Aluminium 7077: Komposisi, Sifat, Panduan Temper, & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

Alloy 7077 adalah anggota dari seri aluminium 7xxx, yaitu keluarga yang terutama diperkuat oleh seng dengan kontribusi signifikan dari magnesium dan tembaga. Alloy ini termasuk dalam kelas pengerasan presipitasi yang dapat dipanaskan (heat-treatable) dari paduan Al-Zn-Mg-Cu yang dirancang untuk memberikan kekuatan sangat tinggi sekaligus ketangguhan yang cukup untuk aplikasi struktural yang menuntut.

Strategi paduan utama pada 7077 adalah pengerasan usia (perlakuan panas solusi, pendinginan cepat, dan penuaan buatan) yang menghasilkan dispersi halus zona Guinier-Preston dan presipitat eta (MgZn2). Unsur mikro-paduan dan pemrosesan termal/mekanis terkendali digunakan untuk mengoptimalkan ketangguhan dan ketahanan retak sambil mendorong kekuatan tarik dan luluh melewati banyak paduan pesaing.

Ciri utama 7077 meliputi kekuatan statis yang sangat tinggi, ketahanan lelah yang baik jika diproses dengan benar, dan ketahanan korosi sedang yang dapat ditingkatkan dengan pemilihan temper dan perlakuan permukaan. Kemampuan las dan pembentukan dingin terbatas dibandingkan dengan paduan aluminium yang lebih lunak, sehingga biasanya digunakan di mana rasio kekuatan-terhadap-berat menjadi faktor desain utama pada industri dirgantara, pertahanan, otomotif berperforma tinggi, dan struktur industri khusus.

Insinyur memilih 7077 ketika diperlukan kekuatan puncak dan kinerja lelah pada bagian tipis atau tempa, serta ketika penghematan berat membenarkan biaya material dan pemrosesan yang lebih tinggi. Alloy ini dipilih dibandingkan seri 6xxx saat diperlukan kekuatan statis dan ketahanan lelah lebih tinggi, dan dibandingkan 7075 pada beberapa aplikasi yang membutuhkan komposisi kimia khusus atau keseimbangan optimal antara SCC dan kelelahan.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Ketangguhan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Bagus Sekali	Bagus Sekali	Kondisi fully annealed untuk pembentukan dan pemesinan
H14	Sedang	Moderate	Cukup	Buruk	Strain-hardened tanpa perlakuan panas; penggunaan terbatas untuk paduan 7xxx
T5	Tinggi	Rendah–Moderate	Terbatas	Buruk	Dingin dari pembentukan suhu tinggi dan penuaan buatan
T6	Tinggi	Rendah	Terbatas	Buruk	Perlakuan panas solusi dan penuaan buatan; temper kekuatan tinggi umum
T651	Tinggi	Rendah	Terbatas	Buruk	T6 dengan pelepasan tegangan stretching; umum untuk tempa dirgantara
T7651 / T77x	Tinggi	Rendah–Moderate	Terbatas	Buruk	Temper overaged atau khusus untuk meningkatkan ketahanan SCC dan ketangguhan patahan

Temper sangat memengaruhi kekuatan, bentukabilitas, dan kondisi tegangan residual pada 7077. Temper annealed O memberikan formabilitas terbaik untuk stamping dan deep drawing, sementara T6/T651 memberikan kekuatan statis tertinggi dengan pengorbanan elongasi dan kemampuan pembentukan dingin.

Temper yang diproses penuaan dan overaged (misalnya T7651) sering digunakan ketika ketahanan terhadap retak korosi tegangan (SCC) dan ketangguhan patahan sangat penting, dengan kompromi pada kekuatan luluh dan tarik puncak. Pengelasan umumnya merugikan temper pengerasan usia karena zona yang terpengaruh panas (HAZ) akan melunak kecuali menggunakan metode pengelasan khusus dan perlakuan pascalas.

Komposisi Kimia

Unsur	Rentang %	Catatan
Si	maks 0.10	Kotoran tipikal yang memengaruhi karakteristik pengecoran dan struktur butir
Fe	maks 0.30	Kotoran yang membentuk intermetal dan dapat mengurangi keuletan
Mn	maks 0.05	Paduan minor untuk mengontrol struktur butir dan meningkatkan ketangguhan
Mg	2.0–3.5	Unsur penguat utama yang membentuk presipitat MgZn2 dengan Zn
Cu	1.2–2.2	Menambah kekuatan namun meningkatkan kerentanan terhadap korosi dan SCC
Zn	5.5–8.5	Unsur penguat utama; mengendalikan respons penuaan puncak
Cr	0.05–0.25	Mikropaduan untuk kontrol rekristalisasi dan pemurnian butir
Ti	0.02–0.10	Penghalus butir untuk meningkatkan struktur ingot dan pengecoran
Lainnya	Sisa / jejak	Penambahan jejak (misal Zr, Ni) untuk penyesuaian sifat mekanik

Komposisi kimia 7077 menempatkannya dalam keluarga aluminium tinggi Zn, Mg, Cu yang dapat dipengeraskan lewat presipitasi, di mana konsentrasi Zn dan Mg menentukan kekuatan puncak yang dapat diperoleh melalui presipitasi terkontrol fase Mg-Zn. Tembaga meningkatkan kekuatan dan mengimbangi sebagian kehilangan keuletan, namun juga meningkatkan kerentanan terhadap korosi lokal dan retak korosi tegangan jika tidak ditangani dengan tempering dan mikro-paduan.

Penambahan minor seperti Cr, Ti, Zr atau unsur mikro-paduan lain digunakan untuk menahan rekristalisasi, mengontrol pertumbuhan butir selama pemrosesan termomekanis, dan meningkatkan ketangguhan patahan serta ketahanan pertumbuhan retak akibat kelelahan. Toleransi manufaktur dan standar nasional menetapkan rentang dan batas sehingga respons penuaan optimal sedikit berbeda antar pemasok.

Sifat Mekanik

7077 menunjukkan rentang sifat mekanik yang luas tergantung temper dan pemrosesan, mulai dari kondisi O yang cukup lunak dan ulet hingga temper T6/T651 dan overaged khusus yang sangat kuat. Pada pemrosesan T6/T651, kekuatan tarik umumnya melebihi 500–650 MPa dan kekuatan luluh mendekati 450–600 MPa, dengan penurunan elongasi seragam yang menyertai. Material annealed (O) biasanya menunjukkan kekuatan tarik di kisaran 180–300 MPa dengan elongasi di atas 10–20%.

Nilai kekerasan pada temper umur puncak jauh lebih tinggi dibandingkan kondisi annealed; nilai kekerasan Brinell atau Vickers tipikal mencerminkan keadaan presipitasi dan akan turun drastis pada HAZ setelah pengelasan. Kinerja lelah 7077 bisa sangat baik jika struktur mikro dan kondisi permukaan terkontrol; umur lelah sensitif terhadap cacat permukaan, tegangan tarik residual, dan fitur mikrostruktur terkait temper.

Ketebalan dan faktor bentuk memengaruhi sifat yang bisa dicapai karena perlakuan panas solusi dan laju pendinginan bervariasi sesuai ukuran penampang, dan butir kasar atau gradien larutan yang tersisa pada penampang tebal dapat mengurangi kekerasan dan kekuatan puncak. Tempa dan pelat tebal memerlukan perlakuan solusi dan strategi pendinginan terkendali untuk mendekati sifat yang diperoleh pada produk tekan tipis.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (misal T6/T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	180–300 MPa	520–680 MPa	Rentang luas tergantung umur, ketebalan penampang, dan pemrosesan pemasok
Kekuatan Luluh	80–180 MPa	450–600 MPa	Kekuatan luluh sangat bergantung temper; T651 banyak digunakan untuk dirgantara
Elongasi	12–25%	5–12%	Keuletan menurun seiring peningkatan kekuatan; ketebalan juga memengaruhi elongasi
Kekerasan	40–70 HB	150–190 HV (~150–180 HB)	Kekerasan berhubungan dengan kondisi presipitasi dan menurun di HAZ

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density	~2.78–2.81 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al-Zn-Mg-Cu kekuatan tinggi; lebih ringan dibandingkan baja
Range Titik Leleh	~500–640 °C	Solidus/liquidus bervariasi tergantung kimia; aluminium murni meleleh ~660 °C
Konduktivitas Termal	~120–160 W/(m·K)	Lebih rendah dari Al murni karena paduan; baik untuk pembuangan panas relatif terhadap baja
Konduktivitas Listrik	~30–45 % IACS	Berkurang dibandingkan aluminium komersial murni akibat paduan
Kalor Jenis	~875–910 J/(kg·K)	Kalor jenis tipikal keluarga aluminium pada suhu ambient
Koefisien Ekspansi Termal	~23–24 ×10⁻⁶ /K	Koefisien mirip dengan paduan aluminium lain; penting untuk desain termal

Density dan sifat termal membuat 7077 menarik apabila dibutuhkan kekuatan spesifik tinggi dan kemampuan konduksi termal yang memadai. Konduktivitas termal dan kalor jenis cukup untuk banyak peran struktural dan manajemen termal, meskipun konduktivitasnya jelas lebih rendah dibandingkan aluminium hampir murni atau seri paduan rendah.

Konduktivitas listrik berkurang karena kandungan paduan tinggi dan perlu diperhatikan saat jalur listrik penting; desainer biasanya memilih seri paduan lebih rendah untuk bagian yang kritikal konduktivitasnya. Ekspansi termal alloy ini mirip paduan aluminium lain dan harus diperhitungkan dalam rakitan multi-material agar terhindar dari tegangan termal.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0,5–6,0 mm	Baik pada ketebalan tipis dengan penuaan yang tepat	O, T5, T6, T651	Digunakan untuk kulit pesawat terbang dan panel berdaya tahan tinggi
Plat	6–150+ mm	Kekuatan berkurang pada plat tebal karena sensitivitas quench	T6, T651, overaged	Bagian tebal memerlukan praktik quench khusus dan dapat digunakan untuk penempaan
Ekstrusi	Penampang bervariasi	Kontrol properti bergantung pada proses T dan quench	T6, T5	Profil kompleks memungkinkan namun perlu memperhatikan laju quench
Tabung	Ketebalan dinding 1–25 mm	Perilaku serupa dengan lembaran saat dinding tipis	T6/T651, O	Sering digunakan untuk pipa struktural dan aerospace
Batang/As	Diameter hingga 200+ mm	Batang tempa mempertahankan properti baik di seluruh ketebalan jika diproses	T6, T651	Untuk fitting struktural yang dikerjakan mesin dan komponen berdaya tahan tinggi

Lembaran dan ekstrusi tipis dapat mencapai respons pengerasan penuaan mendekati puncak berkat laju quench yang menguntungkan, membuatnya cocok untuk kulit dan panel aerospace. Plat dan penempaan besar lebih menantang karena pendinginan lambat mendorong pelunakan lokal dan distribusi presipitat tidak homogen, sehingga memerlukan kontrol proses yang ketat.

Bentuk komersial dipilih berdasarkan operasi akhir yang diinginkan: lembaran untuk pembentukan dan pekerjaan struktural ringan, plat dan batang tempa untuk fitting beban tinggi, serta ekstrusi untuk elemen struktural dengan penampang kompleks. Setiap bentuk memerlukan perlakuan panas yang disesuaikan dan kemungkinan penuaan pasca-mesin untuk memenuhi spesifikasi dimensi dan mekanik.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	7077	USA	Penunjukan Aluminum Association untuk keluarga paduan
EN AW	7077	Eropa	EN AW-7077 umum digunakan; toleransi kimia dan temper bisa berbeda
JIS	A7077	Jepang	Penunjukan JIS; kode proses dan temper mengikuti konvensi JIS
GB/T	7077	Tiongkok	Grade GB/T sering mengikuti kimia AA tapi mungkin memiliki batas pemasok spesifik

Standar nasional dan regional biasanya mengadopsi penunjukan 7077, namun toleransi kimia, batas impuritas, dan definisi temper dapat sedikit berbeda antar standar. Untuk komponen kritis aerospace atau keselamatan, engineer harus mengonfirmasi standar tepat, sertifikat pabrik, dan hasil uji sifat mekanik dari pemasok.

Referensi silang harus mencakup kode temper dan catatan pemrosesan tambahan (misalnya T651 vs. T6511) karena perbedaan kecil dalam peregangan pelepasan tegangan, waktu penuaan, atau batas impuritas dapat berdampak signifikan pada ketahanan SCC, kelelahan, dan ketangguhan patahan.

Ketahanan Korosi

Ketahanan korosi atmosferik untuk 7077 sedang dan lebih rendah dibandingkan banyak paduan seri 5xxx dan 6xxx karena kandungan Zn dan Cu yang tinggi yang mendorong mekanisme korosi lokal. Perlindungan permukaan yang tepat seperti lapisan konversi, anodizing, atau sistem cat biasa ditentukan untuk lingkungan luar ruangan atau agresif guna mengendalikan korosi titik dan eksfoliasi.

Di lingkungan laut atau kaya klorida, 7077 lebih rentan terhadap korosi titik dan stress corrosion cracking dibandingkan paduan Al-Mg (5xxx) dan beberapa 6xxx kecuali menggunakan temper overaged dengan ketahanan SCC yang lebih baik. Overaging dan mikroaloi khusus dapat mengurangi kerentanan SCC, tetapi pelapisan pelindung dan isolasi katodik sering diperlukan untuk layanan jangka panjang di perairan laut.

Stress corrosion cracking tetap menjadi perhatian untuk paduan seri 7xxx berdaya tahan tinggi dan dapat diaktifkan oleh tegangan residu tarik yang dikombinasikan dengan agen korosif; praktek desain dan manufaktur seperti penuaan terkontrol, pelepasan tegangan residu (peregangan), dan penghindaran tegangan tarik permukaan digunakan untuk mengurangi risiko. Interaksi galvanik dengan material lebih mulia (misalnya baja tahan karat) dapat mempercepat korosi lokal; antarmuka isolasi dan pemilihan pengikat yang tepat dianjurkan.

Dibandingkan dengan keluarga 6xxx dan 5xxx, 7077 menukar ketahanan korosi dengan kekuatan dan kemampuan kelelahan yang jauh lebih tinggi. Engineer harus menyeimbangkan perlakuan pelindung dan pemilihan temper terhadap performa mekanik dan ekspektasi pemeliharaan siklus hidup.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Pengelasan 7077 dengan metode fusi menantang karena HAZ mengalami pelunakan signifikan dan keluarga paduan ini rentan terhadap retak panas serta penurunan kekuatan pada sambungan las. Pengelasan konvensional TIG/MIG biasanya menghasilkan sambungan dengan kekuatan jauh berkurang dibandingkan logam dasar, dan praktik yang disarankan sering menghindari pengelasan fusi untuk bagian struktural kritis. Pengelasan geser gesek dan teknik keadaan padat lebih disukai bila pengelasan diperlukan, dan logam pengisi (misalnya logam pengisi seri 5xxx atau 6xxx tertentu) dipilih untuk mengurangi risiko retak panas dan menyesuaikan perilaku korosi.

Kemampuan Mesin

Kemampuan mesin 7077 umumnya baik dalam kondisi penuaan puncak berkat kekuatan tinggi dan cip stabil, tetapi keausan alat bisa lebih tinggi daripada paduan lebih lunak karena abrasif dan gaya potong yang lebih besar. Alat carbide dengan sudut rake positif dan pendinginan yang cukup dianjurkan untuk mengontrol pembentukan tepi terangkat dan menjaga integritas permukaan. Kecepatan potong dan laju makan harus dipilih dengan mempertimbangkan temper, dengan pemotongan berat membutuhkan parameter konservatif untuk menghindari getaran dan distorsi bagian.

Kemampuan Pembentukan

Pembentukan dingin terbatas pada temper penuaan keras; operasi pembentukan terbaik dilakukan dalam temper O atau kondisi solusi khusus dan penuaan parsial untuk menghindari retak. Radius tekukan dalam minimum yang direkomendasikan tergantung pada temper dan ketebalan, tetapi perancang harus mengantisipasi radius lebih besar daripada paduan seri 5xxx dan 3xxx untuk mencegah patahan. Jika diperlukan tekukan ketat, lakukan pembentukan dalam kondisi annealing diikuti perlakuan solusi dan penuaan yang sesuai, atau pertimbangkan teknik pembentukan bertahap dan pembentukan hangat.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan yang dapat diperlakukan panas, 7077 merespon perlakuan solusi diikuti dengan quench cepat dan penuaan buatan terkontrol untuk membentuk fase penguat presipitat. Suhu perlakuan solusi khas untuk paduan Al-Zn-Mg-Cu berkisar 470–500 °C diikuti dengan quench air, meski suhu dan waktu tepat bergantung pada ukuran penampang dan rekomendasi pemasok untuk menghindari lelehan awal atau overaging.

Penuaan buatan (gaya T6) menggunakan suhu menengah (misal 120–180 °C) selama beberapa jam untuk mencapai kekuatan puncak, sementara overaging (gaya T7x) menggunakan suhu lebih tinggi atau waktu lebih lama untuk memperbesar presipitat dan meningkatkan ketahanan SCC serta ketangguhan dengan pengorbanan kekerasan puncak. Transisi temper T digunakan untuk mengatur keseimbangan antara luluh, ketangguhan, dan ketahanan retak lingkungan; penuaan pasca-las atau pasca-formasi dapat sebagian mengembalikan properti jika quench dan penuaan dikontrol dengan baik.

Untuk operasi non-pperlakuan panas seperti pembentukan akhir tanpa penuaan, pengerasan kerja tidak praktis untuk kekuatan tinggi pada 7077 karena kelas paduan ini; annealing ke kondisi O digunakan untuk pembentukan dan machining, lalu perlakuan panas diterapkan untuk mencapai properti desain. Kontrol laju quench dan quench air segera penting untuk penampang tebal agar menghindari zona lunak dan mikrostruktur tidak homogen.

Performa Suhu Tinggi

7077 kehilangan fraksi signifikan kekuatan suhu kamar saat temperatur naik; suhu kerja di atas ~120 °C mulai mengurangi stabilitas mekanik jangka panjang dan distribusi presipitat. Ketahanan creep pada suhu tinggi terbatas, sehingga 7077 tidak direkomendasikan untuk aplikasi beban suhu tinggi berkelanjutan; paparan termal dapat memicu overaging dan degradasi kekuatan.

Oksidasi aluminium bersifat membatasi sendiri dan membentuk lapisan pelindung Al2O3, sehingga korosi permukaan akibat oksidasi biasanya minor dibandingkan mekanisme lain, tetapi suhu tinggi dikombinasikan dengan tegangan dapat mempercepat kerusakan lingkungan. Zona pengaruh panas dari proses suhu tinggi (misalnya pengelasan, brazing) menunjukkan pelunakan khas dan struktur presipitat membesar, yang mempengaruhi desain bagian dan kebutuhan perlakuan panas pasca.

Perancang harus membatasi paparan berkelanjutan pada suhu tinggi dan mempertimbangkan paduan alternatif atau pelapisan pelindung saat lingkungan operasi mendekati ambang penuaan atau overaging. Untuk siklus suhu tinggi sesekali, perlakuan penuaan ulang dapat sebagian memulihkan beberapa properti mekanik tetapi tidak sepenuhnya mengembalikan mikrostruktur asli di semua kasus.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa 7077 Digunakan
Aeronautika	Fitting struktural, tempa, stringer	Kekuatan terhadap berat yang sangat tinggi dan performa kelelahan yang baik
Defensa	Komponen misil dan kendaraan peluncur	Kekuatan, toleransi ketat, dan kritisnya bobot
Otomotif Kinerja Tinggi	Komponen suspensi, roll cage	Pengurangan massa dengan kekuatan statis dan kelelahan tinggi
Industri / Mesin	Baut dan poros beban tinggi	Kemudahan pemesinan dengan toleransi ketat dan kekuatan tinggi
Elektronik / Manajemen Termal	Perambat panas struktural (terbatas)	Konduktivitas termal dan kekakuan yang cukup baik

7077 digunakan ketika penghematan berat struktural dan kapasitas beban tinggi menjadi faktor penentu, khususnya dalam aplikasi aeronautika dan defensa di mana biaya manufaktur dibenarkan oleh peningkatan performa. Kombinasi kekuatan statis tinggi, ketahanan kelelahan, dan kemampuan diproduksi dalam bentuk tempa serta bagian yang diproses presisi membuatnya menarik untuk fitting dan komponen dengan beban tinggi.

Karena keterbatasan kemampuan pengelasan dan perilaku korosi, 7077 dipadukan dengan lapisan pelindung dan strategi penyambungan yang dikontrol dengan cermat, serta sering ditentukan ketika paduan alternatif tidak dapat memenuhi kebutuhan beban atau kelelahan tanpa penalti berat.

Wawasan Pemilihan

Gunakan 7077 saat kekuatan statis dan kelelahan maksimum per satuan berat menjadi persyaratan utama dan saat rantai pasok manufaktur dapat menyediakan kontrol perlakuan panas dan perlindungan permukaan. Material ini paling tepat untuk tempa struktural, fitting beban tinggi, dan komponen aerospace berpenampang tipis di mana performa membenarkan biaya material dan proses yang lebih tinggi.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (misal, 1100), 7077 mengorbankan konduktivitas listrik dan termal serta kemampuan bentuk untuk mendapatkan kekuatan yang jauh lebih tinggi. Dibandingkan dengan paduan kerja keras seperti 3003 atau 5052, 7077 menawarkan kekuatan jauh lebih besar namun umumnya ketahanan korosi dan kemampuan bentuknya lebih rendah; pilih 7077 untuk kekuatan struktural, bukan untuk kemudahan pembentukan atau ketahanan korosi laut tanpa lapisan pelindung.

Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan dengan panas umum seperti 6061 atau 6063, 7077 memiliki kekuatan puncak yang jauh lebih tinggi dan seringkali masa kelelahan yang lebih baik, namun dengan biaya fabrikasi yang lebih menantang, sensitivitas terhadap korosi retak tegangan (SCC) yang meningkat, dan umumnya biaya material yang lebih tinggi. Pilih 7077 ketika beban, berat, dan performa kelelahan menjadi kriteria utama dan saat desain dapat mengakomodasi keterbatasan temper spesifik.

Ringkasan Penutup

Paduan 7077 tetap menjadi material niche namun krusial untuk aplikasi struktural kinerja tinggi di mana rasio kekuatan terhadap berat yang luar biasa dan perilaku kelelahan yang disesuaikan diperlukan. Dengan pemilihan temper, kontrol proses, dan perlindungan korosi yang teliti, 7077 memungkinkan pembuatan komponen yang tidak praktis dengan paduan aluminium berkekuatan lebih rendah, menjaga relevansinya di bidang aeronautika, defensa, dan rekayasa menuntut lainnya.