Aluminium 7150: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Komprehensif

7150 adalah paduan aluminium seri 7xxx yang termasuk dalam keluarga Al‑Zn‑Mg‑Cu dengan kekuatan tinggi yang banyak digunakan dalam aplikasi struktural kelas dirgantara. Komposisinya berfokus pada seng sebagai elemen paduan utama dengan kontribusi signifikan dari magnesium dan tembaga, serta penambahan sedikit zirkonium untuk pengendalian struktur butir dan resistensi rekristalisasi.

Paduan ini dapat menjalani perlakuan panas dan utama diperkuat melalui perlakuan panas larutan diikuti dengan quenching dan penuaan buatan untuk menghasilkan dispersi padat presipitat eta (η′) metastabil dan presipitat terkait. Mekanisme pengerasan karena presipitasi ini menghasilkan kekuatan luluh dan tarik yang sangat tinggi dibandingkan paduan seri 1xxx–6xxx sambil tetap mempertahankan ketangguhan yang cukup saat diproses untuk ketahanan patah.

Ciri utama 7150 meliputi rasio kekuatan-terhadap-berat yang sangat tinggi, ketahanan pertumbuhan retak fatigue yang baik saat diproses dengan overaged atau perlakuan termomekanik yang tepat, serta ketahanan korosi sedang yang dapat ditingkatkan dengan overaging dan pelapisan cladding. Kemampuan las dan pembentukan terbatas pada temper puncak, sehingga pilihan desain dan proses seringkali menukar kemampuan bentuk dengan kekuatan dan performa ketahanan patah.

Industri khas meliputi struktur primer dan sekunder dirgantara, komponen pertahanan berperforma tinggi, dan beberapa aplikasi industri kekuatan tinggi di mana pengurangan berat dan toleransi kerusakan sangat penting. Insinyur memilih 7150 ketika kombinasi kekuatan statis tinggi, performa fatigue, dan ketangguhan yang memadai lebih diutamakan daripada kemampuan las yang menurun dan biaya material yang lebih tinggi dibandingkan paduan yang lebih umum.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Formabilitas	Lasabilitas	Catatan
O	Rendah	Tinggi (20–30%)	Bagus sekali	Cukup	Sepenuhnya dianil untuk kemuluran dan kemampuan bentuk maksimal; jarang digunakan pada produk tempa struktural
T6	Sangat Tinggi	Rendah–Sedang (8–12%)	Terbatas	Buruk	Puncak usia untuk kekuatan maksimum; umum untuk bagian struktural di mana pembentukan dilakukan sebelum penuaan
T651	Sangat Tinggi	Rendah–Sedang (8–12%)	Terbatas	Buruk	T6 ditambah pelepasan tegangan dengan peregangan; digunakan untuk komponen presisi guna mengurangi tegangan residual
T73	Tinggi	Sedang (10–14%)	Terbatas	Buruk–Cukup	Kondisi overaged untuk meningkatkan ketahanan terhadap retak korosi akibat tegangan (SCC) dengan mengorbankan kekuatan puncak
T76 / T7451 / T7751	Sedang–Tinggi	Sedang (10–15%)	Terbatas	Buruk–Cukup	Dirancang untuk menyeimbangkan resistensi SCC, ketangguhan patah, dan kontrol tegangan residual untuk penggunaan kritis pada rangka pesawat

Temper sangat mengubah keseimbangan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan korosi 7150. T6/T651 dengan penuaan puncak memberikan kekuatan statis maksimum namun meningkatkan sensitivitas terhadap retak korosi akibat tegangan dan mengurangi kemuluran, sedangkan temper overaged seperti T73 menukar sebagian kekuatan untuk ketahanan SCC yang jauh lebih baik dan biasanya kemuluran sedikit lebih tinggi.

Urutan pembuatan dan layanan yang diinginkan menentukan pemilihan temper: bentuklah bentuk utama dalam temper O atau temper pembentukan dingin lalu lakukan perlakuan larutan dan penuaan bila memungkinkan, atau pilih temper overaged untuk komponen yang terekspos lingkungan korosif atau memerlukan ketangguhan patah lebih tinggi.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.12	Silisium rendah terkontrol untuk mengurangi intermetalik dan mempertahankan ketangguhan patah
Fe	≤ 0.12	Batas kotoran; Fe tinggi dapat membentuk intermetalik getas dan mengurangi ketangguhan
Mn	≤ 0.05	Minimal; bukan faktor penguat utama pada paduan ini
Mg	2.3–2.9	Pembentuk presipitat utama bersama Zn untuk menciptakan presipitat η′ guna kekuatan tinggi
Cu	2.3–3.1	Menaikkan kekuatan dan kekerasan; meningkatkan ketahanan fatigue tapi dapat meningkatkan kerentanan SCC
Zn	6.3–7.5	Elemen paduan utama yang mendorong kekuatan puncak melalui presipitat η/η′
Cr	≤ 0.04	Kontrol jejak; kadang hadir untuk memodifikasi perilaku batas butir
Ti	≤ 0.08	Deoksidator dan penghalus butir pada proses pengecoran/ingot
Lainnya (Zr, V, dll.)	Zr 0.08–0.20; sisanya jejak	Penambahan Zr sengaja untuk membentuk dispersoid yang mengendalikan rekristalisasi dan memperbaiki struktur butir serta ketangguhan

Setiap elemen berperan spesifik: Zn dan Mg bergabung membentuk presipitat η′ yang bertanggung jawab atas kekuatan tinggi paduan; Cu memodifikasi komposisi dan kinetika presipitat, meningkatkan kekuatan dan ketahanan fatigue namun dapat meningkatkan risiko SCC; Zr dan elemen jejak mengendalikan ukuran butir dan rekristalisasi selama proses termomekanik dan perlakuan larutan/quench, meningkatkan toleransi kerusakan dan memungkinkan penampang lebih tebal mempertahankan sifat yang diinginkan.

Sifat Mekanik

7150 menunjukkan kekuatan tarik dan luluh yang sangat tinggi pada temper yang diproses dengan baik, disertai ketangguhan patah yang baik dan ketahanan pertumbuhan retak fatigue saat diproses untuk meminimalkan presipitat kasar di batas butir. Perilaku luluh biasanya linier-elastis hingga luluh dengan plateau luluh yang terbatas; paduan menunjukkan pengerasan regangan yang wajar hingga patah tetapi elongasi seragam lebih rendah pada temper puncak.

Elongasi hingga kegagalan sangat tergantung pada temper dan bentuk produk; temper dianil atau overaged menawarkan kemuluran yang lebih baik, sedangkan plat dan produk tempa puncak memiliki elongasi lebih rendah dan dapat rentan terhadap kegagalan getas pada kondisi tegangan tinggi. Kekerasan mengikuti tren tarik dan sering digunakan sebagai kontrol bengkel untuk verifikasi temper; distribusi kekerasan pada penampang tebal dapat mengindikasikan efektivitas quench.

Ketebalan dan sensitivitas quench sangat memengaruhi gradien mekanik: plat dan ekstrusi tebal lebih mungkin menunjukkan penurunan sifat pada tengah tebal akibat laju quench yang lebih lambat, kecuali penghalusan butir dan dispersoid Zr dioptimalkan. Performa fatigue diuntungkan oleh presipitat halus dan seragam serta tegangan residual terkontrol yang dihasilkan oleh temper tipe T651/T7451.

Properti	O/Anil	Temper Utama (T6 / T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	170–260 MPa	540–590 MPa	Nilai T6/T651 tipikal untuk produk tempa yang diproses baik; nilai menurun dengan ketebalan penampang dan overaging
Kekuatan Luluh	60–130 MPa	480–520 MPa	Kekuatan luluh tinggi membuat 7150 cocok untuk komponen struktural dengan beban besar
Elongasi	20–30%	8–12%	Elongasi berkurang signifikan pada temper puncak; overaging meningkatkan kemuluran secara modest
Kekerasan (HB)	40–80 HB	150–175 HB	Kekerasan berkorelasi dengan kekuatan dan berguna untuk inspeksi masuk dan verifikasi perlakuan panas

Sifat Fisik

Properti	Nilai	Catatan
Kepadatan	2.81 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al‑Zn‑Mg‑Cu kekuatan tinggi; menguntungkan desain yang sensitif terhadap berat
Rentang Peleburan	Solidus ≈ 477 °C; Liquidus ≈ 635 °C	Paduan memperlebar interval peleburan dibandingkan aluminium murni
Konduktivitas Termal	≈ 120–150 W/m·K	Lebih rendah dibanding Al murni akibat paduan; cukup untuk banyak aplikasi struktural namun tidak optimal untuk heat sinking performa tinggi
Konduktivitas Listrik	≈ 30–40 % IACS	Paduan menurunkan konduktivitas signifikan dibanding Al murni
Kalor Jenis	≈ 0.88–0.92 J/g·K (880–920 J/kg·K)	Kalor jenis dalam rentang aluminium yang tipikal, berguna untuk perhitungan massa termal
Koefisien Ekspansi Termal	≈ 23.0–24.0 ×10⁻⁶ /K	Mirip dengan paduan aluminium tempa lain; penting untuk desain sambungan dengan material berbeda

Sifat fisik mencerminkan batas kerja paduan: kepadatan relatif rendah memberikan kekuatan spesifik yang sangat baik, tetapi paduan menurunkan konduktivitas termal dan listrik dibanding aluminium murni dan beberapa paduan seri 5xxx/6xxx. Ekspansi termal harus diperhatikan dalam rakitan heterogen karena ekspansi berbeda dapat memicu fatigue dan konsentrasi tegangan.

Sifat termal dan rentang peleburan mengendalikan siklus perlakuan panas serta menentukan media quench dan temperatur tooling; konduktivitas termal juga mempengaruhi pemanasan lokal saat proses mesin dan pengelasan.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0,5–6,0 mm	Rentan terhadap pelunakan lokal jika tidak dilakukan aging dengan benar	T6, T651, T73	Umum untuk kulit pesawat dan panel yang diperkuat; pembentukan biasanya dilakukan sebelum proses aging akhir
Plat	>6 mm hingga 150 mm	Sensitivitas quench meningkat dengan ketebalan; zona lunak di tengah ketebalan mungkin terjadi	T6, T651, T73	Plat tebal memerlukan pengolahan terkontrol dan paduan mengandung Zr untuk mempertahankan properti
Ekstrusi	Penampang hingga profil besar	Properti dapat bervariasi tergantung ketebalan penampang dan jalur quench	T6, T651, T76	Ekstrusi mendapatkan manfaat dari pendinginan cepat dan dispersi Zr untuk keseragaman properti
Tabung	Ø beberapa mm hingga diameter besar	Ketebalan dinding mengatur gradien quench dan mekanik	T6, T73	Digunakan untuk tabung pesawat dan rangka struktural dengan kontrol kualitas ketat
Batangan/Tiang	Diameter / penampang tergantung	Sejarah tempa dan gulungan memengaruhi kekuatan/ketangguhan	T6, T651	Batangan untuk fitting dengan beban tinggi dan komponen yang diproses mesin; praktek pemanasan awal dan quench sangat penting

Bentuk produk tidak hanya memengaruhi dimensi yang tersedia tetapi juga properti yang dapat dicapai karena kinetika quench dan sejarah termomekanis. Lembaran dan ekstrusi tipis lebih mudah mencapai kekuatan T6 yang ditargetkan, sedangkan plat dan tempa tebal memerlukan pengolahan termomekanis yang disesuaikan dan kontrol dispersi (misalnya Zr) untuk mencegah zona lunak di tengah dan mempertahankan performa patah.

Perancang harus mengoordinasikan urutan pembentukan, peluruhan tegangan, dan aging akhir; pembentukan umumnya harus dilakukan sebelum perlakuan panas larutan akhir dan aging bila memungkinkan, dan toleransi pemesinan harus ditetapkan untuk mengizinkan pengendalian pemanasan lokal dan kondisi permukaan.

Grade Ekivalen

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	7150	USA	Penamaan oleh Aluminum Association untuk paduan tempa; luas digunakan dalam spesifikasi dirgantara
EN AW	seri 7xxx (tidak ada nomor tunggal langsung)	Eropa	Tidak ada ekivalen langsung EN; tentukan kimia dan temper sesuai standar AMS/EN
JIS	A7xxx (perkiraan)	Jepang	Standar Jepang merujuk paduan dalam keluarga 7000; kesetaraan butuh pencocokan kimia dan temper
GB/T	7A50 (perkiraan)	China	Paduan keluarga 7A5x China secara genetik mirip; substitusi langsung perlu verifikasi spesifikasi

Tidak ada referensi silang yang sempurna karena standar regional mengemas kimia, batas residu, dan temper yang diizinkan berbeda-beda. Untuk komponen dirgantara kritis, engineer harus mencocokkan rentang kimia, praktik perlakuan panas (termasuk laju quench dan peregangan), serta kriteria inspeksi daripada hanya mengandalkan nama grade nominal.

Saat pengadaan internasional, minta sertifikat material mencakup komposisi tepat, nilai tarik/kekuatan luluh dalam temper yang disuplai, serta detail perlakuan panas dan peluruhan tegangan mekanik untuk menjamin kesetaraan dalam performa dan perilaku patah.

Ketahanan Korosi

7150 menunjukkan ketahanan korosi atmosferik sedang dibandingkan dengan paduan Al‑Mg yang lebih mulia; dalam temper tipikal dapat tampil cukup baik dengan cat atau pelapis konversi. Dalam lingkungan laut atau yang kaya klorida sangat rentan terhadap pitting dan serangan antarbutir dibandingkan paduan 5xxx atau beberapa paduan 6xxx kecuali telah di-overage atau dilapisi (clad).

Retak akibat korosi tegangan (SCC) adalah perhatian utama untuk paduan 7xxx berdaya tinggi. Temper puncak usia T6/T651 menawarkan kekuatan maksimum tetapi juga sensitivitas SCC maksimum; overaging ke T73 atau memilih temper yang dirancang untuk ketahanan SCC (misal keluarga T76) adalah strategi mitigasi umum untuk struktur kritis.

Interaksi galvani harus dipertimbangkan saat 7150 bersentuhan dengan material katodik yang lebih mulia (baja tahan karat, titanium): aluminium akan korosi lebih dulu kecuali diisolasi secara elektrik atau diberi pelapis yang tepat. Dibandingkan dengan paduan seri 6xxx (misal 6061), 7150 menukar kekuatan dan performa kelelahan yang lebih baik dengan ketahanan korosi bawaan yang lebih rendah dan sensitivitas lebih tinggi terhadap retak lingkungan tanpa perlindungan.

Properti Fabrikasi

Kemampuan Las

Pengelasan 7150 menantang: pengelasan fusi (TIG/MIG) dapat menyebabkan hilangnya kekuatan parah di zona pengaruh panas (HAZ) dan umumnya tidak dianjurkan untuk anggota struktural primer. Jika pengelasan diperlukan, paduan pengisi dan praktik solusi/penuaan pasca las harus dipilih dengan cermat; namun, restorasi penuh sifat mekanis induk oleh pengelasan lokal biasanya tidak memungkinkan.

Pengelasan geser gesek (FSW) dan metode penyambungan keadaan padat lebih disukai karena membatasi pelelehan dan dapat mempertahankan lebih banyak properti temper paduan, walau pelunakan HAZ tetap terjadi. Pengisi yang umum digunakan dalam penyambungan aluminium (misal 4043, 5356) tidak akan mengembalikan properti dasar asli dan bisa menimbulkan pertimbangan galvani serta perilaku elektrokimia berbeda.

Kemampuan Mesin

Sebagai paduan Al‑Zn‑Mg‑Cu berdaya tinggi, 7150 memiliki kemampuan mesin yang baik dibanding baja tetapi lebih menuntut daripada paduan 6xxx atau 5xxx karena kekuatan dan ketangguhan lebih tinggi. Alat harus menggunakan insert karbida dengan sudut pahat positif dan kecepatan makan tinggi untuk menghindari gesekan; kecepatan potong biasanya 200–600 m/min tergantung operasi dan penggunaan pendingin.

Kontrol serpihan bisa baik jika geometri alat dan pendingin tepat digunakan; namun pengerasan kerja bukan faktor seperti pada beberapa baja tahan karat. Integritas permukaan dan keausan alat harus dipantau karena kekerasan tinggi dalam kondisi puncak usia bisa mempercepat keausan abrasif.

Kemampuan Pembentukan

Pembentukan paling baik dilakukan dalam temper yang lebih lunak atau sebelum aging akhir karena kondisi T6/T651 memiliki keuletan terbatas dan springback. Radius tekuk minimum lebih besar dalam kondisi puncak usia; radius tekuk tipikal untuk elemen struktural yang diproses/membentuk harus ditentukan secara konservatif (misal >2–3× ketebalan untuk tekukan tajam pada temper lebih kuat).

Pembentukan dingin diikuti perlakuan larutan dan penuaan adalah jalur umum untuk mencapai geometri akhir dan properti mekanik; proses pembentukan panas dan pembentukan superplastik jarang digunakan dengan 7150 karena sensitivitas quench dan perilaku endapan yang mengontrol properti akhir.

Perilaku Perlakuan Panas

Perlakuan larutan untuk 7150 biasanya dilakukan pada kisaran 470–500 °C untuk melarutkan elemen paduan ke dalam larutan padat jenuh sementara menghindari pelelehan awal komponen titik leleh rendah. Pendinginan cepat ke suhu kamar (atau lebih dingin) diperlukan untuk mempertahankan keadaan jenuh; kontrol laju quench sangat penting pada penampang tebal untuk menghindari pelunakan di tengah ketebalan.

Penuaan buatan mengikuti quench. Siklus aging T6 tipikal menggunakan suhu aging menengah (misal 120