Aluminium 7175: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Ikhtisar Komprehensif

7175 adalah paduan aluminium kekuatan tinggi yang termasuk dalam seri 7xxx, yang ditandai dengan seng sebagai elemen paduan utama. Paduan ini dirancang terutama untuk aplikasi dirgantara dan struktur berkinerja tinggi di mana rasio kekuatan-terhadap-berat dan ketahanan terhadap kelelahan sangat penting.

Penambahan paduan utama meliputi seng, magnesium, dan tembaga, dengan penambahan jejak kromium, titanium, atau zirkonium yang digunakan untuk mengendalikan struktur butir dan rekristalisasi. Elemen-elemen ini menghasilkan mikrostruktur yang dapat dikeraskan dengan presipitasi; 7175 adalah paduan yang dapat diperlakukan panas dan mencapai kekuatannya melalui perlakuan panas pelarutan, quenching, dan penuaan buatan untuk membentuk presipitat halus tipe η (MgZn2).

Ciri utama 7175 meliputi kekuatan statis sangat tinggi dan performa kelelahan yang baik untuk kelasnya, ketahanan korosi intrinsik sedang hingga buruk jika dibandingkan dengan paduan 5xxx/6xxx, kemampuan las terbatas, dan formabilitas yang berkurang pada temper puncak. Industri tipikal meliputi struktur primer dan sekunder dirgantara, perangkat keras pertahanan, dan fitting yang sangat terbebani di mana efisiensi struktural maksimal menjadi prioritas. Insinyur memilih 7175 dibandingkan paduan lain ketika kekuatan tarik dan luluh puncak serta ketahanan pertumbuhan retak akibat kelelahan lebih penting daripada kemudahan penyambungan, pembentukan, atau biaya material terendah.

Varian Temper

Temper	Level Kekuatan	Regangan	Formabilitas	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi (20–30%)	Ekstra	Ekstra	Sepenuhnya dianil untuk pembentukan dan penghilangan tegangan
H112	Sedang	Sedang (10–15%)	Baik	Cukup	Dipengeraskan oleh regangan, digunakan untuk pembentukan terbatas dan stabilisasi
T6	Sangat Tinggi	Sedang (6–12%)	Terbatas	Buruk	Perlakuan panas pelarutan dan penuaan buatan hingga kekuatan puncak
T651	Sangat Tinggi	Sedang (6–12%)	Terbatas	Buruk	T6 dengan penghilangan tegangan melalui peregangan; umum untuk plat dirgantara
T73	Tinggi (tetapi lebih rendah dari T6)	Meningkat (8–14%)	Sedang	Buruk	Kondisi overaged untuk meningkatkan ketahanan korosi dan SCC
T7651	Tinggi	Sedang	Terbatas	Buruk	Pra-penuaan terkontrol dan stabilisasi untuk ketangguhan lebih baik

Temper memiliki pengaruh utama pada performa 7175: temper puncak (T6/T651) memaksimalkan kekuatan tarik dan luluh namun mengurangi duktilitas dan formabilitas serta meningkatkan kerentanan terhadap retak akibat korosi tegangan. Perlakuan overaging seperti T73 sengaja mengurangi kekuatan puncak untuk secara signifikan meningkatkan ketahanan terhadap stress corrosion cracking (SCC) dan memperbaiki ketangguhan patahan, menciptakan trade-off antara kekuatan dan daya tahan lingkungan.

Pemilihan temper dalam produksi ditentukan oleh properti akhir yang diperlukan, operasi pembentukan atau pemesinan selanjutnya, dan lingkungan pemakaian; misalnya, plat yang harus mempertahankan kekuatan statis tinggi dengan tegangan sisa minimal sering menggunakan T651, sedangkan komponen yang terpapar lingkungan korosif dapat ditentukan T73 atau lapisan perlakuan kimia.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤ 0.10	Impuritas; meminimalkan intermetal kompleks dan meningkatkan kejernihan casting
Fe	≤ 0.15	Impuritas; kelebihan mengurangi ketangguhan dan meningkatkan inklusi
Mn	≤ 0.10	Rendah; bukan penguat utama pada paduan seri 7xxx
Mg	2.0–2.9	Bergabung dengan Zn membentuk presipitat penguat MgZn2
Cu	1.2–2.0	Meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan, dapat mengurangi ketahanan korosi
Zn	6.0–7.5	Elemen utama penyumbang kekuatan melalui presipitat Mg–Zn
Cr	0.10–0.30	Mengontrol struktur butir dan rekristalisasi, meningkatkan ketangguhan
Ti	≤ 0.05	Pemurni butir, digunakan dalam metallurgi ingot dan pemrosesan billet
Lainnya (Zr, V, sisanya Al)	Jejak / Sisanya	Zr atau mikro-paduan lain mungkin ada untuk menstabilkan mikrostruktur

Sistem Zn–Mg–Cu yang dikombinasikan bertanggung jawab atas respons pengerasan presipitasi pada 7175; seng dan magnesium membentuk presipitat fase η yang memberikan penguatan utama, sementara tembaga meningkatkan kekuatan dan mempengaruhi morfologi presipitat serta perilaku elektrokimia. Kromium dan penambahan jejak zirkonium atau titanium menghambat pertumbuhan butir selama pemrosesan dan mengontrol rekristalisasi, yang penting untuk mempertahankan ketangguhan dan ketahanan kelelahan pada penampang tebal.

Properti Mekanik

7175 menunjukkan kekuatan tarik dan luluh sangat tinggi pada temper puncak, dengan kurva tarik menunjukkan titik luluh yang jelas diikuti oleh regangan seragam terbatas. Paduan ini menawarkan kekuatan kelelahan yang sangat baik dan ketahanan inisiasi retak yang menguntungkan saat diproduksi dengan mikrostruktur terkontrol dan kandungan inklusi rendah, membuatnya sangat cocok untuk komponen struktural beban siklik.

Kekuatan luluh dan elongasi sangat tergantung temper; T6/T651 mencapai nilai luluh tertinggi namun dengan pengurangan duktilitas dan ketangguhan, sementara T73 mengurangi luluh sedikit tetapi meningkatkan ketangguhan patahan dan ketahanan terhadap stress-corrosion cracking. Kekerasan mengikuti tren yang sama dengan kekuatan, dengan kondisi puncak menunjukkan peningkatan signifikan nilai Brinell atau Rockwell dibandingkan kondisi dianil.

Ketebalan dan bentuk produk mempengaruhi sifat mekanik karena perbedaan laju pendinginan, tegangan sisa, dan struktur butir; plat tebal dan produk tempa mungkin memerlukan pemrosesan termomekanik khusus dan siklus penuaan untuk memperoleh sifat seragam sepanjang ketebalan serta membatasi distorsi atau tegangan sisa akibat quenching.

Properti	O/Dianil	Temper Kunci (T6 / T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	~240–320 MPa	~540–590 MPa	Nilai tarik puncak khas untuk paduan seri 7xxx kelas dirgantara
Kekuatan Luluh	~120–220 MPa	~470–520 MPa	Kekuatan luluh meningkat tajam setelah penuaan; rentang bergantung pada bentuk produk
Elongasi	20–30%	6–12%	Duktilitas berkurang pada temper kekuatan tinggi
Kekerasan (HB)	~60–80 HB	~150–165 HB	Kekerasan berkorelasi dengan tingkat pengerasan presipitasi

Properti Fisik

Properti	Nilai	Catatan
Density	2.80–2.82 g/cm³	Tipikal untuk paduan aluminium kekuatan tinggi
Range Peleburan	~477–635 °C	Solidus ~477–490 °C, liquidus mendekati alumunium murni ~635 °C
Konduktivitas Termal	~120–140 W/(m·K)	Lebih rendah dari Al murni karena paduan; masih tinggi dibandingkan baja
Konduktivitas Listrik	~30–40 % IACS	Menurun dibandingkan Al paduan rendah karena atom pengotor
Kalor Spesifik	~0.90 kJ/(kg·K)	~900 J/(kg·K) pada suhu ruang
Ekspansi Termal	~23–24 µm/(m·K)	Koefisien serupa dengan paduan Al lain; penting untuk sambungan baut

Meski mengandung banyak paduan, 7175 mempertahankan konduktivitas termal yang baik dibandingkan baja, yang memungkinkan kemampuan pembuangan panas sedang pada beberapa aplikasi, meskipun kinerjanya termal lebih rendah dari aluminium murni. Konduktivitas listrik berkurang akibat hamburan solut; 7175 tidak dipilih jika konduksi listrik adalah kebutuhan utama. Kombinasi antara densitas relatif rendah dan kekuatan tinggi menghasilkan rasio kekuatan-terhadap-berat yang sangat baik, yang menjadi faktor utama pemilihannya dalam peran struktural berkinerja tinggi.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Sheet (Lembaran)	0.5–6 mm	Baik pada ketebalan tipis; mungkin terbatas oleh kemampuan bentuk	O, H112, T6	Digunakan untuk struktur sekunder; kurang ideal untuk stamping berat pada kondisi T6
Plate (Plat)	6–150+ mm	Kekuatan bervariasi dengan ketebalan karena sensitivitas quenching	T651, T73	Plat struktural dirgantara diproduksi dengan kontrol quench dan penuaan yang ketat
Extrusion (Ekstrusi)	Terbatas	Ketersediaan komersial terbatas; kekuatan tergantung pada penampang	T6, T73 (jarang)	Ekstrusi seri 7xxx kurang umum; memerlukan homogenisasi yang hati-hati
Tube (Tabung)	Beragam	Kekuatan tinggi mungkin dicapai pada tabung yang ditarik/diproses	T6, T651 (fabricated)	Digunakan untuk fitting tubular beban tinggi; pengelasan dan penyambungan terbatas
Bar/Rod (Batang)	Diameter hingga 200 mm	Properti aksial baik jika perlakuan panas dilakukan dengan benar	T6, T73	Digunakan untuk forging, komponen mesin, dan pin atau fitting beban tinggi

Perbedaan proses mengubah struktur mikro yang dapat dicapai: plat dan sheet umumnya diproduksi dengan rolling dan memerlukan kontrol quench yang presisi untuk menghindari overaging atau zona lunak, sedangkan forging dan batang menggunakan profil homogenisasi dan pelarutan yang berbeda untuk mengontrol ukuran butir. Ekstrusi dan profil kompleks kurang umum untuk 7175 karena kecenderungan hot cracking dan rekristalisasi, membuat paduan seri 6xxx lebih disukai saat dibutuhkan bentuk ekstrusi yang kompleks.

Setara Grade

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	7175	USA	Penamaan Aluminum Association untuk komposisi paduan
EN AW	7175	Europe	EN AW-7175 digunakan dalam spesifikasi Eropa; asal proses mempengaruhi tabel sifat
JIS	A7175	Japan	Komposisi serupa; JIS sering termasuk kontrol produksi tambahan
GB/T	2A7175 / 7175	China	Standar China merujuk pada rentang komposisi dan mekanik yang sebanding dengan AA 7175

Perbedaan halus antar standar regional biasanya berkaitan dengan toleransi komposisi yang diperbolehkan, temper yang dispesifikasikan, dan prosedur uji kualifikasi, bukan pada kimia kasar. Jalur manufaktur (ingot metallurgy vs. billet casting dan homogenisasi kontinu) dan praktik perlakuan panas nasional dapat memberikan perbedaan kecil pada tingkat pengotor, kontrol struktur butir dan sifat mekanik tipikal; engineer sebaiknya menspesifikasikan kinerja mekanik dan lingkungan yang dibutuhkan daripada hanya mengandalkan nama grade nominal.

Ketahanan Korosi

Pada paparan atmosfer, 7175 menunjukkan ketahanan korosi sedang tetapi performanya lebih buruk dibandingkan paduan 5xxx dan banyak paduan 6xxx karena kandungan tembaga yang lebih tinggi, yang meningkatkan aktivitas elektrokimia. Dalam lingkungan yang bersih, dicat, atau terlindung lain, performanya dapat diterima untuk banyak penggunaan struktural, namun paduan ini lebih baik bila diberi lapisan cladding (alclad) atau pelapis konversi yang kuat saat eksposur atmosfer jangka panjang diharapkan.

Lingkungan laut atau semprotan garam mempercepat pitting dan korosi intergranular pada paduan seri 7xxx dengan kekuatan tinggi; 7175 rentan terhadap serangan lokal kecuali di-overaged (T73) atau dilindungi dengan pelapis dan sealant. Desain pengencang dan sambungan harus meminimalisir celah dan memasukkan perlindungan korban atau bahan isolasi saat logam berbeda digunakan.

Retak korosi akibat tegangan (Stress Corrosion Cracking/SCC) adalah risiko yang diketahui untuk temper kekuatan tinggi paduan 7xxx, terutama di hadapan tegangan residu tarik dan media korosif. Overaging, perlakuan panas pasca-pengelasan dan kontrol ketat pada hasil akhir permukaan dan komposisi kimia adalah strategi mitigasi yang umum. Interaksi galvanik dengan baja atau paduan berisi tembaga bersifat merugikan; perancang sebaiknya menghindari kontak langsung dengan material lebih mulia atau menyediakan isolasi.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan (Weldability)

Mengelasan 7175 cukup menantang; pengelasan fusi (TIG/MIG) biasanya mengakibatkan kehilangan kekuatan yang parah di zona terkena panas dan risiko tinggi terjadinya hot cracking. Jika pengelasan tidak terhindarkan, dapat digunakan paduan pengisi khusus dan kontrol termal ketat sebelum dan sesudah pengelasan, tetapi sambungan dengan paku keling, baut, atau perekat lebih dianjurkan demi menjaga integritas struktural. Pelunakan di zona terkena panas sering memerlukan penguatan mekanik lokal atau perlakuan pasca las yang sulit dilakukan tanpa menurunkan sifat lain.

Kemudahan Mesin (Machinability)

Pada temper puncak, 7175 dapat dimesin dengan baik jika dibandingkan dengan banyak baja berkat densitas rendah dan perilaku patahan serpihan yang baik, namun keausan alat terkena dampak oleh kekerasan tinggi dan pengerasan kerja. Penggunaan alat carbide, penjepitan kaku dan kecepatan pemotongan konservatif dengan geometri pahat positif direkomendasikan; penggunaan coolant penting untuk mempertahankan stabilitas dimensi dan mengurangi pembentukan pahat terakumulasi. Indeks kemudahan mesin umumnya lebih rendah dari paduan aluminium seri 2xxx tetapi kompetitif dengan bahan seri 7xxx lainnya.

Kemampuan Bentuk (Formability)

Pembentukan paling efektif pada temper annealed (O) atau strain-hardened (H); deep drawing dan stamping kompleks tidak praktis pada kondisi T6/T651 tanpa anneal sebelumnya atau teknik pembentukan hangat. Radius tekuk harus dibuat lebih besar dibanding paduan yang lebih lunak, dan efek springback lebih nyata karena kekuatan luluh yang lebih tinggi. Kerja dingin meningkatkan kekuatan lebih lanjut dan dapat dipakai untuk mencapai sifat mekanis yang diinginkan jika digabungkan dengan siklus penuaan yang tepat.

Perilaku Perlakuan Panas

Perlakuan panas pelarutan (solution heat treatment) untuk 7175 biasanya dilakukan pada kisaran 470–480 °C untuk melarutkan fase penguat ke dalam larutan padat; durasi pada temperatur dan ketebalan penampang mengatur homogenisasi. Quenching cepat diperlukan untuk mempertahankan zat terlarut dalam larutan padat jenuh lebih; laju quench yang tidak memadai menghasilkan presipitat kasar dan menurunkan kekuatan puncak dan ketangguhan.

Penuaan buatan (artificial aging) untuk T6 umumnya dilakukan pada ~120–140 °C dengan durasi menyesuaikan ukuran penampang untuk menghasilkan dispersi halus presipitat fase η dan memaksimalkan kekuatan. Perlakuan overaging (T73) menggunakan suhu penuaan lebih tinggi atau waktu lebih lama untuk menggerogoti presipitat, menukar sedikit kekuatan untuk peningkatan signifikan ketahanan retak korosi akibat tegangan dan ketangguhan.

Transisi temper T peka terhadap kerja dingin sebelumnya, laju quench, dan tingkat impuritas; penarikan terkendali (untuk menghasilkan T651) mengurangi tegangan residual dan meningkatkan stabilitas dimensi tetapi memerlukan pengaturan parameter ketat demi mempertahankan sifat mekanik yang diinginkan. Stabilitas pasca perlakuan panas dan jadwal larut/penuaan sering dispesifikasikan untuk aplikasi kritis dirgantara.

Performa Suhu Tinggi

7175 mengalami penurunan kekuatan signifikan seiring kenaikan suhu; suhu kerja di atas ~120 °C menurunkan penguatan presipitat dan mengurangi kekuatan luluh dan tarik secara substansial. Ketahanan creep pada suhu tinggi terbatas dibandingkan paduan tahan panas; beban jangka panjang pada suhu di atas 100–125 °C harus divalidasi untuk stabilitas dimensi dan umur pakai.

Oksidasi bukan mode kegagalan utama pada suhu kerja tipikal, namun paparan panas mempercepat overaging dan mengubah distribusi presipitat, yang dapat menurunkan umur lelah dan ketahanan terhadap SCC. Pada struktur hasil las, zona terpengaruh panas (HAZ) sangat rentan mengalami penurunan kekuatan dan sebaiknya dihindari untuk beban tinggi pada suhu tinggi.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Mengapa 7175 Digunakan
Dirgantara	Fitting fuselage, fitting wing carry-through	Kekuatan spesifik dan ketahanan lelah luar biasa untuk struktur primer
Defence (Pertahanan)	Forging struktural beban tinggi dan mount senjata	Kekuatan statis tinggi dan ketangguhan pada kasus beban berat
Otomotif	Komponen sasis performa (terbatas)	Rasio kekuatan-terhadap-berat untuk aplikasi performa dan balap
Maritim	Bracket dan fitting struktural (terlindungi)	Rasio kekuatan-terhadap-berat baik saat perlindungan korosi diterapkan
Elektronik	Rangka struktural	Modulus dan kekakuan tinggi untuk rangka ringan (peran termal terbatas)

7175 dipilih saat efisiensi struktural, umur lelah dan ketangguhan patahan pada beban statis tinggi adalah persyaratan utama; penggunaannya terkonsentrasi di dirgantara dan pertahanan di mana biaya material dibenarkan oleh performa. Finishing pelindung dan desain konservatif terhadap SCC adalah praktik standar saat paduan digunakan di luar lingkungan terkendali.

Wawasan Pemilihan

Gunakan 7175 ketika kekuatan maksimal dan ketahanan lelah adalah faktor utama desain dan saat strategi manufaktur serta perlindungan korosi sudah diterapkan untuk mengelola batasan penyambungan dan lingkungan. Spesifikasikan T6/T651 untuk kekuatan statis tertinggi dan T73 atau temper overaged lain ketika daya tahan lingkungan dan ketahanan SCC krusial.

Dibandingkan dengan aluminium murni komersial (misalnya 1100), 7175 menawarkan kekuatan dan ketahanan lelah yang jauh lebih tinggi dengan pengorbanan konduktivitas listrik dan kemampuan bentuk yang lebih rendah; pilih 1100 ketika konduktivitas dan kemampuan deep-draw formability sangat penting dan beban relatif rendah. Dibandingkan dengan paduan work-hardened seperti 3003 atau 5052, 7175 memberikan kekuatan yang secara signifikan lebih tinggi namun umumnya memiliki kemampuan bentuk yang lebih buruk dan potensi perilaku korosi yang lebih buruk di lingkungan klorida; pilih 5052/3003 untuk bagian non-struktural yang banyak dibentuk atau yang terpapar lingkungan laut. Dibandingkan dengan paduan 6xxx yang bisa diperlakukan panas seperti 6061/6063, 7175 memberikan kekuatan puncak dan performa lelah yang lebih tinggi tetapi dengan biaya lebih besar dan kemampuan pengelasan yang lebih rendah; pilih 6061 jika pengelasan, ekonomi, dan kekuatan sedang sudah memadai.

Ringkasan Penutup

7175 tetap menjadi material kunci untuk aplikasi struktural berperforma tinggi di mana rasio kekuatan-terhadap-berat dan ketahanan lelah kelas atas dibutuhkan serta di mana proses manufaktur dapat mengakomodasi keterbatasan kemampuan las dan sensitivitas korosi. Dengan pemilihan temper yang tepat, perlindungan permukaan, dan perhatian desain pada penyambungan serta konsentrasi tegangan, 7175 memberikan kombinasi performa mekanis yang sulit disaingi oleh baja aluminium paduan rendah atau grade aluminium yang tidak dapat diperlakukan panas.