Aluminium 7051: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

7051 adalah anggota dari seri 7xxx paduan aluminium yang ditempa, yang menempatkannya dalam keluarga Al-Zn-Mg-Cu yang mengandung seng dengan kekuatan tinggi. Paduan ini dirancang untuk kekuatan spesifik dan performa tinggi dalam aplikasi di mana rasio kekuatan terhadap berat dan ketahanan lelah menjadi faktor utama, bukan ketahanan korosi maksimal atau kemudahan penggabungan.

Elemen paduan utama pada 7051 adalah seng dan magnesium dengan penambahan terkendali dari tembaga serta kandungan kromium dan titanium dalam jumlah jejak untuk mengontrol struktur butir dan rekristalisasi. Paduan ini dapat diproses dengan perlakuan panas: sifat puncaknya dicapai melalui perlakuan larutan, quenching cepat, dan penuaan buatan terkendali untuk menghasilkan fase Mg-Zn metastabil halus yang memberikan penguatan presipitasi.

Ciri utama termasuk kekuatan tarik dan luluh yang sangat tinggi dibandingkan dengan grade aluminium struktural umum, ketahanan korosi umum yang sedang sampai buruk jika dibandingkan dengan keluarga 5xxx/6xxx kecuali pada kondisi overaged, serta kemampuan las dan pembentukan yang terbatas pada temper puncak. Industri tipikal yang menggunakan 7051 meliputi dirgantara dan struktur performa tinggi dalam sektor pertahanan, motorsport, dan transportasi kelas atas yang membutuhkan kekuatan, kekakuan, dan performa lelah yang optimal.

Engineer memilih 7051 daripada paduan lain ketika pengurangan massa pada tingkat komponen dan kemampuan menahan tegangan tinggi secara berkelanjutan diperlukan, serta ketika jalur manufaktur dapat mengakomodasi perlakuan panas dan mitigasi korosi khusus. Paduan ini dipilih di mana varian 7xxx berbentuk lebih kuat (misalnya 7075) tidak memenuhi stabilitas temper tertentu atau ketika kombinasi Zn/Mg/Cu dan pengendalian mikrostruktur 7051 menghasilkan perilaku lelah dengan kemampuan menghentikan retak yang lebih baik.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Annealing penuh, ductilitas maksimum
T6	Tinggi	Rendah–Sedang	Baik–Buruk	Buruk	Perlakuan larutan dan penuaan buatan untuk kekuatan puncak
T651	Tinggi	Rendah–Sedang	Baik–Buruk	Buruk	T6 + penghilang tegangan dengan peregangan untuk mengurangi tegangan sisa
T73 / T76 / T7x	Sedang	Sedang	Baik	Buruk–Sedang	Temper overaged untuk meningkatkan ketahanan SCC dan korosi
Hxx (misalnya H111, H116)	Variabel	Variabel	Variabel	Sedang	Dikeraskan secara deformasi atau dikeraskan + annealing parsial untuk sifat menengah

Perlakuan panas dan temper menentukan apakah 7051 disesuaikan untuk kekuatan maksimum (T6/T651) atau untuk ketahanan lebih tinggi terhadap retakan korosi akibat tegangan dan peningkatan ketangguhan (T7x/T73/T76). Temper O digunakan untuk proses pembentukan dan proses sekunder sebelum perlakuan panas akhir, sedangkan temper overaged mengorbankan sebagian kekuatan puncak untuk mendapatkan peningkatan ketahanan SCC dan stabilitas selama perubahan suhu.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.40	Pengotor dari proses pengecoran/pemrosesan; dijaga rendah untuk menghindari fase getas
Fe	≤ 0.50	Pengotor; kadar tinggi mengurangi ketangguhan dan umur lelah
Mn	≤ 0.10	Biasanya rendah pada seri 7xxx; pengaruh pada kekuatan terbatas
Mg	2.0–3.0	Bersama Zn membentuk presipitat penguat
Cu	1.2–2.0	Meningkatkan kekuatan dan mempengaruhi kerentanan korosi
Zn	6.0–8.0	Elemen penguat utama dalam keluarga 7xxx
Cr	0.04–0.35	Mengontrol struktur butir dan membantu resistensi rekristalisasi
Ti	≤ 0.15	Penghalus butir untuk pengecoran dan produk tertentu yang ditempa
Lainnya (masing-masing)	≤ 0.05	Pengotor jejak; sisanya aluminium

Zinc dan magnesium adalah pasangan penguat dominan, membentuk fase eta (MgZn2) metastabil saat penuaan yang menahan dislokasi dan meningkatkan kekuatan luluh serta tarik. Tembaga menambah kekuatan lebih jauh namun cenderung mengurangi ketahanan korosi serta meningkatkan kerentanan terhadap serangan lokal dan retakan korosi; kadar kromium dan titanium yang rendah membantu mengontrol struktur butir dan memperbaiki ketangguhan selama pemrosesan termomekanik.

Sifat Mekanik

7051 menunjukkan ketergantungan kuat pada temper dalam perilaku tarikannya. Pada temper larutan dan penuaan buatan (T6/T651), paduan mencapai kekuatan tarik dan luluh yang sangat tinggi dengan pengurangan elongasi; temper overaged mengorbankan kekuatan puncak demi peningkatan ketangguhan dan ketahanan terhadap retakan korosi akibat tegangan. Dalam kondisi di-anneal, paduan ductile dan mudah dibentuk namun tidak mencapai tingkat kekuatan tinggi yang dibutuhkan untuk banyak komponen struktural dirgantara sebelum perlakuan panas.

Kekuatan luluh, kekuatan tarik maksimum, dan elongasi bergantung pada ketebalan dan temper; produk yang lebih tipis umumnya memperoleh kekuatan lebih tinggi setelah penuaan karena laju quench yang lebih cepat dan distribusi presipitat yang lebih halus. Kekerasan berkorelasi dengan respons penuaan: temper puncak menunjukkan nilai kekerasan tinggi yang menurun pada kondisi overaging atau pada zona terdampak panas setelah pengelasan. Performa kelelahan umumnya bagus untuk mikrostruktur yang terkendali tetapi sensitif terhadap finishing permukaan, tegangan sisa, dan korosi lokal; perlakuan serta kontrol detail desain diperlukan untuk memaksimalkan umur kelelahan.

Properti	O/Annealed	Temper Utama (T6 / T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	200–300 MPa (tipikal)	480–600 MPa (rentang tipikal)	Kekuatan bervariasi dengan ketebalan, laju quench, dan temper tepat
Kekuatan Luluh	60–140 MPa (tipikal)	430–540 MPa (rentang tipikal)	Kekuatan luluh naik tajam dengan pengerasan presipitasi
Elongasi	15–30%	6–12%	Duktilitas berkurang signifikan pada temper puncak
Kekerasan	30–55 HRB	85–120 HRB (perkiraan)	Kekerasan mengikuti penuaan; overaging menurunkan kekerasan tapi meningkatkan resistensi SCC

Sifat Fisik

Properti	Nilai	Catatan
Kerapatan	~2.80–2.82 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al-Zn-Mg-Cu berkekuatan tinggi
Rentang Leleh	Solidus ~480–500 °C, Liquidus ~635–650 °C	Paduan ini memiliki interval leleh yang luas akibat elemen paduan
Kondduktivitas Termal	~120–150 W/m·K (pada 20 °C, tipikal)	Lebih rendah dari aluminium murni, dipengaruhi paduan dan temper
Kondduktivitas Listrik	~30–40 % IACS (tipikal)	Turun dibanding aluminium komersial murni akibat atom larutan
Kalor Spesifik	~0.88–0.92 J/g·K	Serupa dengan paduan aluminium ditempa lainnya
Ekspansi Termal	~23–25 ×10^-6 /°C	Koefisien mirip paduan aluminium lain, penting untuk desain termal

Sifat fisik 7051 berarti tetap mempertahankan banyak keunggulan aluminium—kerapatan rendah dan konduktivitas termal baik—sementara mengorbankan sebagian konduktivitas dan transportasi termal demi peningkatan performa mekanik. Perilaku leleh dan pembekuan paduan memerlukan perhatian khusus dalam proses yang melibatkan suhu tinggi, termasuk brazing dan pengelasan, agar menghindari perubahan mikrostruktur yang tidak diinginkan.

Produk yang Tersedia

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis (Sheet)	0.5–6 mm	Tinggi saat peak aged; perilaku tergantung quench	O, T6, T651, T73	Umum untuk penutup struktural dan panel berkekuatan lebih tinggi
Plat Tebal (Plate)	6–150+ mm	Kekuatan dapat menurun pada ketebalan besar akibat sensitivitas quench	T651, T73, T76	Plat tebal membutuhkan kontrol quench ketat dan sering temper overaged
Ekstrusi	Bervariasi profil	Kekuatan dipengaruhi ketebalan penampang dan laju pendinginan	T6, T651	Profil rumit memungkinkan namun kontrol quench sangat penting
Tabung	Ukuran pipa dan tabung pesawat	Tren serupa dengan ketebalan dinding; sensitif kelelahan	T6/T651	Digunakan di mana kekuatan aksial atau hoop tinggi dibutuhkan
Batang / Batang Bulat (Bar/Rod)	Diameter hingga tempa besar	Kekuatan skala dengan ukuran penampang dan temper	O, T6	Batang digunakan untuk fitting, baut, dan tempa setelah larutan/penuaan

Produk dengan ketebalan tipis mencapai kekuatan puncak lebih tinggi karena laju quench efektif yang lebih cepat, sedangkan bagian berat lebih rentan melembut akibat pendinginan lambat dan distribusi presipitat lebih kasar. Jalur pemrosesan berbeda: plat dan lembaran biasanya digulung dan perlakuan larutan di dalam tungku terkendali, sedangkan ekstrusi memerlukan desain die yang mempertimbangkan jalur quench. Pemilihan komponen harus mempertimbangkan kondisi temper yang dapat dicapai pada ketebalan penampang yang dimaksud.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	7051	USA	Penomoran dari Aluminum Association; paduan tempa
EN AW	Tidak ada yang langsung satu banding satu	Eropa	Tidak ada setara EN yang tepat; anggota keluarga 7075/7050 adalah yang paling dekat
JIS	Tidak ada setara langsung	Jepang	Praktik umum adalah merujuk ke grade keluarga 7xxx terdekat
GB/T	Tidak ada setara langsung	Tiongkok	Standar Tiongkok mengandung paduan Zn-Mg-Cu dengan kekuatan tinggi tetapi nama berbeda

7051 tidak selalu memiliki penomoran satu banding satu yang ketat di setiap standar nasional dan mungkin diwakili oleh paduan kepemilikan atau paduan yang terkait erat di wilayah berbeda. Engineer harus memastikan komposisi kimia, definisi temper, dan persyaratan sifat mekanik saat mengganti dengan 7075, 7050, atau grade keluarga 7xxx lainnya, karena perbedaan komposisi minor dan toleransi spesifikasi menghasilkan perubahan signifikan dalam ketahanan terhadap korosi tegangan (SCC) dan respons penuaan.

Ketahanan Korosi

Di lingkungan atmosfer, 7051 menunjukkan ketahanan sedang yang sangat bergantung pada temper dan perlakuan pasca. Temper kekuatan puncak dengan kandungan tembaga lebih tinggi lebih rentan terhadap korosi lokal dan pitting dibandingkan temper yang dilewati masa tua (overaged), sementara sealant dan perlakuan anodizing yang diterapkan dengan benar dapat secara nyata meningkatkan daya tahan permukaan.

Di lingkungan laut dan yang mengandung klorida, 7051 memerlukan tindakan perlindungan karena paduan 7xxx yang berkekuatan tinggi rentan terhadap serangan intergranular dan korosi tegangan di bawah tegangan tarik. Proses overaging ke temper T7x dan penggunaan penyegelan pasca anodisasi atau pelapis mengurangi kerentanan dan merupakan strategi mitigasi umum untuk aplikasi laut.

Korosi tegangan adalah pertimbangan utama dalam desain: kerentanan berkorelasi dengan tegangan sisa tarik, kondisi metallurgi lokal, dan paparan lingkungan agresif. Interaksi galvanik signifikan—7051 bersifat anod terhadap baja tahan karat tetapi katod terhadap baja umum dan paduan tembaga; desain harus menghindari kopling langsung atau menggunakan penghalang isolator dan pelapis. Dibandingkan dengan keluarga 5xxx dan 6xxx, 7051 memberikan kekuatan jauh lebih tinggi dengan mengorbankan ketahanan korosi alami dan kerentanan SCC kecuali dirancang khusus untuk mengatasi kelemahan tersebut.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Pengelasan 7051 menantang pada temper kekuatan puncak karena input panas melarutkan presipitat penguat dan menciptakan zona terpengaruh panas (HAZ) yang melunak, secara signifikan mengurangi kekuatan lokal. Pengelasan fusi (TIG/MIG) biasanya menghasilkan pelunakan HAZ dan tegangan sisa tinggi; paduan pengisi yang dirancang untuk seri 7xxx tersedia, tetapi sambungan sering membutuhkan perlakuan panas pasca las atau kompensasi desain mekanis. Metode penyambungan keadaan padat seperti pengelasan geser gesek (friction stir welding) sering dipilih karena membatasi suhu puncak, mengontrol mikrostruktur, dan memberikan sifat sambungan yang lebih baik dibanding pengelasan fusi untuk keluarga paduan ini.

Kemampuan Mesin

7051 umumnya dapat dimesin dengan hati-hati; sifat mesinnya mirip dengan paduan 7xxx berkekuatan tinggi lain dengan keausan alat sedang dan kecenderungan terjadinya built-up edge jika parameter pemakanan atau kecepatan tidak tepat. Alat potong karbida dengan rake positif dan kekakuan tinggi direkomendasikan, dan kecepatan potong konservatif dibandingkan dengan aluminium yang lebih lunak mengurangi pengerasan kerja akibat panas dan mendorong pembentukan serpihan kontinu. Finishing permukaan dan pengelolaan tegangan sisa penting saat komponen kritis terhadap kelelahan atau SCC, sehingga jalur finishing dan operasi relief tegangan sering dijalankan.

Kemampuan Bentuk

Dalam kondisi anil O, 7051 dapat dibentuk dan dapat ditarik dalam (deep-drawn) atau dibengkokkan dengan radius sedang, tetapi setelah perlakuan panas ke temper kekuatan tinggi, kemampuan bentuk menurun dan springback meningkat. Radius bengkok harus dijaga konservatif pada temper T6/T651 dan operasi pembentukan umumnya dilakukan pada kondisi O atau setengah anil sebelum perlakuan pelarutan akhir dan penuaan. Untuk bentuk kompleks, pembentukan hangat atau proses superplastik dengan perlakuan panas pra dan pasca yang sesuai bisa digunakan, tetapi menambah kompleksitas dan biaya proses.

Perilaku Perlakuan Panas

7051 adalah paduan yang dapat diperlakukan panas dan mengikuti siklus perlakuan pelarutan (solution-treatment), quenching, dan penuaan untuk mencapai sifat puncak. Suhu pelarutan tipikal sekitar 470–480 °C dengan pendinginan cepat untuk mempertahankan larutan padat jenuh; sensitivitas quench meningkat dengan ketebalan penampang, sehingga bagian tebal mungkin membutuhkan media quench khusus atau strategi quench terputus.

Penuaan buatan untuk kondisi T6 seperti kekuatan puncak biasanya menggunakan rentang suhu 120–180 °C selama beberapa jam untuk menghasilkan presipitat halus Mg-Zn. Overaging (seri T7x/T73/T76) menggunakan suhu penuaan lebih tinggi atau waktu lebih lama untuk memperbesar presipitat dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi tegangan dan stabilitas termal, dengan pengorbanan sedikit kekuatan tarik. Penandaan T651 menunjukkan relief tegangan dengan penarikan setelah quench; biasanya digunakan untuk aplikasi dirgantara di mana stabilitas dimensi dan pengurangan tegangan sisa penting.

Performa Suhu Tinggi

7051 mengalami penurunan kekuatan signifikan pada suhu tinggi; di atas sekitar 120–150 °C mikrostruktur pengerasan presipitat mulai mengalami overaging dan sifat mekanik menurun. Paparan kontinu pada suhu tinggi mempercepat pembesaran fase penguat dan mengurangi kekuatan luluh serta kelelahan, sehingga suhu layanan maksimum jangka panjang biasanya dijaga di bawah ~120 °C.

Oksidasi minimal dibandingkan dengan paduan suhu tinggi seperti baja atau titanium, tetapi degradasi permukaan dan perubahan warna terjadi pada suhu lebih tinggi. Zona terpengaruh panas dari proses pengelasan atau paparan suhu tinggi akan menunjukkan penurunan sifat kecuali diproses ulang dengan perlakuan panas atau langkah overaging, sehingga paparan termal selama fabrikasi harus dikontrol agar kinerja desain tetap terjaga.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan 7051
Dirgantara	Fitting rangka pesawat, braket berkekuatan tinggi	Kekuatan terhadap berat tinggi, performa tahan lelah baik
Pertahanan	Struktur misil dan balistik	Pengurangan massa dengan kapasitas struktural terjaga
Motorsport / Performa Otomotif	Anggota rangka, komponen struktural	Kekuatan spesifik tinggi untuk pengurangan berat pada bagian kritis
Kelautan	Elemen struktural performa tinggi	Digabungkan dengan temper T7x dan pelapis untuk ketahanan SCC
Elektronik / Manajemen Termal	Rangka struktur dimana kekakuan penting	Konduktivitas termal baik dibanding baja dengan kerapatan lebih rendah

7051 paling umum digunakan ketika massa komponen harus diminimalkan sambil memenuhi beban statis dan kelelahan yang ketat, dan ketika lingkungan produksi dapat menyediakan kontrol perlakuan panas dan perlindungan korosi yang baik. Penggunaan paduan ini terkonsentrasi di sektor yang menerima biaya material dan proses lebih tinggi sebagai pertukaran atas peningkatan performa.

Wawasan Pemilihan

Bagi engineer yang mengevaluasi 7051, prioritaskan bila kekuatan luluh dan tarik tinggi beserta ketahanan lelah baik sangat menentukan, dan jalur proses (perlakuan panas, quench, pelapis) terkontrol baik. Gunakan temper overaged T7x bila korosi tegangan atau paparan laut menjadi perhatian dan sejumlah kekuatan dapat dikorbankan demi daya tahan.

Dibanding aluminium murni komersial (1100), 7051 mengorbankan konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan bentuk untuk peningkatan besar dalam kekuatan dan kekakuan. Dibanding paduan pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, 7051 memberikan kekuatan jauh lebih tinggi tetapi biasanya ketahanan korosi lebih rendah dan kemampuan bentuk dingin jauh lebih buruk pada temper puncak. Dibanding paduan struktural perlakuan panas umum seperti 6061, 7051 biasanya memberikan kekuatan tarik dan luluh lebih tinggi untuk aplikasi struktural, tetapi dengan kerentanan SCC lebih besar dan batasan perlakuan panas serta sambungan lebih ketat; pilih 7051 jika kekuatan maksimum dan performa kelelahan lebih diutamakan daripada kompromi tersebut.

Ringkasan Penutup

7051 tetap relevan untuk rekayasa modern di mana kekuatan terhadap berat, kemampuan tahan lelah, dan stabilitas temper yang dikustomisasi diperlukan, dan di mana proses fabrikasi dapat mengakomodasi jadwal termal presisi serta mitigasi korosi. Perannya dalam aplikasi dirgantara dan struktur berperforma tinggi menegaskan nilai terus-menerus dari kimia seri 7xxx yang dirancang dengan cermat untuk desain struktural yang menuntut.