Aluminium 7020: Komposisi, Properti, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Lengkap

7020 adalah paduan aluminium seri 7xxx (keluarga Al-Zn-Mg) yang dirancang untuk kekuatan tinggi dengan fokus pada peningkatan ketangguhan dan performa terhadap korosi akibat tegangan dibandingkan dengan paduan 7xxx tradisional. Komposisi nominalnya berpusat pada seng sebagai elemen penguat utama dengan magnesium sebagai elemen sekunder serta kandungan tembaga dan kromium yang rendah untuk mengontrol struktur butir dan rekristalisasi.

Paduan ini dapat diproses perlakuan panas dan memperoleh kekuatan terutama melalui perlakuan larutan, quenching, dan penuaan buatan (penguatan presipitasi fase Zn-Mg), meskipun pengerasan akibat kerja (work-hardening) memiliki efek terbatas dibandingkan dengan seri yang tidak dapat diperlakukan panas. Ciri utama meliputi kekuatan spesifik tinggi, ketahanan kelelahan yang cukup baik untuk paduan aluminium berkekuatan tinggi, ketahanan korosi sedang (lebih baik dibanding paduan 7xxx dengan kandungan Cu tinggi), kemampuan bentuk terbatas pada temperatur puncak, serta kemampuan las yang hati-hati karena pelunakan zona pengaruh panas (HAZ).

7020 umumnya digunakan pada fittings aerospace, komponen struktural, transportasi, dan aplikasi kelautan di mana dibutuhkan kombinasi kekuatan tinggi, ketangguhan patah yang baik, dan ketahanan korosi yang memadai. Engineer memilih 7020 ketika diperlukan rasio kekuatan terhadap berat yang lebih tinggi dan ketahanan retak korosi tegangan (SCC) yang lebih baik dibandingkan paduan seri 6xxx konvensional, atau ketika dibutuhkan kekuatan seri 7xxx namun ketahanan korosi dan ketangguhan patah 7075 yang lebih rendah tidak dapat diterima.

7020 dipilih daripada paduan lain ketika desainer menginginkan keseimbangan antara kekuatan statis dan kelelahan yang tinggi dengan peningkatan ketahanan terhadap retak korosi tegangan serta stabilitas penuaan yang lebih baik. Paduan ini bersaing dengan 6061 dan 7075 di banyak aplikasi struktural, seringkali dipilih apabila kemampuan las atau duktilitas lebih tinggi pada beberapa temper menjadi pertimbangan. Ketersediaan dalam bentuk ekstrusi, plat, dan lembaran serta jadwal perlakuan panas yang sudah mapan membuat 7020 menarik untuk produksi komponen dengan performa mekanik yang dapat diprediksi.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Bentuk	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Sangat Baik	Sangat Baik	Fully annealed, duktilitas tertinggi untuk pembentukan
T4	Sedang (penuaan alami)	Sedang-Tinggi	Baik	Baik	Solution treated dan penuaan alami; kemampuan bentuk baik untuk kekuatan sedang
T6	Tinggi	Sedang	Cukup-Kurang	Terbatas	Solution treated + penuaan buatan; kekuatan puncak untuk beban statis
T651	Tinggi (stress-relieved)	Sedang	Cukup-Kurang	Terbatas	T6 dengan stretching terkontrol untuk mengurangi tegangan sisa
H14	Sedang-Tinggi	Rendah-Sedang	Terbatas	Baik	Strain-hardened oleh pengerjaan dingin parsial; kekuatan menengah tanpa perlakuan panas
T5	Sedang-Tinggi	Sedang	Terbatas	Terbatas	Didinginkan dari suhu tinggi dan dipenuaan secara buatan; digunakan untuk ekstrusi

Temper sangat berpengaruh pada keseimbangan antara kekuatan dan duktilitas pada 7020. Kondisi annealed (O) atau T4 memberikan kemampuan bentuk terbaik untuk stamping atau pembentukan dalam, sedangkan T6/T651 memberikan kekuatan statis tertinggi namun mengalami pengurangan kelenturan saat pembengkokan dan memerlukan kehati-hatian untuk mencegah springback dan retak.

Temper yang dapat diperlakukan panas menunjukkan pelunakan zona pengaruh panas (HAZ) yang signifikan pada sambungan las; desainer sering memilih T651 untuk bagian struktural kritis guna mengelola tegangan sisa dan stabilitas. Temper H dan T5 yang lebih menengah digunakan ketika pengerjaan dingin parsial atau penuaan di lini produksi pada ekstrusi memberikan kekuatan yang cukup sambil menjaga kelayakan operasional pembentukan atau penyambungan.

Komposisi Kimia

Unsur	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.12	Impuritas; membatasi cacat pengecoran dan mengurangi pengaruh pada kekuatan
Fe	≤ 0.50	Impuritas; kadar tinggi mengurangi ketangguhan dan kemampuan mesin
Mn	0.03 – 0.20	Microalloy untuk mengontrol struktur butir dan rekristalisasi
Mg	1.0 – 1.8	Pasangan penguat utama bersama Zn (presipitat MgZn2)
Cu	≤ 0.10 – 0.25	Rendah hingga sedang; mengurangi risiko SCC dibanding paduan 7xxx dengan Cu tinggi
Zn	3.8 – 4.8	Elemen penguat utama; mengontrol penguatan presipitasi
Cr	0.04 – 0.20	Penghalus butir; meningkatkan ketangguhan dan mengontrol rekristalisasi
Ti	≤ 0.05	Pembentuk butir halus pada pemrosesan ingot
Lainnya (masing-masing)	≤ 0.05	Termasuk jejak V, Zr; keseimbangan Al

Penambahan unsur paduan mengatur perilaku mekanik dan korosi 7020: Zn dan Mg membentuk presipitat koheren dan semi-koheren selama penuaan yang menjadi mekanisme penguatan utama. Kromium dan sedikit tambahan Mn/Ti menyempurnakan struktur butir dan mengurangi kerentanan rekristalisasi serta patah intergranular, sementara tembaga rendah meminimalkan risiko retak korosi tegangan dibandingkan paduan 7xxx dengan Cu lebih tinggi.

Unsur impuritas seperti Fe dan Si dikontrol ketat karena membentuk partikel intermetalik yang mengurangi ketangguhan patah dan dapat menjadi pusat inisiasi retak lelah. Kontrol kimia yang baik memungkinkan respons stabil terhadap perlakuan panas dan performa mekanik konsisten di berbagai bentuk produk.

Sifat Mekanik

Pada kondisi T6/T651, 7020 menunjukkan kekuatan tarik tinggi yang cocok untuk aplikasi struktural, dengan kombinasi khas kekuatan luluh dan kekuatan tarik akhir yang mendukung komponen pembawa beban tinggi. Kekuatan luluh pada temper puncak jauh lebih tinggi dibanding paduan seri 6xxx sambil menawarkan ketangguhan lebih baik dibanding paduan 7xxx berkekuatan lebih tinggi; elongasi pada temper puncak bersifat sedang dan cukup untuk banyak bagian mesin dan struktural.

Pada kondisi annealed (O) atau solution-treated (T4), elongasi meningkat secara signifikan dan kekuatan tarik berkurang, sehingga temper ini lebih disukai untuk operasi pembentukan. Kekerasan sangat berkorelasi dengan penuaan buatan: T6 memberikan kekerasan tertinggi dan ketahanan beban statis, sedangkan kondisi annealed menunjukkan kekerasan rendah dan ketahanan terhadap penyok yang unggul.

Kinerja kelelahan 7020 umumnya baik untuk aluminium berkekuatan tinggi, didukung oleh struktur butir yang terkontrol dan kandungan Cu rendah; namun umur lelah sensitif terhadap finishing permukaan, tegangan sisa, dan lekukan lokal. Ketebalan dan bentuk produk memengaruhi sifat mekanik karena laju pendinginan dan rekristalisasi selama pemrosesan mengubah kinetika presipitasi dan morfologi butir; plat yang lebih tebal mungkin menunjukkan kekerasan dan ketangguhan puncak sedikit lebih rendah dibanding ekstrusi tipis yang diproses dengan laju pendinginan lebih cepat.

Sifat	O/Annealed	Temper Kunci (T6 / T651)	Catatan
Kekuatan Tarik (MPa)	160 – 240	360 – 420	T6 memberikan kekuatan sekitar 2–2,5 kali O; nilai bergantung bentuk produk dan ketebalan
Kekuatan Luluh (MPa)	55 – 110	320 – 370	Kekuatan luluh meningkat tajam setelah penuaan; T651 termasuk perlakuan peregangan stress-relief
Elongasi (A%)	18 – 30	8 – 14	Duktilitas berkurang seiring peningkatan kekuatan; kompromi ketangguhan patah
Kekerasan (HB)	40 – 70	110 – 140	Kekerasan Brinell meningkat dengan penuaan; kekerasan berkorelasi dengan kekuatan dan ketahanan aus

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density	~2.78 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al-Zn-Mg; rasio kekuatan-terhadap-berat yang baik
Rentang Leleh	Solidus ~475–490°C; Liquidus ~635–645°C	Solidus/liquidus paduan tergantung komposisi dan impuritas tepat
Konduktivitas Termal	~130 – 160 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni tetapi memadai untuk pembuangan panas dibanding baja
Konduktivitas Listrik	~28 – 36 % IACS	Lebih rendah dari seri 1xxx dan 6xxx karena paduan; tipikal untuk aluminium berkekuatan tinggi
Kalor Spesifik	~880 J/kg·K	Berperan dalam desain termal dan perhitungan panas sementara
Ekspansi Termal	~23 – 24 µm/m·K (20–100°C)	Mirip dengan paduan aluminium lain; penting untuk desain ekspansi diferensial

7020 mempertahankan densitas rendah aluminium dan konduktivitas termal yang menguntungkan, menjadikannya menarik pada aplikasi yang memerlukan penghematan massa dan pembuangan panas. Penurunan konduktivitas listrik dan termal dibanding aluminium murni merupakan kompromi untuk peningkatan kekuatan melalui presipitasi hardening.

Karakteristik termal ini menentukan jendela perlakuan panas dan batas layanan; desainer harus memperhitungkan kehilangan signifikan penguatan presipitasi apabila komponen beroperasi pada suhu tinggi mendekati atau melebihi suhu penuaan tipikal.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis (Sheet)	0.5 – 6 mm	Respons quenching dan aging terbaik pada ketebalan tipis	O, T4, T6	Banyak digunakan untuk panel struktural ringan dan bagian yang dikerjakan dengan mesin
Plat	6 – 100+ mm	Bagian tebal mungkin memiliki kekuatan puncak sedikit berkurang	T6, T651	Membutuhkan pendinginan terkontrol untuk mendapatkan sifat yang seragam
Ekstrusi	Profil hingga penampang besar	Kekuatan arah yang baik; aging dapat dilakukan secara langsung	T5, T6, T651	Populer untuk rangka struktural dan penampang kompleks
Tabung	Diameter bervariasi; tanpa sambungan/las	Mirip dengan ekstrusi; ketebalan dinding mempengaruhi proses aging	T6, T651	Digunakan untuk pipa berdaya tahan tinggi dan elemen struktural
Batang/Rod	Diameter hingga 200 mm	Kemampuan machining dan keseragaman tergantung ukuran penampang padat	O, T6	Digunakan untuk fitting, komponen mesin, dan tempa

Plat tipis dan ekstrusi tipis biasanya mencapai sifat puncak lebih cepat karena laju pendinginan lebih cepat, sedangkan bagian plat tebal memerlukan pengolahan hati-hati untuk mencegah inti lunak. Profil ekstrusi memungkinkan penampang yang disesuaikan dan dapat diubah kekerasannya secara langsung setelah quench (T5) atau setelah proses penghilang tegangan (T651) untuk stabilitas dimensi.

Pilihan proses manufaktur didorong oleh kinerja mekanik yang dibutuhkan dan kompleksitas geometri: siklus perlakuan panas dilakukan terlebih dahulu pada bagian yang memerlukan pembengkokan signifikan, sedangkan proses mesin dari batang biasanya menggunakan kondisi T6 untuk kontrol dimensi dan ketahanan terhadap kelelahan.

Setara Grade

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	7020	USA	Penamaan paduan umum di bawah Aluminum Association
EN AW	7020	Eropa	EN AW-7020 sering digunakan; spesifikasi kimia dan mekanik mengikuti standar EN
JIS	A7020	Jepang	Varian JIS mempertahankan batas komposisi yang serupa namun dengan toleransi regional
GB/T	7020	China	Grade GB/T Cina sesuai dengan komposisi dan aplikasi internasional 7020

Spesifikasi regional untuk 7020 secara umum konsisten dalam rentang unsur dan definisi temper, namun toleransi elemen pengotor dan pengujian mekanik bisa berbeda. Standar Eropa EN AW-7020 menekankan kontrol ketat terhadap elemen penghambat rekristalisasi untuk kualitas plat dan ekstrusi.

Pengguna disarankan merujuk pada standar/sertifikat spesifik untuk toleransi dimensi, inklusi yang diizinkan, dan kontrol proses pemasok karena hal tersebut memengaruhi masa lelah, ketahanan SCC, dan tingkat cacat yang boleh diterima pada komponen kritis.

Ketahanan Korosi

Dalam lingkungan atmosfer, 7020 menunjukkan ketahanan korosi sedang dengan performa lebih baik dibandingkan paduan 7xxx kandungan tembaga tinggi karena kadar Cu-nya relatif rendah. Anodizing alami dan pelapisan kromat atau pelapis organik modern secara signifikan meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi umum, sehingga 7020 cocok untuk banyak aplikasi struktural luar ruangan.

Pajanan laut mempercepat korosi lokal; 7020 dapat digunakan pada struktur laut dengan perlindungan tambahan (anodizing, pelapis konversi, penyegelan sambungan, dan cat pelindung). Menghindari penahanan air laut yang stagnan dan isolasi logam berbeda adalah praktik desain penting untuk mengurangi serangan galvanik.

Kerentanan terhadap stress-corrosion cracking (SCC) pada 7020 lebih rendah dibandingkan paduan 7xxx ber-Cu tinggi, namun tetap menjadi pertimbangan desain untuk temper berkekuatan tinggi dan beban berat (T6). Desain sambungan, pemilihan temper (lebih memilih T4/T651 jika memungkinkan), serta perlakuan panas pasca-las biasanya digunakan untuk mengurangi risiko SCC.

Interaksi galvanik dengan baja, tembaga, atau paduan tahan karat bisa signifikan di lingkungan klorida; gunakan penghalang isolasi, pelapis korosi yang dapat dikorbankan, atau proteksi katodik pada sambungan. Dibandingkan paduan aluminium seri 5xxx (Mg) dan 6xxx (Mg-Si), 7020 menawarkan kekuatan lebih tinggi dengan perlakuan kontrol korosi yang sedikit lebih ketat.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

7020 dapat dilas menggunakan teknik fusi umum (TIG, MIG), namun las pada temper kekuatan tinggi mengalami pelunakan signifikan pada zona terpengaruh panas (HAZ); perlakuan panas pasca-las sering diperlukan untuk mengembalikan kekuatan pada aplikasi kritis. Paduan pengisi seperti 5356 atau pengisi Al-Mg lainnya umum digunakan untuk mengurangi risiko retak panas dan meningkatkan daktisitas logam las. Desain sambungan yang cermat, penghilang tegangan mekanik sebelum dan sesudah las, serta kontrol input panas mengurangi porositas dan masalah HAZ; pengelasan fusi untuk komponen penopang beban dilakukan dengan kualifikasi serta biasanya diikuti dengan aging lokal.

Kemampuan Mesin

Kemampuan mesin 7020 secara umum tergolong sedang hingga baik untuk aluminium berkekuatan tinggi, dengan bagian padat menghasilkan chip yang konsisten saat menggunakan pahat carbide tajam. Tooling yang direkomendasikan termasuk insert carbide berlapis dengan geometri rake positif serta pelumasan atau pendinginan melimpah untuk mengendalikan built-up edge dan meningkatkan hasil akhir permukaan. Kecepatan potong lebih tinggi dibanding baja namun lebih rendah dari aluminium lunak, dengan feed dan kedalaman potong dioptimalkan untuk menghindari getaran dan mengelola panas di zona potong.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk sangat bergantung pada temper: kondisi O dan T4 memberikan kebengkokan, penarikan dalam, dan stamping terbaik, sementara T6 dan T651 jauh lebih sulit dibentuk dan rentan retak pada radius kecil. Radius minimum khas sisi dalam untuk plat 7020 yang di-anil sekitar 1× ketebalan, sedangkan bagian T6 biasanya memerlukan radius 2–4× ketebalan atau penggunaan tooling khusus dan pembentukan pada suhu tinggi untuk menghindari retak. Springback cukup signifikan di temper kekuatan tinggi, sehingga kompensasi tooling dan uji coba sangat penting untuk presisi bentuk.

Perilaku Perlakuan Panas

7020 adalah paduan yang dapat diberi perlakuan panas: perlakuan solusi biasanya dilakukan pada suhu sekitar 470–480°C untuk melarutkan fase kaya Zn-Mg ke dalam larutan padat, diikuti dengan pendinginan cepat untuk menjaga supersaturasi. Aging buatan (T6) umumnya dilakukan pada suhu 120–160°C selama beberapa jam untuk mengendapkan fase penguat dan mencapai kekerasan puncak; kurva aging harus disesuaikan dengan ukuran penampang dan keseimbangan kekuatan serta ketangguhan yang diinginkan.

Temper T651 menunjukkan T6 dengan operasi penggulungan terkontrol untuk meminimalkan tegangan sisa dan distorsi; temper ini disukai untuk bagian struktural yang memerlukan stabilitas dimensi dan ketahanan kelelahan. Berbeda dengan paduan yang tidak dapat diberi perlakuan panas, kekuatan 7020 didominasi oleh ukuran dan distribusi presipitat, bukan oleh pengerjaan dingin, sehingga kontrol waktu-suhu dan laju pendinginan sangat penting untuk mencapai sifat mekanik sesuai spesifikasi.

Performa Suhu Tinggi

7020 kehilangan sebagian besar kekuatan presipitasi pada suhu operasi tinggi; paparan jangka panjang di atas ~120°C menyebabkan presipitat membesar dan mengurangi kekuatan luluh serta tarik. Paparan jangka pendek pada suhu lebih tinggi dapat diterima, namun siklus berulang atau paparan berkepanjangan akan mempersingkat umur lelah dan menurunkan kemampuan menahan beban. Oksidasi aluminium pada suhu operasi umum minimal, namun lapisan pelindung dapat menurun performanya pada suhu tinggi dan mengekspos logam dasar pada lingkungan korosif.

Zona terpengaruh panas di sekitar las sangat rentan karena pemanasan lokal mengubah distribusi presipitat dan dapat menghasilkan pita lunak yang memusatkan regangan saat siklus mekanik atau termal. Untuk aplikasi yang memerlukan retensi sifat mekanik pada suhu tinggi, paduan alternatif yang dirancang khusus untuk penggunaan suhu tinggi harus dipertimbangkan.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 7020
Aerospace	Fitting struktural, komponen bulkhead	Kekuatan tinggi terhadap berat dengan ketangguhan patahan dan ketahanan SCC yang baik
Marine	Penopang dek, rangka	Ketahanan korosi lebih baik dibandingkan paduan 7xxx berkandungan Cu tinggi dan kekuatan baik
Otomotif / Kereta Api	Profil ekstrusi berkekuatan tinggi, komponen chassis	Kekuatan dan performa lelah untuk elemen struktural ringan
Olahraga / Rekreasi	Rangka sepeda performa tinggi, pipa struktural	Kekuatan terhadap berat dan kemampuan machining baik untuk bagian presisi
Elektronik / Termal	Penyebar panas struktural, housing	Keseimbangan kekakuan, konduktivitas termal dan kemampuan machining

7020 digunakan ketika perancang membutuhkan kombinasi unggul antara kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan korosi yang cukup baik pada komponen fabrikasi maupun yang dikerjakan mesin. Ketersediaannya dalam berbagai bentuk produk dan resep perlakuan panas yang mapan menjadikannya pilihan serbaguna untuk bagian rekayasa yang memerlukan konsistensi performa dan daya tahan siklus hidup.

Wawasan Pemilihan

Pilih 7020 ketika diperlukan kekuatan statis dan kelelahan yang tinggi serta peningkatan ketangguhan retak dan pengurangan risiko SCC jika dibandingkan dengan paduan 7xxx ber-Cu tinggi. Ini sangat cocok untuk bagian struktural, dirgantara, dan kelautan di mana penghematan berat dan perilaku penuaan yang dapat diprediksi menjadi prioritas.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (misalnya, 1100), 7020 menukar konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan bentuk yang signifikan dengan kekuatan yang jauh lebih tinggi; gunakan 1100 saat konduktivitas atau kemampuan bentuk menjadi dominan dan 7020 saat kemampuan menahan beban sangat penting. Dibandingkan dengan paduan pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, 7020 menawarkan kekuatan yang jauh lebih tinggi tetapi memerlukan kontrol perlakuan panas dan perlindungan korosi; pilih 3003/5052 ketika pembentukan atau ketahanan korosi di lingkungan klorida tanpa perlakuan panas menjadi hal utama. Dibandingkan dengan paduan 6xxx yang dapat diperlakukan panas umum (6061/6063), 7020 biasanya memberikan kekuatan lebih tinggi dan performa kelelahan lebih baik tetapi mungkin memiliki biaya material yang lebih tinggi serta persyaratan pengelasan/perlakuan panas yang lebih ketat; utamakan 7020 ketika rasio kekuatan-terhadap-berat dan ketangguhannya yang superior membenarkan kendala pemrosesan tambahan tersebut.

Ringkasan Akhir

7020 tetap menjadi paduan aluminium kekuatan tinggi yang relevan untuk rekayasa modern karena keseimbangan yang menguntungkan antara kekuatan, ketangguhan, dan perilaku korosi terkendali, dipadukan dengan ketersediaan bentuk produk yang serbaguna dan jalur perlakuan panas yang sudah dipahami dengan baik. Posisi paduan ini di antara paduan 6xxx konvensional dan paduan 7xxx yang kekuatannya lebih tinggi namun lebih rentan terhadap korosi menjadikannya pilihan praktis untuk aplikasi struktural yang menuntut performa yang andal dan dapat diulang.