Aluminium EN AW-7020: Komposisi, Properti, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Umum Lengkap

EN AW-7020 adalah paduan aluminium seri 7xxx yang terutama diperkuat dengan penambahan Zn-Mg dan kandungan Cu yang terbatas. Ini biasanya diidentifikasi dalam standar sebagai AlZn4.5Mg1, menempatkannya di antara keluarga Al-Zn-Mg yang dapat diperlakukan panas, berkekuatan tinggi, dengan tingkat kemurnian yang dikendalikan untuk meningkatkan ketangguhan dan ketahanan korosi.

Elemen paduan utama adalah seng (utama), magnesium, dan tembaga dalam jumlah jejak dengan penambahan kecil mangan, besi, kromium, dan titanium. Penguatan dicapai melalui pengerasan presipitasi setelah perlakuan larutan dan penuaan buatan, meskipun pengerasan kerja terbatas dapat dikombinasikan untuk temper tertentu seperti T651 untuk meredakan tegangan sisa.

Sifat utama meliputi kekuatan spesifik tinggi, ketahanan lelah yang kompetitif, dan perilaku korosi atmosfer yang relatif baik untuk paduan seri 7xxx karena kandungan Cu yang lebih rendah. Kemampuan las dan kemampuan bentuknya sedang: paduan dapat dibentuk pada temper yang lebih lunak dan dilas dengan filler serta perlakuan pasca las yang sesuai, tetapi pelunakan zona terpengaruh panas dan kerentanan terhadap korosi tegangan (SCC) perlu diperhatikan.

Industri tipikal yang menggunakan EN AW-7020 adalah fitting struktural dirgantara, komponen otomotif performa tinggi, bagian struktural kereta api dan kelautan, serta elemen arsitektur berbasis ekstrusi. Insinyur memilih EN AW-7020 saat dibutuhkan keseimbangan antara kekuatan tinggi, ketahanan korosi yang cukup, dan kemampuan ekstrudabilitas yang baik, terutama bila kekuatan lebih tinggi dari 7075 tidak diperlukan atau paduan seri 6000 tidak cukup kuat.

Variasi Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Regangan	Kemampuan Bentuk	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi	Istimewa	Istimewa	Sepenuhnya dianil; kemampuan bentuk dan mesin terbaik, kekuatan terendah
H14	Sedang	Sedang-Rendah	Baik	Baik	Dikeraskan dengan deformasi, kontrol sebagian springback; penggunaan terbatas untuk lembaran tipis
T5	Sedang-Tinggi	Sedang	Cukup	Cukup	Didinginkan dari pengerjaan panas dan diaging secara artifisial; stabilitas dimensi baik
T6	Tinggi	Rendah-Sedang	Cukup	Cukup-Buruk	Diperlakukan larutan dan diaging artifisial; kekuatan puncak untuk banyak aplikasi
T651	Tinggi	Rendah-Sedang	Cukup	Cukup-Buruk	T6 + penghilangan tegangan dengan peregangan; mengurangi tegangan sisa untuk bagian kritis

Temper mengendalikan keseimbangan antara kekuatan, keuletan, dan kemampuan bentuk dengan menyesuaikan mikrostruktur dan kerapatan dislokasi. Temper lunak seperti O memaksimalkan keuletan dan memungkinkan operasi pembentukan berat, sedangkan T6/T651 memberikan kinerja puncak dengan mengorbankan regangan dan kemudahan pembentukan dingin.

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	≤0.3	Impuritas terkendali; Si berlebih dapat membentuk intermetalik yang mengurangi ketangguhan
Fe	≤0.5	Impuritas tipikal; Fe tinggi meningkatkan kerapuhan dan mengurangi keuletan
Mn	0.05–0.5	Meningkatkan kontrol struktur butir dan ketangguhan patahan dalam jumlah kecil
Mg	0.8–1.3	Bergabung dengan Zn membentuk presipitat penguatan (MgZn2) selama penuaan
Cu	0.05–0.4	Dipertahankan rendah dibanding 7075 untuk meningkatkan ketahanan korosi; berkontribusi pada kekuatan
Zn	3.5–5.0	Elemen paduan penguat utama; mengendalikan respon pengerasan presipitasi
Cr	0.05–0.25	Kontrol batas butir dan penghambat rekristalisasi; membantu ketangguhan
Ti	≤0.15	Penghalus butir untuk produk cetak dan tempa; penambahan kecil memperbaiki mikrostruktur
Lainnya (Sisanya Al)	Balance	Matrix aluminium + impuritas jejak; sisanya hingga 100%

Gabungan Zn–Mg mendorong pembentukan presipitat MgZn2 metastabil halus selama penuaan buatan, menghasilkan kekuatan tarik dan luluh tinggi. Elemen minor seperti Cr dan Mn berperan sebagai penghalus butir dan penghambat rekristalisasi, meningkatkan ketangguhan dan ketahanan lelah, sementara tingkat Cu yang dikendalikan digunakan untuk membatasi korosi tegangan (SCC) dan meningkatkan daya tahan atmosfer.

Sifat Mekanik

EN AW-7020 menunjukkan perubahan nyata dalam sifat tarik dan luluh antara kondisi dianil dan penuaan puncak, mencerminkan sifat yang dapat diperlakukan panas. Pada kondisi dianil (O), paduan menunjukkan kekuatan tarik sedang dan regangan tinggi cocok untuk pembentukan, sedangkan pada T6/T651 paduan mencapai kekuatan luluh dan tarik yang jauh lebih tinggi dengan pengurangan keuletan. Perilaku lelah cukup baik dibandingkan banyak paduan 6xxx karena mikrostruktur yang distabilkan presipitat dan kontrol impuritas yang ketat.

Rasio luluh-terhadap-tarik biasanya berada dalam kisaran sedang dan regangan pada temper puncak cukup untuk pengikat struktural dan fitting, tetapi tidak untuk pembentukan peregangan berat. Kekerasan meningkat tajam dengan perlakuan larutan dan penuaan; kekerasan Brinell atau Vickers berkorelasi baik dengan sifat tarik yang diamati dan biasa digunakan untuk inspeksi masuk. Ketebalan memengaruhi sifat yang dapat dicapai karena perlakuan panas larutan dan tingkat quench berbeda; bagian tipis mencapai sifat puncak setelah perlakuan umum sementara bagian tebal mungkin menunjukkan respon penuaan yang berkurang dan kekuatan lebih rendah.

Inisiasi retak lelah sensitif terhadap finishing permukaan, tegangan sisa, dan heterogenitas mikrostruktur, sehingga pasca-pemrosesan seperti shot-peening dan penuaan terkontrol menjadi standar untuk aplikasi siklus tinggi. Ketangguhan patahan dalam T6 baik untuk tingkat kekuatan tersebut, dibantu oleh kandungan Cu yang terbatas dan tingkat impuritas Fe/Mn yang dikendalikan yang mengurangi kecenderungan pecah belah.

Sifat	O/Dianil	Temper Utama (T6 / T651)	Catatan
Kekuatan Tarik	~210–260 MPa	~380–440 MPa	T6/T651 diperoleh dengan perlakuan larutan dan penuaan artifisial untuk mencapai kekuatan puncak; nilai bervariasi dengan ketebalan penampang
Kekuatan Luluh	~110–160 MPa	~320–380 MPa	Peningkatan signifikan setelah penuaan; plateau luluh dipengaruhi oleh jadwal penuaan
Regangan	~15–25%	~8–12%	Regangan menurun seiring peningkatan kekuatan; nilai tergantung pada ukuran sampel dan temper
Kekerasan	~60–80 HB	~120–150 HB	Kekerasan Brinell sesuai dengan temper; digunakan untuk QA pada batch dan bagian

Sifat Fisik

Sifat	Nilai	Catatan
Density	~2.78 g/cm³	Tipikal untuk paduan Al-Zn-Mg; lebih ringan dibanding banyak baja untuk kekuatan spesifik tinggi
Rentang Leleh	~480–635 °C	Paduan memperlebar rentang solidus/liquidus; waspada terhadap retakan panas pada pengecoran
Konduktivitas Termal	~130–150 W/m·K	Cukup tinggi; sedikit lebih rendah dari seri 1xxx dan 6xxx karena paduan
Konduktivitas Listrik	~30–40 % IACS	Lebih rendah dari aluminium murni; menukar konduktivitas untuk kekuatan
Kalor Spesifik	~880–910 J/kg·K	Tipikal untuk paduan aluminium pada rentang suhu lingkungan
Ekspansi Termal	~23–24 µm/m·K (20–100°C)	Mirip dengan paduan aluminium lain; penting untuk perakitan multi-material

Konduktivitas termal yang relatif tinggi dan densitas rendah membuat EN AW-7020 menarik untuk aplikasi yang membutuhkan pembuangan panas dan pengurangan bobot. Ekspansi termal khas paduan aluminium harus diperhitungkan ketika paduan berinteraksi dengan material dengan koefisien ekspansi termal (CTE) berbeda.

Suhu leleh dan perlakuan panas harus dikelola dengan cermat dalam fabrikasi untuk menghindari over-aging atau pelelehan dini, khususnya untuk komponen dengan web tipis atau bagian tebal di mana gradien suhu signifikan.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Tipikal	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Lembaran	0.5–6 mm	Bagian tipis mencapai temper penuh setelah penuaan standar	O, T5, T6, T651	Digunakan untuk panel, penampang ekstrusi, dan bagian stamping
Plat	6–100+ mm	Plat tebal mungkin menunjukkan respons T6 berkurang karena keterbatasan quench	O, T6 (terbatas)	Komponen struktural berat; perlakuan quench dan penuaan harus disesuaikan
Ekstrusi	Profil hingga beberapa meter	Konsistensi penampang sangat baik; merespon baik ke T5/T6	T5, T6, T651	Umum untuk profil struktural, rel, dan rangka
Tabung	Diameter beragam; ketebalan dinding 1–15 mm	Tabung las atau tanpa sambungan dapat dipenuaan untuk kekuatan tinggi	O, T6	Digunakan untuk elemen struktural ringan
Batang	Diameter hingga 200 mm	Bagian padat memerlukan perlakuan panas terkontrol untuk sifat seragam	O, T6	Pengikat, fitting, dan komponen yang dimesin

Lembaran dan ekstrusi adalah bentuk produk paling umum untuk EN AW-7020, yang mendapatkan keuntungan dari kemampuan ekstrudabilitas dan hasil permukaan baik untuk anodizing. Plat dan produk penampang besar memerlukan siklus perlakuan panas khusus dan kontrol quench agresif untuk mencapai sifat mekanik seragam di seluruh penampang.

Pilihan bentuk produk memengaruhi rute pemrosesan: ekstrusi dapat diberi perlakuan penuaan secara langsung hingga T5, sementara fitting kritis untuk dirgantara seringkali memerlukan perlakuan panas pelarutan, quenching, dan peregangan diikuti oleh penuaan T6/T651 untuk meminimalkan tegangan residual dan menjaga akurasi dimensi.

Grade Ekivalen

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	7020	USA	Penamaan umum asosiasi Aluminium Amerika Serikat untuk keluarga paduan ini
EN AW	7020	Eropa	Konvensi penamaan EN; sering diikuti kode temper seperti T6 atau T651
JIS	A7020	Jepang	Standar lokal yang mengacu pada komposisi dan temper serupa
GB/T	7020	Tiongkok	Standar Tiongkok sering menggunakan penamaan numerik sama dengan toleransi lokal

Grade ekivalen antar standar umumnya langsung untuk paduan tempa seperti 7020, namun pengadaan harus memperhatikan nuansa spesifikasi regional seperti batas maksimum impuritas, prosedur temper, dan protokol pengujian yang diperlukan. Perbedaan kecil pada komposisi yang dijamin atau kriteria penerimaan perlakuan panas dapat menyebabkan perbedaan yang terukur pada umur lelah dan performa SCC.

Saat pengadaan lintas batas, tentukan standar yang berlaku, temper, sifat mekanik yang diinginkan, dan proses pasca seperti peregangan atau anodizing untuk memastikan kesetaraan dan konsistensi performa.

Ketahanan Korosi

EN AW-7020 menawarkan ketahanan korosi atmosfer yang lebih baik dibanding banyak paduan 7xxx dengan kandungan tembaga tinggi karena kandungan tembaganya dibatasi, mengurangi kerentanan terhadap korosi lokal di lingkungan normal. Paduan ini merespons dengan baik perlakuan permukaan seperti anodizing dan pelapisan konversi kromat yang meningkatkan perlindungan lapisan penghalang dan daya rekat cat. Dalam atmosfer industri, perlindungan sedang dan pemeliharaan berkala menghasilkan umur layanan yang panjang untuk bagian struktural.

Di lingkungan laut, paduan ini menunjukkan performa yang dapat diterima tetapi tidak sekuat paduan 5xxx yang kaya magnesium atau seri 6xxx yang diberi perlakuan benar untuk pelayanan rendaman jangka panjang. Pitting yang disebabkan oleh klorida dan korosi intergranular dapat dikendalikan dengan pengaturan quench dan penuaan yang tepat serta penggunaan pelapis pelindung. Potensi retak korosi tegangan (SCC) ada pada paduan 7xxx di bawah tegangan residual tarik dan lingkungan korosif, tetapi kandungan tembaga yang lebih rendah dan profil impuritas yang terkendali pada 7020 mengurangi tetapi tidak menghilangkan risiko SCC.

Interaksi galvanik mengikuti perilaku aluminium standar: pasangan dengan material lebih mulia seperti baja tahan karat atau tembaga dapat mempercepat korosi lokal jika ada kontinuitas listrik dan elektrolit. Penggunaan penghalang isolasi, anoda korban, atau pelapisan selektif dianjurkan bila logam tak homogen disambung. Dibandingkan paduan 6xxx, 7020 menukar sedikit penurunan ketahanan korosi dengan kekuatan lebih tinggi dan performa lelah yang lebih baik.

Properti Fabrikasi

Kemudahan Pengelasan

EN AW-7020 dapat dilas dengan proses TIG dan MIG, tetapi paduan ini sensitif terhadap retak panas dan pelunakan HAZ; oleh karena itu, pengelasan biasanya dilakukan pada temper yang lebih lunak dan diikuti re-aging lokal atau penuh bila memungkinkan. Paduan pengisi yang direkomendasikan adalah yang memberikan duktilitas dan ketahanan korosi yang memadai, biasanya Al-Mg (misalnya 5356) atau filler Al-Si untuk tipe sambungan tertentu; pemilihan filler memengaruhi kekuatan pasca las dan ketahanan SCC. Untuk aplikasi dirgantara atau struktural dengan kekuatan tinggi, pengelasan sering dihindari demi sambungan mekanis karena kehilangan temper di daerah HAZ.

Kemudahan Mesin

Kemudahan mesin EN AW-7020 dikategorikan sedang hingga baik dalam kondisi annealed dan sedikit berkurang pada temper T6 karena kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi. Alat carbide dengan geometri sudut positif dan kecepatan pakan yang terkontrol menghasilkan umur alat terbaik; baja cepat dapat digunakan untuk temper yang lebih lunak. Kontrol serpihan secara umum baik namun dapat terpengaruh oleh perubahan penampang dan perlakuan panas; pendingin dan penjepit kaku meningkatkan hasil permukaan dan umur alat.

Kemudahan Pembentukan

Kemudahan pembentukan dingin sangat baik pada temper O dan menurun saat paduan diberi penuaan ke kondisi kekuatan lebih tinggi; untuk pembengkokan kompleks dan penarikan dalam, temper O atau seri H lebih disukai. Radius bengkok minimum bergantung pada ketebalan dan temper namun biasanya membutuhkan radius lebih besar pada T6 untuk menghindari retak; pemanasan awal atau pembentukan hangat dapat meningkatkan duktilitas untuk pembentukan sedang. Efek springback lebih terasa pada tingkat kekuatan tinggi dan harus dikompensasi pada desain alat.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan yang dapat diberi perlakuan panas, EN AW-7020 merespons pada perlakuan panas pelarutan, quenching, dan penuaan buatan untuk mengembangkan mikrostruktur presipitat penguat puncak. Suhu perlakuan pelarutan tipikal berkisar antara 470–480 °C dengan waktu yang disesuaikan dengan ketebalan penampang untuk memungkinkan pelarutan fase larut. Quenching cepat (water quench atau serupa) dari suhu pelarutan diperlukan agar larutan padat tak jenuh tetap terjaga sebelum penuaan.

Penuaan buatan untuk temper T6 umumnya dilakukan pada 120–160 °C dengan waktu antara 8 hingga 24 jam tergantung keseimbangan kekuatan dan ketangguhan yang diinginkan. Temper T5 berarti didinginkan udara/air dari pengerjaan panas dan langsung diproses penuaan buatan. T651 menunjukkan T6 diikuti operasi peregangan terkendali untuk mengurangi tegangan residual dan meningkatkan stabilitas dimensi. Perlakuan panas yang tidak tepat atau laju quench lambat menyebabkan presipitat kasar, kekuatan lebih rendah, serta perilaku patah dan lelah yang buruk.

Untuk operasi tanpa perlakuan panas, pengerasan kerja hanya memberikan kenaikan kekuatan terbatas dibanding pengerasan presipitasi penuh, dan annealing (temper O) digunakan untuk mengembalikan duktilitas sebelum pembentukan atau pemesinan.

Performa Suhu Tinggi

Pemaparan suhu tinggi secara bertahap menurunkan kekerasan dan kekuatan luluh berbasis presipitat dari EN AW-7020, dengan penurunan kekuatan signifikan terjadi di atas sekitar 120–150 °C. Pelayanan pada suhu di atas rentang penuaan buatan khas dapat menyebabkan over-aging, pelebaran presipitat penguat, serta penurunan sifat mekanik dan tahan lelah. Untuk komponen yang terekspos suhu tinggi berkelanjutan, disarankan memilih paduan alternatif atau langkah desain pelindung.

Oksidasi minimal dalam kondisi atmosfer normal berkat oksida pasif aluminium, namun pemaparan suhu tinggi berkepanjangan dapat mengubah hasil permukaan dan mengurangi perlindungan korosi, terutama di lingkungan mengandung klorida. HAZ hasil pengelasan dapat menunjukkan pelunakan lokal dan penurunan performa suhu tinggi; perlakuan panas pasca las dapat memulihkan sebagian sifat, tetapi terkadang tidak praktis untuk rakitan besar.

Ketahanan creep terbatas pada suhu tinggi jika dibandingkan dengan baja dan paduan nikel; desain harus mempertimbangkan perubahan dimensi jangka panjang bila beroperasi mendekati batas suhu atas paduan.

Aplikasi

Industri	Contoh Komponen	Alasan Penggunaan EN AW-7020
Otomotif	Rel struktural ekstrusi dan bagian pengelolaan tabrakan	Kekuatan terhadap berat tinggi dan kemudahan ekstrusi untuk profil kompleks
Kelautan	Komponen superstruktur dan fitting	Keseimbangan kekuatan dan ketahanan korosi atmosfer lebih baik dibanding 7xxx dengan Cu lebih tinggi
Dirgantara	Fitting, lug, dan elemen struktural sekunder	Kekuatan spesifik tinggi dengan sifat lelah baik dan kapasitas perlakuan panas presisi
Elektronik	Rangka dan penyebar panas	Konduktivitas termal baik dipadukan dengan kekakuan untuk housing ringan

EN AW-7020 dipilih untuk komponen yang memerlukan kekuatan lebih tinggi dibanding paduan 6xxx namun tetap memerlukan perilaku korosi yang wajar dan kemudahan ekstrusi yang baik. Penggunaannya pada profil struktural ekstrusi dan fitting yang dimesin memanfaatkan kemampuan paduan untuk mencapai kekuatan tinggi pada temper T6/T651 sambil mempertahankan ketangguhan dan umur lelah layak pakai.

Wawasan Pemilihan

Pilih EN AW-7020 bila membutuhkan aluminium yang dapat diberi perlakuan panas dengan kekuatan lebih tinggi dibanding seri 6xxx namun dengan ketahanan korosi yang lebih baik dibanding paduan 7xxx tembaga tinggi. Ini adalah pilihan tepat untuk ekstrusi dan fitting mesin di mana kekuatan dan ketahanan lelah T6/T651 lebih diutamakan daripada kemudahan pengelasan maksimum.

Dibandingkan 1100 (Aluminium murni secara komersial), EN AW-7020 menukar konduktivitas listrik dan termal serta kemudahan pembentukan unggul dengan kekuatan dan kekakuan jauh lebih tinggi. Terhadap paduan pengerasan kerja seperti 3003 atau 5052, 7020 menawarkan kekuatan jauh lebih tinggi dengan biaya kemudahan pembentukan menurun dan sedikit lebih rentan terhadap SCC. Dibanding paduan 6061/6063 yang dapat diberi perlakuan panas umum, 7020 memberikan kekuatan puncak dan performa lelah lebih tinggi untuk aplikasi struktural, meskipun 6061 mungkin lebih disukai bila kemudahan pengelasan dan ketahanan korosi lingkungan laut lebih kritikal.

Penentu spesifikasi harus mempertimbangkan kekuatan, lingkungan korosi, kebutuhan pengelasan, dan kemampuan pasca proses (perlakuan panas dan pemesinan) saat memilih 7020; paduan ini sangat menguntungkan di mana geometri ekstrusi dan kekuatan-terhadap-berat T6/T651 menjadi penentu utama.

Ringkasan Penutup

EN AW-7020 tetap menjadi paduan teknik yang relevan dengan menawarkan kombinasi seimbang antara kekuatan spesifik tinggi, ketahanan lelah yang baik, dan performa korosi yang dapat diterima untuk aplikasi struktural di mana kemampuan manufaktur melalui ekstrusi atau machining sangat penting. Komposisi yang dikontrol dan respons perlakuan panasnya menjadikannya alternatif praktis bagi paduan seri 7xxx dengan kandungan tembaga lebih tinggi serta bahan seri 6xxx dengan kekuatan lebih rendah dalam desain struktural ringan yang menuntut.