Smith - Ligas de Aluminio

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 5 
PROFESSOR: ORESTES ALARCON 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Alumínio e Suas Ligas 
Estrutura e Propriedades 
 
Texto traduzido e adaptado de: SMITH, Willian F. Structure and 
Properties of Enginnering Alloys, 2nd ed.: Capther 5: Aluminium 
Alloys. New York: McGraw-Hill, Inc, s.d. 
Florianópolis – SC 
Abril 2003 
Autores: 
Carlos Alberto B. Martins 
Claudio A. Treml Junior 
Fabiano Franquini 
Lindomeilo José de Souza 
Michel Marino Küchler 
 
 
 2
CAPÍTULO 5 – LIGAS DE ALUMÍNIO 
 
 
O alumínio aparece em segundo lugar no ranking atrás apenas do ferro e do aço no 
mercado dos metais. Em 1989 os Estados Unidos produziram 4,03 milhões de toneladas, com 
recipientes e embalagens abrangendo 26,6% do mercado e 19,1% para outros fins (Tabela 5.1). A 
Figura 5.1 mostra como a produção de alumínio nos Estados Unidos cresceu rapidamente a partir 
dos anos 70. 
O rápido crescimento da indústria do alumínio está atribuído unicamente a combinação das 
propriedades que fazem deste o mais versátil de engenharia e materiais de construção. O alumínio 
tem peso leve, porém algumas de suas ligas têm resistência tão alta quanto o aço estrutural. Têm 
boa condutibilidade elétrica e térmica e alta refletividade a luz e ao calor. Têm alta resistência à 
corrosão sob as mais altas condições de trabalho e é não-tóxico. O alumínio pode ser fundido e 
trabalhado em quase todas as formas e pode-se obter grande variedade de formas. Com todas 
estas propriedades apresentadas, não é surpresa que as ligas de alumínio vêm sendo de 
primordial importância para engenharia de materiais. 
 
 
5-1 PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO 
 
Redução 
 
 O alumínio é um dos elementos metálicos mais abundantes na crosta terrestre, mas 
sempre ocorre no estado combinado com outros elementos como o Fe, Si e O. A bauxita, hidróxido 
de alumínio hidratado, é o principal minério utilizado pra a produção do alumínio. Sendo o óxido de 
alumínio puro extraído da bauxita através do processo Bayer. 
 
TABELA 5-1 - Consumo de alumínio recente por categoria de mercado* 
1989 1988 
Categoria de mercado Milhões 
de libra 
% de 
mercado 
Milhões 
de libra 
% de 
mercado 
% mudança 
1988 - 1989 
Edifício e construção 2,858 16,4 2,901 17,2 -1.5 
Transporte 3,341 19,1 3,386 20,1 -1.3 
Bens de consumo duráveis 1,222 7,0 1,296 7,7 -5.7 
Elétricos 1,497 8,6 1,479 8,8 1.2 
Maquinaria e equipamentos 976 5,6 959 5,7 1.8 
Recipientes e embalagens 4,638 26,6 4,489 26,7 3.3 
Outros 585 3,4 593 3,5 -1.3 
Domésticos em geral 15,117 86,7 15,103 89,7 0.1 
Exportação 2,336 13,4 1,734 10,3 34.7 
Remessa líquida ajustada 17.453 100.0 16.837 100.0 3.7 
 3
Ajustamento estatístico -1,027 -413 
Remessa líquida total 16,426 16,424 
* Fonte “1989 Annual Statistical Review, “ The Aluminiun Association, Inc., Washington, D.C., 1990. 
 
 
 
 
FIGURA 5-2 
Célula eletrolítica usada para produção de alumínio. (Cortesia de Aluminiun Company of América) 
 
O processo Bayer refina o grão e calcina a bauxita com o tratamento térmico de hidróxido 
de sódio que converte o alumínio em minério de sódio conforme a reação: 
 
Al2O3 +2NaOH → 2NaAlO2 + H2O (160 – 170ºC) 
 
 Após a separação do resíduo insolúvel, constituído principalmente de óxido de ferro e 
sílica, a solução de alumínio é resfriada lentamente a 25 – 35ºC para precipitação do hidróxido de 
alumínio [Al(OH)3] de acordo com a reação 
 
 NaAlO2 + 2H2O → Al(OH)3 + NaOH 
FIGURA 5-1 
Histórico da produção da indústria 
de alumínio nos Estados Unidos e 
Canadá. 
 
 4
 
 O Al(OH)3 é então refinado, lavado e calcinado à 1100ºC para produção de óxido de 
alumínio, Al2O3. 
 O óxido de alumínio é dissolvido em um banho de criolita fundida (Na3AlF6) e eletrolizado 
em células eletrolíticas de carbono, usando como ânodo e cátodo o carbono. No processo de 
eletrólise (processo Hall) o alumínio fundido é depositado no estado líquido no cátodo de carbono, 
revestindo a parte inferior da soleira do lote eletrolítico, sendo que tenha maior densidade. Durante 
a eletrólise, o oxigênio é liberado pelo ânodo, quando este ataca o carbono e forma CO e CO2. O 
alumínio fundido é periodicamente liberado pelas células e tratado no estado fundido, o que 
promove a remoção do excesso de óxido e de outros gases . A célula de liberação do alumínio 
geralmente contém 99,5 a 99,9% de alumínio tendo, como impurezas, principalmente, ferro e 
silício. 
 
 
Fabricação primária 
 
REFUSÃO E FUNDIÇÃO. O passo inicial para o processamento do alumínio é a operação de 
refusão. Primeiro, as fornalhas são carregadas com alumínio liquido vindo das células de redução 
ou com lingotes que são refundidos. Elementos de liga, lingotes de liga mestre e sucatas são 
adicionados conforme necessidade. O metal fundido, refundido na fornalha é limpo com a retirada 
da escória da superfície. No metal liquido retira-se também o fundente por escorificação ou com 
gás a base de cloro para remover o gás de hidrogênio dissolvido. Quando o gás a base de cloro 
forma bolha no metal líquido, o gás hidrogênio dissolvido é removido por ações químico-
mecânicas. 
 Após o metal estar limpo e desgaseificado é, então, separado e vazado. A forma do lingote 
como lâminas ou tarugos extrudados são usualmente fundidos em métodos de fundição direta em 
coquilha. Neste processo o metal fundido é liberado em um molde e solidificado, o fundo do molde 
é enfraquecido para que o metal possa ser continuamente fundido em lingotes de 
aproximadamente 14 pés de comprimento. O lingote possui seções de, aproximadamente, 18 por 
64 polegadas. 
 
TARUGOS. No caso de lâminas de lingote, quase metade do metal é removido da superfície do 
lingote por estar em contato com rolos da conformação a quente. Este acabamento assegura a 
limpeza, polindo a superfície para a fabricação de chapas finas. 
 
PRÉ-AQUECIMENTO OU HOMOGENEIZAÇÃO. Os lingotes de liga laminados são aquecidos de 
10 a 24h permitindo a difusão atômica para homogeneizar a estrutura vazada. Muitos constituintes 
também são adicionadas na solução sólida, assim como a liga 3003 rica em manganês. A 
 5
temperatura de pré-aquecimento deve ser mantida abaixo do ponto de fusão dos constituintes com 
menor ponto de fusão. 
 
LAMINAÇÃO A QUENTE. Os lingotes pré-aquecidos são reaquecidos à temperatura de laminação 
a quente e são laminados em quatro rolos de laminação reversos. As placas neste laminador são 
deformadas com espessura de 3 polegadas, então, são reaquecidas e mais adiante reduzidas de 
¾ de 1 polegada em uma laminação intermediária. A redução é usualmente conduzida fora do 
processo de laminação a quente para produzir metal com 0,1 polegada de espessura. 
 
LAMINAÇÃO A FRIO. Depois do recozimento intermediário, o metal é laminado a frio até a 
espessura desejada. Tratamentos de recozimento intermediário podem ser requeridos. A 
quantidade máxima de redução que pode ser adquirida no simples passe através do laminador 
depende da liga e do tratamento da placa sendo laminada. A redução percentual pode variar entre 
30 - 65%. O recozimento final das chapas finas pode ser necessário. Quando se deseja uma 
camada de óxido muito pequena, utiliza-se fornos especiais de atmosfera inerte. 
 
 
5-2 CLASSIFICAÇÃO E DESIGNAÇÃO DOS TRATAMENTOS DAS LIGAS DE ALUMÍNIO 
 
Classificação 
 
ALUMÍNIO E LIGAS DE ALUMÍNIO TRABALHADOS. O sistema de quatro dígitos numéricos é 
usadopara identificar alumínio e ligas de alumínio trabalhados. O primeiro dígito indica o grupo da 
liga. O penúltimo dígito identifica a liga de alumínio ou a pureza do alumínio. O segundo dígito 
indica a modificação da liga original ou limites de impureza. A tabela 5.2 lista os grupos de ligas de 
alumínio trabalhadas. 
 
 6
TABELA 5.2 - Grupos de ligas de alumínio trabalhadas 
A
l
u
m
í
n
i
o
, 
9
9
.
0
0
%
 
m
í
n
i
m
o
1xxx 
Grupos de ligas de alumínio por maior elemento de liga 
Cobre 2xxx 
Manganês 3xxx 
Silício 4xxx 
Magnésio 5xxx 
Magnésio e silício 6xxx 
Zinco 7xxx 
Outros elementos 8xxx 
Séries não usuais 9xxx 
 
 
LIGAS FUNDIDAS. O sistema de designação de quatro dígitos numéricos é usado para identificar 
o alumínio e suas ligas na forma fundida e lingotes fundidos. O primeiro dígito indica o grupo da 
liga. Os dois seguintes dígitos identificam a liga de alumínio ou indicam a pureza do alumínio. O 
último dígito, que é separado dos outros por um ponto decimal, indica a forma do produto, isto é, 
fundidos ou em forma de lingote. A modificação da liga original ou dos limites de impureza é 
indicado por uma letra antes da designação numérica. A letra “x” é usada por ligas experimentais. 
 Entretanto, as ligas de alumínio fundidas são identificadas mais freqüentemente por três 
dígitos. A tabela 5.3 lista os grupos de ligas de alumínio fundidas. 
 
TABELA 5-3 - Grupos de ligas de alumínio fundido 
Alumínio, 99.00% mínimo 1xx.x 
Grupos de ligas de alumínio por elemento de liga 
Cobre 2xx.x 
Silício, com adição de cobre e/ou magnésio 3xx.x 
Silício 4xx.x 
 7
Magnésio 5xx.x 
Zinco 7xx.x 
Titânio 8xx.x 
Outros elementos 9xx.x 
Séries não usuais 6xx.x 
 
Designação de Tratamento 
 
 A designação de tratamento segue a designação de ligas e são separadas por um hífen. 
As subdivisões básicas do recozimento são representadas pela adição de um ou mais dígitos (Ex.: 
3003-H14). 
 
 
 
 
DESIGNAÇÃO BÁSICA DE TRATAMENTO 
 
F. Como fabricado. Sem controle sobre a quantidade de endurecimento por deformação; não 
limita as propriedades mecânicas. 
O. Recozimento e recristalização. Tratamento com menor resistência e maior ductilidade. 
H. Endurecimento por deformação (abaixo segue as subdivisões). 
T. Tratamento térmico para obter estruturas estáveis além de F ou O (abaixo segue as 
subdivisões). 
 
 
SUBDIVISÕES DO ENDURECIMENTO POR DEFORMAÇÃO 
 
H1 Apenas endurecido por deformação. O grau de encruamento é indicado pelo segundo 
dígito e varia de 1/4 de dureza (H12) até a dureza total (H18), que é produzida com a 
redução de 75% de área. 
H2 Endurecimento por deformação e recozimento parcial. Percorrendo de H12 até H18 
obtidos por recozimento parcial de materiais trabalhados a frio com resistência inicialmente 
mais alta que a desejada. A denominação das ligas é H22, H24, H26 e H28. 
H3 Endurecido por deformação e estabilizado. Tratadas por um superenvelhecimento, as ligas 
de alumínio-magnésio que são, encruadas e então aquecidas a baixa temperatura, 
aumentam a ductilidade e estabilizam as propriedades mecânicas. A denominação das 
ligas é H32, H34, H36 e H38. 
 
 
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SUBDIVISÕES DE TRATAMENTO TÉRMICO 
 
W Tratamento de solubilização 
T Endurecido por envelhecimento 
 T1 - resfriamento a partir da temperatura de fabricação e naturalmente envelhecido 
T2 - resfriamento a partir da temperatura de fabricação, deformação a frio e naturalmente 
envelhecido 
T3 – tratamento de solubilização, deformação a frio e envelhecimento natural 
T4 – tratamento de solubilização e envelhecimento natural 
T5 - resfriamento na temperatura de fabricação e envelhecimento artificial 
T6 – solubilização e envelhecimento artificial 
T7 – solubilização e estabilizado por superenvelhecimento 
T8 – solubilização, deformação a frio e envelhecimento artificial 
T9 – solubilização, envelhecimento artificial e deformação a frio 
T10 - resfriado a partir da temperatura de fabricação, deformação a frio e envelhecimento 
artificial 
 
 
TABELA 5-4 - Composições químicas e aplicações de ligas de alumínio puras comerciais. 
Ligas % de pureza % de Silício % de Ferro % de Cobre Aplicações 
1050 99.50 0.25 0.40 0.05 Tubo bobinado, extrudado 
1060 99.60 0.25 0.35 0.05 
Equipamento químico, tanques 
de carros ferroviários 
1100 99.00 1.0 Si + Fe 0.12 nom. Chapa fina de metal trabalhada 
1145 99.45 0.55 Si + Fe 0.05 Lâminas para capacitores 
1175 99.75 0.15 Si +Fe 0.10 Chapas finas refletoras 
1200 99.00 1.0 Si + Fe 0.05 
Tubo bobinado, extrudado; 
chapa de metal trabalhada 
1230 99.30 0.7 Si + Fe 0.10 
Revestimento de chapas fina e 
chapas grossas 
1235 99.35 0.65 Si + Fe 0.05 
Lâminas para capacitores; 
tubos 
1345 99.45 0.30 0.40 0.10 
1350 99.50 0.10 0.40 0.05 Condutores elétricos 
 
 
5.3 ALUMÍNIO COMERCIALMENTE PURO 
 
Composição Química e Aplicações Típicas 
 
A pureza do alumínio comercial varia de 99,3% à 99,7% de Al. O alumínio de alta pureza é 
utilizado para aplicações como ligas condutoras elétricas e placas refletoras. O metal de baixa 
 9
pureza, adicionado de ferro e cobre, se necessário, é utilizado para produzir ligas da série 1100, a 
qual, no modelo comercial, é a liga base de alumínio puro. Ela é relativamente tenaz e dúctil, com 
excelente trabalhabilidade e soldabilidade. O alumínio comercial puro responde bem a finalidades 
decorativas e apresenta excelente resistência a corrosão. A Tabela 5.4 lista a composição química 
e aplicação para os vários tipos de alumínio puro comercial. 
 
Estrutura 
A estrutura do alumínio puro (série 1xxx) é caracterizada por uma matriz relativamente 
pura de alumínio. Os constituintes insolúveis no alumínio comercial puro são principalmente ferro e 
silício, como apresentados nas figuras 5.3 e 5.4. A quantidade de constituintes é uma função da 
pureza da liga e distribuição deles (dos constituintes) é função do tipo e da extensão de fabricação 
da liga. Uma vez que todas as ligas comercial de alumínio contêm ferro e silício como impurezas, a 
insolubilidade dos constituintes ferro e silício são comuns nas ligas, variando na concentração. 
 
 
FIGURA 5-3 
Lâmina metálica 1100-H18, laminada a frio. 
Apresenta uma estrutura metálica fluida ao redor de 
partículas insolúveis de FeAl3 (escuro. Partículas 
remanescentes de constituintes do lingote são 
fragmentadas devido ao trabalho. Ataque: 0,5 HF 
hidratado. (After Metals Handbook, 8a ed., vol. 7, 
American Society for Metals, 1972, pág. 242). 
 10
 
 
 
Propriedades Mecânicas 
 
 As propriedades mecânicas para o alumínio comercial puro estão listados na Tabela 5.5. O 
limite de resistência a tração para 99,99% Al recozido é de, aproximadamente, 6,5 Ksi, com um 
limite elástico de 1,5 Ksi e uma elongação de 50%. Este alumínio super puro não retém a dureza 
por deformação a temperatura ambiente, e provavelmente recristalizará. Conforme o nível de 
impureza é aumentado, a resistência do alumínio comercial puro aumenta também, alcançando um 
máximo da série 1xxx, na liga 1100. A liga 1100 com dureza máxima tem um limite de escoamento 
de aproximadamente 24 Ksi, com um limite elástico de 22 Ksi e uma elongação de apenas 5%. 
 
TABELA 5.5 - Propriedades mecânicas típicas do alumínio puro comercial 
Liga Recozimento 
limite de 
resistência à 
tração, psi 
limite de 
resistência 
elástica, psi 
Elongação, 
% 
Dureza, 
Bhn 
tensão de 
cisalhamento, 
psi 
resistência à 
fadiga, psi 
O 6.500 1.500 50 
1199 
H18 17.000 160.000 5 
O 9.000 3.000 45 
1180 
H18 18.000 17.000 5 
O 10.0004.000 43 19 7.000 3.000 
H14 14.000 13.000 12 26 9.000 5.000 1060 
H18 19.000 18.000 6 35 11.000 6.500 
O 12.000 4.000 23 8.000 
H14 16.000 14.000 10.000 EC 
H19 27.000 24.000 2,5 
O 11.000 5.000 40 8.000 
1145 
H18 21.000 17.000 5 12.000 
O 13.000 5.000 35 23 9.000 5.000 1100 
H14 18.000 17.000 9 32 11.000 7.000 
FIGURA 5-4 
Lâmina metálica da liga 1100-0, laminada a 
frio e recozida. Recristralizada, grãos 
equiaxiais e partículas insolúveis de FeAl3
(preto). Tamanho e distribuição de FeAl3 na 
estrutura trabalhada não são afetados pelo 
recozimento. (0.5% ácido fluorídrico 
hidratado; 500X). (After Metals Handbook, 8 
ed., vol. 7 Americam Society for Metals, 1972, 
p. 242.) 
 11
 H18 24.000 22.000 5 44 13.000 9.000 
 
 
5-4. LIGA DE ALUMÍNIO – MANGANÊS 
 
Composição Química e Aplicações Típicas 
 
A adição de 1,2% Mn no alumínio comercial puro (0,6% Fe e 0,2% Si) produz uma 
moderada resistência a liga de alumínio não tratada termicamente. A adição de manganês 
aumenta a resistência da liga por solução sólida e pela fina dispersão de precipitados. Esta 
resistência pode ser aumentada pela adição de aproximadamente 1% de magnésio. Estas ligas 
são geralmente utilizadas quando moderada resistência e boa trabalhabilidade são necessárias. A 
Tabela 5.6 lista a composição química e aplicações para as ligas de alumínio-manganês-
magnésio. 
 
 
 
Tabela 5.6 - Composição química e aplicações da liga alumínio-manganês 
Ligas % Mn % Mg % Cu Aplicações 
3003 1,2 0,12 
Utensílios de cozinha, equipamentos químicos, cilindros de 
pressão, folhas serradas, ferramentas para construção 
3004 1,2 1,0 Folhas serradas, tanques de estocagem, cilindros de pressão 
3005 1,2 0,4 Produtos de construção civil, calhas 
3105 0,5 0,5 Produtos de construção civil, calhas 
 
FIGURA 5-5 
Liga recozida 3003 (1,2% Mn); a estrutura consiste em 
uma fina dispersão de (Mn, Fe)Al6 e α(Al-Fe-Mn-Si) 
precipitados. (0.5% ácido fluorídrico hidratado; 500x.) 
(After F. Keller in “Physical Metallurgy of Aluminum 
Alloys”, American Society of Metals, 1949, pág. 106.) 
 12
 
 
Estrutura 
 A microestrutura de chapas da liga 3003 (1,2% Mn) na condição recozida é mostrada na 
figura 5.5. Embora esta liga seja aquecida a uma alta temperatura (homogeneização), com 
tratamento por volta de 600o C para dissolver muitos constituintes contendo manganês, depois ela 
é trabalhada a frio e posteriormente recozida a 340oC, formando uma fina dispersão de (Mn, Fe)Al6 
e α(Al-Fe-Mn-Si) constituintes (Fig. 5.5). 
 A microestrutura desta liga após o pré-aquecimento a 593oC, trabalhada a frio (80%), e 
recozida a 343oC foi estudada por Morris usando microscópio eletrônico de transmissão. Ele 
demonstrou que aqueles precipitados ricos em manganês nucleiam preferencialmente no trabalho 
a frio deslocando as estruturas durante o recozimento (Fig. 5.6). Estes precipitados inibem o 
movimento das discordâncias e, conseqüentemente, formação de contorno de grão de baixo 
ângulo (poligonizados). Os precipitados por esse motivo inibem a recristalização e elevam a 
temperatura de recristalização da liga. 
 
Propriedades Mecânicas 
 
 A tabela 5.7 lista as propriedades mecânicas das ligas de alumínio-manganês-magnésio. A 
resistência da liga 3003 é de aproximadamente 3 a 4 Ksi maior que da liga 1100 (isto é, 3003-O 
tem um limite de resistência a tração de 16 Ksi comparado a 13 Ksi do 1100-O). A liga 3004 é 
reforçada pelo efeito do magnésio no endurecimento por solução sólida, então, este, na condição 
recozida, tem um limite de resistência a tração de 26 Ksi. Diversas ligas de baixa resistência, como 
3005 e 3105, foram introduzidas em 1953 e 1960, respectivamente. Estas ligas têm desejáveis 
combinações de resistência, plasticidade e resistência a corrosão para aplicações na construção 
de produtos especiais. 
 
5-5. LIGA DE ALUMÍNIO MAGNÉSIO: 
FIGURA 5.6 
Liga 3003 (1,2% Mn) pré aquecida a 540oC, 
laminada a frio (80%), recozido a 343oC por 250 
segundos. A estrutura mostra constituintes 
precipitados ricos em manganês nas 
discordâncias durante o recozimento. A 
recristalização da liga é inibida pelo acúmulo 
das discordâncias nos precipitados. 
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Composição Química e Aplicações Típicas 
 
 As ligas binárias de alumínio-magnésio servem de base para a série 5xxx das ligas de 
alumínio não tratadas termicamente. Todavia o magnésio produz substancial solubilidade no 
alumínio e uma grande diminuição da solubilidade do sólido (14,9% em peso a 451oC) com a 
diminuição da temperatura (figura 5.7), as ligas de alumínio-magnésio não apresentam sensível 
endurecimento por precipitação com concentrações abaixo de 7% Mg. Entretanto, uma substancial 
resistência do alumínio ocorre por endurecimento por solução sólida e causando encruamento. 
 A tabela 5.8 lista composição química e aplicações das ligas de alumínio-magnésio. Para 
propósitos gerais e estruturais, as ligas de Al-Mg contém de 1 a pouco mais de 5% Mg e é muito 
difundida na indústria. Estas são apenas poucas ligas binárias de alumínio-magnésio trabalháveis, 
como as séries 5005 e 5050. Para aumentar esta resistência, a maioria das ligas de alumínio-
magnésio contém um pouco de manganês (0,1 a 1,0%) e/ou cromo (0,1 a 0,2%). Exemplos de 
ligas Al-Mg com adição de cromo são 5052 e 5154. Enquanto que a liga 5056 é um exemplo que 
contém manganês e cromo. 
 Muitas ligas de alumínio-magnésio têm sido desenvolvidas para acabamentos e 
decorações. Na redução da quantidade de ferro, silício e outras impurezas, uma série de ligas 
decorativas1 foram criadas. Como exemplos temos 5053 e 5252 e as ligas 5x57 como 5357, 5457 
e 5657. 
 As ligas alumínio-magnésio têm uma ampla faixa de resistência, boa plasticidade e 
soldabilidade e alta resistência a corrosão. Uma propriedade proeminente das ligas de alumínio-
magnésio é a boa soldabilidade quando, no processo, o arco de solda é protegido por uma 
atmosfera de argônio, formando uma liga de alta resistência. 
 
TABELA 5.7 - Propriedades mecânicas típicas de ligas de alumínio-manganês e alumínio-
manganês-magnésio sem tratamento térmico 
Liga Têmpera 
Resistência 
à tração psi 
Limite de 
resistência 
elástica psi 
elongação 
% em 2 in 
Dureza 
Bhn 
tensão de 
cisalhamento 
psi 
resistência 
à fadiga psi 
3003 O 16.000 6.000 30 28 11.000 7.000 
 H14 22.000 21.000 8 40 14.000 9.000 
 H18 29.000 27.000 4 55 16.000 10.000 
3004 O 26.000 10.000 20 45 16.000 14.000 
 H34 35.000 29.000 9 63 18.000 16.000 
 H38 41.000 36.000 5 77 21.000 18.000 
3005 O 19.000 8.000 25 12.000 
 H18 35.000 33.000 4 18.000 
3105 H25 26.000 24.000 8 16.000 
 
1 Impurezas como ferro e silício são especialmente requeridas para promover o brilho caracteríestico das ligas 
de alumínio para acabamento. 
 14
 
 
TABELA 5.8 - Composição química e aplicações da liga alumínio-magnésio 
Liga % Composição Aplicações 
5005 0,8 Mg Peças, utensílios, enfeites arquitetônicos, condutores elétricos 
5050 1,4 Mg Ferramentas para construção, enfeites de refrigeradores, tubos 
em espiral 
5052 2,5 Mg, 0,25 Cr Chapas serradas, tubos hidráulicos, peças 
5056 0,12 Mn, 5,1 Mg, 0,12 Cr Cabos revestidos, rebites para magnésio, telas metálicas 
5083 0,7 Mn, 4,45 Mg, 0,15 Cr 
5086 0,45 Mn, 4,0 Mg, 0,15 Cr 
Impróprio para cilindro de pressão; utilização marinha, 
automotiva, partes de aeronaves, criogênica, torre de TV, 
aparelhos de perfuração, componentes de mísseis, capas para 
couraças 
5154 3,5 Mg, 0,25 Cr Estruturas soldadas, tanques para armazenamento, cilindros de 
pressão, serviços em água salgada 
5252 2,5 Mg Automobilísticoe peças de enfeite 
5254 3,5 Mg, 0,25 Cr Peróxido de hidrogênio e tanques de estoque químico 
5356 0,12 Mn, 5,0 Mg, 0,12 Cr Eletrodo de solda, arame e eletrodos 
5454 0,8 Mn, 2,7 Mg, 0,12 Cr Estruturas soldadas, cilindros de pressão, serviços marinhos, 
tubos 
5456 0,8 Mn, 5,1 Mg, 0,12 Cr Estruturas soldadas de alta resistência, tanques de estocagem, 
cilindros de pressão, serviços marinhos 
5457 0,3 Mn, 1,0 Mg Peças de enfeite (boa plasticidade em recozimento) 
5652 2,5 Mg, 0,25 Cr Peróxido de hidrogênio e tanques de estocagem química 
5657 0,8 Mg Peças de enfeite (bom brilho) 
 
 
Estrutura 
 O magnésio, na maioria das ligas alumínio-magnésio está presente em solução sólida. 
Entretanto, quando a concentração de magnésio nas ligas de Al-Mg excede, aproximadamente, 
3,5%, Mg2Al3 pode precipitar a temperaturas baixas no tratamento térmico ou no resfriamento lento 
a partir de elevadas temperaturas. Como exemplo, temos a liga 5086, que contém 4% Mg é 
trabalhada a frio e aquecida em torno de 120 a 180oC. Nesta liga uma contínua rede de Mg2Al3 
pode precipitar nos contornos de grão (Fig. 5.8). Esta estrutura é indesejável uma vez que pode 
tornar a liga susceptível a trinca por corrosão sob tensão em condições adversas. É então mais 
FIGURA 5-7 
Diagrama de fases alumínio-
magnésio. [After K. R. Van Horn 
(ed.), “Aluminum”, vol. 1 , American 
Society for Metals, 1967, pág. 375.] 
 
 15
desejado, neste tipo de liga, um alívio de tensões em altas temperaturas (i.e. 245oC) e com 
processo cuidadoso origina uma dispersão de precipitados finos de Mg2Al3 na matriz da liga, 
mostrado na Fig. 5-9. 
 Partículas de Mg2Si podem também estar presentes nas ligas Al-Mg comerciais 
proporcional a quantidade de silício na liga, devido a baixa solubilidade do Mg2Si na presença de 
excesso de magnésio. No caso das ligas de Al-Mg contendo cromo e manganês, outras fases 
também são presentes, devido ao alto teor de ferro presente em todas as ligas comerciais de 
alumínio puro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 5-8. 
Liga 5086-H43, laminada a frio e estabilizada 
de 120 a 177oC. Partículas indesejáveis de 
Mg2Al3 formam uma rede de precipitados nos 
contornos de grão; partículas grandes são 
fases insolúveis. Este tipo de estrutura é 
indesejável por ser susceptível, em algumas 
condições, a trincas de corrosão sob tensão. 
(After Metals Handbook, 8
a
 ed., vol. 7, 
American Society for Metals, 1972, pág. 244.) 
 
FIGURA 5-9 
Liga 5456, laminada a frio e com alivio de 
tensões a 246ºC. O Mg2Al3 neste caso é 
finamente distribuído sobre a matriz, e não 
sendo contínuos pela rede de precipitados 
nos contornos de grão. Este tipo de 
estrutura é mais desejável e menos 
susceptível a corrosão. Grandes partículas 
são insolúveis na fase como Mg2Si 
(escuro) e (Fe, Mn)Al6 (cinza). (After 
Metals Handbook, 8a ed., vol. 7, American 
Society for Metals, 1972, pág. 244.) 
 16
 
 
 
 
Propriedades Mecânicas 
 
 As propriedades mecânicas das ligas de alumínio-magnésio trabalhadas e não tratáveis 
termicamente estão listadas na tabela 5.9. O limite de resistência à tração das ligas comerciais 
alumínio-magnésio, recozidas, varia de 18 ksi, para liga 5005-O, e 45 ksi, para liga 5456-O. As 
ligas 5083-O e 5086-O têm uma leve redução na resistência (42 e 38 ksi, respectivamente) quando 
comparado a 5456-O. Produtos conformados da liga alumínio-magnésio estão sempre disponíveis 
no tratamento de recozimento do tipo O, e usualmente no tratamento H3. O tratamento H3 é 
geralmente usado em produtos endurecidos por deformação, uma vez que o tratamento H1 
usualmente não é estável a temperatura ambiente. O tratamento H3 produz propriedades estáveis 
com altos níveis de elongação e melhores características plásticas. 
 Embora as ligas de alumínio-magnésio sejam classificadas em não tratáveis termicamente, 
a quantidade de magnésio solúvel nas temperaturas de recozimento para as ligas Al-Mg, com mais 
que 4% Mg (como a 5083, 5086, 5056 e 5456), é maior que a retida em solução-sólida na 
temperatura ambiente. Como resultado, se estas ligas são severamente encruadas e mantidas por 
um longo tempo a temperatura ambiente, ocorrerá a precipitação de Mg2Al3 ao longo de bandas de 
deslizamento. Também, se estas ligas são expostas a altas temperaturas em condições de 
recozimento, a precipitação ocorrerá ao longo de contornos de grãos. Esta precipitação torna 
essas ligas susceptíveis a corrosão intergranular em ambiente corrosivo. Por esta razão, o 
tratamento H3xx tem sido desenvolvido para eliminar ou minimizar esta instabilidade, então essas 
ligas possuem alta resistência. 
 
TABELA 5.9 - Propriedades Mecânicas das ligas de alumínio-magnésio trabalhadas e não 
tratáveis termicamente 
Liga 
Trat. 
térmico 
limite de 
resistência 
à tração, 
psi 
limite de 
resistênci 
elástica, 
psi 
elongação 
% em 2 
polegadas 
Dureza
, Bhn 
tensão de 
cisalhamento, 
psi 
resistência 
à fadiga, 
psi 
5005 O 18.000 6.000 30 30 11.000 
 H14 23.000 22.000 6 41 14.000 
 H34 23.000 20.000 8 41 14.000 
 H18 29.000 28.000 4 51 16.000 
 H38 29.000 27.000 5 51 16.000 
5050 O 21.000 8.000 24 36 15.000 12.000 
 H34 28.000 24.000 8 53 18.000 13.000 
 H38 32.000 29.000 6 63 20.000 14.000 
5052 O 28.000 13.000 25 47 18.000 16.000 
 H34 38.000 31.000 10 68 21.000 18.000 
 17
 H38 42.000 37.000 7 77 24.000 20.000 
5056 O 42.000 22.000 35 65 26.000 20.000 
 H18 63.000 59.000 10 105 34.000 22.000 
 H38 60.000 50.000 15 100 32.000 22.000 
5082 H19 57.000 54.000 4 
5083 O 42.000 21.000 22 67 25.000 22.000 
 H112 43.000 23.000 20 70 25.000 22.000 
 H321 46.000 33.000 16 82 28.000 22.000 
 H323 47.000 36.000 10 84 27.000 
 H343 52.000 41.000 8 92 30.000 
5086 O 38.000 17.000 22 60 23.000 21.000 
 H32 42.000 30.000 12 
 H34 47.000 37.000 10 82 28.000 23.000 
 H112 39.000 19.000 14 64 23.000 21.000 
5154 O 35.000 17.000 27 58 22.000 17.000 
 H34 42.000 33.000 13 73 24.000 19.000 
 H38 48.000 39.000 10 80 28.000 21.000 
 H112 35.000 17.000 25 63 22.000 17.000 
5454 O 36.000 17.000 22 60 23.000 19.000 
 H34 44.000 35.000 10 81 26.000 21.000 
 H112 36.000 18.000 18 62 23.000 
 H311 38.000 26.000 14 70 23.000 
5456 O 45.000 23.000 24 70 27.000 22.000 
 H24 54.000 41.000 12 31.000 
 H112 45.000 24.000 22 70 27.000 
 H311 47.000 33.000 18 75 27.000 24.000 
 H321 51.000 37.000 16 90 30.000 23.000 
 H323 51.000 38.000 10 90 30.000 
 H343 56.000 43.000 8 94 33.000 
 
 
5.6- LIGAS COBRE-ALUMÍNIO 
 
Composições Químicas e Aplicações 
 
 O primeiro trabalho desenvolvido em liga binária Alumínio-Cobre foi nos Estados Unidos 
sobre a liga 2025, a qual contém aproximadamente 5,5% de Cu. Entretanto a liga 2025, introduzida 
em 1926, está limitada ao uso para materiais forjados. A liga 2219, que contém 6,3% Cu e foi 
desenvolvida em 1954, tem substituído em muitos casos a liga 2025. A liga 2219 apresenta maior 
e mais alto campo de resistência, assim como uma boa soldabilidade, superior resistência a tensão 
de corrosão e melhores propriedades a elevadas temperaturas. 
 A liga 2011 com 5,5% Cu, 0,4% Bi e 0,4% de Pb é usada quando boas características de 
corte e de cavacos são necessárias para produção em altas velocidades nas máquinas de torno. 
Esta liga é a liga básica de alumínio para máquinas de tornos e é usada como referência padrão 
para a usinabilidade destas ligas de alumínio. A tabela 5.10 lista a composição química de ligas 
cobre-alumínio trabalhadas e suas aplicações. 
 
 18
 
Ligas Binárias Alumínio-Cobre 
 
DIAGRAMA DE FASE. O Cobre é um dos mais importantes elementos de liga do alumínio e 
produzconsiderável resistência em solução sólida e com apropriado tratamento térmico pode 
formar um grande aumento da resistência pela formação de precipitados. A máxima solubilidade 
do cobre no alumínio ocorre com 5,65% Cu à temperatura eutética de 548oC (Fig. 5.10). A 
solubilidade do cobre no alumínio diminui rapidamente com a diminuição da temperatura de 5,65% 
Cu para menos de 0,1% Cu à temperatura ambiente. 
 
 
TABELA 5.10 - Composições químicas e aplicações das ligas alumínio-cobre* 
Liga % Cu % Mn % Outros Aplicações 
2011 5,5 0,4 Bi; 0,4 Pb Produtos torneados 
2025 4,5 0,8 0,8 Si Forjados e produtos aeroespaciais 
2219 6,3 0,3 
0,06 Ti; 0,10 V; 
0,18 Zr 
Uso em estruturas em 660oF, alta resistência a 
soldagem para aplicações criogênicas e para 
partes de aeronaves 
2419** 6,3 0,3 
0,06 Ti; 0,10 V; 0,18 Zr Uso em estruturas em 660oF, alta resistência a 
soldagem para aplicações criogênicas e para 
partes de aeronaves e alta tenacidade à fratura 
*Depois “ASTM Databook,”publicado em Met. Prog., vol.116, no. 1, mid-June 1979. 
**Liga 2419 tem menor nível de ferro e silício do que a liga 2219. 
 
 
ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO DA LIGA ALUMÍNIO-COBRE TRATADA 
TERMICAMENTE. Para alcançar o máximo efeito de endurecimento por precipitação (sem 
deformação a frio), a liga alumínio-cobre precisa ser: 
 
1. Solução tratada termicamente no campo da fase da solução sólida-α (aprox. 515oC) 
2. Temperada até temperatura ambiente ou abaixo desta 
3. Envelhecida artificialmente entre as temperatura de 130 à 190oC 
 
 Considere o endurecimento por precipitação da liga Al-4% Cu: 
 
1.Tratamento térmico da solução. A liga Al-4%Cu deve ser primeiramente aquecida até 
aproximadamente 515oC para permitir que os átomos de cobre e de alumínio difundam-se 
aleatoriamente em uma solução sólida uniforme. A liga neste estágio consiste em uma solução 
sólida α. Esta primeira fase do tratamento térmico para endurecimento por precipitação é 
algumas vezes chamada de solubilização. 
 
 19
2.Têmpera. Depois de a solução estar tratada termicamente a liga é temperada (resfriamento 
rápido) em água para a temperatura ambiente. Este tratamento produz uma solução sólida 
supersaturada de cobre no alumínio. A liga Al-4%Cu, nestas condições, não é estável e tende a 
formar fases metaestáveis de mais baixa energia do sistema. A força motriz para a precipitação 
da fase metaestável é o estado de alta energia da solução sólida supersaturada instável do 
cobre no alumínio. 
 
3.Envelhecimento. Se uma precipitação substancial da fase metaestável ocorrer à temperatura 
ambiente, é chamado envelhecimento natural. Entretanto, algumas ligas serão endurecidas por 
envelhecimento natural com uma resistência satisfatória a temperatura ambiente, enquanto a 
maioria das ligas devem ser endurecidas por envelhecimento a elevadas temperaturas, também 
chamado de envelhecimento artificial. No caso da liga Al-4%Cu a temperatura para 
endurecimento por envelhecimento artificial está geralmente entre 130 e 190oC. 
 
 
ESTRUTURA FORMADA DURANTE O ENVELHECIMENTO DAS LIGAS ALUMÍNIO-COBRE. No 
endurecimento por precipitação das ligas alumínio-cobre, cinco seqüências de estruturas podem 
ser identificadas: (1) solução sólidas supersaturada, (2) Zona GP1, (3) zona GP2, também 
chamada de fase θ”, (4) fase θ' e (5) fase θ, CuAl2. Nem todas estas fases ocorrem em todas as 
temperaturas de envelhecimento. As zonas GP1 e GP2 não existem logo acima de suas 
temperaturas solvus, e as fases θ’ e θ requerem uma temperatura de envelhecimento 
suficientemente alta para sua formação. 
 
Zona GP1. A Zona GP1 é formada a mais baixas temperaturas (i.e.,abaixo de 130oC) e são 
criadas pela segregação de átomos de cobre em solução sólida supersaturada na liga Al-Cu. A 
Zona GP1 consiste em discos de uns poucos átomos finos (4 a 6 Å de espessura) e com 
aproximadamente 80 a 100 Å de diâmetro, formando planos cúbicos {100} na matriz. Até o 
FIGURA 5.10 
Diagrama de fase Al-Cu com final 
rico em alumínio. [After K. R. Van 
Horn (ed.), “Aluminium,”vol. 1, 
Americam Societ for Metals, 1967, p. 
372.] 
 20
momento não se sabe sobre a estrutura verdadeira da zona GP1, mas análises recentes de 
Dalgren indicam que a zona GP1 contém baixo percentual em cobre. 
 Uma vez que o cobre tem o diâmetro, aproximadamente 11% menor do que os átomos de 
alumínio, o parâmetro de rede cúbica da zona é menor do que da matriz, havendo então uma 
estrutura tetragonalmente tensionada. A zona GP1 pode ser detectada por microscopia eletrônica 
por causa da associação entre os campos tensionados, como mostra a figura 5.11a. Estas zonas 
impedem o movimento das discordâncias, gerando aumento da dureza e diminuição da ductilidade 
da liga Al-4%Cu, como indicado na figura 5.12. 
 
Zona GP2 (θθθθ”). Como no caso da zona GP1, a zona GP2 tem uma estrutura tetragonal e são 
coerentes com os planos da matriz {100} na liga Al-4%Cu ou tipos similares. Nos primeiros 
estágios de sua formação, acredita-se que as zonas GP2 contêm baixo percentual de cobre 
(menos que 17% Cu). Com o aumento do tempo de envelhecimento na temperatura de 130ºC, o 
conteúdo de cobre aumenta, assim como seu tamanho. O tamanho do campo da zona GP2 está 
entre 10 e 40 Å de espessura e entre 100 e 1000 Å de diâmetro. A figura 5.11b mostra as zonas 
GP2 coerentes na liga Al-4%Cu. O parâmetro de rede “c” nos primeiros estágios de 
envelhecimento é 8,08 Å e diminui para 7,65 Å a medida em que as zonas vão crescendo em 
estágios posteriores de envelhecimento. Dahlgren acredita que ocorrem estas mudanças porque 
as zonas tornam-se ricas em cobre. A zona GP2 adiciona um aumento na dureza da liga Al-4%Cu 
quando envelhecida em temperaturas entre 130ºC e 190ºC, como mostrado na figura 5.12. 
 
Fase θθθθ'. O superenvelhecimento da liga Al-4%Cu ocorre quando forma-se uma fase 
completamente incoerente e metaestável em significantes quantidades, fase θ’. Esta fase nucleia 
heterogeneamente, especialmente nas discordâncias. O tamanho da fase θ’ depende do tempo e 
da temperatura de envelhecimento e alcança um tamanho entre 100 a 6000 Å ou mais no diâmetro 
e com espessura de 100 a 150 Å. Esta fase tem estrutura tetragonal, mas com uma redução do 
parâmetro “c” para 5,80 Å. A figura 5.11c mostra os precipitados θ’ na liga Al-4%Cu depois de três 
dias de envelhecimento a 200ºC. Quando esta fase aparece sozinha, a liga está em condições de 
superenvelhecimento, como indicado na figura 5.12. 
 
Fase θθθθ. Envelhecendo em temperaturas de aproximadamente 190ºC ou acima desta, por longos 
períodos, produzirá uma fase θ incoerente em equilíbrio, CuAl2. Esta fase tem uma estrutura 
tetragonal de corpo centrado, TCC, com a = 6,07 Å e c = 4.87 Å. A fase θ pode formar-se da fase 
θ” ou diretamente da matriz. A fase θ forma-se no excesso da fase θ’ e está presente quando a liga 
está em condições extremas de superevelhecimento, como indicado na figura 5.12. 
 A seqüência geral da precipitação da liga binária Al-Cu pode ser representada por: 
 
 21
Solução sólida supersaturada → zona GP1 → zona GP2 (fase θ”) → θ’ → θ (CuAl2) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 (a) 
 (b) 
(c) 
 
 
 
FIGURA 5.11 
Liga Al-4%Cu com microestrutura 
envelhecida. (a) Al-4%Cu, aquecida em 
540ºC, resfriada em água e envelhecida 16 
hs a 130ºC. As zonas GP têm se formado 
como planos paralelos no plano {100} numa 
matriz cúbica de face centrada e sendo neste 
estágio átomos finos de aproximadamente 
100 Å de diâmetro. Somente planos 
dispostos horizontalmente em uma 
orientação cristalográfica são visíveis. 
(Micrografia eletrônica de 1.000.000 X.) (b) 
Al-4%Cu, solução tratada termicamente a 
540ºC, resfriada em água e envelhecida por 
um dia a 130ºC. Nesta micrografia de finas 
lâminas de metal mostram-se campos de 
deformação impostos pela zona GP2, 
coerente. As regiões escuras que circundam 
as zonas mais claras são causadas por 
campos de deformação. (Micrografia 
Eletrônica de 800.000 X.) (c) Solução da liga 
Al-4% Cu tratada termicamente em 540ºC, 
resfriada em água e envelhecida por três dias 
a 200ºC. Esta micrografia da fina lâmina de 
metal mostra a fase θ, incoerente e meta- 
estável, a qual se forma por nucleação heterogênea e crescente. (Micrografia eletrônica com 25.000 X.) 
(After J. Nutting and R. G. Baker, “The Microestruture of Metals” Institute of Metals, 1965, pp. 695 e 67.) 
 22
 
 
 
 
 
 
Liga Comercial Alumínio-Cobre Trabalhável 
 
Importantes ligas trabalháveis alumínio-cobre, em uso atualmente, são as ligas 2025, 2219 
e 2011. A primeira liga binária alumínio-cobre trabalhável desenvolvida foi a liga 2025 nos Estados 
Unidos, que contém 4,5% Cu, 0,7% Mn e 0,8% Si. A liga 2025 está sendo usada ativamente até 
hoje para uma extensão limitada de forjados, mas tem sido substituída em muitas aplicações pela 
liga 2219. 
 A liga 2219, introduzida em 1954, contém 6,3% Cu, 0,3% Mn, 0,25% Zr, 0,1% V e 0,06% 
Ti. Esta liga tem um grande alcance de resistência (25 a 69 ksi), boa soldabilidade, boa resistência 
a corrosão sob tensão e excelentes propriedades a elevadas temperaturas para uma liga de 
alumínio. A estrutura da liga 2219 nas condições de endurecimento por envelhecimento é 
FIGURA 5.13 
Micrografia por transmissão eletrônica da liga 
2219 em solução tratada termicamente e em 
condições de envelhecimento artificial. A 
estrutura mostra precipitados relativamente
grosseiros. (Cortesia da Aluminium Company 
of América Resech Laboratóries) 
 
FIGURA 5.12 
Correlação estrutura e dureza da liga Al-4% 
Cu envelhecida em 130oC e 190oC. [After J. 
M. Silcock, T. J. Heal, e H. K. Hary, J. 
Inst.Met. 82 (1953-54):239, como 
apresentado em K. R. Van Horn (ed.), 
“Aluminium,” vol. 1, American society for 
Metals, 1967, p. 123.] 
 23
mostrada na figura 5.13 e consiste essencialmente de precipitados θ”. O excesso de CuAl2, θ, que 
não é dissolvido durante o tratamento térmico de solução (máxima solubilidade do Cu no Al é 
5,65%) se mantém essencialmente, sem mudanças durante o aquecimento e resfriamento e é 
esperado um aumento na resistência da liga. 
 As propriedades mecânicas das ligas 2025 e 2219 são listadas na tabela 5.11. Pelo 
tratamento termomecânico apropriado, o limite de resistência a tração da liga 2219 pode ser 
aumentada para 69 ksi. O aumento da precipitação na liga pode ser produzido por endurecimento 
por deformação depois do tratamento térmico e antes do envelhecimento artificial. O aumento da 
densidade de precipitado causado por endurecimento por deformação é refletido no aumento de 
resistência obtida no tratamento T8 da liga 2219. 
 
TABELA 5.11 - Propriedades Mecânicas típicas da liga alumínio-cobre tratada termicamente 
Liga Tratamento 
Resistência à 
tração, 
psi 
Resistência ao 
Escoamento 
sob tração* 
Elongação 
% em 2 
polegadas 
Dureza, 
Bhn** 
Tensão de 
Cisalhamento, 
psi 
Limite de 
Fadiga, 
psi*** 
2011 T3 55.000 43.000 15 95 32.000 18.000 
 T6 57.000 39.000 17 97 34.000 18.000 
 T8 59.000 45.000 12 100 35.000 18.000 
2025 T6 58.000 370.000 19 110 35.000 18.000 
2219 O 25.000 10.000 20 
 T31, T351 54.000 36.000 17 100 33.000 
 T37 57.000 46.000 11 117 37.000 
 T62 60.000 42.000 10 115 37.000 15.000 
 T81, T851 66.000 51.000 10 130 41.000 15.000 
 T87 69.000 57.000 10 130 41.000 15.000 
1 ksi = 6,89 Mpa 
*rendimento de deformação equivalente a 2% 
**500-Kg de carga, 10mm diámetro 
***Base de 500 milhões de ciclos usando máquina com eixo de rotação tipo R. R. Moore. 
 
A presença de Mn, Zr, V e Ti na liga 2219 elevam a temperatura de recristalização que 
atribuirá maior resistência a elevadas temperaturas. A figura 5.14 mostra o comportamento da 
tensão de ruptura da liga 2219 depois de 100 e 1000 horas em 200 e 315ºC. Uma modificação 
base de alta pureza da liga 2219, que a liga 2419 foi introduzido em 1972. A liga 2419, com mais 
baixos níveis de ferro (0,18 % no máximo) e silício (0,15% no máximo.), tem maior tenacidade à 
fratura para aplicações estruturais de aeronaves. 
 A liga trabalhada alumínio-cobre 2011 com 6.5% Cu, 0,04% Bi e 0,04% Pb têm sido a liga 
básica de alumínio para tornos, desde que foi introduzida em 1934. Ela tem boas características de 
corte e produtos de boa qualidade, cavacos facilmente quebradiços durante a usinagem. O 
chumbo e o bismuto, entretanto, diminuem a resistência à corrosão na liga Al-Cu para algumas 
extensões. 
 24
 
 
 
5-7 LIGAS DE ALUMÍNIO – COBRE – MAGNÉSIO 
 
Composições químicas e aplicações típicas 
 
As ligas de alumínio – cobre – magnésio endurecidas por precipitação foram as primeiras a 
serem descobertas. A primeira liga endurecida por precipitação foi uma modificação da liga 2017, a 
qual possui agora composição 4,0% Cu, 0,6% Mg e 0,7% Mn. A liga 2014 com 4,4% Cu, 0,5% Mg, 
0,8% Mn e 0,8% Si, foi desenvolvida mais tarde para ser mais sensível ao envelhecimento artificial 
que a liga 2017, e esta liga é a mais empregada atualmente. A liga 2024, com 4,5% Cu, 1,5% Mg e 
0,6% Mn, foi originalmente desenvolvida como uma liga envelhecida naturalmente, com alta 
resistência, usada em estruturas de aeronaves substituindo a liga 2017. O aumento da resistência 
foi obtido pelo acréscimo de Mg contendo de 0,5 a 1,5% desta liga. As tabela 5.12 lista as 
composições químicas e aplicações típicas para as mais importantes ligas de Al-Cu-Mg. 
 
TABELA 5-12 - Composição Química e aplicações da liga de alumínio- cobre- magnésio 
Liga %Cu %Mg %Mn %Si %Ni % outros aplicações 
2014 4,4 0,5 0,8 0,8 
 
Carenagem de caminhões, 
Estruturas aeronáuticas 
2017 4,0 0,6 0,7 0,5 Produtos torneados, acessórios 
2018 4,0 0,7 2,0 
 
Cabeças e pistões de cilindros de 
mecanismos de aeronaves 
2024 4,4 1,5 0,6 
 
Roda de caminhão, produtos 
torneados, estruturas aeronáuticas 
2218 4,0 1,5 2,0 
 
Anéis de compressores, rotor de 
motor a jato, Cabeças e pistões de 
cilindros de mecanismos de 
FIGURA 5.14 
Comportamento da tensão de ruptura 
da liga trabalhada de alumínio a 400oF 
(204oC) e 600oF (315oC). (After W. A. 
Anderson in “Precipitation from Solid 
Solution,” American Society for Metals, 
1959, p. 199) 
 25
aeronaves 
2618 2,3 1,6 0,18 Si - 1,0Ni 
- 1,1Fe - 0,07Ti 
Mecanismos de aeronaves, 
temperaturas a 238ºC 
 
Estrutura 
A adição de Mg para as ligas de Al-Cu acelera e intensifica o endurecimento por 
precipitação na liga de Al-Cu. Apesar de ter sido uma das primeiras ligas a ser descoberta, os 
detalhes dos processos de precipitação das ligas Al-Cu-Mg não são completamente entendidos. A 
seqüência de precipitação geral para essas ligas acredita-se ser: 
 
Solução sólida supersaturada → zonas GP → S` (Al2CuMg) → S (Al2CuMg) 
 
 (a) 
 (b) 
 (C) 
FIGURA 5-15 
Micrografia eletrônica de transmissão da liga 2024. (50.000 X). (a) liga 2024-T6 foi solubilizada, temperada e 
envelhecida por 12 horas a 190°C. A estrutura consiste de zonas GP e placas grosseiras de S’. (b) a liga 
2024-T81 foi solubilizada, temperada, deformada 1,5% e envelhecida durante 12 horas a 190°C. A estrutura 
consiste de zonas GP e placas S’ na qual são menores e mais numerosas que em a. (c) a liga 2024-T86 foi 
solubilizada, resfriada, laminada a frio 6%, envelhecida por 12 horas a 190°C. A estrutura consiste de zonasGP e pequenas placas de S’. As placas são mais finas e numerosas que em b {After H. Y. Hunsicker in K. R. 
Van Horn (ed.), “aluminium”, vol.1, American Society for Metals, 1967, p.150} 
 
 26
Acredita-se que as zonas GP são formadas em estágios anteriores ao envelhecimento a 
baixas temperaturas, porém sua forma e tamanho não são firmemente estabelecidos. As zonas 
consistem de átomos de Cu e Mg coletados nos planos {110}Al . A aceleração do processo de 
envelhecimento natural nas ligas de Al-Cu, pela adição de Mg, pode ser feito em parte com um 
acréscimo na taxa de difusão feito possivelmente pela compensação dos maiores átomos de Mg 
em relação aos menores átomos de Cu. Os átomos de Mg também poderiam aliviar algumas 
tensões associadas com os átomos de Cu no Al (fig. 5.11). O efeito dos átomos de Mg, entretanto, 
podem ser acelerados nas zonas de crescimento. 
O mecanismo da precipitação de S` é firmemente estabelecido, uma vez que, a fase 
metaestável S`é incoerente e pode ser facilmente detectada por microscopia eletrônica. Wilson e 
Partridge tem mostrado que S´ é nucleado heterogeneamente nas discordâncias e cresce como 
ripas nos planos {210}Al na direção <001>. O precipitado S`, formado por tratamento térmico de 
solubilização de uma chapa da liga 2024 a 493°C resfriada em água a temperatura ambiente, 
envelhecida durante 12 horas a 190°C como mostra a figura 5.15a. Uma vez que a fase S` é 
nucleada heterogeneamente nas discordâncias, aumentando o número de discordâncias pelo 
trabalho a frio, conseqüentemente, aumentará a densidade das ripas S´. Pela introdução de 1,5% 
de trabalho a frio, após tratamento de solubilização e antes do envelhecimento a 190°C, a 
densidade de precipitados S´ neste caso foi acrescida (fig. 5.15b) . Com maior trabalho a frio (6%) 
entre tratamento de solubilização e envelhecimento a 190°C, o precipitado S` é mais refinado e a 
densidade aumenta (fig. 5.15c) . 
 
 
TABELA 5-13 - Propriedades mecânicas típicas das ligas alumínio-cobre-magnésio 
trabalhadas tratáveis termicamente 
Liga Tratamento 
Resistência 
a tensão, psi 
Tensão de 
escoamento, 
psi 
Elongação, 
% 
Dureza, 
Bhn 
Tensão de 
cisalhamento, 
psi 
Limite de 
fadiga, psi 
2014 O 27,000 14,000 18 45 18,000 13,000 
 T4, T451 62,000 42,000 20 105 38,000 20,000 
 T6, T651 70,000 60,000 13 135 42,000 18,000 
2017 O 26,000 10,000 22 45 18,000 13,000 
 T4, T451 62,000 40,000 22 105 38,000 18,000 
2024 O 27,000 11,000 20 47 18,000 13,000 
 T3 70,000 50,000 18 120 41,000 20,000 
 T36 72,000 57,000 13 130 42,000 18,000 
 T4, T351 68,000 47,000 20 120 41,000 20,000 
 T6 69,000 57,000 10 125 41,000 18,000 
 T81, T851 70,000 65,000 6 128 43,000 18,000 
 T86 75,000 71,000 6 135 45,000 18,000 
2117 T4 43,000 24,000 27 70 28,000 14,000 
 
Propriedades mecânicas 
As propriedades mecânicas das ligas Al-Cu-Mg trabalhadas mais comuns são listadas na 
tabela 5.13. A tensão de resistência da liga 2014 varia de 27 ksi, na condição recozida, à 70 ksi no 
 27
tratamento T6. A liga 2024 pode ser endurecida por envelhecimento para 75 ksi se um 
endurecimento por deformação for introduzido entre o tratamento de solubilização e o 
envelhecimento. 
As propriedades das ligas Al-Cu-Mg trabalhadas e tratadas termicamente são grandemente 
afetadas pela temperatura de solubilização, como ilustrado pelas propriedades de resistência de 
endurecimento por precipitação da liga 2014 no tratamento T4 e T6, conforme figura 5.16. Se a 
temperatura de solubilização é baixa, as fases de endurecimento não são completamente 
dissolvidas antes do resfriamento e, entretanto, mais baixas tensões de resistência serão obtidas, 
uma vez que a densidade de precipitados será mais baixa. Se a temperatura de solubilização é 
muito alta, a fusão de algumas das fases com baixas temperaturas de fusão irá ocorrer, resultando 
no decréscimo de resistência e ductilidade. Para as ligas Al-Cu-Mg, o tratamento térmico 
normalmente praticado a nível comercial é solubilização a uma temperatura 5°C mais baixo que o 
menor ponto de fusão eutético. 
 
 
FIGURA 5.16 
Efeitos da temperatura de solubilização das propriedades de resistência sob tensão de uma chapa das ligas 
2014-T4 e 2014-T6. (After W. A. Anderson in “Precipitation from Solid Solution”, American Society for Metals, 
1959, p. 166.) 
 
 
 28
 
 
FIGURA 5-17 
Características de envelhecimento de uma chapa de alumínio de liga 2014. Dados do eixo horizontal: Tempo 
de envelhecimento em horas. Todos têm a mesma escala. {After H. Y. Hunsicker in K. R. Van Horn (ed.), 
“aluminium”, vol.1, American Society for Metals, 1967, p.147} 
 
 2024 – não trabalhada a frio 
após têmpera 
2024-T3 1 a 2% encruada 
2024-T36 5 a 6% 
encruada 
R
e
s
is
tê
n
c
ia
 
à
 T
ra
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1
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A
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%
 e
m
 2
 p
o
l.
 
 
Tempo de envelhecimento, h 
FIGURA 5-18 
Características de envelhecimento a temperaturas elevadas de uma chapa de liga 2024. {After H. Y. 
Hunsicker in K. R. Van Horn (ed.), “aluminium”, vol.1, American Society for Metals, 1967, p.149} 
 29
O efeito do envelhecimento na temperatura 120 a 205°C, nas propriedades de resistência 
sob tensão da liga 2014 solubilizada e resfriada, são mostradas na figura 5.17. Percebe-se que 
para cada temperatura o endurecimento por precipitação é muito rápido, e a temperaturas acima 
de 120°C ocorrerá rapidamente um superenvelhecimento. O ótimo desempenho para 
envelhecimento industrial da liga 2014 é alcançado entre 8 e 12 horas a 170°C. 
A taxa e quantidade de endurecimento por precipitação pode ser significantemente acrescido 
em algumas ligas pelo trabalho a frio após resfriado, ao passo que, em algumas outras ligas pouco 
ou nenhum endurecimento é notado. A liga 2024 é particularmente sensível ao trabalho a frio entre 
o resfriamento e o envelhecimento, como é mostrado pelo acréscimo da densidade de precipitação 
da fase S`, conforme figura 5.15. O efeito do trabalho a frio entre resfriamento e envelhecimento 
das propriedades de resistência sob tensão da liga 2024 é mostrado na figura 5.18. A liga 2024-T6 
tem tensão de escoamento de 57 ksi, mas com 6% de trabalho a frio introduzido entre resfriamento 
e envelhecimento a tensão de escoamento será elevada a 71 ksi. 
 
5-8 LIGAS DE ALUMÍNIO MAGNÉSIO E SILÍCIO 
 
Composições químicas e aplicações típicas 
 
A combinação de Mg (0,6 a 1,2%) e Si (0,4 a 1,3%) no Al forma as bases para as séries 
6xxx das ligas trabalhadas e endurecidas por precipitação de Al-Mg-Si. Na maioria dos casos o Mg 
e Si estão presentes nas ligas em quantidades combinadas para formar fases metaestáveis de 
compostos intermetálicos de Mg2Si, mas o excesso de Si maior que o requerido para Mg2Si pode 
também ser usado. Mn ou Cr são adicionados na maioria das ligas da série 6xxx para aumentar a 
resistência e o controle do tamanho de grão. Cobre também aumenta a resistência dessas ligas, 
mas se presente em quantidades acima de 0,5% reduz sua resistência a corrosão. A tabela 5.14 
lista a composição química e aplicações de algumas das mais importantes ligas Al-Mg-Si 
trabalhadas. 
 
TABELA 5.14 - Composição química e aplicações das ligas alumínio-magnésio-silício 
Liga %Mg %Si %Mn %Cr %Cu % outros Aplicações 
6003 1,2 0,7 Recobrimento de lâminas e chapas 
6005 0,5 0,8 Estruturas marítimas 
6009 0,6 0,8 0,5 0,38 Corpos de lâminas metálicas 
6010 0,8 1,0 0,5 0,38 Corpos de lâminas metálicas 
6053 1,3 0,7 0,25 Arames para rebites 
6061 1,0 0,6 0,2 0,27Estruturas de dutos onde a 
resistência a corrosão é necessária 
6063 0,7 0,4 Canos, móveis 
6066 1,1 1,3 0,8 0,9 Forjamento e extrusão para 
estruturas soldadas 
6070 0,8 1,4 0,7 0,3 Estruturas soldadas de dutos, 
 30
tubulações 
6101 0,6 0,5 Condutores de alta resistência 
6151 0,6 0,9 0,25 Moderada resistência de forjamentos 
para máquinas automotivas 
6162 0,9 0,6 Estruturas que necessitam moderada 
resistência 
6201 0,8 0,7 Condutores elétricos de alta tensão 
6253 1,2 0,7 0,25 2,0 Zn Componentes de arames e barras 
revestidas 
6262 1,0 0,6 0,09 0,27 0,55 Pb; 0,55 
Bi 
Produtos torneados (melhor 
resistência a corrosão que 2021) 
6463 0,7 0,4 Baixo Fe 
(0,15máx.) 
Arquiteturas e extrusões 
 
 
A primeira liga de Al com constituintes de Mg2Si balanceados, foi a 6053, a qual foi 
desenvolvida na década de 30 e contém 2% Mg2Si e 0,25% Cr. Esta liga foi seguida pela 6061 a 
qual é também uma liga com conteúdo balanceado de 1,5% Mg2Si e 0,25% de Cr, e 0,27% de Cu. 
A liga 6061 é uma liga estrutural com resistência intermediária. Usada em grande parte hoje, é uma 
das mais importantes ligas de alumínio. As ligas de Al-Mg-Si de alta resistência tal como a 6066 e 
a 6070 com mais alto conteúdo de Si foram introduzidas em 1960. 
Para facilitar a extrudabilidade de vários formatos, a liga 6066 com mais baixa resistência, foi 
desenvolvida, a qual contém em torno de 1% de Mg2Si. Esta liga pode ser resfriada durante ou 
depois da operação de extrusão, evitando assim, a expansão do tratamento de solubilização. As 
variações da liga 6063 tal como 6463 tem sido desenvolvidas para melhores características de 
acabamento. Na liga 6463 o nível de Fe é mantido tão baixo que o brilho do Al será melhorado 
após a anodização. 
 
Estrutura 
O sistema de endurecimento por precipitação na liga de Al-Mg-Si é possível pelo decréscimo 
na solubilidade sólida dos compostos intermetálicos Mg2Si conforme a temperatura diminui. A 
figura 5.19 mostra uma seção vertical binária do sistema ternário Al-Mg-Si na composição Mg2Si. 
Como visto na figura 5.19, uma liga ternária pseudobinária eutética é formada entre a solução 
sólida de Al e Mg2Si. A solubilidade de Mg2Si no Al decresce de 1,85% a temperatura eutética 
para, aproximadamente, 0,1% a temperatura ambiente. As ligas que contém aproximadamente 
0,6% ou mais de Mg2Si mostram um acentuado endurecimento por precipitação. 
 
 31
 
 
 
 
Se uma liga de Al-Mg-Si contendo 1,3% em peso de Mg2Si é solubilizada a 565°C, resfriada 
em água, envelhecido a 160°C, formam as zona GP que possuem formato acicular que são 
orientadas nas direções <001> da matriz. Quando o máximo de resistência é alcançado durante o 
envelhecimento a 160°C por 24 horas, uma alta densidade de precipitado ß’ é formado, com 
algumas agulhas curtas sendo observadas. (figura 5.20). Reaquecendo a liga endurecida ao 
máximo de Al-Mg-Si por 15 min a 275°C, é observado um crescimento das agulhas ß’, como é 
observado na figura 5.21. 
 
 
FIGURA 5.19 
Seção binária, diagrama de fase 
Al-Mg2Si. {After “Physical 
Metallurgy of Aluminium Alloys”, 
Amerivan Society for Metals, 
1949, p. 78.} 
FIGURA 5.20 
A liga de Al-1,3%Mg2Si solubilizada a 
565°C, resfriada e envelhecida por 24 
horas a 160°C para produzir uma condição 
de endurecimento por precipitação; a 
estrutura consiste de zonas GP e 
precipitados β’. {After W. F. Smith, Metall. 
Trans. 4 (1973):2435.} 
 32
 
 
A seqüência geral de precipitação no sistema Al-Mg-Si é representada por: 
 
Solução sólida supersaturada → zona GP (agulhas?) → ß’ (Mg2Si) → ß (Mg2Si) 
 
Uma vez que uma coerência na deformação não é observada nas zonas GP ou nos 
estágios de precipitação da transição ß’, têm sido constatado que o acréscimo na resistência da 
liga Al-Mg-Si é atribuída ao aumento da energia requerida para as discordâncias quebrarem as 
ligações Si-Mg quando elas passam através dos precipitados. 
 
TABELA 5.15 - Propriedades mecânicas típicas das ligas alumínio-magnésio-silício 
trabalhadas tratáveis termicamente 
Liga Tratamento 
Resistência 
à tração, psi 
Tensão de 
escoamento, 
psi 
Elongação, 
% em 2 
polegadas 
Dureza, 
Bhn 
Tensão de 
cisalhamento, 
psi 
Limite de 
fadiga, psi 
O 16,000 8,000 35 26 11,000 8,000 6063 
T6 37,000 32,000 13 80 23,000 13,000 
O 18,000 8,000 25 30 12,000 9,000 
T4, T451 35,000 21,000 22 65 24,000 13,000 
T6, T651 45,000 40,000 12 95 30,000 14,000 
T81 55,000 52,000 15 32,000 
T91 59,000 57,000 12 33,000 14,000 
6061 
T913 67,000 66,000 10 35,000 
O 22,000 12,000 18 43 14,000 
T4, T451 52,000 30,000 18 90 29,000 6066 
T6, T651 57,000 52,000 12 120 34,000 16,000 
O 21,000 10,000 20 35 14,000 9,000 
T6 57,000 52,000 12 120 34,000 14,000 
T6 32,000 28,000 15 71 20,000 
T6 48,000 43,000 17 100 32,000 12,000 
6070 
T81 48,000 6 15,000 
FIGURA 5.21 
A liga de Al-1,3% Mg2Si endurecida por 
precipitação pelo envelhecimento a 24 horas 
a 160°C. Reaquecida 15 minutos a 275°C; 
estrutura mostra agulhas grosseiras dos 
precipitados ß’. {After W. F. Smith, Metall. 
Trans. 4 (1973):2435.} 
 33
T9 58,000 55,000 10 120 35,000 13,000 
T4, T451 42,000 27,000 20 60 22,000 13,000 
T6, T651 49,000 43,000 13 95 29,000 13,000 
O 16,000 6,000 30 28 11,000 
 
T6 39,000 33,000 13 82 26,000 
 
Propriedades Mecânicas 
 
As propriedades mecânicas das selecionadas ligas Al-Mg-Si tratadas termicamente estão 
listadas na tabela 5.15. As ligas Al-Mg-Si são somente de resistência intermediária (45 a 57 ksi no 
tratamento T6) uma vez que somente pequenas quantidades de Mg2Si (1 a 2% em peso) podem 
estar inclusas na liga por endurecimento por precipitação. As ligas de mais alta resistência dessa 
classe são a 6066 e a 6070, no qual tem um excesso de Si próximo do necessário para formar de 
1 a 2% de Mg2Si. A liga 6061 tem uma resistência sob tensão de 45 ksi no tratamento T6 e contém 
1,6% de Mg2Si. Pela redução da quantidade de Mg2Si para 1,1%, a resistência da liga 6063 é 
reduzida para 35 ksi no tratamento T6. A resistência mais baixa da liga 6063 é necessária para 
uma fácil extrudabilidade. 
As ligas de Al-Mg-Si são usualmente solubilizadas em torno de 520°C. Uma vez que esta 
temperatura está bem abaixo da temperatura eutética de fusão destas ligas, existe uma pequena 
chance de fusão pelo leve superaquecimento. A liga 6061 pode ser solubilizada a temperaturas 
mais altas que 520°C com algum acréscimo na resistência sendo obtido, uma vez que, nem todo o 
Mg2Si presente é solúvel nesta temperatura. Como no caso das ligas Al-Cu-Mg, um resfriamento 
rápido é requerido para obter resistência máxima. As características no envelhecimento artificial da 
liga 6061 são mostradas na figura 5.22. Deve ser notado que as mais altas resistências são 
obtidas nas temperaturas mais baixas por longos períodos (135°C por 500 horas). Industrialmente 
com propósitos econômicos esta liga é envelhecida de 16 a 20 horas a 160°C. 
As mais altas resistências das ligas de Al-Mg-Si são obtidas quando o envelhecimento 
artificial é iniciado imediatamente após resfriamento. Perdas de 3 a 4 ksi na resistência ocorre se 
estas ligas são envelhecidas a temperatura ambiente de 1 a 7 dias. Contudo existe alguma 
recuperação da resistência com um mês ou mais de envelhecimento a temperatura ambiente, a 
resistência máxima nunca alcança aquela obtida pelo envelhecimento imediatamente após 
resfriamento. 
 34
 
( a) 
(b) 
(c) 
 
Resistência à corrosão 
 
As ligas de Al-Mg-Si têm excelente resistência a corrosão em toda a atmosfera natural e na 
maioria das artificiais. A resistênciaà corrosão dessas ligas é melhor nos materiais o qual são 
rapidamente resfriados e artificialmente envelhecidos para o resfriamento desejado. 
 
 
5.9 LIGA ALUMÍNIO-ZINCO-MAGNÉSIO E ALUMÍNIO-ZINCO-MAGNÉSIO-COBRE 
 
Composições químicas e aplicações típicas 
Combinações de 4 a 8% de Zn e 1 a 3% de Mg no alumínio são usados para produzir a série 7xxx 
das ligas alumínio-cobre trabalhadas tratáveis termicamente. Algumas dessas ligas desenvolvem 
propriedades de mais alta resistência que qualquer liga base de alumínio comercial. 
Zinco e magnésio têm alta solubilidade no alumínio e desenvolve, não usualmente, 
características de precipitação de dureza. Adição de cobre de 1 a 2% aumenta as propriedades de 
resistência da liga Al-Zn-Mg dando alta resistência a liga de alumínio para aeronaves. 
Depois de extensivas pesquisas, ligas 7075 foram introduzidas em 1943. O sucesso do 
desenvolvimento do membro proeminente da série 7xxx era possivelmente feita através do 
FIGURA 5.22 
Características de envelhecimento de uma chapa 
de alumínio da liga 6061 {After H. Y. Hunsicker in 
K. R. Van Horn (ed.), “aluminium”, vol.1, American 
Society for Metals, 1967, p.147} 
 
 35
benefício do efeito do cromo, ele acrescentou grande melhora na resistência a corrosão sob tensão 
da lâmina feita dessa liga. Liga 7075 contém 5,6% Zn, 2,5% Mg, 1,6% Cu e 0,30% Cr. A 
modificação da mais alta resistência da 7075, foi desenvolvida a liga 7178 em 1951 e contém mais 
altos níveis de Zn, Mg e Cu. A mais alta resistência da liga na produção comercial, 7001, era 
introduzida em 1960 e contém 7,4% Zn, 3,0% Mg e 2,1% Cu. 
Ligas Alumínio-zinco-magnésio, sem cobre (menos que 0,1%), têm sido desenvolvidas 
com resistência intermediária e são soldáveis. Ligas como 7004 e 7005 são usados em estruturas 
de caminhões, carro reboque, pontes portáteis e carros ferroviários. A tabela 5.16 lista as 
composições químicas e aplicações típicas das ligas Al-Zn-Mg e Al-Zn-Mg-Cu. 
 
 
TABELA 5.16 - Composição química e aplicações das ligas alumínio-zinco-magnésio e 
alumínio-zinco-magnésio-cobre 
Ligas alumínio-zinco-magnésio 
Liga % Zn % Mg %Cr %Mn %Zr Aplicações 
7004 4,2 1,5 0,45 0,15 
7005 4,5 1,4 0,13 0,40 0,14 
Estrutura de caminhões e de carro 
reboque; carros ferroviários; 
produtos extrudados. 
Ligas alumínio-zinco-magnésio-cobre 
Liga % Zn % Mg % Cu % Cr Aplicações 
7001 7,4 3,0 2,1 0,30 Estruturas de mísseis 
7049 7,7 2,5 1,6 0,15 
Estruturas de aeronaves e outras, adaptações 
hidráulicas 
7075 5,6 2,5 1,6 0,30 
Estruturas de aeronaves e outras, adaptações 
hidráulicas 
7475 
Limites de mais baixa impureza que 
7075 
Estruturas de aeronaves e outros (boa 
resistência a fratura) 
7178 6,8 2,7 2,0 0,30 Estruturas de aeronaves e outras 
 
Estrutura 
 
LIGAS Al-Zn-Mg. Ligas Al-Zn-Mg trabalhadas são reforçadas por reações de precipitação durante 
o envelhecimento depois do tratamento térmico e resfriamento. A seqüência de precipitação no 
envelhecimento da solução sólida supersaturada é geralmente reconhecido por ser: 
 
Solução sólida supersaturada → zona GP → η’ (MgZn2) → η (MgZn2) 
 
As zonas GP são incoerentes com a matriz e têm forma esférica. A energia interfacial da 
zona GP no sistema Al-Zn-Mg é tão baixa que uma alta densidade de pequenas zonas (~30 Å) 
pode ser produzido a baixas temperaturas (e.g., 20 a 120oC). A fase intermediária metaestável 
semicoerente η’ tem sido descrita como célula unitária monocíclica, enquanto que a fase de 
equilíbrio incoerente, MgZn2, η’, é hexagonal. 
 36
A mais alta resistência obtida da liga Al - 5% Zn - 2% Mg é encontrada por estar associada 
com alta densidade de pequenas zonas GP, como é produzida por envelhecimento duplex primeiro 
por 5 dias a 20oC e então por 48 h a mais alta temperatura de 120oC. A estrutura da matriz 
formada por este tratamento consiste na mais alta densidade de pequenas zonas GP e não mostra 
evidências de precipitados da fase semicoerente intermediária (Fig. 5.23a). O primeiro estágio do 
envelhecimento duplex cria uma alta densidade das pequenas zonas GP estáveis com pequena 
distribuição de tamanho. O envelhecimento a altas temperaturas do segundo estágio dissolve 
algumas das pequenas zonas, mas muitos outros crescem largamente da mais extensa a menor 
zona (Ostwald ripening). Neste caminho, a mais alta densidade da pequena zona GP é formada a 
altas temperaturas. 
Por envelhecimento duplex a liga Al – 5% Zn – 2% Mg a altas temperaturas (16h a 80oC 
mais 24 h a 150oC), uma estrutura de precipitados grosseiros é produzida, como pode ser vista no 
tamanho do precipitado no contorno de grão na Fig. 5.23b. Único estágio de envelhecimento desta 
liga por 24h a 150oC produz uma fina dispersão dos precipitados intermediários η’ com largas 
zonas livre de precipitados (Fig.23c). A liga nesta condição tem uma baixa resistência de 40 ksi 
quando comparado a 51 ksi de 20oC mais 120oC do material envelhecido por envelhecimento 
duplex. O aumento da resistência dessas ligas com maior densidade das zonas GP é atribuído ao 
acréscimo da resistência ao movimento das discordâncias aumentado pela alta força de ligações 
atômicas existentes nestas zonas. O movimento das discordâncias é mais fácil através dos 
espaçamentos entre os precipitados semicoerentes intermediários, η’. 
 
LIGAS Al-Zn-Mg-Cu. A adição acima de 2% de Cu para as ligas Al-Zn-Mg não parecem mudar 
seus mecanismos de precipitação. Durante a formação da zona, o cobre nas ligas Al-Zn-Mg-Cu 
aparecem uniformemente distribuídos. Cobre na zona GP, entretanto, aumenta sua estabilidade, 
assim como fazendo com que estas zonas existam a altas temperaturas quando comparadas a liga 
Al-Zn-Mg. O cobre reforça a liga Al-Zn-Mg primariamente por solução sólida, mas também fazendo 
algumas contribuições no reforço por precipitação. 
Microestruturas das ligas 7075 (uma das mais importantes da série 7xxx) completamente 
endurecidas e em condições de superenvelhecimento são mostrados na Fig. 5.24. Nas condições 
de completo endurecimento por envelhecimento (T651), as zonas GP são menores ou iguais a 75 
Å com alguns η’ (~150 Å) também presentes (Fig. 5-24 a). As partículas mais escuras são 
precipitados ricos em cromo que são encontrados em muitas ligas Al-Zn-Mg-Cu. Depois do 
superenvelhecimento do material T651 a 170oC por 9 h para produzir o T7351, a microestrutura 
consiste em η’ (100 a 300 Å) e η (400 a 800 Å) (Fig. 5-24b). 
Como no caso da liga Al-Zn-Mg, superenvelhecimento e precipitados grosseiros resultam 
em mais baixa resistência. Por exemplo, o material 7075-T651 tem tensão de resistência 
 37
resultando a 76,7 ksi e escoamento (0,2%) de 66,4 ksi, enquanto o 7075-T7351 possui 
precipitados η + η’ resulta em tensão de 63,7 ksi e uma resistência ao escoamento 54,3 ksi. 
 
 
 
Propriedades Mecânicas 
 
As propriedades mecânicas das ligas Al-Zn-Mg e Al-Zn-Mg-Cu trabalhadas tratadas 
termicamente são listadas na tabela 5.17. A maior resistência a temperatura ambiente de todas as 
ligas de alumínio são desenvolvidas nas ligas Al-Zn-Cu-Mg. 
Liga 7001, com 7,4% Zn, 3,0% Mg e 2,1% Cu, resulta em uma resistência sob tensão de 
98 ksi com uma elongação de 9% quando é tratado termicamente para o T651. Esta é uma liga da 
FIGURA 5.23 
Microestruturas das ligas Al – 5% Zn – 2% Mg 
envelhecidas por diferentes tratamentos térmicos 
para produzir diferentes estruturas de precipitados. 
(a) Liga envelhecida por 5 dias a 20oC ksi mais 48 h 
a 120oC (UTS = 51 ksi). Estrutura consiste em 
apenas zonas GP. (b) Liga envelhecida por 16 h a 
80oC mais 24 h a 150oC (UTS = 49 ksi). Estrutura 
consiste em zonas GP e possivelmente algumas η’. 
(c) Liga envelhecida por 24h a 150oC (UTS = 40 
ksi). Estrutura consiste em η’. (micrografias de 
transmissão por elétron). [After W. F. Smith and N. 
J. Grant, Metall. Trans. L (1970):979.] 
 38
série 7xxx de alta resistência. Liga 7075, como é uma das mais comumente usadas na série 7xxx, 
tem mais baixos níveis de zinco, magnésio e cobre (5,6% Zn, 2,5% Mg e 1,6% Cu) e tem tensão de 
resistência máxima de 83 ksi com 11% de elongação quando tratado termicamente para o T651. 
Essas altas resistências são atribuídas a altas densidades da zona GP e precipitados η’ que 
podem ser desenvolvidos nestas ligas por tratamentos de envelhecimento duplex. 
As características de envelhecimento artificial das lâminas de 7075 são mostradas na Fig. 
5.25. Para a redução do tempo de forno do envelhecimento artificial, tem sido desenvolvido 
tratamento de envelhecimento duplex por tempo mais curto. Em um envelhecimento prático, lâmina 
7075 é envelhecida por 4 h a 100oC mais 8 h a 157oC, enquanto outros são usados em 3 horas a 
120oC mais 3 horas a 175oC. Nesse tratamento de envelhecimento, uma alta densidade das 
pequenas zonas GP são nucleadas e crescem tanto que em uma alta temperatura de 
envelhecimento, a densidade aumenta ao ponto de ficar retida. 
Em contraste com a liga Al-Cu-Mg, trabalhadas a frio, as ligas Al-Zn-Mg e Al-Zn-Mg-Cu 
entre resfriamento e envelhecimento não tem significativo endurecimento. A liga da série 7xxx não 
responde favoravelmente a tratamentos de trabalho a frio e envelhecimento desde que elas sejam 
endurecidas quase exclusivamente por formação de zonas e precipitados que nucleiam das zonas. 
Assim, introduzindo grande quantidade de novas discordâncias por trabalho a frio depois de 
tratamento térmico de solubilização e resfriamento, não são grandemente aceleradas na 
precipitação da fase metaestável intermediária como é o caso das ligas Al-Cu-Mg. 
 39
 
 
TABELA 5.17 - Propriedades mecânicas típicas das ligas alumínio-zinco-magnésio e 
alumínio-zinco-magnésio-cobre trabalhadas tratáveis termicamente. 
Liga Tratamento 
Resistência à 
tração, psi 
Tensão de 
escoamento*, 
psi 
Elongação, 
% em 2 pol 
Dureza **, 
Bhn 
Tensão de 
cisalhamentlo, 
psi 
Limite de 
fadiga***, 
psi 
7001 O 37,000 22,000 14 60 
 T6 98,000 91,000 9 160 .. 22,000 
 T651 98,000 91,000 9 160 ... 22,000 
 T75 84,000 72,000 12 
7005 O 28,000 12,000 20 
 W 50,000 30,000 20 
 T6 51,000 42,000 13 ... 31,000 22,000 
7075 O 33,000 15,000 17 60 22,000 17,000 
 T651 83,000 73,000 11 150 48,000 23,000 
 T 73 73,000 63,000 13 
7178 O 33,000 15,000 15 60 22,000 
 T6 88,000 78,000 10 160 52,000 22,000 
 T651 88,000 78,000 10 160 52,000 22,000 
1 ksi = 6,89 Mpa 
* tensão de escoamento, 0,2% 
** carga 500 Kg, diâmetro10 mm 
*** baseado em 500 milhões de ciclos usando máquina de rotação R.R. Moore 
 
FIGURA 5.24 
Microestruturas da liga 7075 em (a) a T651 
completamente endurecida e (b) a T7351 em 
condições de superenvelhecimento. (a) 7075 – T651 
em comdições de completo envelhecimento a 
estrutura mostrada (menor 75 Å)e η’ (~15 Å) na 
matriz e 700 Å zona livre de precipitado no contorno 
de grão; partículas maiores são precipitados ricos em 
cromo. (b) 7075 – T651 envelhecidas a 175oC por 9 h 
para superenvelhecimento da têmpera T7351, com η’ 
(100 a 300 Å) e η (400 a 800 Å) na matrix e 900 Å
zona livre de precipitado no contorno de grão. 
(Micrografia por transmissão de elétrons). [ After P.N. 
Adler et al., Metall Trans. 3(1972): 319.] 
 
(b) 
 40
 
 
 
5.10 LIGAS FUNDIDAS DE ALUMÍNIO 
 
As ligas fundidas de alumínio tem sido desenvolvidas visando a qualidade de fundição, 
fluidez e molhabilidade, assim como, as propriedades de resistência mecânica, corrosão e 
ductilidade. Assim, devido a diferença das características requeridas, as ligas de alumínio para 
fundição vão ter composições químicas diferentes das ligas trabalhadas. 
Na tabela 5.18 são listadas as composições químicas, bem como suas aplicações. 
Conforme pode ser observado na tabela, os três processamentos a partir dos quais são obtidas as 
peças fundidas são: fundição em areia, em molde permanente (coquilha) e sob-pressão (injeção). 
As ligas são classificadas de acordo com o sistema numérico da Aluminion Association, sendo os 
elementos principais da liga fundida, o que determinam o primeiro algarismo (tabela 5.2). 
 
TABELA 5.18 - Composição química e aplicação de ligas de alumínio para fundição 
Fundição em Areia ou Coquilha 
Ligas Al-Cu para Fundição 
Liga %Cu %Si %Mg %outro 
208 
 
213 
 
222 
242 
 
295 
 
B295 
4,0 
 
7,0 
 
10,0 
4,0 
 
4,5 
 
4,5 
3,0 
 
2,0 
 
– 
– 
 
1,1 
 
2,5 
 
 
 
 
0,25 
 
 
 
 
 
2 Ni 
Componentes de uso geral produzidos por fundição em areia, 
tubos e válvulas de distribuição 
Agitadores em máquinas de lavar, cilindros automotivos, 
pequenas engrenagens 
Pistões, cilindros de refrigeradores de ar 
Cilindros de refrigeradores de ar, engrenagens de alta 
resistência 
Componentes fundidos com alta resistência mecânica e ao 
impacto 
Componentes para indústria aeronáutica 
Ligas Al-Si-Cu para Fundição 
 %Si %Cu %Mg 
308 5,5 4,5 Componentes de uso geral produzidos por fundição em 
FIGURA 5-25 
Envelhecimento de lâmina fina da liga de 
alumínio a 120 a 150oC. [After J. A. Nock, Jr. 
In K. R Van Horn (ed.), “Aluminiun”, vol 1, 
American Society for Metals, 1967, p. 153.] 
 41
 
319 
 
333 
 
354 
 
6,3 
 
9,0 
 
9,0 
 
3,5 
 
3,5 
 
1,8 
 
0,25 
 
0,5 
 
coquilha 
Componentes de uso geral produzidos por fundição em 
coquilha, engrenagens e cilindros automotivos 
Componentes de uso geral produzidos por fundição em 
coquilha, engrenagens e construção civil 
Componentes para indústria aeronáutica e fundidos com alta 
resistência mecânica 
Ligas Al-Si-Mg para Fundição 
 %Si %Cu %Mg %outro 
F332 
 
335 
 
 
C355 
 
356 
 
 
 
 
 
 
A356 
 
357 
 
A357 
359 
9,5 
 
5,0 
 
 
5,0 
 
7,0 
 
 
 
 
 
 
7,0 
 
7,0 
 
7,0 
9,0 
3,0 
 
1,2 
 
 
1,2 
 
 
1,0 
 
0,5 
 
 
0,5 
 
0,3 
 
 
 
 
 
 
0,3 
 
0,5 
 
0,5 
0,6 
 
 
 
 
 
Fe<0,20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Be 0,05 
Pistões automotivos, componentes com resistência mecânica 
a altas temperaturas 
Componentes utilizados em altas pressões, quando é exigida 
alta resistência mecânica, acessórios para construção civil e 
acessório para fixação de aeronaves 
Similar a liga 355, porém mais dúctil e mais forte. Mesmas 
aplicações e também na indústria aeroespacial. 
Componentes com boa resistência e ductilidade, aplicações 
na indústria automotiva em componentes estruturais de 
caminhões como bloco cilíndricos e rodas. Componentes 
estruturais para navios (aplicações em ambientes marítimos), 
motor de popa, corpo de bombas e cilindros de 
refrigeradoras, corpos de bombas e grades de sustentações 
usadas em pontes, motor de popa. 
Similar a liga 356, porém mais dúctil e mais forte. Melhor 
resistência a corrosão 
Componentes para mísseis e projéteis, aeronaves, máquinas 
e ventoinhas de alto desempenho para altas velocidades 
Componentes para aeronaves, míssies e projéteis. 
Componentes para aeronaves, míssies e projéteis, além de 
outras aplicações estruturais 
Ligas Al-Cu-Mg-Ni para Fundição 
 %Si %Cu %Mg %Ni 
A332 12 1,0 1,0 2,5 Pistões para automóveis, pistões para uso em óleo diesel, 
polias, roldanas e engrenagens para operações em elevadas 
temperaturas 
Fundição Sob-Pressão 
Liga %Si %Fe4 %Mg %Cu 
413 
 
A413 
C443 
 
360 
A360 
380 
A380 
383 
384 
12,0