Aluminium 7068: Komposisi, Properti, Panduan Temper, & Aplikasi

Gambaran Lengkap

7068 adalah paduan aluminium seri 7xxx, termasuk dalam keluarga Al-Zn-Mg-Cu berkekuatan tinggi. Paduan ini dikembangkan untuk memberikan kekuatan tertinggi yang mungkin untuk paduan aluminium yang ditempa melalui keseimbangan kimia Zn–Mg–Cu yang cermat dan tambahan mikro-paduan yang mengendalikan rekristalisasi dan distribusi presipitat.

Elemen paduan utama adalah seng (elemen penguat utama), magnesium (membentuk presipitat MgZn2 dengan Zn), tembaga (meningkatkan kekuatan dan memungkinkan respons pengerasan penuaan), dan elemen mikro-paduan seperti zirkonium dan kromium untuk memperhalus struktur butir dan membatasi rekristalisasi. Paduan ini dapat diperlakukan panas; kekuatan puncak dicapai melalui pelarutan, pendinginan cepat (quenching) dan penuaan buatan (temper T), dengan penguatan sekunder dari dispersoid terkontrol yang memberikan ketahanan creep dan patah.

Sifat utama meliputi kekuatan tarik dan luluh yang sangat tinggi dibandingkan dengan paduan komersial lainnya, kinerja kelelahan yang kompetitif untuk aluminium berkekuatan tinggi saat mengalami penuaan yang tepat, dan kemampuan mesin yang wajar. Ketahanan korosi sedang—lebih baik dari beberapa paduan Zn berkekuatan sangat tinggi ketika overaged, namun lebih rendah dibandingkan paduan Mg seri 5xxx dan banyak baja tahan karat; kemampuan las terbatas karena pelunakan daerah pengaruh panas (HAZ) dan kerentanan terhadap retak panas kecuali prosedur khusus dan bahan pengisi digunakan. Industri tipikal mencakup dirgantara, pertahanan, barang olahraga berkinerja tinggi, dan aplikasi otomotif khusus di mana rasio kekuatan terhadap berat sangat penting.

Insinyur memilih 7068 ketika desain komponen memerlukan kekuatan luluh dan tarik maksimum dari paduan aluminium sekaligus mempertahankan keuntungan bahan non-ferrous yang ringan. Paduan ini dipilih dibandingkan paduan seperti 7075 ketika peningkatan kekuatan absolut kecil dan pengendalian mikrostruktur yang lebih ketat memberikan peningkatan kinerja untuk pengikat, fitting, atau bagian struktural di bawah beban statis atau siklik tinggi.

Varian Temper

Temper	Level Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Weldabilitas	Catatan
O	Rendah	Tinggi (≥15%)	Sangat Baik	Sangat Baik	Sepenuhnya dianil; paling mudah dibentuk dan diproses mesin
T6 / T651	Sangat Tinggi	Menengah (6–10%)	Terbatas	Buruk sampai Menengah	Diproses larut dan penuaan buatan; T651 termasuk relief tegangan dengan peregangan
T6511 / T651A	Sangat Tinggi	Menengah (6–10%)	Terbatas	Buruk sampai Menengah	Variasi T651 dengan pengendalian relief tegangan atau pelurusan tambahan
T7 (overaged)	Tinggi	Menengah sampai Lebih Tinggi (8–12%)	Lebih Baik dari T6	Menengah	Overaging menukar kekuatan puncak dengan ketahanan SCC dan korosi yang lebih baik
Hx (strain-hardened)	Menengah	Variabel	Menengah	Menengah	Jarang digunakan; kekuatan puncak lebih rendah daripada temper T tapi formabilitas meningkat

Temper memiliki pengaruh dominan pada sifat 7068 karena paduan ini sangat dapat diperlakukan panas. Pelarutan dan penuaan buatan menghasilkan presipitat halus MgZn2 yang koheren yang meningkatkan kekuatan luluh dan tarik maksimum, sementara overaging membuat presipitat tersebut lebih kasar dan meningkatkan ketahanan terhadap retak korosi tegangan (SCC) dengan mengorbankan kekuatan puncak.

Dalam praktiknya, varian T6/T651 ditentukan ketika kekuatan dan kekakuan mutlak menjadi prioritas utama, sedangkan temper T7 atau temper menengah dipilih jika ketahanan korosi, ketangguhan patah, dan daya tahan dalam penggunaannya lebih penting. Temper dianil (O) atau strain-hardened digunakan untuk pembentukan dan pemesinan sebelum perlakuan panas akhir.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤0.12	Impuritas; dikontrol untuk menghindari intermetalik yang getas
Fe	≤0.30	Impuritas; Fe yang lebih tinggi membentuk fasa kasar yang mengurangi ketangguhan
Mn	≤0.10	Minor; dapat sedikit meningkatkan struktur butir
Mg	2.0–3.0	Penguatan utama bersama Zn untuk membentuk presipitat MgZn2
Cu	1.6–2.4	Meningkatkan kekuatan dan kekerasan, mempengaruhi ketahanan korosi dan ketangguhan
Zn	7.0–8.5	Elemen penguat utama; kunci kekuatan puncak tinggi
Cr	≤0.20	Penghalusan butir dan pengendalian rekristalisasi
Ti / Zr	0.05–0.25 (gabungan)	Mikro-paduan untuk membentuk dispersoid, mengendalikan pertumbuhan butir dan meningkatkan ketangguhan
Lainnya (masing-masing)	≤0.05	Elemen jejak dikontrol untuk kebersihan; sisanya Al

Rasio paduan dioptimalkan untuk memaksimalkan volume fraksi dan stabilitas presipitat halus Mg–Zn yang menyediakan pengerasan utama karena penuaan, sementara Cu mengatur struktur presipitat dan memberikan penguatan sekunder. Mikro-paduan seperti Zr dan Cr membentuk dispersoid halus yang menghambat pertumbuhan butir saat perlakuan larut dan pendinginan cepat, meningkatkan ketangguhan, mengurangi sensitivitas quench, dan mengontrol rekristalisasi selama pemrosesan termomekanik.

Sifat Mekanik

7068 menunjukkan perbedaan mencolok antara kondisi annealed dan kondisi penuaan puncak. Pada temper T6/T651, paduan ini mencapai salah satu kekuatan tarik dan luluh tertinggi yang tersedia dalam aluminium tempa komersial, dengan nilai ultimate tensile strength (UTS) dan yield yang memungkinkan pengurangan berat signifikan dalam desain struktural. Elongasi pada kondisi puncak bersifat menengah, dan ketangguhan patah biasanya lebih rendah dari paduan aluminium kekuatan lebih rendah tetapi masih dapat diterima jika geometrinya dan konsentrator tegangan dikontrol.

Kinerja kelelahan 7068 dapat sangat baik untuk sistem Al–Zn–Mg–Cu ketika mikrostruktur dioptimalkan dan permukaan diproses dengan baik; meskipun demikian, paduan aluminium berkekuatan tinggi tetap sensitif terhadap cacat permukaan dan lingkungan korosif yang dapat memicu retak kelelahan. Ketebalan dan ukuran penampang mempengaruhi sifat yang dapat dicapai karena sensitivitas quench dan kinetika presipitasi; bagian tipis lebih cepat mencapai kekuatan puncak setelah quenching dibanding bagian tebal yang mungkin membutuhkan pendinginan lebih lambat atau siklus perlakuan panas yang dimodifikasi.

Kekerasan mengikuti tren kekuatan: material annealed menunjukkan nilai Brinell/Vickers rendah yang konsisten dengan aluminium lunak, sedangkan temper tipe T6 menghasilkan nilai kekerasan tinggi yang sesuai dengan kekuatan luluh tinggi. Pelunakan HAZ lokal selama pengelasan dan potensi tegangan residual harus diperhitungkan dalam desain.

Sifat	O/Annealed	Temper Kunci (T6 / T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	200–300 MPa (tipikal)	700–780 MPa (rentang tipikal)	Kekuatan puncak termasuk yang tertinggi untuk aluminium tempa; nilai bergantung ketebalan dan penuaan
Kekuatan Luluh	100–250 MPa	640–700 MPa	Kekuatan luluh mendekati nilai yang biasanya dimiliki baja tertentu pada temper spesifik
Elongasi	≥15%	6–10%	Duktilitas menurun pada kondisi puncak; mode patah menjadi lebih transgranular/intergranular tergantung penuaan
Kekerasan (HB)	~60–90 HB	~150–180 HB	Kekerasan berbanding lurus dengan volume dan distribusi presipitat

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Kepadatan	~2.78–2.81 g/cm³	Sedikit lebih tinggi daripada beberapa aluminium paduan rendah tetapi masih ringan untuk kekuatan tinggi
Rentang Titik Leleh	~475–635 °C (rentang solidus/liquidus khas untuk Al–Zn–Mg–Cu)	Solidus/liquidus tepat tergantung komposisi dan elemen minor
Konduktivitas Termal	~120–150 W/m·K (pada 20 °C, nilai tipikal paduan)	Lebih rendah dari aluminium murni akibat penyebar paduan; bervariasi dengan temper dan komposisi
Konduktivitas Listrik	~30–45 %IACS	Paduan mengurangi konduktivitas dibanding aluminium murni
Kalor Spesifik	~0.88–0.90 J/g·K	Mirip dengan paduan aluminium lain
Koefisien Ekspansi Termal	~23–25 ×10⁻⁶ /K	Setara dengan paduan aluminium tempa lain; desain diperlukan untuk penyesuaian termal jika dipadukan dengan komposit/baja

Sifat fisik 7068 secara umum serupa dengan paduan aluminium berkekuatan tinggi lainnya; paduan ini mempertahankan kepadatan dan kalor spesifik aluminium yang menguntungkan meskipun mengorbankan sebagian konduktivitas termal dan listrik karena kadar solut yang tinggi. Ekspansi termal dan konduktivitas harus dipertimbangkan dalam manajemen panas dan skenario penyambungan, terutama ketika dipasangkan dengan material tak serupa.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0,5–6 mm tipikal; hingga ~12 mm	Lembaran tipis mencapai properti puncak secara lebih merata	T6, T651, O	Digunakan untuk panel dengan beban tinggi dan bagian yang di-mesin setelah proses penuaan
Plat	6–100+ mm	Plat tebal sensitif terhadap quenching; bisa menunjukkan pengurangan properti puncak kecuali proses dikontrol	Varian T6/T7; T651 untuk pelurusan tegangan	Sering memerlukan perlakuan panas khusus dan fixture quenching
Ekstrusi	Penampang bervariasi	Bagian ekstrusi dapat mencapai properti tinggi jika dilakukan solution treatment dan penuaan	T6/T651	Profil kompleks digunakan untuk komponen struktural dan fitting
Tabung	OD/ID bervariasi	Ketebalan dinding mempengaruhi respon quench dan penuaan	T6/T651	Digunakan pada pipa struktural yang sensitif terhadap berat; perhatian khusus pada pengelasan dan sambungan
Batang/As	Diameter hingga beberapa inci	Batang dapat diproduksi dan diperkeras penuaan untuk kekuatan tinggi	T6, T651	Umum untuk baut, pin, dan komponen mesin berkekuatan tinggi

Bentuk gilingan berbeda dalam hal kemampuan quench dan perilaku tegangan sisa. Produk tipis lebih mudah diperlakukan panas untuk mencapai properti puncak; plat tebal dan penampang besar membutuhkan quenching yang dikontrol atau temper paduan yang dimodifikasi (T7 atau penuaan multi-tahap) untuk menghindari kondisi underage pada garis tengah dan mengurangi distorsi. Ekstrusi dan tempa biasanya menjalani solution treatment setelah pembentukan untuk menghasilkan keadaan presipitasi yang homogen.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	7068	USA	Penamaan utama untuk paduan kekuatan tinggi ini dalam asosiasi aluminium
EN AW	7068	Eropa	Sering disebut sebagai EN AW-7068 dengan komposisi serupa; ada kemungkinan perbedaan pada kadar kotoran yang diperbolehkan
JIS	A7068 (perkiraan)	Jepang	Standar lokal dapat memiliki kimia serupa dengan penamaan dan spesifikasi perlakuan panas yang berbeda
GB/T	7068	China	Varian standar China ada; komposisi kimia dan jaminan properti mekanik dapat bervariasi

Standar dan penamaan secara umum mirip, namun praktik produksi dan pengujian berbeda antar wilayah. Perbedaan minor dalam tingkat maksimum kotoran, penambahan mikro-paduan, dan prosedur uji kualifikasi dapat menyebabkan variasi pada properti dan perilaku patahan—engineer harus memastikan lembar spesifikasi dan sertifikat kesesuaian untuk komponen kritis guna menjamin kesetaraan.

Ketahanan Korosi

7068 adalah paduan Al–Zn–Mg–Cu yang warisi kepekaan keluarga Al–Zn terhadap korosi lokal di lingkungan yang mengandung klorida. Dalam kondisi atmosfer dengan paparan klorida rendah, 7068 yang diproses overaged atau perlakuan permukaan yang tepat menunjukkan kinerja yang dapat diterima; namun, material T6 tanpa perlindungan rentan terhadap korosi titik dan serangan antarbutir, terutama di lokasi mendapat tegangan tinggi.

Di lingkungan laut atau dengan kadar klorida tinggi, 7068 memerlukan pelapis pelindung, anodizing, atau pilihan temper overaged (gaya T7) untuk meningkatkan ketahanan korosi. Meski begitu, paduan ini umumnya kurang tahan korosi dibandingkan paduan seri 5xxx yang mengandung magnesium untuk aplikasi laut dan baja tahan karat untuk penggunaan jangka panjang tanpa perlindungan kuat.

Retak korosi tegangan (SCC) menjadi perhatian pada paduan Al–Zn–Mg berkekuatan tinggi. Temper puncak usia T6 memiliki kerentanan SCC lebih tinggi; overaging dan penambahan dispersi mikro-paduan mengurangi kerentanan ini tetapi mengorbankan kekuatan puncak. Kopling galvanik dengan material katodik (tembaga, baja tahan karat) mempercepat serangan lokal; sambungan ke baja harus diisolasi dan desain harus menghindari celah dan residu garam.

Dibandingkan keluarga paduan lain, 7068 menukar ketahanan korosi dengan kekuatan: biasanya melewati paduan seri 6xxx dalam kekuatan tetapi kurang tahan terhadap korosi dibanding paduan seri 5xxx dan beberapa seri 3xxx untuk aplikasi laut. Pemilihan temper yang tepat dan perlindungan permukaan menjadi faktor desain penting.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Las

Pengelasan 7068 menantang karena pelunakan di zona pengaruh panas (HAZ) dan penurunan kekuatan signifikan di zona fusi; struktur mikro pengerasan presipitasi terganggu oleh panas yang masuk. Pengelasan TIG dan MIG dapat dilakukan pada sambungan lokal non-kritis dengan prosedur panas rendah, tetapi perlakuan panas pasca las tidak selalu mampu mengembalikan properti dasar pada struktur besar. Jika pengelasan diperlukan, disarankan menggunakan kawat las paduan yang disesuaikan untuk kekuatan dan ketahanan SCC (misalnya, kawat las Al‑Zn‑Mg khusus atau kawat las Al‑Si dengan kekuatan lebih rendah) serta prosedur yang meminimalkan panas masuk.

Kemudahan Mesin

Kemudahan pemesinan 7068 dalam temper puncak umumnya baik dibanding baja kekuatan tinggi karena densitas yang lebih rendah dan perilaku pematahan serpihan yang baik, tetapi kekerasan tinggi meningkatkan keausan alat potong. Penggunaan alat karbida, geometri pahat positif, dan pemesinan kecepatan tinggi dengan pendingin yang cukup menghasilkan hasil terbaik. Pemesinan pada temper lunak (O) sebelum penuaan akhir adalah praktik umum untuk mengurangi keausan alat dan distorsi saat operasi mesin kompleks.

Kemampuan Bentuk

Proses pembentukan terbaik dilakukan pada temper anil (O) atau lunak; material T6/T651 menunjukkan kemampuan pembentukan dingin terbatas dan tingkat pantulan kembali (springback) yang lebih tinggi. Radius tekuk harus konservatif (misalnya, kelipatan ketebalan yang lebih besar) pada temper puncak agar menghindari retak pada pengkonsentrasian tegangan. Jika diperlukan pembentukan signifikan, lakukan pada kondisi anil diikuti dengan solution treatment dan penuaan buatan untuk mencapai kekuatan akhir.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan yang dapat diperlakukan panas, 7068 mengikuti prinsip pengerasan presipitasi klasik. Solution treatment biasanya dilakukan pada suhu dalam rentang untuk melarutkan unsur paduan ke dalam larutan padat (umumnya sekitar 470–500 °C tergantung ukuran penampang dan prosedur tungku) dilanjutkan dengan quench cepat untuk mempertahankan larutan padat jenuh. Penuaan buatan (misalnya penuaan T6) biasanya dilakukan pada suhu sekitar 120–160 °C dengan waktu sesuai untuk mencapai kekerasan dan kekuatan puncak; waktu bervariasi tergantung ukuran penampang dan toleransi overaging.

Overaging untuk menghasilkan temper gaya T7 melibatkan suhu penuaan lebih tinggi atau waktu lebih lama untuk memperbesar presipitat; ini menurunkan kekuatan puncak tetapi meningkatkan ketahanan retak korosi tegangan dan ketangguhan patah. Penamaan T651 menunjukkan adanya proses pelurusan atau penarikan terkendali setelah quench untuk mengurangi tegangan sisa dan distorsi. Karena sensitivitas terhadap quench, penampang tebal mungkin memerlukan siklus modifikasi atau protokol quench terinterupsi serta penggunaan mikro-paduan dispersi (Zr, Ti) untuk mengurangi ketergantungan proses heat-treat yang dapat dikembalikan.

Performa Suhu Tinggi

7068 mempertahankan kekuatan yang lebih tinggi dibanding aluminium dengan paduan lebih rendah pada suhu menengah, tetapi penurunan kekuatan signifikan terjadi saat suhu mendekati dan melewati ~120–150 °C. Paparan jangka panjang di atas ~100–120 °C menyebabkan evolusi mikrostruktur (pertumbuhan presipitat penguat) dan kehilangan terukur pada kekuatan luluh dan kekerasan; batas layanan desain biasanya ditegakkan jauh di bawah suhu ini untuk aplikasi pembawa beban kritis.

Oksidasi minimal dibandingkan paduan ferrous, tetapi paparan suhu tinggi dapat mengubah karakteristik oksida permukaan dan mempengaruhi ketahanan korosi. Pada sambungan las, daerah HAZ sangat rentan; pelunakan lokal dan pelarutan/represipitasi presipitat menurunkan kapasitas beban lokal dan berkontribusi pada creep atau perusakan tegangan di bawah beban suhu tinggi berkelanjutan.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa 7068 Digunakan
Aerospace	Fitting struktural dan pin beban tinggi	Kekuatan terhadap berat yang luar biasa dan yield tinggi memungkinkan desain ringan
Defense / Senjata Api	Receiver, bolt carrier, komponen berkekuatan tinggi	Kekuatan statis tinggi dan kemampuan mesin untuk bagian presisi
Motorsport / Otomotif	Link suspensi, konektor roll-cage	Kekuatan tinggi memungkinkan komponen lebih ringan di bawah beban dinamis
Perlengkapan Olahraga	Rangka sepeda berperforma tinggi, hardware	Pengurangan berat kompetitif dengan kekakuan tinggi
Elektronika	Rangka struktural dan bracket	Kekakuan terhadap berat tinggi dan kemudahan mesin untuk rakitan kompak

7068 dipilih untuk aplikasi di mana kekuatan puncak dan yield memungkinkan desain yang lebih ringan dan kaku serta rantai pasok manufaktur dapat mendukung perlakuan panas terkontrol dan finishing pelindung. Paduan ini sangat menarik ketika penghematan berat berdampak pada peningkatan performa atau efisiensi bahan bakar, dan di mana pelapisan pelindung atau pilihan desain mengelola risiko korosi dan kelelahan.

Wawasan Pemilihan

Saat memilih 7068, prioritaskan untuk desain yang membutuhkan kekuatan luluh dan tarik tertinggi pada aluminium gilingan, serta saat proses desain dan manufaktur dapat mengakomodasi perlakuan panas terkontrol dan finishing pelindung. Harapkan biaya material lebih tinggi dan penanganan lebih ketat dibanding paduan aluminium umum.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (1100), 7068 menukar konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan pembentukan pada suhu ruang dengan peningkatan kekuatan dan kekakuan yang berkali-kali lipat; pilih 7068 ketika kinerja struktural menjadi faktor utama. Dibandingkan dengan paduan yang mengalami pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, 7068 memberikan kekuatan statis yang jauh lebih tinggi tetapi biasanya memiliki ketahanan korosi intrinsik yang lebih rendah dalam lingkungan klorida dan kemampuan pembentukan dingin yang lebih buruk. Dibandingkan dengan paduan yang umum dapat dilakuan perlakuan panas seperti 6061 atau 6063, 7068 secara signifikan mengungguli mereka dalam kekuatan luluh dan kekuatan tarik; pilih 7068 ketika kekuatan yang lebih tinggi membenarkan biaya yang meningkat dan ketika kendala pengelasan/penggabungan dapat dikelola.

Ringkasan Penutup

7068 tetap relevan ketika kekuatan praktis tertinggi dalam aluminium coran yang dilakukan peralatan diperlukan dan ketika desain yang sensitif terhadap berat mendapatkan manfaat dari rasio kekuatan terhadap berat yang ditingkatkan. Komposisi kimia dan respons perlakuan panas yang khusus memungkinkan solusi struktural yang tidak dapat dicapai dengan paduan ber-kekuatan lebih rendah, asalkan strategi desain, fabrikasi, dan perlindungan korosi diterapkan untuk mengurangi sensitivitas paduan tersebut.