Alumínio 2118: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

A liga 2118 pertence à série 2xxx de ligas de alumínio-cobre, caracterizada pelo cobre como principal elemento de liga. Essa família é tratável termicamente e projetada para fornecer alta resistência por meio do endurecimento por precipitação, com o cobre e pequenas adições de liga ajustadas para formar precipitados de fortalecimento durante o envelhecimento.

Os principais constituintes de liga no 2118 são cobre, com magnésio, manganês adicionais, e elementos traço como ferro, silício, cromo e titânio. A combinação produz alta resistência específica e boa resistência à fadiga em relação aos graus de alumínio não tratados termicamente e comercialmente puros.

O fortalecimento é obtido principalmente pelo tratamento em solução, têmpera e envelhecimento artificial para desenvolver precipitados finos à base de Al2Cu; isso confere maiores resistências máximas do que ligas endurecidas por deformação, mas também torna as propriedades mais sensíveis à exposição térmica. As características principais incluem alta resistência à tração e à fadiga, resistência moderada à corrosão que normalmente requer revestimentos protetores para ambientes agressivos, e soldabilidade limitada comparada às ligas 5xxx/6xxx, salvo quando procedimentos e materiais de adição adequados são utilizados.

Os setores típicos que utilizam o 2118 incluem fixações estruturais e parafusos aeroespaciais, componentes automotivos de alto desempenho, e aplicações especiais na indústria naval e defesa onde a relação resistência-peso e vida à fadiga são críticas. Projetistas escolhem o 2118 quando são necessárias maior resistência e desempenho à fadiga em relação a ligas comuns como 1100, 3003 ou 5052, mas sem a superior resistência máxima das ligas 7xxx, ou quando a tenacidade e comportamento à fratura das ligas 2xxx são preferidos.

Variantes do Estado Têmper

Estado Têmper	Nível de Resistência	Alongamento	Formabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta	Excelente	Excelente	Annealing completo, máxima ductilidade e formabilidade
H14	Média-Baixa	Média	Boa	Regular	Endurecido por deformação a frio para resistência moderada em aplicações de estampagem
T4	Média	Média-Alta	Boa	Regular	Tratado em solução e envelhecido naturalmente; bom equilíbrio para conformação adicional
T5	Média-Alta	Média	Regular a Boa	Regular	Resfriado de alta temperatura e envelhecido artificialmente para desenvolvimento de resistência
T6	Alta	Baixa-Média	Limitada	Ruim a Regular	Tratado em solução e envelhecido artificialmente para resistência máxima; têmper comum para engenharia
T651	Alta	Baixa-Média	Limitada	Ruim a Regular	Tratado em solução, alivio de tensões por estiramento e envelhecido artificialmente para maior estabilidade dimensional

O estado têmper exerce forte influência no equilíbrio entre resistência e formabilidade do 2118, pois a sequência do tratamento térmico controla o tamanho, distribuição e coerência dos precipitados. As variantes O e H são usadas quando a conformação ou estampagem são prioridades, enquanto T6/T651 são selecionadas quando resistência e desempenho à fadiga são os principais requisitos de projeto.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	0,2 máx.	Controlado baixo para limitar intermetálicos frágeis e manter tenacidade
Fe	0,5 máx.	Impureza que forma partículas intermetálicas, afetando usinabilidade e fadiga
Mn	0,3–0,9	Melhora resistência, estrutura de grão e resistência à recristalização
Mg	0,2–1,0	Contribui para endurecimento por precipitação com Cu e melhora tenacidade
Cu	3,5–5,0	Principal elemento de fortalecimento; controla a eficácia do endurecimento por precipitação
Zn	0,25 máx.	Elemento minoritário mantido baixo para evitar complexidade excessiva no envelhecimento
Cr	0,05–0,25	Micro-liga para refinar a estrutura de grãos e estabilizar propriedades durante o aquecimento
Ti	0,02–0,12	Refinador de grão, usado para controlar tamanho de grão fundido em tarugos e extrusões
Outros (cada)	0,05 máx.	Elementos traço e resíduos; limites garantem comportamento previsível dos precipitados

O conteúdo de cobre domina a resposta ao endurecimento por precipitação, produzindo fases Al2Cu e relacionadas durante o envelhecimento que elevam a resistência e reduzem a ductilidade. Magnésio e manganês modificam a química dos precipitados e as interações com a matriz; manganês suprime o crescimento do grão e melhora a tenacidade enquanto magnésio pode potencializar o endurecimento quando combinado com cobre. Limites rigorosos para ferro, silício e zinco são mantidos para controlar ductilidade, comportamento à fratura e suscetibilidade à corrosão.

Propriedades Mecânicas

Em carregamento à tração, o 2118 apresenta alta resistência última e boa retenção do limite de escoamento nos estados T6/T651 em relação a muitas ligas comuns de alumínio. Condições de pico de envelhecimento produzem uma microestrutura de precipitados finamente dispersos que restringem o movimento de discordâncias, conferindo alta resistência ao escoamento e boa resistência à fadiga. O alongamento nos estados de pico é reduzido comparado ao estado recozido, sendo necessário que projetistas considerem a ductilidade inferior durante conformação e cenários de colisão ou sobrecarga.

O desempenho à fadiga do 2118 é geralmente favorável para uma liga da série 2xxx devido à combinação de alta resistência estática e limiares de iniciação de trincas controlados por precipitados; entretanto, a vida à fadiga é sensível ao acabamento superficial, geometria de entalhes e corrosão local. Efeitos de espessura são importantes: materiais de bitola mais fina podem ser envelhecidos de forma mais uniforme e frequentemente atingem maior resistência efetiva para um dado estado têmper, enquanto seções mais espessas podem exigir ciclos mais longos de tratamento em solução/envelhecimento, podendo apresentar tenacidade inferior e resistência ligeiramente reduzida.

Propriedade	Estado O / Recozido	Estado Principal (T6/T651)	Observações
Resistência à Tração	150–260 MPa	400–480 MPa	Grande variação dependendo da composição, espessura e ciclo de envelhecimento
Limite de Escoamento	60–150 MPa	320–380 MPa	Limite aumenta significativamente com tratamento T6/T651
Alongamento	15–25%	7–14%	Ductilidade reduzida em condições de pico; projetar formação considerando isso
Dureza (HB)	40–80 HB	120–160 HB	Escala Brinell; dureza correlaciona-se com desempenho em tração e escoamento

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,78 g/cm³	Típica para ligas Al-Cu; boa resistência específica em relação ao aço
Faixa de Fusão	~500–640 °C	Liga amplia o intervalo solidus-liquidus em relação ao alumínio puro
Condutividade Térmica	120–150 W/m·K	Reduzida em comparação ao alumínio puro devido ao Cu, mas ainda alta
Condutividade Elétrica	25–40 % IACS	Inferior ao alumínio puro; condutividade diminui com liga e trabalho a frio
Calor Específico	~0,88 J/g·K (880 J/kg·K)	Típico para ligas de alumínio; usado em cálculos de gerenciamento térmico
Coeficiente de Dilatação Térmica	23–24 µm/m·K (20–100°C)	Coeficiente moderado; mudança dimensional deve ser considerada em montagens

O 2118 mantém grande parte da condutividade térmica favorável do alumínio e baixa densidade, produzindo boa relação resistência-peso e capacidade de dissipação térmica para muitos componentes. A condutividade elétrica é substancialmente reduzida em comparação ao alumínio comercialmente puro, por isso o 2118 não é tipicamente utilizado onde a condutividade elétrica é o fator principal.

A faixa de fusão e o comportamento de dilatação térmica indicam que a entrada de calor durante a soldagem e os ciclos térmicos durante o serviço afetarão significativamente a microestrutura e as propriedades mecânicas; esses aspectos devem ser considerados durante a união, tratamento térmico e projeto para cargas térmicas.

Formas de Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento à Resistência	Revestimentos Comuns	Notas
Chapa	0,3–6 mm	Chapas finas respondem bem ao envelhecimento T5/T6; melhor uniformidade em bitolas finas	O, H14, T4, T5, T6	Usada para painéis formados e estruturas ajustadas
Placa	6–50+ mm	Seções grossas requerem ciclos estendidos de solubilização/envelhecimento; podem apresentar tenacidade menor	O, T6, T651	Peças estruturais pesadas e acessórios
Extrusão	Espessuras de parede 1–20 mm	Perfis extrudados permitem resistência direcional; tratamento térmico aplicado após extrusão	O, T4, T6	Perfis complexos para elementos estruturais
Tubo	D. ext. 6–200 mm	Desempenho depende da espessura da parede e da taxa de têmpera; usos críticos para fadiga em T6	O, T4, T6	Usado para tubos estruturais leves
Barra/Haste	Diâmetros até 100 mm	Barras podem ser tratadas termicamente e envelhecidas para altas resistências; matéria-prima para usinagem	O, T6	Fixadores, pinos e componentes usinados

Produtos em chapa e bitola fina são frequentemente preferidos quando se requer conformabilidade e uniformidade no envelhecimento, enquanto placas e extrusões pesadas necessitam de ciclos térmicos adaptados devido a taxas de têmpera mais lentas. Os processos de extrusão e laminação também influenciam a estrutura de grãos; extrusões permitem seções transversais complexas, mas exigem atenção à têmpera e envelhecimento para atingir as propriedades alvo.

Os fabricantes escolhem as formas com base nos processos subsequentes: chapas para estampagem e conformação, extrusões para perfis integrados e barras para componentes usinados. Cada forma de produto também orienta a seleção do tratamento térmico para alcançar o equilíbrio necessário entre conformabilidade e resistência.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Notas
AA	2118	EUA	Designação nas listagens ANSI/AA para esta liga Al-Cu
EN AW	Nenhum exato	Europa	Não há equivalente direto EN AW; comportamento mais semelhante às famílias EN AW-2014/2024
JIS	Nenhum exato	Japão	JIS possui ligas Al-Cu (A2017/A2024) com propriedades similares, mas limites diferentes
GB/T	Nenhum exato	China	Normas chinesas têm ligas Al-Cu comparáveis, porém sem correspondência exata com AA 2118

Não existe uma padronização única que traduza 2118 diretamente para um número EN, JIS ou GB/T; os equivalentes devem ser tratados como correspondências de comportamento mais próximo e não como substitutos diretos. Diferenças em elementos traço permitidos, resposta ao tratamento térmico e designações de tempero exigem que projetistas consultem fichas técnicas específicas e realizem testes de qualificação ao substituir entre normas.

Resistência à Corrosão

O 2118 oferece resistência moderada à corrosão atmosférica típica de ligas Al-Cu tratáveis termicamente; revestimentos protetores, anodização ou camada de proteção são geralmente empregados para exposições de longo prazo. Em atmosferas neutras a levemente corrosivas, a liga tem desempenho adequado, mas a corrosão localizada pode ser agravada por intermetálicos ricos em cobre e por acabamentos superficiais inadequados.

Em ambientes marítimos ou com alta concentração de cloretos, o 2118 é menos robusto que ligas 5xxx contendo magnésio ou ligas 6xxx resistentes à corrosão; por isso, geralmente requer revestimento, camadas sacrificiais ou proteção catódica para uso estrutural marinho. Pites e corrosão intergranular podem ocorrer onde zonas livres de precipitados se formam nas fronteiras de grão após tratamento térmico inadequado ou exposição térmica prolongada.

A suscetibilidade à trinca por corrosão sob tensão é maior em ligas da série 2xxx do que em muitos graus não tratáveis termicamente, especialmente sob tensões de tração e condições corrosivas. Interações galvânicas requerem atenção: 2118 é mais anódico que aços, mas mais catódico que alumínio puro, dependendo do tratamento superficial; isolamento ou fixadores e revestimentos compatíveis são frequentemente necessários. Em comparação com as séries 6xxx, o 2118 troca resistência à corrosão por maior resistência e resistência à fadiga, fazendo o balanceamento entre ambiente e requisitos mecânicos.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

Soldar o 2118 é desafiador em relação a muitas outras famílias de alumínio porque o teor de Cu promove rachaduras a quente e amolecimento de ZAC (zona afetada pelo calor). Soldagem a arco de tungstênio com gás (TIG) e a arco metálico com gás (MIG) são possíveis com controle rigoroso da entrada de calor, práticas de pré-aquecimento/ têmpera, e seleção de ligas de adição como ligas Al-Cu-Mg ou adições de menor resistência tipo 4043/2319 para reduzir risco de trincas. Tratamento térmico pós-soldagem pode restaurar parte da resistência, mas restauração total aos níveis T6 é difícil devido à dissolução e coarsening de precipitados na ZAC.

Usinabilidade

O 2118 é usinável nos estados recozido e em certos temperados intermediários, com bom controle de cavacos e desgaste moderado da ferramenta devido à presença de partículas de cobre e manganês. Ferramentas de carboneto com ângulo positivo, fixação rígida e refrigeração abundante produzem acabamento superficial consistente e tolerância dimensional apertada; velocidades devem ser conservadoras para temperos de pico para evitar desgaste rápido. O índice de usinabilidade é geralmente superior a ligas Al-Zn-Mg de alta resistência, mas inferior a 2011 livre para usinagem ou 1100 de pureza comercial.

Conformabilidade

A conformação é melhor realizada nos temperos O, H14 ou T4, onde a ductilidade é suficiente para estampagem, dobra e estampagem profunda. Raios mínimos de dobra dependem do tempero e da espessura, mas normalmente utilizam-se 2–3× a espessura do material para dobras apertadas em tempero intermediário e raios maiores para T6. Trabalhos a frio aumentam a resistência por encruamento, mas podem introduzir tensões residuais que interagem com tratamentos térmicos subsequentes; conformação a quente ou estratégias de pré-envelhecimento podem ser usadas para otimizar as propriedades finais.

Comportamento ao Tratamento Térmico

Como liga tratável termicamente, o 2118 responde aos ciclos padrão de solubilização, têmpera e envelhecimento usados para ligas Al-Cu. O tratamento de solubilização típico é realizado próximo a 495–505 °C para dissolver fases ricas em Cu na matriz, seguido por têmpera rápida para reter a solução sólida supersaturada. O envelhecimento artificial é normalmente realizado na faixa de 160–190 °C por várias horas para gerar precipitados finos e alcançar condições T5/T6; tempo e temperatura do envelhecimento equilibram resistência máxima versus tenacidade e resistência ao trinca por corrosão sob tensão.

A transição entre temperos é direta: material solubilizado pode ser envelhecido naturalmente para T4 ou artificialmente para T5/T6; T651 envolve solubilização, estiramento para alívio de tensões residuais e depois envelhecimento artificial. Superenvelhecimento em temperaturas mais elevadas ou tempos longos de envelhecimento provoca coarsening de precipitados e reduz resistência, enquanto melhora ductilidade e resistência à corrosão; portanto, o controle do ciclo é crítico para obter o equilíbrio de engenharia desejado.

Desempenho em Alta Temperatura

O 2118 apresenta perda notável de resistência com o aumento da temperatura de serviço; exposição sustentada acima de ~120–150 °C reduz o endurecimento por precipitação e diminui progressivamente o limite de escoamento e a resistência à tração. A oxidação em temperaturas elevadas é limitada em atmosferas inertes, mas surgimento de camada superficial e alterações microestruturais ocorrem se as temperaturas se aproximarem do regime de solubilização, o que pode alterar irreversivelmente o desempenho mecânico.

A zona afetada pelo calor durante a soldagem sofre amolecimento devido à dissolução e coarsening de precipitados, e a recuperação das propriedades pelo tratamento térmico pós-soldagem é limitada por defeitos induzidos pela têmpera e tensões residuais. Para uso intermitente em altas temperaturas, projetistas devem reduzir os esforços admissíveis e considerar ligas alternativas otimizadas para estabilidade térmica se temperaturas de operação excederem frequentemente 100 °C.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que usar 2118
Aeroespacial	Conexões, suportes e componentes estruturais não primários	Alta resistência específica e boa resistência à fadiga para peças críticas em peso
Automotiva	Membros de suspensão de alta performance e suportes estruturais	Equilíbrio entre resistência/peso e vida útil à fadiga para veículos de performance
Marítima	Pequenos elementos estruturais e acessórios usinados	Boa resistência e usinabilidade; exige revestimentos para proteção contra corrosão
Defesa	Componentes para foguetes e munições	Alta resistência e usinabilidade para componentes de precisão
Eletrônica	Estruturas e dissipadores térmicos	Boa condutividade térmica e rigidez por peso para montagens

O 2118 é tipicamente selecionado quando se requer combinação de alta resistência estática e à fadiga, usinabilidade aceitável e condutividade térmica razoável. A necessidade de tratamentos protetores em ambientes agressivos é compensada pelas vantagens mecânicas em muitos contextos aeroespaciais e de engenharia de performance.

Orientações para Seleção

Escolha o 2118 quando resistência elevada e resistência à fadiga forem metas principais de projeto e quando for possível controlar variáveis de proteção contra corrosão e fabricação. É particularmente atraente para componentes usinados ou formados que se beneficiam do fortalecimento por tratamento térmico e onde as ligas 7xxx de alta resistência são desnecessárias ou introduzem fragilidade ou dificuldade de processamento indesejadas.

Comparado com o alumínio comercialmente puro (1100), o 2118 sacrifica condutividade elétrica e conformabilidade para oferecer resistência e vida útil à fadiga significativamente superiores. Comparado com ligas comuns de endurecimento por trabalho, como 3003 ou 5052, o 2118 oferece resistência substancialmente maior, às custas da soldabilidade e da resistência à corrosão inerentes, sendo selecionado quando o desempenho estrutural sob carga é mais importante que a facilidade de união ou conformação. Comparado com ligas da série 6xxx tratáveis termicamente (ex.: 6061/6063), o 2118 frequentemente proporciona melhor resistência à fadiga e maior resistência máxima para certos tratamentos térmicos, mas geralmente exige proteção anticorrosiva e práticas de soldagem mais cuidadosas; escolha o 2118 quando seu perfil de fadiga/resistência se adequar à aplicação e quando a cadeia produtiva puder acomodar suas necessidades de tratamento térmico e proteção.

Resumo Final

A liga 2118 continua sendo um alumínio de engenharia relevante quando o projeto requer um equilíbrio tratável termicamente entre alta resistência, bom desempenho à fadiga e usinabilidade aceitável. Seu uso é otimizado quando engenheiros consideram sua ductilidade dependente do tratamento térmico, necessidades de proteção contra corrosão e sensibilidades de fabricação, possibilitando que estruturas e componentes atinjam alto desempenho com uma relação resistência-peso favorável.