Aluminium 7030: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

Alloy 7030 adalah paduan aluminium seri 7xxx, yang termasuk dalam keluarga Zn-Mg-Cu dari paduan heat-treatable dengan kekuatan tinggi. Material ini dirancang untuk aplikasi yang memerlukan rasio kekuatan-terhadap-berat tinggi dengan ketangguhan patah dan ketahanan lelah yang dapat diterima. Unsur paduan utama biasanya meliputi seng sebagai elemen penguat utama, magnesium dan tembaga untuk membentuk presipitasi pengerasan usia (age-hardening), serta tambahan kecil kromium atau titanium untuk kontrol butir dan ketahanan terhadap rekristalisasi. Mekanisme pengerasan utamanya adalah pengerasan presipitasi (age hardening) setelah perlakuan larutan dan quenching, dengan sifat yang dapat disesuaikan melalui penuaan buatan dan temper stress-relief.

Ciri utama 7030 meliputi kekuatan tarik dan luluh yang tinggi pada temper penuaan puncak, sifat lelah yang sedang hingga baik jika diproses dengan benar, dan trade-off khas seri 7xxx berupa penurunan ketahanan korosi umum dibandingkan keluarga 5xxx/6xxx kecuali jika dilakukan overaged untuk ketahanan terhadap stress-corrosion cracking (SCC). Kemampuan las relatif terbatas dibandingkan paduan yang tidak heat-treatable karena pelunakan zona terpengaruh panas (HAZ) dan kemungkinan retak panas; kemampuan bentuk dapat diterima dalam kondisi annealed tetapi berkurang secara progresif pada temper penuaan puncak. Industri tipikal pengguna 7030 adalah komponen struktural dirgantara, rangka transportasi berperforma tinggi, dan peralatan olahraga khusus di mana rasio kekuatan-terhadap-berat dan performa lelah sangat penting.

Para engineer memilih 7030 dibandingkan paduan lain ketika mereka membutuhkan keseimbangan antara kekuatan sangat tinggi dengan pengelolaan ketangguhan dan ketahanan patah yang lebih baik dibandingkan beberapa varian seri 7xxx dengan kekuatan lebih tinggi. Paduan ini dipilih dibandingkan paduan dengan kekuatan lebih rendah ketika pengurangan massa diperlukan tanpa harus beralih ke komposit canggih, dan lebih disukai dibandingkan grade 7xxx lain apabila pemasok dapat menyesuaikan tempering untuk mendapatkan kompromi optimal antara ketahanan SCC dan kekuatan puncak.

Varian Temper

Temper	Level Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Lasabilitas	Catatan
O	Rendah	Tinggi (20–35%)	Sangat Baik	Sangat Baik	Kondisi fully annealed; formabilitas terbaik
T4	Sedang	Sedang (10–20%)	Baik	Buruk–Sedang	Penuaan alami setelah quench; kekuatan menengah
T6	Tinggi	Rendah–Sedang (6–12%)	Terbatas	Buruk	Perlakuan larutan dan penuaan buatan untuk kekuatan puncak
T651	Tinggi	Rendah–Sedang (6–12%)	Terbatas	Buruk	T6 dengan stress-relief melalui peregangan; umum untuk bagian struktural
T7x (misal T73/T76)	Sedang–Tinggi	Sedang (10–18%)	Lebih Baik dari T6	Buruk	Temper overaged untuk meningkatkan ketahanan korosi dan SCC
H1x / H2x	Variabel	Variabel	Variabel	Variabel	Strain-hardened/temper; jarang digunakan pada paduan 7xxx

Pemilihan temper secara signifikan mengubah performa 7030: kondisi annealed O memberikan formabilitas terbaik dan elongasi tertinggi untuk operasi stamping dan forming, sementara T6/T651 memaksimalkan kekuatan statis dengan mengorbankan duktilitas dan formabilitas. Temper overaged seperti T73 atau T76 digunakan saat ketahanan terhadap stress-corrosion cracking dan ketahanan korosi eksfoliasi yang lebih baik diperlukan, dengan penurunan kekuatan luluh dan tarik puncak dibanding T6.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	0,10 maks	Impuritas; dikontrol untuk membatasi intermetallic getas
Fe	0,50 maks	Pembentuk intermetallic; meningkatkan kekuatan sedikit namun menurunkan ketangguhan
Mn	0,05 maks	Deoksidator minor; biasanya sangat rendah pada keluarga 7xxx
Mg	2,0–3,0	Elemen penuaan utama; membentuk presipitasi MgZn2 bersama Zn
Cu	1,0–2,0	Meningkatkan kekuatan dan kekerasan; mempengaruhi korosi dan ketangguhan
Zn	5,5–7,0	Elemen paduan penguat utama dalam seri 7xxx
Cr	0,05–0,25	Microalloy untuk kontrol struktur butir, meningkatkan ketahanan rekristalisasi
Ti	0,02–0,15	Refiner butir untuk pengecoran dan pengolahan ingot
Lainnya	Seimbang Al; residual total <0,15 masing-masing	Elemen jejak dan residu tergantung proses

Performa 7030 ditentukan oleh interaksi Zn, Mg dan Cu selama perlakuan larutan, quench, dan penuaan di mana presipitasi MgZn2 (η') dan fasa terkait membentuk dispersi halus yang memberikan kekuatan tinggi. Tembaga meningkatkan kekerasan dan kekuatan yang dapat dicapai namun dengan pengorbanan ketahanan korosi dan kemampuan las. Kromium dan titanium digunakan dalam jumlah mikro-paduan untuk mengontrol ukuran butir dan mencegah rekristalisasi yang tidak diinginkan selama proses termomekanik.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik 7030 khas paduan aluminium heat-treatable berkekuatan tinggi: menunjukkan peningkatan signifikan pada kekuatan luluh dan kekuatan tarik maksimum dengan penuaan buatan, sementara elongasi hingga patah menurun. Pada temper penuaan puncak, paduan ini menampilkan batas elastis yang relatif tinggi dan plateau yield yang sempit, dengan mekanisme patah duktile yang didominasi oleh sobekan duktile transgranular dan koalensi rongga ketika diproses untuk ketangguhan patah optimal. Kekuatan lelah baik dibandingkan banyak paduan aluminium jika diproduksi dengan kontrol proses yang ketat, tetapi sensitif terhadap kondisi permukaan dan tegangan tarik residual yang diperkenalkan oleh proses mesin atau pembentukan.

Properti luluh dan tarik sensitif terhadap ketebalan penampang dan laju pendinginan setelah perlakuan larutan; penampang tebal dapat mempertahankan mikrostruktur yang lebih lunak akibat pendinginan yang lambat, menyebabkan kekuatan lebih rendah dan umur lelah berubah. Kekerasan meningkat secara signifikan selama penuaan dari baseline perlakuan larutan menuju nilai puncak; kekerasan dan kekuatan akan menurun jika overaged untuk meningkatkan ketahanan korosi. Proses termomekanik yang tepat, termasuk quench terkendali dan penuaan buatan, sangat penting untuk mencapai keseimbangan yang dapat direproduksi antara kekuatan, duktilitas, dan performa lelah.

Properti	O/Annealed	Temper Kunci (misal T6/T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	210–260 MPa	520–580 MPa	Nilai penuaan puncak indikatif; variasi ketebalan dan pemasok berlaku
Kekuatan Luluh	70–130 MPa	480–520 MPa	Kekuatan luluh meningkat signifikan dengan penuaan; perhatikan scatter karena ukuran penampang
Elongasi	20–35%	6–12%	Elongasi menurun seiring kenaikan kekuatan; formabilitas terbatas pada temper puncak
Kekerasan (HB)	40–60 HB	150–170 HB	Kekerasan Brinell perkiraan; berkorelasi dengan rentang kekuatan tarik

Sifat Fisik

Properti	Nilai	Catatan
Massa Jenis	~2,78 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al-Zn-Mg-Cu wrought berkekuatan tinggi
Rentang Leleh	~490–640 °C	Rentang solidus–liquidus bervariasi tergantung komposisi dan impuritas
Konduktivitas Termal	~130–160 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni; tergantung temper dan kandungan paduan
Konduktivitas Listrik	~30–40 % IACS	Menurun akibat paduan; beragam sesuai temper dan pengerasan kerja
Kalor Spesifik	~0,90 J/g·K (900 J/kg·K)	Nilai tipikal dekat suhu kamar
Koefisien Ekspansi Termal	~23–24 µm/m·K	Koefisien ekspansi linier pada kisaran 20–100 °C

Massa jenis 7030 menghasilkan rasio kekuatan-terhadap-berat yang menguntungkan dibandingkan baja dan beberapa paduan titanium, memungkinkan desain struktural ringan. Konduktivitas termal dan listrik lebih rendah dibanding aluminium murni karena adanya atom solut dan presipitasi yang menyebarkan elektron dan fonon, yang harus diperhatikan dalam aplikasi manajemen termal. Rentang leleh dan koefisien ekspansi termal memberikan informasi penting untuk desain pengecoran, pengelasan, dan stabilitas dimensi, terutama untuk rakitan yang menggabungkan material berbeda.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Sheet (Lembaran)	0.3–6.0 mm	Kekuatan tergantung pada temper dan ketebalan; ketebalan tipis lebih cepat quench	O, T4, T6, T651	Digunakan untuk panel, kulit, dan komponen bentuk
Plate (Plat)	6–200+ mm	Kekuatan penampang tebal berkurang akibat sensitivitas quench	T6, T7, T651	Anggota struktural dan bagian mesin besar
Extrusion (Ekstrusi)	Ketebalan dinding bervariasi; profil sampai beberapa ratus mm	Perilaku aging dan quench penting untuk bagian panjang	T6, T651	Profil kompleks untuk rangka dan penguat
Tube (Tabung)	Diameter mm–meter; ketebalan dinding bervariasi	Serupa dengan ekstrusi; sifat mekanik tergantung pada pembentukan	T6, T651	Tabung kekuatan tinggi untuk kopel atau strut landing gear
Bar/Rod (Batang)	Diameter mm–100 mm	Struktur mikro homogen diperlukan untuk bagian rawan fatigue	T6, T651	Digunakan untuk baut, pin, dan fitting mesin

Bentuk produk dan jalur proses mempengaruhi laju quench, struktur butir, dan tegangan sisa yang pada akhirnya memengaruhi kekuatan dan ketangguhan yang dapat dicapai pada 7030. Sheet dan ekstrusi tipis lebih mudah mencapai temper puncak karena kemampuan quench cepat, sementara plat tebal dan penampang berat memerlukan jadwal pendinginan yang disesuaikan dan terkadang overaging untuk memitigasi tegangan sisa akibat quench serta meningkatkan ketahanan SCC.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	7030	USA	Penamaan industri untuk keluarga paduan; batas komposisi dapat berbeda oleh pemasok
EN AW	7030	Europe	Sering dirujuk sebagai EN AW‑7030 dalam spesifikasi Eropa
JIS	Tidak ada ekuivalen langsung	Jepang	Tidak ada ekuivalen JIS tepat; perbandingan fungsional terdekat adalah grade seri 7xxx dengan kekuatan tinggi
GB/T	Tidak ada ekuivalen langsung	China	Standar China mungkin menggunakan penamaan 7xxx berbeda; cek sertifikasi pemasok

Referensi silang langsung antar standar nasional terbatas karena 7030 adalah komposisi khusus dalam keluarga 7xxx yang luas dan tidak setiap badan standar menyediakan padanan tepat. Saat menentukan pengadaan internasional, engineer sebaiknya membandingkan batas kimia dan mekanik, penunjukan temper, dan persyaratan perlakuan panas daripada hanya mengandalkan angka grade antar standar.

Ketahanan Korosi

Ketahanan korosi atmosfer 7030 bersifat sedang dan biasanya kurang dibanding paduan 5xxx atau 6xxx akibat kadar seng dan tembaga tinggi yang memicu bentuk korosi lokal. Dalam atmosfer netral dengan pemilihan temper paduan dan finishing permukaan yang tepat (konversi kromat, anodizing, atau pelapis pelindung), kinerjanya dapat diterima untuk banyak struktur terbuka, tetapi atmosfer aktif yang mengandung garam atau industri mempercepat korosi lubang dan exfoliasi. Overaging ke temper T7 dan penerapan perlakuan pelindung adalah strategi umum untuk meningkatkan perilaku jangka panjang.

Di lingkungan laut, 7030 rentan terhadap pitting dan korosi celah, terutama dalam lingkungan kaya klorida jika tidak terlindungi; pelapis pengorbanan atau proteksi katodik biasanya diperlukan untuk layanan lama. Stress-corrosion cracking (SCC) adalah perhatian utama untuk paduan seri 7xxx: temper T6/T651 puncak lebih rentan SCC saat diberi tegangan tarik dalam lingkungan korosif, sedangkan kondisi overaged T7 mengorbankan sebagian kekuatan tetapi memperbaiki resistensi SCC secara signifikan. Interaksi galvanik dengan logam lebih mulia (misal baja tahan karat, paduan tembaga) dapat memperburuk korosi lokal; penggunaan isolasi antar muka atau pemisahan desain disarankan untuk menghindari serangan yang dipercepat.

Dibandingkan paduan 6xxx (Al-Mg-Si), 7030 biasanya memerlukan langkah tambahan pengendalian korosi untuk paparan jangka panjang; dibandingkan 7075 dan varian 7xxx kekuatan tinggi lain, perbedaan kadar tembaga dan seng serta strategi tempering menentukan ketahanan relatif terhadap SCC dan exfoliasi, sehingga data dan pengujian kualifikasi khusus paduan sangat penting.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Las

Pengelasan 7030 harus dilakukan dengan hati-hati; pengelasan fusi (TIG/MIG) sering menyebabkan pelunakan HAZ signifikan dan mengurangi kekuatan lokal akibat pelarutan presipitat penguat dan re-presipitasi yang tidak memadai saat pendinginan. Risiko hot-cracking tinggi pada paduan seri 7xxx karena adanya komponen titik lebur rendah di zona fusi dan tingginya tegangan pengerasan; pemanasan awal biasanya tidak efektif menghilangkan risiko retak. Praktik yang direkomendasikan adalah menghindari pengelasan di area beban kritis atau menggunakan pengencang mekanis; bila pengelasan tidak bisa dihindari, pemilihan filler alloy yang kompatibel (misal filler Al-Zn-Mg atau Al-Mg dengan kekuatan lebih rendah) dan strategi perlakuan panas pasca las harus divalidasi melalui pengujian.

Kemudahan Mesin

Kemudahan mesin 7030 dalam temper puncak berkisar dari sedang sampai baik dibandingkan paduan aluminium kekuatan tinggi lain. Pilihan tooling lebih ke pemotong carbide atau carbide berlapis yang berjalan pada kecepatan tinggi dengan laju umpan sedang untuk menghasilkan hasil akhir permukaan yang baik; pembentukan serpihan cenderung kontinu dan ulet, sehingga pengendalian serpihan penting. Karena kekuatan tinggi paduan, aus peralatan lebih cepat dibandingkan aluminium lunak lain dan pendingin pelumas harus digunakan agar kontrol dimensi dan umur alat terjaga.

Kemampuan Bentuk

Kemampuan bentuk terbaik terdapat pada kondisi annealed O dimana radius tekuk kecil dan tarik dalam dapat dilakukan berkat ductilitas tinggi. Pembentukan dingin pada temper T4 atau T6 terbatas dan springback signifikan karena kekuatan luluh tinggi; radius tekuk harus lebih besar dan proses harus memperhitungkan regangan akhir berkurang. Bila diperlukan kekuatan lebih tinggi setelah pembentukan, perlakuan solusi diikuti dengan urutan quench dan aging umum dilakukan; untuk bentuk kompleks, metode pembentukan panas atau incremental forming dapat dipakai untuk meminimalkan retak.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan yang dapat diperlakukan panas, 7030 merespon urutan temper T klasik: perlakuan solusi untuk melarutkan unsur paduan, quenching cepat untuk mempertahankan larutan padat jenuh, dan aging buatan terkontrol untuk presipitasi fase penguat. Suhu perlakuan solusi biasanya pada kisaran atas 460–480 °C tergantung pada ketebalan penampang dan memerlukan quench cepat untuk menghindari presipitat kasar yang tidak diinginkan. Aging buatan (misal T6) dilakukan pada suhu menengah (biasanya 120–180 °C) dengan waktu optimum untuk menghasilkan presipitat η′ yang halus dan kohesif serta memaksimalkan kekuatan.

Transisi temper T mencakup aging alami (T4) dengan perkembangan kekuatan sebagian pada suhu kamar, dan regimen overaging (T7x) dimana suhu lebih tinggi atau waktu aging lebih lama menghasilkan presipitat lebih kasar yang memperbaiki ketahanan terhadap korosi dan SCC dengan pengorbanan kekuatan puncak. Peregangan pasca solusi atau cold-work (T651) digunakan untuk mengurangi tegangan sisa dan meningkatkan stabilitas dimensi; profil waktu-suhu dan kecepatan quench harus disesuaikan dengan ukuran penampang dan temper yang diinginkan untuk menghindari mikrostruktur yang merugikan atau tidak diinginkan.

Performa pada Suhu Tinggi

7030 kehilangan kekuatan secara bertahap seiring kenaikan suhu akibat pembesaran dan pelarutan presipitat penguat; penurunan kekuatan yang nyata dapat terjadi di atas ~120 °C. Untuk paparan suhu tinggi jangka pendek, paduan dapat mempertahankan sifat berguna, tetapi untuk layanan kontinu di atas ~100–120 °C perlu dipertimbangkan paduan alternatif atau perlakuan suhu tinggi khusus. Perilaku oksidasi pada suhu tinggi serupa dengan paduan Al-Zn-Mg-Cu lain dan umumnya terbatas sendiri, namun pelapis pelindung mungkin diperlukan dalam lingkungan oksidatif atau termal siklik.

Zona terpengaruh panas di sekitar area las sangat rentan terhadap degradasi sifat akibat pelarutan dan overaging presipitat; desainer harus mempertimbangkan penurunan kekuatan lokal dan potensi penurunan umur lelah di dekat zona suhu tinggi. Untuk aplikasi tahan suhu tinggi berkelanjutan atau yang sensitif terhadap creep, paduan aluminium keluarga 7xxx umumnya tidak disukai dibandingkan titanium grade aerospace atau bronze aluminium suhu tinggi.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 7030
Aerospace	Fittings, spars, structural webs	Kekuatan spesifik tinggi dan ketangguhan patahan yang baik setelah diproses
Otomotif	Komponen suspensi, chassis performa tinggi	Rasio kekuatan terhadap berat untuk pengurangan massa dan beban dinamis
Kelautan	Anggota struktural, braket	Saat terlindungi, memberikan kekakuan dan kekuatan untuk konstruksi laut ringan
Peralatan Olahraga	Rangka sepeda performa tinggi, rangka raket	Kekuatan tinggi dan ketahanan lelah untuk peralatan performa
Elektronik	Penopang struktural, housing	Kekuatan mekanik dengan konduktivitas termal yang memadai untuk beberapa enclosure

7030 dipilih ketika desainer membutuhkan solusi aluminium berkuatan tinggi yang dapat dibentuk atau dikerjakan mesin lalu didinginkan secara suhu untuk mencapai kekuatan tinggi, seringkali menggantikan logam berat untuk mengurangi massa. Paduan ini sangat berharga pada konteks struktural yang menanggung beban di mana pengerasan temper yang disesuaikan menghasilkan kompromi ideal antara kekuatan, kinerja terhadap kelelahan, dan ketahanan korosi.

Wawasan Pemilihan

Saat memilih 7030, prioritaskan aplikasi yang membutuhkan kekuatan tinggi dikombinasikan dengan ketahanan lelah yang baik dan di mana perlakuan panas setelah pembentukan memungkinkan. Pertimbangkan ketersediaan rantai pasokan dan kebutuhan temper khusus (T651, T73) untuk memenuhi target SCC dan korosi; jika pengelasan dibutuhkan di area kritis, analisis kembali apakah alternatif yang bisa dilas atau pengikat mekanis merupakan solusi yang lebih baik. Biaya dan ketersediaan 7030 mungkin kurang menguntungkan dibandingkan paduan 6xxx atau 5xxx yang lebih umum, sehingga keterlibatan vendor sejak awal sangat disarankan.

Dibandingkan dengan aluminium komersial murni (misal 1100), 7030 menukar konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan pembentukan dengan kekuatan tarik dan luluh yang jauh lebih tinggi; pilih 7030 ketika kekakuan dan kekuatan struktural lebih penting daripada kebutuhan konduktivitas. Dibandingkan dengan paduan yang dikeraskan kerja seperti 3003 atau 5052, 7030 menawarkan kekuatan puncak jauh lebih tinggi namun biasanya ketahanan korosi umum lebih rendah dan kelasannya lebih sulit tanpa tindakan khusus. Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas seperti 6061 atau 6063, 7030 memberikan kekuatan maksimum lebih tinggi dan rasio kekuatan terhadap berat yang unggul untuk aplikasi struktural, tetapi memerlukan kontrol perlakuan panas dan mitigasi korosi yang lebih ketat.

Ringkasan Akhir

Paduan 7030 tetap relevan untuk rekayasa modern yang membutuhkan rasio kekuatan-terhadap-berat tinggi, perilaku lelah yang baik, dan kemampuan menyesuaikan sifat melalui perlakuan panas. Pemakaiannya optimal pada kondisi di mana desainer dapat mengelola proteksi korosi dan menghindari pengelasan fusi ekstensif pada area kritis, memungkinkan paduan ini memberikan manfaat performa pada aerospace, transportasi, dan produk konsumen berperforma tinggi.