Aluminium 7015: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Komprehensif

Alloy 7015 adalah anggota dari seri 7xxx pada paduan aluminium, yang didominasi oleh seng sebagai elemen paduan utama dan biasanya ditambah dengan magnesium dan tembaga untuk penguatan melalui presipitasi. Sebagai paduan yang dapat perlakuan panas dan pengerasan presipitasi, 7015 menggunakan komposisi Zn-Mg-Cu untuk mencapai kekuatan tinggi melalui perlakuan panas solusi, quenching, dan aging buatan daripada pengerjaan dingin.

Ciri utama dari 7015 meliputi kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang tinggi, sifat fatigue sedang hingga baik jika diperlakukan dan diperiksa dengan benar, serta ketahanan korosi yang layak dan dapat ditingkatkan melalui overaging atau pelapisan cladding. Paduan ini kurang dapat dilas dibandingkan sebagian besar paduan 5xxx dan 6xxx dan memerlukan kontrol termal serta mekanis yang cermat selama fabrikasi; kemampuan bentuk cukup baik pada kondisi annealed dan beberapa temper H, tetapi menurun tajam pada temper peak-aged.

7015 digunakan pada komponen struktural dirgantara, pengikat berdaya tahan tinggi, dan aplikasi di mana rasio kekuatan-terhadap-berat menjadi prioritas dibandingkan ketahanan korosi mentah atau konduktivitas maksimum. Engineer memilih 7015 ketika dibutuhkan kekuatan spesifik yang lebih tinggi dari 6061/6063 dan ketika masa pakai desain serta kekakuan diuntungkan oleh jalur perlakuan panas solusi-aging dibandingkan pengerasan kerja.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Lasabilitas	Catatan
O	Rendah	Tinggi (18–30%)	Ekselen	Ekselen	Sepenuhnya annealed, terbaik untuk pembentukan dan pemesinan
F	Sangat rendah–rendah	Tinggi	Ekselen	Baik	Sesuai kondisi fabrikasi, tanpa temper terkontrol
H12	Sedang	Rendah–Sedang (6–10%)	Cukup	Terbatas	Strain-hardened parsial, kelenturan bending terbatas
H14	Sedang	Rendah (6–8%)	Cukup	Terbatas	Pengerasan strain ringan untuk peningkatan kekuatan sedang
H114	Sedang	Sedang (8–12%)	Baik	Terbatas	Temper stabil untuk peningkatan ketahanan terhadap SCC
T6	Tinggi	Rendah–Sedang (6–10%)	Buruk–Cukup	Sulit	Peak-aged untuk kekuatan maksimum, rentan terhadap SCC
T651	Tinggi	Rendah–Sedang (6–10%)	Buruk–Cukup	Sulit	Solution treated, stress-relieved dengan peregangan, temper umum dirgantara
T73	Sedang–Tinggi	Sedang (8–12%)	Cukup	Moderat	Overaged untuk ketahanan korosi dan SCC lebih baik
T76 / T77	Sedang	Sedang (8–13%)	Cukup	Moderat	Modifikasi aging untuk ketangguhan patah atau perilaku korosi tegangan yang lebih baik

Pemilihan temper sangat menentukan kinerja akhir: temper T6/T651 memberikan kekuatan maksimum dengan mengorbankan daktilitas serta rentan terhadap retak korosi tegangan, sementara temper overaged (T73/T76) mengorbankan sebagian kekuatan puncak untuk meningkatkan ketahanan korosi dan SCC. Pengerjaan dingin (temper H) memungkinkan kekuatan menengah tanpa perlakuan panas solusi penuh tetapi menurunkan formabilitas dan dapat meninggalkan sifat heterogen sepanjang ketebalan.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.40	Impuritas; dikontrol untuk membatasi fase cor dan batas butir
Fe	≤ 0.50	Dikontrol untuk meminimalkan intermetallic yang mengurangi ketangguhan
Cu	1.0–2.0	Berperan dalam kekuatan dan kinetika pengerasan usia; meningkatkan kerentanan terhadap SCC
Mn	≤ 0.10	Minor; dapat memodifikasi struktur butir dan sedikit meningkatkan ketangguhan
Mg	1.6–2.6	Elemen penguat utama bersama Zn melalui presipitat MgZn2
Zn	5.0–6.8	Elemen penguat utama; mengontrol kekuatan peak-aged
Cr	0.05–0.25	Microalloying untuk mengontrol struktur butir dan rekristalisasi
Ti	≤ 0.10	Pemurni butir pada produk cor/ekstrusi
Lainnya (Zr, V, jejak)	≤ 0.20 gabungan	Penambahan microalloying untuk mengontrol rekristalisasi dan meningkatkan umur fatigue

Kinerja 7015 dikendalikan oleh keseimbangan relatif Zn, Mg, dan Cu yang menentukan volume fraksi, komposisi kimia, dan kohesivitas presipitat penguat setelah aging. Penambahan minor seperti Cr, Zr, atau Ti berfungsi mengendalikan rekristalisasi dan ukuran butir selama proses termomekanik, memperbaiki ketangguhan dan mengurangi kecenderungan exfoliasi atau korosi antarbutir.

Sifat Mekanik

Pada perilaku tarik, 7015 dalam kondisi peak-aged (T6/T651) menunjukkan kekuatan ultimit dan luluh tinggi yang sebanding dengan paduan seri 7xxx berkekuatan tinggi lainnya, memperlihatkan respon elastis linier sampai luluh dan elongasi seragam terbatas sebelum deformasi plastik. Kondisi annealed (O) memperlihatkan kekuatan jauh lebih rendah tetapi daktilitas jauh lebih tinggi, membuatnya berguna untuk pembentukan dingin atau deep drawing sebelum perlakuan panas akhir.

Kekerasan mengikuti tren yang sama seperti sifat tarik, dengan nilai kekerasan Brinell atau Vickers meningkat tajam setelah aging dan mencapai puncak di kondisi T6; data kekerasan harus ditafsirkan bersamaan dengan temper, ketebalan, dan jadwal perlakuan panas spesifik. Perilaku fatigue umumnya baik untuk aluminium berkekuatan tinggi jika permukaan dikontrol dan korosi dapat diatasi; namun fatigue dan ketangguhan patah menurun seiring peningkatan kekuatan dan kehadiran lubang korosi tegangan atau inklusi intermetallic.

Ketebalan sangat berpengaruh pada sifat yang dapat dicapai karena efektivitas perlakuan panas solusi dan quenching menurun seiring ketebalan plat; bagian tebal lebih sulit untuk diquench secara seragam dan dapat menunjukkan kekuatan luluh dan tarik yang lebih rendah akibatnya. Tegangan residual dari quenching dan pelurusan atau perlakuan relaksasi regangan selanjutnya (T651) juga mempengaruhi stabilitas dimensi dan umur fatigue pada aplikasi struktural.

Properti	O/Annealed	Temper Utama (misal T6/T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	230–320 MPa (tipikal)	520–570 MPa (tipikal)	Nilai bervariasi dengan ketebalan dan aging; T6 memberikan kekuatan puncak
Kekuatan Luluh	110–200 MPa (tipikal)	470–520 MPa (tipikal)	Kekuatan luluh meningkat signifikan setelah perlakuan solusi dan aging
Elongasi	18–30%	6–10%	Elongasi menurun seiring peningkatan kekuatan; tergantung temper dan ketebalan
Kekerasan	60–90 HB	140–160 HB	Rentang Brinell kira-kira, tergantung perlakuan panas dan mikrostruktur

Sifat Fisik

Properti	Nilai	Catatan
Density	≈ 2.80 g/cm³	Agak lebih tinggi dari Al murni karena elemen paduan
Rentang Leleh	≈ 475–635 °C	Solidus dan liquidus bervariasi dengan komposisi dan impuritas
Konduktivitas Termal	≈ 120–140 W/(m·K)	Lebih rendah daripada Al murni; tergantung temper dan pengerjaan dingin
Konduktivitas Listrik	≈ 30–40 %IACS	Menurun relatif terhadap aluminium murni karena paduan; bervariasi dengan temper
Kalor Spesifik	≈ 880–910 J/(kg·K)	Tipikal untuk paduan aluminium pada suhu ruang
Koefisien Ekspansi Termal	≈ 23–25 µm/(m·K)	Setara pada paduan aluminium; penting untuk desain siklus termal

Sifat fisik ini menegaskan kompromi dalam manajemen termal dan penyambungan: konduktivitas termal cukup untuk banyak peran penyerap panas tetapi lebih rendah dari aluminium murni dan beberapa paduan 6xxx. Konduktivitas listrik berkurang akibat paduan dan harus dipertimbangkan ketika 7015 dipilih untuk aplikasi listrik atau di mana resistansi kontak menjadi penting.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Sheet	0,5–6 mm	Seragam sepanjang ketebalan hingga ukuran sedang	O, H1x, T6, T73	Umum untuk panel ringan dan kulit pesawat; daya tarik dalam-dalam terbatas pada T6
Plate	6–200+ mm	Kekuatan dapat menurun dengan peningkatan ketebalan karena batas quench	O, T6, T651, T73	Plat tebal membutuhkan quenching yang terkontrol dan sering T73 untuk bagian yang kritis terhadap korosi
Extrusion	Ketebalan dinding bervariasi	Properti arah; kekuatan bergantung pada perlakuan panas	O, T6, T651	Profil kompleks memungkinkan tetapi sensitivitas quench membatasi penampang sangat besar
Tube	Dinding 0,5–20 mm	Kekuatan longitudinal baik; ujung dan sambungan memerlukan perlakuan panas yang hati-hati	O, T6	Digunakan untuk pipa struktural berdaya tahan tinggi setelah perlakuan panas yang tepat
Bar/Rod	Diameter 6–200 mm	Homogen jika diproses dan di-solusi dengan benar	O, T6, T651	Digunakan untuk fitting, pengikat, dan komponen yang di-mesin

Perbedaan proses sangat memengaruhi sifat akhir: sheet dan ekstrusi tipis lebih mudah di-quench dan diaging untuk kekuatan puncak, sementara plat tebal dan penampang besar sering memerlukan pendinginan khusus atau overaging untuk memastikan stabilitas dimensi dan ketahanan korosi. Aplikasi bervariasi sesuai bentuk: ekstrusi untuk profil kompleks, plat untuk komponen struktural, dan batang untuk bagian berkekuatan tinggi hasil mesin.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	7015	USA	Penunjukan American Aluminum Association yang umum digunakan dalam spesifikasi aerospace
EN AW	7015	Europe	Penunjukan standar EN Eropa sering dipadukan dengan sufiks temper tertentu
JIS	A7015 (perk.)	Jepang	Standar Jepang dapat merujuk pada paduan Zn-Mg-Cu serupa dengan kode temper lokal
GB/T	7015 (perk.)	China	Setara standar China ada tetapi komposisi kimia/toleransi dapat berbeda menurut pabrik

Perbedaan halus antar spesifikasi regional biasanya terkait kadar impuritas yang diizinkan, rentang Zn/Mg/Cu yang tepat dan tambahan mikro-paduan yang diperbolehkan (Zr/Cr/Ti), serta batas sifat mekanik yang ditetapkan pada ketebalan tertentu. Saat mengganti grade dari wilayah lain, engineer harus membandingkan tabel kimia dan mekanik secara detail, praktik aging, dan persyaratan sertifikasi, tidak hanya bergantung pada penunjukan saja.

Ketahanan Korosi

Ketahanan korosi atmosferik untuk 7015 terbilang sedang; dalam lingkungan yang ringan paduan ini bekerja dengan baik, tetapi dalam atmosfer yang mengandung klorida atau laut lebih rentan terhadap pitting dan korosi antar butir dibandingkan sebagian besar paduan seri 5xxx atau 6xxx. Perlindungan seperti anodizing, pelapisan aluminium murni, lapisan kromat konversi, atau penggunaan temper overaged (T73/T76) secara signifikan meningkatkan daya tahan permukaan.

Retak korosi tegangan (SCC) adalah perhatian penting untuk 7015 pada kondisi temper peak-aged (T6/T651) saat digunakan dalam kondisi tegangan dan korosif tinggi, karena kombinasi kekuatan tinggi dan kondisi presipitasi pada batas butir meningkatkan inisiasi SCC. Temper overaged dan pemrosesan termomekanik yang dikendalikan mengurangi kerentanan SCC dengan membuat presipitat lebih kasar atau tersebar ulang serta mengurangi tegangan internal.

Interaksi galvanik umum terjadi pada paduan aluminium: 7015 bersifat anodis terhadap baja tahan karat dan beberapa paduan berbasis tembaga, sehingga isolasi atau proteksi korban dianjurkan dalam rakitan logam campuran. Dibandingkan paduan seri 5xxx yang diperkeras kerja (misalnya 5052), 7015 memberikan kekuatan lebih tinggi tetapi umumnya ketahanan korosi lebih buruk kecuali diberi perlindungan atau di-overaged.

Sifat Fabrikasi

Kemudahan Pengelasan

Pengelasan 7015 cukup menantang karena kandungan seng/magnesium yang tinggi dan sifat pengerasan presipitasi; pengelasan fusi (TIG/MIG) sering menyebabkan hilangnya temper di zona terpengaruh panas (HAZ) dan zona pelunakan yang dapat menurunkan kekuatan secara signifikan. Praktik yang dianjurkan termasuk menggunakan filler dengan kimia kompatibel, perlakuan larutan dan aging pasca las jika memungkinkan, atau lebih memilih pengikat mekanis dan perekat untuk struktur kritis. Risiko retak panas dan porositas meningkat pada penampang tebal dan jika terjadi kontaminasi atau input panas tidak tepat.

Kemudahan Mesin

Kemudahan mesin 7015 dalam kondisi anil (O) baik hingga sangat baik, dengan pembentukan serpihan stabil dan gaya potong yang menguntungkan; pada temper peak-aged kemudahan mesin menurun dan keausan alat meningkat. Alat karbida dan setup kaku dianjurkan, dengan kecepatan potong sedang hingga tinggi untuk finishing dan kecepatan rendah untuk pengupasan material berat. Hasil permukaan dan fitur kritis fatigue harus di-mesin pada temper terkontrol untuk menghindari kerusakan residual.

Kemampuan Pembentukan

Pembentukan paling mudah pada temper O dan beberapa H1x yang memiliki plastisitas tinggi dan radius lentur yang dapat kecil; pada kondisi T6 peak-aged kemampuan bentuk buruk dan springback signifikan. Radius lentur minimum yang dianjurkan untuk kondisi T6 adalah 2–4× ketebalan untuk lenturan sederhana, dengan radius lebih kecil mungkin pada temper O atau H14; pembentukan hangat atau siklus solusi dan aging digunakan untuk membentuk bentuk kompleks sebelum aging akhir. Perancang harus merencanakan pembentukan sebelum perlakuan panas akhir atau menggunakan perlakuan stabilisasi pasca pembentukan untuk mengendalikan distorsi.

Perilaku Perlakuan Panas

7015 adalah paduan klasik yang dapat diperlakukan panas dengan respons kuat terhadap perlakuan larutan diikuti oleh quench cepat dan aging buatan. Suhu perlakuan larutan biasanya sekitar 470–480 °C untuk melarutkan elemen paduan utama ke dalam matriks jenuh; quench cepat (water quench) dibutuhkan untuk mempertahankan larutan padat jenuh.

Jadwal aging buatan bervariasi sesuai sifat yang diinginkan: T6 biasanya menggunakan aging suhu rendah (misalnya 120–145 °C) selama beberapa jam untuk mencapai kekuatan puncak, sedangkan overaging T73/T76 menggunakan suhu lebih tinggi atau waktu lebih lama untuk memperbesar presipitat dan meningkatkan ketahanan korosi/SCC. Transisi antar temper memerlukan pendinginan terkontrol, kemungkinan pelurusan/peregangan (T651), dan kontrol proses akurat untuk mencapai sifat mekanik yang dapat diulang.

Untuk kelengkapan, perilaku non-perlakuan panas terbatas karena 7015 pada dasarnya dirancang untuk pengerasan presipitasi; pengerasan kerja dapat memberikan peningkatan kekuatan sedang tetapi tidak dapat menandingi manfaat perlakuan larutan dan aging. Anil (O) melunakkan material sepenuhnya dan digunakan untuk pembentukan atau pemesinan sebelum perlakuan panas akhir.

Kinerja Suhu Tinggi

Pada suhu tinggi 7015 menunjukkan penurunan signifikan pada kekuatan luluh dan tarik, dengan kinerja struktural yang berguna biasanya terbatas pada suhu di bawah kira-kira 120–150 °C. Ketahanan creep terbatas dibandingkan paduan suhu tinggi; beban berkelanjutan pada suhu tinggi mempercepat overaging dan pembesaran presipitat, mengurangi kekuatan dan umur lelah.

Oksidasi aluminium pada suhu layanan ini umumnya terbatas oleh pembentukan oksida pelindung, tetapi lingkungan suhu tinggi yang kimiawi agresif atau mengandung klorida dapat mempercepat korosi baik pada material masif maupun pelapis pelindung. Zona terpengaruh panas pada bagian las sangat rentan terhadap kehilangan kekuatan dan perubahan mikrostruktur akibat paparan suhu berikutnya.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 7015
Aerospace	Fitting fuselage dan sayap, forging struktural	Kekuatan spesifik tinggi dan kinerja lelah setelah temper yang sesuai
Marine	Anggota struktural berdaya tahan tinggi, fitting	Toleransi kerusakan baik saat overaged dan dilapisi; manfaat rasio kekuatan-berat
Defense	Komponen armor, dudukan senjata	Kekuatan tinggi dan kekakuan dengan densitas relatif rendah
Automotive	Komponen chassis berperforma tinggi	Memberikan penghematan berat pada aplikasi yang mengutamakan kekuatan dan manufaktur volume rendah
Electronics	Rangka struktural, penyebar panas (terbatas)	Konduktivitas termal memadai dan kekakuan berguna dalam rakitan kompak

7015 dipilih ketika perancang membutuhkan paduan yang menggabungkan kekuatan spesifik kelas aerospace dengan kinerja lelah yang dapat diterima dan kemampuan disesuaikan lewat aging untuk mendukung kekuatan atau ketahanan korosi. Kompleksitas proses dan biaya biasanya membatasi penggunaannya pada aplikasi di mana sifat tersebut membenarkan kontrol manufaktur yang ketat.

Wawasan Pemilihan

Pilih 7015 jika rasio kekuatan terhadap bobot tinggi dan kinerja lelah terkontrol lebih diutamakan dibanding kemudahan pengelasan atau ketahanan korosi puncak. Paduan ini cocok untuk bagian aerospace dan struktural berperforma tinggi yang dapat menjalani pemrosesan termomekanik dan perlakuan panas pasca las.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (misalnya, 1100), 7015 menukar konduktivitas dan kemampuan pembentukan dengan kekuatan dan kekakuan yang jauh lebih tinggi, sehingga tidak cocok jika konduktivitas listrik atau kemampuan pembentukan ekstrem menjadi persyaratan utama. Dibandingkan dengan paduan yang dikeraskan secara kerja seperti 3003 atau 5052, 7015 menawarkan kekuatan yang jauh lebih tinggi namun umumnya kemampuan pembentukan yang lebih buruk pada temper puncak dan memerlukan pengendalian penguapan usia; material ini juga cenderung lebih sensitif terhadap korosi yang diinduksi oleh klorida. Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas umum seperti 6061 atau 6063, 7015 memberikan kekuatan puncak dan kekakuan yang lebih tinggi, namun sering kali dengan biaya lebih tinggi, kemampuan las yang lebih rendah, dan risiko SCC (Stress Corrosion Cracking) yang lebih besar; pilih 7015 ketika margin kekuatan ekstra dan karakteristik kelelahan tersebut menjadi penentu meskipun ada kompromi.

Ringkasan Penutup

Paduan 7015 tetap menjadi solusi aluminium berdaya tahan tinggi yang relevan ketika kekuatan spesifik tingkat dirgantara dan performa kelelahan dibutuhkan serta ketika proses manufaktur dapat mengendalikan perlakuan panas dan perlindungan permukaan. Komposisi kimia dan fleksibilitas tempernya memungkinkan engineer untuk menyesuaikan kekuatan versus ketahanan korosi, menjadikannya material spesialis untuk aplikasi struktural yang menuntut.