Aluminium 7050: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Lengkap

7050 adalah anggota dari seri paduan aluminium 7xxx, yang ditandai oleh seng sebagai elemen paduan utama dan dirancang terutama sebagai aluminium yang dapat diperlakukan dengan panas dan pengerasan presipitasi. Paduan ini dikembangkan untuk aplikasi struktural dengan kekuatan tinggi di mana dibutuhkan kombinasi kekuatan statis tinggi, ketangguhan retak, dan peningkatan ketahanan terhadap korosi tegangan dibandingkan dengan paduan Zn–Mg–Cu tahan tinggi awal.

Elemen paduan utama dalam 7050 adalah seng, magnesium, dan tembaga, dengan tambahan kecil zirconium atau titanium yang digunakan untuk mengontrol struktur butir dan menghambat rekristalisasi selama proses termomekanik. Mekanisme pengerasan adalah pengerasan umur klasik: perlakuan panas pelarutan, pendinginan cepat untuk mempertahankan larutan padat jenuh, dan penuaan buatan terkontrol untuk mempresipitasi fasa MgZn2 (η′/η) yang halus yang memberikan penguatan presipitasi.

Ciri utama termasuk kekuatan luluh dan tarik yang sangat tinggi pada temper puncak usia, ketangguhan retak yang baik pada temper bagian tebal, serta peningkatan ketahanan terhadap retak korosi tegangan (SCC) saat diproses dan diperlakukan agar tahan SCC (misalnya, T7451, T76). Keterbatasan meliputi penurunan ductility dan kemampuan bentuk dibandingkan dengan paduan seri 5xxx dan 6xxx, serta keterbatasan las yang lebih besar dalam kondisi puncak usia. Industri tipikal meliputi dirgantara dan pertahanan (struktur utama rangka pesawat, kulit sayap, spar, web badan pesawat), transportasi khusus, dan komponen berperforma tinggi di mana rasio kekuatan-terhadap-berat dan toleransi kerusakan menjadi faktor pemilihan material.

Para engineer memilih 7050 dibanding paduan lain ketika dibutuhkan kombinasi kekuatan statis sangat tinggi, ketangguhan retak baik pada penampang tebal, dan peningkatan ketahanan SCC; paduan ini sering dipilih dibanding 7075 ketika ketahanan SCC dan keseimbangan ketangguhan retak lebih penting daripada kekuatan puncak mutlak. Faktor biaya dan rantai pasokan juga mempengaruhi pemilihan, karena 7050 merupakan paduan khusus dengan biaya lebih tinggi dibandingkan paduan struktural yang lebih umum.

Varian Temper

Temper	Level Kekuatan	Regangan	Formabilitas	Lasabilitas	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Kondisi annealed penuh digunakan untuk pembentukan dan pencetakan dalam
T5	Sedang	Moderat	Cukup	Terbatas	Didinginkan dari temperatur tinggi dan mengalami penuaan buatan; digunakan untuk ekstrusi
T6	Sangat Tinggi	Rendah–Moderat	Buruk–Cukup	Buruk	Kekuatan puncak dicapai dengan penuaan buatan setelah perlakuan pelarutan
T651	Sangat Tinggi	Rendah–Moderat	Buruk–Cukup	Buruk	T6 dengan pengurangan tegangan melalui penarikan; umum untuk plat agar mengurangi distorsi
T7451	Tinggi	Moderat	Cukup	Buruk	Temper terlalu tua (overaged) yang dirancang untuk ketahanan lebih baik terhadap SCC dan ketangguhan
T76 / T77	Moderat–Tinggi	Moderat	Cukup	Lebih baik dari T6	Temper terlalu tua yang menukar sebagian kekuatan untuk ketahanan korosi/SCC lebih baik
H14	Sedang	Moderat	Cukup	Terbatas	Dikeraskan secara deformasi kemudian sebagian dilunakkan; kurang umum untuk 7050

Temper yang dipilih untuk 7050 memiliki pengaruh kuat dan dapat diprediksi terhadap perilaku mekanik dan performa korosi. Temper kekuatan puncak (T6/T651) memaksimalkan kekuatan luluh dan tarik tetapi mengurangi ductility dan formabilitas serta meningkatkan sensitivitas terhadap korosi dan retak korosi tegangan; temper terlalu tua (T7451, T76) menurunkan kekuatan puncak sedikit sebagai kompromi untuk ketahanan SCC dan ketangguhan retak yang lebih baik.

Operasi pembentukan biasanya dilakukan dalam temper O atau lunak diikuti dengan perlakuan panas pelarutan dan penuaan—urutan ini mempertahankan kemampuan bentuk sekaligus memungkinkan mencapai keadaan kekuatan akhir yang tinggi. Pengelasan umumnya tidak dianjurkan untuk 7050 dengan temper puncak usia karena pelunakan signifikan pada daerah terpengaruh panas (HAZ); jika harus dilas, perlakuan panas pasca las atau pemilihan temper yang lebih lunak serta paduan kawat pengisi yang sesuai mungkin diperlukan.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.12	Impuritas tipikal; tingkat rendah untuk mempertahankan ketangguhan
Fe	≤ 0.12	Batas besi dijaga rendah untuk meminimalkan intermetalik dan anisotropi
Cu	2.0–2.6	Menaikkan kekuatan dan mempengaruhi perilaku presipitasi; berpengaruh pada korosi
Mn	≤ 0.10	Rendah; berperan minor dalam kontrol struktur butir
Mg	2.3–2.6	Aktif dalam pembentukan presipitat MgZn2, kunci kekuatan
Zn	6.0–6.8	Elemen penguat utama; tingkat tinggi menyediakan kapasitas pengerasan umur
Cr	≤ 0.04	Bukan elemen paduan utama dalam 7050 standar; jumlah kecil mungkin ada
Ti	≤ 0.05	Penghalus butir pada bentuk cor atau jejak dalam produk tempa
Zr / Lainnya	0.04–0.20 Zr tipikal	Zr biasanya ditambahkan untuk mengontrol rekristalisasi dan memperbaiki struktur butir pada stok plat dan ekstrusi

Proporsi Zn, Mg, dan Cu mengontrol fraksi volume dan morfologi presipitat η′/η (MgZn2) yang bertanggung jawab atas kekuatan tinggi 7050. Tambahan kecil Zr berfungsi sebagai penghalus butir dan memperlambat rekristalisasi selama proses termomekanik, meningkatkan ketangguhan dan menghasilkan sifat mekanik yang lebih stabil pada bagian tebal. Kontrol ketat terhadap impuritas seperti Fe dan Si diperlukan untuk menghindari partikel intermetalik kasar yang merusak ketahanan lelah, ketangguhan retak, dan ketahanan korosi.

Sifat Mekanik

7050 menunjukkan kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang tinggi pada temper puncak usia, dengan perbedaan titik luluh-ke-tarik yang relatif sempit karena pengerasan presipitasi yang kuat. Regangan (elongasi) berkurang pada temper dengan kekuatan tinggi, terutama pada bagian tebal di mana batasan dan riwayat manufaktur (misalnya, penggilingan, pendinginan cepat) semakin membatasi ductility. Kekerasan berkorelasi dengan temper: kondisi puncak usia menunjukkan kekerasan tinggi (indikasi populasi presipitat padat), sedangkan temper terlalu tua mengurangi kekerasan tetapi meningkatkan ketangguhan dan ketahanan SCC.

Performa kelelahan 7050 umumnya sangat baik apabila mikrostruktur halus dan homogen, serta permukaan difinishing dengan baik dan bebas dari lubang korosi. Namun, umur lelah sensitif terhadap ketebalan, tegangan sisa, dan homogenitas perlakuan panas; penampang tebal memerlukan kontrol ketat pada pendinginan cepat dan penuaan untuk menghindari zona lunak dan penurunan kekuatan lelah. Efek termal dan ketebalan memengaruhi kekuatan yang dapat dicapai: plat yang lebih tebal mendingin lebih lambat setelah pelarutan, yang dapat menyebabkan presipitasi tidak homogen dan properti menurun; pemrosesan termomekanik terkontrol dan temper khusus (T7451, T76) digunakan untuk mengatasi efek ini.

Sifat	O/Anneled	Temper Utama (T6 / T651 / T7451)	Catatan
Kekuatan Tarik (UTS)	~240–320 MPa	~500–570 MPa	UTS tergantung temper dan ketebalan; T6/T651 adalah rentang kekuatan puncak, T7451 sedikit lebih rendah
Kekuatan Luluh (offset 0.2%)	~120–200 MPa	~430–510 MPa	Nilai luluh bervariasi sesuai temper; T651 umumnya ditentukan untuk plat struktural
Regangan (%)	~20–30%	~6–12%	Lebih tinggi pada kondisi O; regangan menurun seiring peningkatan kekuatan dan ketebalan
Kekerasan (Brinell)	~40–70 HB	~120–155 HB	Perkiraan kekerasan; konversi dari tarik tergantung mikrostruktur dan temper

Nilai yang diberikan adalah rentang representatif untuk produk 7050 yang ditempa dan dapat bervariasi tergantung kimia tepat, rute proses, ketebalan penampang, dan jadwal perlakuan panas. Perancang harus merujuk pada sertifikat pabrik dan melakukan pengujian spesifik aplikasi untuk komponen struktural yang kritis.

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density (Kepadatan)	2.83 g/cm³	Kepadatan khas untuk paduan aluminium Al–Zn–Mg–Cu tempa dengan kekuatan tinggi
Melting Range (Rentang Peleburan)	~477–635 °C	Rentang solidus–liquidus sedikit bervariasi sesuai komposisi; hindari overheating selama pemrosesan panas
Thermal Conductivity (Konduktivitas Termal)	~120–150 W/m·K	Lebih rendah dari aluminium murni; konduktivitas termal berkurang akibat paduan dan penuaan
Electrical Conductivity (Konduktivitas Listrik)	~30–40 % IACS	Paduan mengurangi konduktivitas secara signifikan dibandingkan aluminium murni
Specific Heat (Kalor Jenis)	~0.90 kJ/kg·K	Nilai perkiraan pada suhu ruang
Thermal Expansion (Koefisien Pemuaian Termal)	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Sejalan dengan paduan aluminium berkekuatan tinggi lainnya; penting untuk pemasangan dan desain tegangan

Sifat fisik ini membuat 7050 menarik untuk struktur ringan di mana pengelolaan panas tidak seketat pada aplikasi heat-sink elektronik. Konduktivitas termal dan listrik berkurang dibandingkan aluminium murni karena kandungan solut yang tinggi serta dispersi presipitat yang padat. Rentang peleburan/solidus dan koefisien pemuaian termal menjadi pengendali penting saat pengelasan, brazing, dan perlakuan panas untuk mencegah distorsi dan retak termal.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Sheet (Lembaran)	0.5–6.4 mm	Kekuatan dipengaruhi temper dan rolling; ketebalan tipis bisa mencapai hampir sifat puncak	T6, T651, T7451, O	Umumnya digunakan untuk lapisan dan panel aeronautika dengan temper aerospace untuk kekuatan tinggi
Plate (Plat)	6.4–200+ mm	Kekuatan dan ketangguhan bervariasi sesuai ketebalan; proses khusus untuk plat tebal untuk kontrol pendinginan	T651, T7451, T76	Pemakaian utama: lapisan sayap tebal, spar, dan plat struktural yang membutuhkan ketangguhan tinggi
Extrusion (Ekstrusi)	Beragam sesuai profil	Dapat diperkeras dengan penuaan setelah pembentukan; anisotropi mekanis harus dikendalikan	T5, T6	Ekstrusi digunakan untuk profil struktural kompleks; perlakuan panas memengaruhi distorsi
Tube (Tabung)	Diameter dari kecil sampai besar	Perilaku mirip batang/ekstrusi; ketebalan dinding memengaruhi gradien sifat	T6, T651	Digunakan pada aplikasi kekuatan terhadap berat tinggi; teknik penyambungan dan pembentukan berbeda
Bar/Rod (Batang)	Diameter sampai ~200 mm	Sifat homogen saat pengerjaan panas; ukuran memengaruhi efisiensi pendinginan	T6, T651	Brandakan dan batang digunakan untuk fitting dan komponen struktural yang di-mesin

Perbedaan proses menentukan pemilihan penggunaan akhir: produksi sheet dan plate memerlukan rolling, quenching, dan penuaan terkendali untuk meraih sifat mekanis homogen di seluruh ketebalan. Ekstrusi dan bentuk tempa sering menjalani perlakuan T5 atau T6 yang disesuaikan dengan geometri untuk mengendalikan distorsi dan tegangan residual. Produksi plat untuk aerospace biasanya melibatkan penambahan Zr dan siklus quench-age khusus untuk mencapai mikrostruktur stabil di bagian tebal.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	7050	USA	Penamaan utama menurut standar Aluminum Association untuk paduan tempa
EN AW	7050 (AlZn6.2MgCu)	Eropa	Penamaan EN biasanya mencerminkan kimiawi AA; spesifikasi material sesuai untuk penggunaan aerospace
JIS	Tidak ada padanan langsung	Jepang	Tidak ada grade JIS langsung; A7075 dan paduan berkekuatan tinggi serupa kadang dijadikan referensi untuk sifat sebanding
GB/T	7050	China	Standar nasional China sering merujuk 7050 sebagai ekuivalen langsung; spesifikasi kimia dan mekanis sangat cocok

Walaupun beberapa standar internasional mencantumkan 7050 atau penamaan setara kimia, variasi kecil dalam kadar impuritas yang diizinkan, penambahan unsur jejak (Zr, Ti) dan persyaratan proses dapat menyebabkan perbedaan yang terukur pada ketangguhan, ketahanan SCC, dan respon penuaan. Insinyur harus membandingkan sertifikat pabrik spesifik dan revisi standar yang berlaku saat mengganti sumber material antar wilayah.

Ketahanan Korosi

Ketahanan korosi atmosfer 7050 tergolong sedang untuk paduan Al–Zn–Mg–Cu berkekuatan tinggi; paduan ini menunjukkan performa yang dapat diterima di banyak lingkungan tetapi lebih rentan pada korosi lokal (pit) dibandingkan paduan seri 5xxx dan banyak paduan 6xxx. Temper overaged (T76, T7451) dan perlakuan permukaan yang sesuai (konversi kromat, anodizing, cladding jika perlu) meningkatkan performa korosi umum dan daya tahan jangka panjang dalam pemakaian.

Di lingkungan laut atau dengan salinitas tinggi, 7050 memerlukan pemilihan temper yang hati-hati dan sering perlindungan pelapis karena pitting akibat klorida dan serangan intergranular dapat memulai retak kelelahan. Paduan ini menunjukkan ketahanan SCC lebih baik daripada formulasi seri 7xxx lama saat diproses ke temper tahan SCC, tapi tetap lebih rentan SCC dibanding banyak paduan 5xxx; perancang harus mempertimbangkan lingkungan, level tegangan dan strategi pelindung.

Pasangan galvanik dengan logam berbeda (misalnya baja tahan karat, baja karbon) bisa mempercepat korosi lokal aluminium—isolasi yang tepat, pelapis dan desain sambungan mengurangi aliran arus galvanik. Dibanding paduan seri 6xxx, 7050 menukar ketahanan korosi untuk kekuatan lebih tinggi; dibandingkan 7075, 7050 biasanya menawarkan ketahanan SCC dan ketangguhan lebih baik, membuatnya lebih disukai untuk aplikasi struktur utama aerospace di mana korosi dan perilaku retak sangat kritis.

Sifat Fabrikasi

Ke-las-an

Pengelasan 7050 sulit, terutama pada temper puncak, karena input panas menghasilkan zona terdampak panas (HAZ) di mana presipitat overaged dan kekuatan lokal menurun. Pengelasan fusi (TIG/MIG) berisiko retak panas dan penurunan sifat mekanis signifikan di HAZ; paduan pengisi dengan kekuatan kompatibel dan perlindungan terhadap retak likuasi (seperti pengisi Al–Zn–Mg–Cu atau pengisi seri 7xxx khusus) kadang digunakan tapi pemulihan penuh sifat puncak dengan perlakuan panas pasca las sulit pada rakitan besar.

Pengelasan resistansi dan friction stir welding (FSW) adalah alternatif umum: FSW menghasilkan mikrostruktur lokal lebih baik dan pelemahan lebih sedikit dibanding las fusi serta sering dipakai untuk komponen struktural besar. Saat pengelasan fusi tidak bisa dihindari, perancang harus memperhitungkan penurunan sifat mekanis lokal, menerapkan perlakuan panas pasca las bila geometri memungkinkan, dan menggunakan rivet atau pengikat mekanis bila perlu.

Kelabilan Mesin (Machinability)

7050 tergolong cukup dapat dimesin untuk paduan aluminium berkekuatan tinggi, tapi indeks kelabilan mesin lebih rendah daripada paduan aluminium lebih lunak karena kekuatan tinggi dan kecenderungan pengerasan kerja. Perkakas karbida dengan sudut rake positif, setup kaku, dan kecepatan potong sedang hingga tinggi dengan cairan pendingin cukup dianjurkan untuk mengendalikan pembentukan mata pahat lepas dan serpihan. Permukaan akhir dan stabilitas dimensi sangat baik jika peralatan tajam dan kecepatan umpan dioptimalkan; namun pemotongan terputus berat atau bagian dinding tipis memerlukan perhatian pada getaran dan desain penjepit.

Pengeboran dan pelubangan pada temper kekuatan tinggi dapat menyebabkan pengerasan kerja di sekitar lubang; prapengeboran pada temper lebih lunak atau siklus pengeboran peck dapat memperbaiki kualitas lubang. Pelepasan tegangan setelah pemesinan mungkin diperlukan untuk komponen kritis terhadap kelelahan.

Kelenturan Bentuk (Formability)

Pembentukan 7050 paling baik dilakukan pada temper lunak (O) atau dengan proses yang memungkinkan perlakuan panas pasca pembentukan untuk mencapai kondisi penuaan akhir. Pembentukan dingin pada temper lebih tinggi menyebabkan springback dan potensi retak; radius lentur minimal lebih besar dibanding paduan 5xxx dan 6xxx karena kelenturan lebih rendah. Radius lentur dalam yang direkomendasikan untuk lembaran aerospace biasanya beberapa kali ketebalan lembar, tergantung temper; untuk komponen kritis, matra dan urutan pembentukan dirancang untuk membatasi konsentrasi regangan lokal.

Pembentukan panas atau pemanasan awal dapat meningkatkan kelenturan pada beberapa profil, tetapi langkah solutionizing, quenching, dan penuaan berikutnya harus dirancang untuk menghindari distorsi dan mencapai sifat mekanis target. Jika pembentukan kompleks dibutuhkan, lakukan dalam kondisi O dan lanjutkan dengan siklus larutan/penuaan yang sesuai untuk memulihkan kekuatan.

Perilaku Perlakuan Panas

Perlakuan larutan (solution treatment) pada 7050 biasanya dilakukan sekitar 470–480 °C untuk melarutkan presipitat penguat ke dalam larutan padat jenuh; suhu dan waktu tepat bergantung pada ketebalan bagian dan bentuk produk. Pendinginan cepat (quenching) dari suhu larutan sangat penting untuk mempertahankan solut dalam larutan dan memungkinkan penuaan efektif; kecepatan quench yang tidak memadai pada bagian tebal dapat menyebabkan zona lunak dan penurunan kekuatan.

Jadwal penuaan buatan bervariasi sesuai dengan keseimbangan yang diinginkan antara kekuatan dan ketahanan terhadap SCC. Jadwal penuaan puncak (T6) mencapai kekuatan tertinggi melalui penuaan pada suhu biasanya dalam rentang 120–135 °C selama beberapa jam; perlakuan overaging (T7451, T76) menggunakan suhu penuaan yang lebih tinggi atau urutan penuaan multi-tahap untuk sedikit memperbesar presipitat, mengurangi tegangan internal dan meningkatkan performa SCC. Peralihan antara temper T (misalnya, dari T6 ke T7451) dapat dilakukan dengan penuaan ulang namun memerlukan pemanasan terkontrol untuk memastikan respons yang seragam.

Mencapai sifat yang konsisten pada plat tebal memerlukan perhatian pada riwayat termomekanik: varian yang mengandung Zr, media quench yang dikendalikan, dan monitoring suhu selama penuaan membantu mengurangi gradien sepanjang ketebalan. Untuk paduan yang tidak dapat diperlakukan panas, jalur penguatan utama adalah pengerasan kerja, namun 7050 sengaja dibuat dapat diperlakukan panas dan harus diproses sesuai hal tersebut.

Kinerja pada Suhu Tinggi

Pada suhu layanan yang meningkat (di atas ~150–200 °C), 7050 mengalami penurunan progresif pada kekuatan luluh dan tarik seiring dengan presipitat yang membesar dan overage. Kekuatan statis jangka panjang dan ketahanan creep pada suhu sedang lebih rendah dibandingkan dengan paduan khusus suhu tinggi sehingga perancang harus membatasi suhu layanan kontinu ketika diperlukan stabilitas dimensi dan retensi kekuatan.

Oksidasi terbatas di bawah kondisi atmosferik khas hingga suhu sedang karena lapisan alumina pelindung; namun, pada suhu tinggi atau paparan termal siklis paduan dapat mengalami pengelupasan skala dan perubahan mikrostruktur yang menurunkan performa mekanik. Perilaku HAZ pada sambungan las sangat sensitif terhadap paparan termal; temper dan proses pasca-las harus mengurangi risiko pelunakan dan pengerasan rapuh.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa 7050 Digunakan
Aerospace	Skin sayap, spar, web badan pesawat	Kekuatan terhadap berat tinggi, ketangguhan patah baik, dan temper tahan SCC untuk struktur utama
Defense	Bagian struktural rudal dan sistem senjata	Kekuatan statis dan ketangguhan tinggi untuk beban dinamis
Marine	Fitting struktural berperforma tinggi	Kekuatan yang baik dan temper overaged memberikan perilaku korosi/SCC yang lebih baik
Automotive	Komponen chassis berperforma tinggi (