa mesin baik dan kekuatan tinggi pada temper puncak	T6, T651	Digunakan untuk fittings, fastener, dan komponen aktuator

Produksi plat 7010 melibatkan jadwal penggulingan dan pendinginan (quench) khusus serta sering menggunakan mikro-paduan untuk menghindari pelunakan tengah akibat quench. Pemrosesan lembaran/ekstrusi memerlukan kontrol ketat pada perlakuan larutan dan aging untuk menyeimbangkan kemampuan pembentukan dengan properti akhir.

Dalam pemakaian, desainer memilih bentuk produk berdasarkan ketebalan penampang dan jalur beban; plat tebal sering di-overaged atau diberi stress-relief untuk menghindari SCC dan memberikan properti yang lebih seragam sepanjang ketebalan, sementara lembaran tipis dapat digunakan pada temper kekuatan tinggi dengan keuletan yang dapat diterima.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	7010	AS	Penamaan Aluminum Association yang umum dipakai dalam spesifikasi aeroangkasa
EN AW	7010	Eropa	Penulisan Eropa untuk bahan tempa; komposisi dan temper selaras tetapi batas spesifikasi bisa berbeda
JIS	A7070 (perkiraan)	Jepang	Kimia dan aplikasi hampir mirip; nomor JIS spesifik bisa berbeda tergantung bentuk produk
GB/T	7010 (perkiraan)	China	Standar nasional mengikuti komposisi AA namun proses dan nomenklatur temper bisa berbeda

Tabel grade setara hanya sebagai indikasi; spesifikasi tepat, penamaan temper dan toleransi yang diperbolehkan berbeda antar standar dan jenis produk. Pengguna harus merujuk standar spesifik (AA/AMS/EN/JIS/GB) dan spesifikasi produk untuk kriteria penerimaan, khususnya untuk pengadaan aeroangkasa di mana traceability dan riwayat proses wajib.

Perbedaan halus terjadi pada batas kontaminan, elemen residu yang diizinkan, dan pengujian mekanik yang diwajibkan. Perbedaan ini dapat menggeser baseline properti, terutama pada plat ketebalan besar di mana perilaku quench dan aging sangat dipengaruhi oleh komposisi dan sejarah termomekanik.

Ketahanan Korosi

7010 menawarkan ketahanan korosi atmosfer umum sedang khas paduan aluminium seri 7xxx berkekuatan tinggi, namun lebih rentan terhadap korosi lokal dan pitting di lingkungan agresif dibanding banyak paduan 5xxx atau 6xxx. Tanpa pelapisan pelindung, lapisan cat atau temper overaged yang sesuai, paparan atmosfer laut mempercepat laju korosi, terutama pada permukaan yang mengalami stres atau pembubutan.

Retak korosi karena tegangan (SCC) merupakan perhatian utama untuk 7010 dalam kondisi puncak penuaan akibat tegangan tarik residual yang tinggi dan karakter presipitat penguatnya. Overaging (T7x) dan mikro-paduan (Cr, Zr) adalah strategi umum untuk mengurangi SCC dengan memperbesar atau meredistribusi presipitat dan menurunkan gradien elektrokimia.

Interaksi galvanik harus diperhatikan saat menggabungkan 7010 dengan material lebih mulia seperti baja tahan karat atau titanium, terutama dalam lingkungan elektroda. Pelapisan dengan aluminium murni atau penerapan pelapis konversi, anodizing, atau sistem cat adalah kontrol teknik standar untuk memperbaiki kinerja jangka panjang di aplikasi laut dan pesisir.

Dibandingkan dengan paduan seri 6xxx, 7010 menukarkan ketahanan korosi untuk kekuatan lebih tinggi; dibanding 7075, plat 7010 yang diproses dengan baik dapat menawarkan kekuatan serupa dengan perbaikan resistensi SCC karena kimia dan proses termomekanik yang disesuaikan untuk performa pada plat tebal.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Pengelasan konvensional mengurangi kekuatan 7010 karena pelunakan daerah terpengaruh panas (HAZ) dan meningkatkan kerentanan retak panas pada las fusi; oleh karena itu, pengelasan fusi (TIG/MIG) umumnya tidak dianjurkan untuk aplikasi struktural pada temper puncak. Pengelasan gesek (friction stir welding) adalah metode penyambungan yang disukai untuk banyak komponen seri 7xxx karena menghindari solidifikasi fusi, mengurangi porositas, dan dapat mempertahankan properti mekanik di zona las dengan aging pasca las yang tepat.

Logam pengisi dan prosedur las yang hendak mengelas 7010 harus dipilih dengan hati-hati; pengisi tidak sejenis (misalnya keluarga 2319) dapat digunakan untuk perbaikan atau sambungan non-kritis, tetapi desainer harus memperhitungkan penurunan sifat mekanik lokal dan peningkatan kerentanan korosi. Perlakuan larutan dan penuaan buatan pasca las seringkali tidak praktis untuk rakitan besar, sehingga penyambungan mekanik tetap umum.

Kemudahan Mesin

Kemudahan mesin 7010 baik relatif terhadap banyak paduan aluminium berkekuatan tinggi lainnya, menawarkan pembentukan serpihan yang terduga dan hasil permukaan baik saat menggunakan alat carbide dengan pemasangan kaku. Kecepatan potong harus dioptimalkan untuk umur alat dan manajemen panas; baja cepat (HSS) biasanya tidak memadai pada tingkat pemotongan tinggi.

Mencapai toleransi dimensi yang dapat diterima pada penampang tebal memerlukan perhatian terhadap tegangan residual dari perlakuan panas; stres-relief awal dan pemilihan temper untuk pemesinan adalah praktik umum. Pendingin dan pembuangan serpihan penting untuk menghindari terbentuknya tepi terangkat (built-up edge) dan menjaga integritas permukaan yang krusial untuk ketahanan lelah.

Kemampuan Pembentukan

Pembentukan 7010 pada temper puncak terbatas; springback cukup nyata dan jari-jari lentur minimum lebih besar dibandingkan paduan 5xxx dan 6xxx. Pembentukan biasanya dilakukan pada temper O, T4, atau temper overaged dan diikuti aging jika perlu untuk mengembalikan kekuatan.

Operasi pembentukan dingin harus memperhatikan jari-jari lentur yang direkomendasikan (sering 3–6× ketebalan pada temper duktile) dan menghindari pembengkokan tajam atau penarikan berat pada T6. Jika diperlukan bentuk kompleks, pertimbangkan desain untuk perlakuan panas pasca-bentuk (pelarutan dan aging) atau menggunakan paduan alternatif dengan kemampuan pembentukan lebih baik.

Perilaku Perlakuan Panas

Perlakuan larutan untuk 7010 umumnya dilakukan pada kisaran sekitar 470–485 °C untuk melarutkan fase Zn–Mg–Cu yang larut ke dalam matriks aluminium sebelum quenching. Pendinginan cepat (umumnya water quench) diperlukan untuk mempertahankan larutan padat jenuh lebih; laju quench dan ketebalan penampang sangat mempengaruhi respons pengerasan penuaan selanjutnya dan properti di tengah ketebalan.

Regimen aging buatan bervariasi tergantung temper target: T6 standar melibatkan aging pada sekitar 120–125 °C selama waktu yang cukup untuk membentuk presipitat metastabil η' yang menghasilkan kekuatan puncak, sedangkan T7x overaging menggunakan suhu lebih tinggi atau siklus lebih lama untuk mempromosikan presipitat stabil η yang meningkatkan resistensi SCC dan ketangguhan. T651 menunjukkan T6 diikuti dengan proses penarikan terkontrol untuk menghilangkan tegangan residual.

Untuk paduan non heat-treatable mekanisme penguat utama adalah pengerasan kerja, namun karena 7010 adalah heat-treatable, annealing dan perlakuan larutan adalah alat utama fabrikasi. Insinyur desain dan proses harus menentukan pemanasan, waktu rendam, media pendingin, dan siklus aging secara tepat untuk mencapai properti yang dibutuhkan, khususnya pada plat tebal di mana sensitivitas quench menjadi faktor pembatas.

Performa Suhu Tinggi

7010 kehilangan kekuatan signifikan saat suhu kerja meningkat di atas sekitar 100–120 °C akibat pertumbuhan presipitat dan pengurangan fase penguat koheren. Batas layanan desain untuk suhu tinggi jangka panjang dibuat konservatif; paparan suhu tinggi jangka pendek mungkin terjadi tetapi akan mengubah status aging dan kekuatan residual.

Ketahanan oksidasi khas paduan aluminium; lapisan oksida aluminium stabil terbentuk dan melindungi material dasar dari oksidasi cepat. Zona terpengaruh panas pada bagian las atau siklus termal dapat mengalami perubahan mikrostruktur lokal yang mengurangi properti mekanik dan meningkatkan kerentanan korosi, sehingga paparan termal selama fabrikasi dan pemakaian harus dikontrol.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa 7010 Digunakan
Aerospace	Fitting sayap dan badan pesawat, spar webs, struktur plat tebal	Kekuatan terhadap berat tinggi, ketangguhan patah yang baik, kinerja ketebalan yang disesuaikan
Defense	Komponen armor, struktur misil	Kekuatan statis tinggi dan toleransi kerusakan
Automotive / Motorsport	Link suspensi dengan beban tinggi, penguatan chassis	Kekuatan luar biasa untuk bagian yang kritis pada berat
Marine	Elemen struktural berkuatan tinggi, rangka	Ketika mengalami overaged atau clad, menawarkan ketahanan retak akibat korosi (SCC) lebih baik dibandingkan beberapa paduan 7xxx lainnya
Industrial	Bilah poros beban tinggi, plat alat	Stabilitas dimensi dan kemampuan mesin CNC pada temper T6/T651

7010 dipilih untuk komponen yang mengutamakan kekuatan statis tinggi, kemampuan performa pada ketebalan, dan ketangguhan patah. Bagian yang memerlukan pengelasan kurang cocok kecuali digunakan metode penyambungan alternatif, sehingga banyak aplikasi yang memilih pengikatan mekanis atau pengelasan friksi stir.

Wawasan Pemilihan

7010 adalah paduan spesialis yang dipilih ketika prioritas utama adalah kekuatan tinggi dan toleransi kerusakan pada penampang sedang hingga tebal. Untuk desainer yang membutuhkan kekuatan tertinggi pada elemen struktural penopang beban tanpa pengelasan—terutama di bidang aerospace dan defense—7010 sering menjadi pilihan utama karena kimia dan opsi temper yang disesuaikan.

Dibandingkan dengan aluminium komersial murni (1100), 7010 mengorbankan konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan bentuk untuk kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang jauh lebih tinggi. Jika dibandingkan dengan paduan yang mengalami pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, 7010 memberikan kekuatan jauh lebih tinggi namun dengan biaya kemampuan bentuk yang berkurang dan peningkatan kerentanan terhadap SCC pada temper puncak.

Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas umum seperti 6061 atau 6063, 7010 biasanya menawarkan kekuatan puncak lebih tinggi dan ketangguhan patah lebih baik untuk penampang tebal, meskipun dengan biaya material lebih tinggi dan kemampuan las yang lebih rendah. Pilih 7010 ketika rasio kekuatan terhadap berat dan integritas penampang tebal lebih penting daripada kemudahan pengelasan, kemampuan bentuk luas, dan ketahanan korosi maksimum.

Ringkasan Penutup

7010