Aluminium 7099: Komposisi, Properti, Panduan Temper, & Aplikasi

Gambaran Umum

7099 adalah paduan aluminium berkekuatan tinggi yang termasuk dalam seri 7xxx dari paduan Al-Zn-Mg(-Cu). Paduan ini dikembangkan untuk aplikasi struktural yang menuntut kekuatan spesifik tinggi, ketangguhan patah yang baik, dan peningkatan ketahanan terhadap retak korosi tegangan (stress-corrosion cracking) dibandingkan dengan paduan 7xxx standar.

Elemen paduan utama dalam 7099 adalah seng, magnesium, dan tembaga, dengan tambahan mikro paduan seperti zirkonium dan sejumlah kecil kromium atau titanium untuk mengontrol struktur butir dan rekristalisasi. Mekanisme pengerasan terutama adalah pengerasan presipitasi (dapat diperlakukan panas) melalui pembentukan presipitat halus η' dan η (MgZn2) setelah perlakuan larutan dan penuaan buatan; struktur mikro yang terkendali juga menyediakan rekayasa batas butir untuk mengurangi kerentanan terhadap SCC.

Ciri utama 7099 meliputi kekuatan tarik dan luluh yang sangat tinggi pada temper puncak, ketahanan korosi intrinsik sedang hingga rendah khas paduan tinggi-Zn (namun seringkali ditingkatkan dengan overaging atau perlakuan pasca fabrikasi), kemampuan las langsung yang terbatas pada temper puncak, serta formabilitas yang lebih rendah dibandingkan paduan 3xxx/5xxx. Industri khas termasuk dirgantara, otomotif performa tinggi, pertahanan, dan beberapa alat olahraga berkekuatan tinggi yang membutuhkan komponen struktural kritis bobot. Insinyur memilih 7099 dibandingkan paduan lain ketika kombinasi kekuatan sangat tinggi, ketangguhan patah, dan ketahanan SCC yang disesuaikan lebih diutamakan daripada kompromi dalam formabilitas, konduktivitas, dan integritas las.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Sepenuhnya dianginkan, keuletan maksimum untuk pembentukan
T1	Sedang	Sedang	Baik	Buruk sampai cukup	Didinginkan dari pengerjaan panas dan menua secara alami
T4	Sedang-Tinggi	Sedang	Cukup	Buruk	Diperlakukan larutan dan menua secara alami
T6	Sangat Tinggi	Rendah-Sedang	Terbatas	Buruk	Diperlakukan larutan dan menua buatan ke kekuatan puncak
T651	Sangat Tinggi	Rendah-Sedang	Terbatas	Buruk	T6 dengan peregangan pereda tegangan setelah quenching
T73 / T76	Sedang-Tinggi	Sedang	Lebih Baik	Lebih Baik dari T6	Temper overaged untuk meningkatkan ketahanan SCC dan eksfoliasi
H14 / H24	Sedang	Berkurang	Terbatas	Lebih Baik dari T6	Temper pengerasan kerja untuk aplikasi lembaran

Temper memiliki pengaruh utama pada keseimbangan mekanik antara kekuatan dengan kelenturan dan ketahanan korosi. Temper puncak (T6/T651) memaksimalkan kekuatan statis dan ketahanan lelah tetapi mengurangi formabilitas dan meningkatkan kerentanan terhadap SCC; temper overaged (T73/T76) menukar sebagian kekuatan untuk ketangguhan dan performa lingkungan yang lebih baik.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.10	Kontrol impuritas; dijaga rendah untuk menghindari intermetalik yang mengurangi ketangguhan
Fe	≤ 0.25–0.50	Impuritas; mendukung intermetalik yang bisa menjadi lokasi inisiasi lelah
Mn	≤ 0.10	Minor, biasanya dikontrol untuk membatasi fase merugikan
Mg	~2.0–3.0	Elemen paduan utama untuk pengerasan presipitasi (presipitat MgZn2)
Cu	~1.2–2.6	Menaikkan kekuatan dan berkontribusi pada urutan pengerasan penuaan; mempengaruhi korosi/SCC
Zn	~6.5–8.5	Elemen penguat utama yang menghasilkan kekuatan puncak tinggi lewat presipitat Mg-Zn
Cr	~0.02–0.25	Ditambahkan dalam jumlah jejak untuk mengontrol rekristalisasi, memperhalus struktur butir
Ti	≤ 0.10	Penghalus butir bila ditambahkan dalam jumlah terkendali
Lainnya	Balance (Al) + jejak Zr, Ag, dsb.	Zr atau elemen mikro paduan lain sering dipakai untuk kontrol dispersi dan penghambatan rekristalisasi

Rentang elemen di atas mewakili praktik paduan seri 7xxx kekuatan tinggi dan dimaksudkan sebagai jendela komposisi tipikal, bukan angka spesifikasi tepat. Seng, magnesium, dan tembaga bekerja sama menghasilkan populasi presipitat halus yang bertanggung jawab atas kekuatan tinggi; mikro paduan dengan Zr/Cr/Ti mendukung struktur subbutir yang stabil dan tahan rekristalisasi yang meningkatkan ketangguhan dan mengurangi sensitivitas SCC.

Sifat Mekanik

7099 menunjukkan lingkup kekuatan tarik yang luas sangat bergantung pada temper; material yang dianginkan menunjukkan perilaku tarik duktile dengan elongasi seragam yang signifikan, sedangkan temper puncak mencapai kekuatan tarik ultimate yang setara dengan paduan Al berkekuatan sangat tinggi yang digunakan di dirgantara. Kekuatan luluh pada temper T6/T651 cukup tinggi untuk menggantikan beberapa komponen baja dengan basis berat yang sama, tetapi elongasi dan kemampuan bending terbatas. Kekerasan mengikuti erat status tarik/luluh dan berguna sebagai indikator kontrol kualitas dan penuaan.

Kinerja lelah 7099 pada temper yang dioptimalkan sangat baik dibandingkan paduan Al lain, menguntungkan dari kontrol inklusi dan struktur butir yang ketat; namun masa lelah sensitif terhadap kondisi permukaan, tegangan sisa, dan paparan lingkungan. Pengaruh ketebalan nyata: bagian yang lebih tebal bisa lebih sulit perlakuan larutan secara merata, mungkin mempertahankan gradien sifat pada ketebalan, dan cenderung lebih rentan terhadap eksfoliasi atau korosi antarbutir jika tidak diperlakukan penuaan atau overaged dengan benar.

Pelunakan terkait korosi dan efek zona terpengaruh panas (HAZ) dari pengelasan atau pemanasan lokal dapat secara drastis mengurangi kekuatan lokal dan mengurangi masa lelah; oleh karena itu, performa mekanik harus selalu dipertimbangkan dalam konteks proses fabrikasi akhir dan temper yang dipilih.

Sifat	O/Annealed	Temper Utama (misal T6/T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	~220–300 MPa (tipikal)	~540–620 MPa (tipikal)	Nilai puncak tergantung pada paduan dan temper; rentang mewakili nilai rekayasa tipikal
Kekuatan Luluh	~90–150 MPa	~470–560 MPa	Rasio luluh ke ultimate bervariasi sesuai temper dan riwayat proses
Elongasi	~15–25%	~6–12%	Duktilitas menurun seiring kekuatan meningkat; desain untuk pembentukan terbatas pada temper kekuatan tinggi
Kekerasan	~40–80 HB	~150–185 HB	Kekerasan Brinell atau Vickers berkorelasi baik dengan kekuatan tarik untuk kontrol proses

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density	~2.78–2.81 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al-Zn-Mg-Cu kekuatan tinggi; memungkinkan kekuatan spesifik tinggi
Rentang Leleh	Solidus ≈ 475–500 °C; Liquidus ≈ 635–655 °C	Paduan menurunkan solidus dibandingkan Al murni; rentang tergantung kimia pastinya
Konduktivitas Termal	~120–160 W/m·K (suhu ruang, perkiraan)	Lebih rendah dari Al murni; konduktivitas menurun dengan paduan berat
Konduktivitas Listrik	~30–50 %IACS (tipikal)	Signifikan berkurang dibandingkan Al murni; temper dan keadaan presipitasi mempengaruhi nilai
Kalor Jenis	~0.85–0.92 J/g·K	Mendekati paduan Al lain; berguna untuk desain termal
Ekspansi Termal	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Ekspansi aluminium tipikal; perlu diperhitungkan dalam rakitan dengan material ekspansi rendah

Sifat fisik di atas adalah nilai rekayasa perkiraan yang digunakan untuk perhitungan awal termal dan massa. Konduktivitas termal dan listrik berkurang dibanding aluminium murni karena paduan dan presipitasi; perubahan ini memengaruhi disipasi panas dan perilaku elektromagnetik pada komponen performa tinggi.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0,4–6,0 mm	Kekuatan-terhadap-berat baik pada T6/T651; ketebalan penuh T73 untuk peningkatan SCC	O, Hx, T6, T651, T73	Sering digunakan untuk panel dan permukaan berbentuk yang membutuhkan kekuatan dan kekakuan
Plat	6–100+ mm	Gradien sifat melalui ketebalan dimungkinkan; bagian berat biasanya memerlukan perlakuan larutan khusus	T6, T651, T76	Proses plat memerlukan tungku besar dan kontrol quenching untuk menghindari inti lunak
Ekstrusi	Profil hingga beberapa ratus mm	Tegangan tarik tinggi pada temper puncak setelah aging; arah ekstrusi memengaruhi sifat	T6, T651, T73	Anggota struktural ekstrusi mendapat manfaat dari aditif pengendali rekristalisasi
Tabung	Diameter dan tebal dinding bervariasi	Perilaku mirip ekstrusi; sifat hoop dan aksial berbeda	T6, T651	Komponen tabung memerlukan aging pasca ekstrusi untuk mencapai sifat target
Batang/Rod	Diameter dari kecil hingga besar	Sifat tergantung pada bahan baku dan pendinginan	O, T6, T651	Digunakan untuk bagian mesin berperforma tinggi dan blank baut

Rute proses sangat memengaruhi sifat akhir: rolling dan ekstrusi melibatkan deformasi substansial dan perilaku rekristalisasi yang harus dikontrol oleh mikro-paduan (Zr, Cr) untuk mempertahankan struktur subgrain yang menguntungkan. Plat dan bagian tebal membutuhkan perlakuan larutan yang lebih agresif dan quenching hati-hati untuk menghindari pelunakan tengah, sementara lembaran tipis lebih mudah mengalami aging seragam dan dapat dibentuk dalam temper yang lebih lunak sebelum aging akhir dilakukan.

Grade Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	7099	USA	Penamaan yang digunakan dalam beberapa katalog pemasok dan spesifikasi dirgantara
EN AW	Tidak ada padanan universal langsung	Eropa	Tidak ada nomor EN tunggal yang secara universal setara dengan 7099; paduan serupa termasuk varian keluarga EN AW-7075 / EN AW-7050
JIS	—	Jepang	Padanan langsung JIS tidak umum; material dapat diperoleh sesuai spesifikasi dirgantara khusus
GB/T	—	China	Standar China mungkin mencantumkan paduan Zn-Mg-Cu kekuatan tinggi, tapi padanan langsung memerlukan pencocokan komposisi/temper

Padanan langsung untuk 7099 terbatas karena paduan ini sering bersifat kepemilikan atau diproduksi sesuai spesifikasi pemasok dirgantara yang mengontrol mikro-paduan dan proses termomekanik. Saat substitusi, engineer harus membandingkan tabel sifat kimia dan mekanik lengkap, jangan hanya mengandalkan penamaan nominal.

Ketahanan Korosi

Dalam kondisi atmosfer, 7099 tampil lebih baik dibandingkan beberapa paduan tinggi-Zn yang telah mengalami aging puncak ketika aging berlebih atau pelapis pelindung diaplikasikan dengan benar, namun secara umum ketahanan korosinya lebih rendah dibandingkan paduan seri 5xxx dan 3xxx. Perlakuan permukaan seperti konversi kromat, anodizing, dan cat pelindung sering digunakan untuk memperpanjang umur pakai di lingkungan terbuka dan mengurangi pitting lokal.

Perilaku laut adalah pertimbangan kritis; paparan air laut menyebabkan pitting dan serangan antar butir pada paduan tinggi-Zn dan tinggi-Cu kecuali diatasi dengan temper overaged (T73/T76), pelapisan atau perlindungan korban. Penggunaan di zona cipratan atau perendaman lama butuh pemilihan paduan/temper yang cermat, persiapan permukaan dan proteksi katodik jika diperlukan.

Stress corrosion cracking (SCC) adalah risiko yang diketahui untuk paduan 7xxx kekuatan tinggi pada kondisi aged puncak, terutama di bawah tegangan tarik berkelanjutan dalam lingkungan korosif. Varian paduan seperti 7099 dirancang dengan tambahan mikro-paduan dan tempering yang disarankan (overaging) untuk mengurangi kecenderungan SCC, namun perancang harus memperhitungkan interaksi galvanik saat 7099 berpasangan dengan material lebih mulia seperti baja tahan karat atau titanium, serta meminimalkan celah dan tegangan residual tarik.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Pengelasan 7099 menantang pada temper kekuatan tinggi karena zona pengerasan presipitasi di heat-affected zone (HAZ) dan fusion zone rentan mengalami pelunakan signifikan dan kehilangan sifat mekanik. Pengelasan TIG dan MIG dapat dilakukan untuk perbaikan lokal atau sambungan, namun biasanya memerlukan perlakuan panas pasca las (PWHT) atau desain mekanik untuk menghindari konsentrasi tegangan tinggi. Filler yang direkomendasikan biasanya dari varian 7xxx kekuatan lebih rendah atau filler khusus yang menyeimbangkan kekuatan dan tahan retak; namun metode las tempel atau gesek dan pengikatan mekanik sering lebih disukai untuk rangka struktural agar menghindari degradasi HAZ.

Kemampuan Mesin

Perilaku machining 7099 umumnya baik untuk paduan aluminium kekuatan tinggi: lebih mudah dikerjakan dibanding baja kekuatan tinggi dan dapat mencapai tingkat pengerjaan material tinggi, tetapi geometri alat dan bahan alat harus memperhitungkan kecenderungan pengerasan kerja dan presipitat abrasif. Alat carbide dengan geometri sudut positif, feed tinggi dan kecepatan sedang memberikan keseimbangan terbaik; pendinginan dan pembuangan serpihan dianjurkan untuk menghindari terbentuknya built-up edge. Indeks machinability biasanya lebih rendah daripada seri 6xxx tapi dapat diterima untuk komponen presisi kompleks dengan alat modern.

Keformabilitasan

Keformabilitasan dingin terbatas pada temper aging puncak; radius tekuk minimum lebih besar daripada paduan 5xxx atau 3xxx dan terjadi springback signifikan akibat kekuatan luluh tinggi. Praktik terbaik adalah membentuk dalam temper yang lebih lunak (O atau T4/H) dan melakukan aging buatan akhir (T6) setelah pembentukan jika memungkinkan. Teknik stretch forming, incremental forming dan superplastic dapat digunakan untuk bentuk kompleks, dan pemilihan temper (misalnya seri H1x) dapat meningkatkan keformabilitasan untuk deformasi terbatas.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan yang dapat diperlakukan panas, 7099 mengikuti urutan klasik solutionize–quench–age. Perlakuan larutan biasanya dilakukan mendekati batas atas rentang larutan padat (sekitar 470–480 °C, tergantung paduan) untuk melarutkan fasa larut, diikuti quenching cepat untuk mempertahankan larutan padat supersaturasi. Aging buatan dilakukan pada suhu menengah (umumnya 120–180 °C) selama waktu terkontrol untuk mengendapkan partikel η' halus dan mencapai kekuatan puncak (T6).

Overaging (varian T7x) digunakan untuk memperbesar presipitat dan mengurangi perbedaan potensial elektrokimia di batas butir, memperbaiki ketahanan terhadap SCC dan eksfoliasi dengan pengorbanan sedikit kekuatan ultimit. Penomoran T651 menunjukkan pelepasan tegangan dengan peregangan setelah quench untuk mengontrol residual stress dan distorsi; ini umum pada aplikasi dirgantara. Kontrol perlakuan panas yang tepat, kecepatan quench, dan resep aging berikutnya sangat penting untuk mencapai sifat mekanik dan lingkungan yang diinginkan.

Perilaku tanpa perlakuan panas tidak berlaku secara klasik untuk 7099 karena pengerasan presipitasi adalah mekanisme penguatan utama; namun annealing lokal (misal untuk pembentukan) dan urutan pengerasan kerja dapat digunakan dalam produksi untuk mencapai set sifat antara sebelum aging akhir.

Performa Suhu Tinggi

7099 mengalami penurunan kekuatan secara bertahap saat suhu meningkat di atas suhu ruang karena stabilitas presipitat sensitif terhadap suhu; suhu layanan berkelanjutan di atas kira-kira 100–120 °C akan mengurangi kekuatan luluh dan kekuatan ultimit serta dapat mempercepat pembesaran presipitat. Paparan sementara pada suhu lebih tinggi dapat melakukan annealing atau overage pada mikrostruktur, mengubah karakteristik mekanik dan korosi.

Oksidasi paduan aluminium pada suhu layanan tipikal minimal dibanding baja, namun sifat oksida permukaan dan pelapis pelindung harus dipertimbangkan dalam lingkungan siklus termal. HAZ pada area las dapat mengalami pelunakan lokal dan kehilangan ketangguhan pada suhu tinggi, sehingga desain untuk fluktuasi termal harus membatasi pemanasan lokal dan memperhitungkan perubahan tegangan residual dan mikrostruktur.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa 7099 Digunakan
Dirgantara	Pengeras badan pesawat, fitting sayap, batang struktur forged	Kekuatan spesifik tinggi dan ketahanan SCC lebih baik pada temper tertentu
Otomotif	Komponen chassis performa tinggi, anggota struktur penahan benturan	Pengurangan berat dengan kekuatan setara baja grade lebih rendah
Kelautan	Anggota struktural, braket luar kapal (dengan perlakuan protektif)	Kekuatan-terhadap-berat tinggi dengan pengendalian korosi yang tepat
Pertahanan	Komponen senjata kecil, bagian struktur kendaraan	Kekuatan dan ketangguhan tinggi untuk beban layanan berat
Olahraga / Rekreasi	Rangka sepeda kelas atas, komponen balap	Kekakuan-terhadap-berat unggul dan performa kelelahan

7099 dipilih untuk komponen di mana kekuatan sangat tinggi dan ketahanan retak menjadi prioritas serta di mana kontrol manufaktur (perlakuan panas, finishing pelindung) dapat diimplementasikan dengan andal. Perannya sering sebagai material pendukung untuk desain kritis berat dan beban tinggi.

Wawasan Pemilihan

7099 sebaiknya dipilih ketika pengurangan bobot struktur dan kekuatan statis serta lelah yang tinggi menjadi faktor utama desain dan ketika rantai pasokan dapat mengontrol temper dan perlindungan permukaan. Paduan ini paling cocok digunakan apabila desain memungkinkan pembentukan terbatas setelah penuaan akhir atau memasukkan penuaan pasca-pembentukan untuk mencapai kekuatan yang diperlukan.

Dibandingkan dengan aluminium komersial murni (misalnya, 1100), 7099 menawarkan kekuatan jauh lebih tinggi serta daya lunak dan konduktivitas yang lebih rendah sebagai pertukaran untuk peningkatan kemampuan menahan beban hingga satu orde besar; gunakan 1100 hanya untuk kemampuan pembentukan yang sangat baik dan konduktivitas saat kekuatan tidak menjadi prioritas. Dibandingkan dengan paduan pengerasan kerja (misalnya, 3003 / 5052), 7099 menyediakan kekuatan yang jauh lebih tinggi dengan mengorbankan kemampuan pembentukan dan ketahanan korosi yang lebih sederhana; pilih 5052/3003 jika pembentukan dan ketahanan korosi laut menjadi perhatian utama. Dibandingkan dengan paduan yang dapat diperlakukan panas umum (misalnya, 6061 / 6063), 7099 menawarkan kekuatan puncak yang jauh lebih tinggi serta ketangguhan patahan yang lebih baik pada temper puncak, menjadikannya lebih unggul ketika rasio kekuatan terhadap berat sangat penting, walaupun 6061/6063 tetap lebih mudah untuk dilas dan dibentuk serta seringkali memiliki biaya lebih rendah.

Ringkasan Penutup

7099 tetap relevan dalam rekayasa modern di mana kombinasi kekuatan spesifik yang sangat tinggi, ketangguhan patahan yang terkontrol, dan resistensi korosi retak yang direkayasa memungkinkan desain yang tidak dapat dicapai dengan paduan aluminium berdaya rendah, dengan catatan bahwa proses fabrikasi, finishing, dan inspeksi harus disesuaikan dengan sifat temper-sensitif dari paduan ini.