Alumínio 2219: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Abrangente

A liga 2219 é membro da série 2xxx de ligas de alumínio-cobre, especificamente desenvolvida para aplicações de alta resistência e tratáveis termicamente. Seu principal elemento de liga é o cobre (Cu ≈ 5,8–6,8 wt%), com adições controladas de manganês, titânio e elementos-traço para refinamento da estrutura de grãos e melhoria do desempenho mecânico. O mecanismo de endurecimento da 2219 é a têmpera por precipitação (tratável termicamente): o tratamento térmico de solução seguido de resfriamento rápido e envelhecimento artificial ou natural produz precipitados finos de Al2Cu (θ′/θ) que aumentam substancialmente o limite de escoamento e a resistência à tração.

As principais características da 2219 incluem alta resistência específica, boa tenacidade à fratura especialmente em temperaturas criogênicas, e soldabilidade relativamente boa para uma liga contendo Cu quando metais de adição apropriados são utilizados. A resistência à corrosão é moderada; a liga é mais suscetível a ataques localizados do que muitas ligas da série 5xxx com Mg, mas pode ser protegida com revestimentos, revestimentos metálicos ou reservas de corrosão. A conformabilidade é razoável na condição recozida e torna-se limitada nos estados com envelhecimento ao pico; usinagem e fabricação seguem os padrões típicos para ligas de alumínio de alta resistência usadas em aplicações estruturais.

Indústrias que comumente utilizam a 2219 incluem aeroespacial (tanques de combustível, tanques criogênicos, estrutura primária), criogenia, equipamentos de mísseis e espaço, e vasos de pressão especializados. Os projetistas escolhem a 2219 em vez de outras ligas quando uma combinação de alta resistência, soldabilidade e tenacidade em baixas temperaturas é exigida, e quando a superior rigidez específica (módulo/peso) dos sistemas Al-Cu é vantajosa em relação a materiais alternativos.

Variedades de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta	Excelente	Excelente	Totalmente recozida; ductilidade e conformabilidade máximas
T3	Moderada	Moderado	Boa	Boa	Tratada termicamente em solução, trabalham a frio, envelhecida naturalmente
T6	Alta	Baixa-Moderada	Limitada	Moderada	Tratada termicamente em solução, envelhecida artificialmente até força máxima
T8	Alta	Baixa-Moderada	Limitada	Moderada	Tratada termicamente em solução, trabalha a frio, envelhecida artificialmente
T87	Alta	Baixa-Moderada	Limitada	Moderada	Tratada termicamente em solução, aliviada de tensões por estiramento, envelhecida artificialmente; têmpera comum na aeroespacial
T351	Moderada-Alta	Moderado	Razoável	Boa	Tratada termicamente em solução, aliviada de tensões por estiramento, envelhecida naturalmente

A têmpera tem efeito direto sobre resistência e ductilidade da 2219, pois os precipitados ricos em Cu formados durante o envelhecimento controlam o limite de escoamento e a resistência máxima. O material recozido (O) é usado para conformação e estiramento, enquanto as variantes T6/T87 são selecionadas para peças estruturais que requerem resistência máxima e controle de tensões residuais.

Diferentes têmperas também influenciam a soldabilidade e a resposta da zona afetada pelo calor (ZAC); condições envelhecidas sofrerão amolecimento localizado na ZAC, enquanto temperas O e envelhecidas naturalmente apresentam propriedades mais uniformes após a soldagem. A seleção da têmpera deve equilibrar operações de conformação, resistência à prova requerida e sequência de soldagem ou união prevista.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤ 0,20	Controle de impurezas; Si alto reduz tenacidade
Fe	≤ 0,30	Impureza comum; pode formar intermetálicos que reduzem ductilidade
Mn	0,2–0,4	Controle da estrutura de grãos e resistência
Mg	≤ 0,10	Baixo; não é elemento principal de endurecimento na 2219
Cu	5,8–6,8	Principal elemento de endurecimento (precipitados Al2Cu)
Zn	≤ 0,25	Menor; endurecimento limitado por solução sólida
Cr	≤ 0,10	Traço; pode influenciar recristalização
Ti	0,02–0,10	Refinador de grão para fundidos e produtos laminares
Outros	Balance Al, elementos traço ≤0,05 cada	Inclui V, Zr em vestígios dependendo da prática do laminador

O cobre é o elemento dominante da liga e determina a natureza tratável termicamente da 2219; sua precipitação quando envelhecida é responsável pela resistência da liga. Manganês e traço de titânio atuam principalmente como controladores da microestrutura que limitam o crescimento de grãos durante ciclos térmicos, melhorando tenacidade e resistência à fadiga. Limites controlados de silício e ferro minimizam intermetálicos duros que tornariam o material quebradiço e prejudicariam o desempenho à fadiga.

Propriedades Mecânicas

A 2219 apresenta forte dependência das propriedades de tração conforme a têmpera e espessura; a liga alcança alta resistência à tração e limite de escoamento nos temperos envelhecidos ao pico, mas perde ductilidade em comparação com o estado recozido. Nas condições T6/T87 a liga apresenta tipicamente alta resistência de escoamento e resistência máxima adequadas para membros estruturais primários, enquanto o material recozido é usado onde conformação ou tenacidade a impacto são prioridades. O comportamento à fadiga depende do acabamento superficial, tensões residuais e dureza local; 2219 de grão fino e processamento adequado oferece vida útil aceitável à fadiga para peças de detalhe aeroespaciais.

A dureza correlaciona-se com a condição de envelhecimento: o estado O tem baixa dureza Brinell ou Rockwell, enquanto os estados T6/T87 aumentam consideravelmente a dureza devido à densa população de precipitados θ′. Os efeitos de espessura são notáveis: chapas e extrudados grossos requerem tempos mais longos de tratamento térmico em solução para homogeneizar e dissolver fases ricas em Cu, e a taxa de resfriamento durante têmpera pode variar propriedades ao longo da espessura da seção. Para estruturas soldadas, o amolecimento da ZAC é frequentemente o fator limitante para a resistência local e deve ser considerado no projeto e nos tratamentos após a soldagem.

A tenacidade à fratura da 2219 é geralmente superior à de muitas outras ligas Al-Cu de alta resistência, o que ajuda em aplicações criogênicas e tanques submetidos a carregamento cíclico; as vantagens de tenacidade derivam da química controlada e do processamento termo-mecânico que evita intermetálicos grosseiros.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera Principal (ex. T6/T87)	Observações
Resistência à Tração (UTS)	~200–260 MPa	~380–440 MPa	Valores variam com espessura e tratamento térmico; chapas aeroespaciais costumam estar no limite superior da faixa
Limite de Escoamento	~70–130 MPa	~300–350 MPa	Limite adequado em têmperas envelhecidas ao pico para estrutura primária
Alongamento	~20–30%	~8–16%	Ductilidade cai significativamente com envelhecimento ao pico
Dureza (HB)	~30–55 HB	~80–115 HB	Dureza acompanha resposta ao envelhecimento e densidade de precipitados

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,84 g/cm³	Típica para ligas laminares Al-Cu; boa resistência específica
Faixa de Fusão	Solidus ≈ 500–515 °C; Líquido ≈ 635–655 °C	A liga reduz o ponto solidus em relação ao Al puro e amplia a faixa de fusão
Condutividade Térmica	~120–140 W/m·K	Inferior ao alumínio puro devido ao cobre; ainda alta comparada a aços
Condutividade Elétrica	~28–34 % IACS	Reduzida em relação ao alumínio mais puro e ligas ricas em Mg
Calor Específico	~0,89–0,92 J/g·K	Calor específico típico de ligas de alumínio próximo à temperatura ambiente
Coeficiente de Dilatação Térmica	~23–24 ×10^-6 /K	Coeficiente típico para ligas de alumínio laminares

As propriedades físicas refletem o compromisso entre a adição de cobre para fortalecimento mecânico e as vantagens mantidas do alumínio quanto à densidade e condutividade. Condutividade térmica e elétrica são menores em relação ao alumínio puro, porém continuam favoráveis para dissipação de calor e projetos térmicos estruturais quando comparados a metais ferrosos. O coeficiente de dilatação térmica é similar a outras ligas de alumínio, de modo que incompatibilidades com compósitos ou aços devem ser consideradas em montagens multinacionais.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tempras Comuns	Observações
Chapa	0,5–6,4 mm	Boa uniformidade em espessuras finas	O, T3, T351, T87	Chapas para aeroespacial frequentemente fornecidas em T87 para pele e painéis estruturais
Placa	6 mm – 150+ mm	A resistência varia com a seção; placas mais espessas requerem tratamento térmico prolongado	O, T6, T87	Seções grossas necessitam de tratamentos de solubilização longos e têmpera controlada
Extrusão	Perfis até grandes seções transversais	Anisotropia mecânica possível; resistências máximas similares após tratamento térmico	O, T3, T6	O projeto do dado de extrusão deve considerar a degradação limitada da resistência em altas temperaturas
Tubo	Parede fina a parede grossa	Bom para aplicações sob pressão e criogênicas	O, T6, T87	Tubos soldados e sem costura usados em tanques criogênicos e linhas de alimentação
Barra/Vara	Ø alguns mm – 200 mm	Propriedades homogêneas se tratado termicamente adequadamente	O, T6	Comum para conexões estruturais usinadas e elementos de fixação

As diferenças de processamento entre as formas concentram-se no fluxo térmico, taxas de têmpera e tensões residuais. Chapas e extrusões de parede fina alcançam propriedades mais uniformes após têmpera e envelhecimento, enquanto placas e grandes extrusões devem ser processadas com tempos de imersão longos e técnicas de têmpera especializadas para evitar segregação e gradientes de dureza. As escolhas de aplicação refletem essas limitações de processo: componentes de espessura fina são preferidos onde resistência uniforme alta e vida à fadiga são críticas, enquanto peças grossas podem requerer inspeção extra e processamento pós-tratamento térmico.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	2219	USA	Designação primária sob padrões da Aluminium Association
EN AW	2219 (EN AW-AlCu)	Europa	Química equivalente comercializada sob a mesma família numérica, mas tolerâncias podem diferir
JIS	A2219	Japão	Variantes JIS seguem química nominal similar com diferenças regionais nas especificações
GB/T	2219	China	Grau GB/T existe com composição comparável; tolerâncias de processamento e ensaios podem variar

Embora o número “2219” seja usado em várias normas, existem diferenças sutis nos níveis permitidos de impurezas, ensaios na forma do produto e práticas de certificação entre regiões. Especificações europeias e japonesas podem incluir critérios de aceitação diferentes para propriedades mecânicas, resposta ao tratamento térmico e ensaios não destrutivos para qualificação aeroespacial. Na aquisição de componentes críticos, engenheiros devem verificar a composição certificada do fabricante, condição de têmpera e histórico de processo, em vez de confiar apenas no nome do grau.

Resistência à Corrosão

Em ambientes atmosféricos, 2219 apresenta resistência moderada à corrosão geral desde que tratamentos de superfície adequados sejam aplicados. O teor de cobre torna a liga mais suscetível à corrosão localizada (pitting e ataque intergranular) do que ligas da série Mg-5xxx, por isso revestimentos protetores, revestimentos metálicos (cladding) ou proteção catódica são comuns em projetos marinhos ou para serviços corrosivos.

O comportamento em ambientes marinhos requer cuidado: 2219 não protegido em ambientes ricos em cloretos desenvolve corrosão localizada mais facilmente que ligas 5xxx ou 6xxx. Projetos adequados para evitar frestas, seleção de elementos de fixação compatíveis e acabamentos pós-fabricação (anodização, cladding ou tratamentos de conversão) mitigam riscos de vida útil na exposição à água do mar. Trincas por corrosão sob tensão (SCC) são preocupação em ligas Al-Cu de alta resistência; 2219 pode apresentar SCC sob esforços trativos e ambientes corrosivos, especialmente se houver tensões residuais próximas ao limite de escoamento.

Interações galvânicas com materiais mais nobres (aço inoxidável, ligas de cobre) podem acelerar o ataque localizado de 2219 se houver contato elétrico e eletrólito presente. Comparado com ligas 6xxx (Al-Mg-Si), 2219 troca resistência à corrosão por maior resistência e tenacidade criogênica, exigindo estratégias mais agressivas de controle de corrosão em ambientes agressivos.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

2219 está entre os mais soldáveis da família Al-Cu quando são usados metais de adição apropriados como AA2319 (Al-6Cu) projetado para compatibilizar a química e minimizar trincas a quente. Soldagem por fusão (GTAW/TIG, GMAW/MIG) é comumente aplicada em chapas, placas e montagem de tanques e vasos; controle de procedimento de solda é crítico para limitar porosidade e controlar distorção. A zona termicamente afetada (ZTA) nas têmperas de pico amolece devido à dissolução e coarsening dos precipitados; envelhecimento artificial pós-solda ou escolha da têmpera T87/T351 pode mitigar a perda residual de propriedades.

Usinabilidade

2219 é razoavelmente usinável para uma liga de alumínio de alta resistência, com índices de usinabilidade tipicamente inferiores aos das ligas de alumínio mais fáceis de usinar, mas aceitável com ferramentas de metal duro e setups rígidos. Bom controle de cavacos, ângulos de ataque positivos e avanços moderados minimizam aresta construída e encruamento na interface da ferramenta. Uso de fluido refrigerante prolonga vida da ferramenta e controla temperatura para evitar smeação e aderência em operações de usinagem com alto índice de remoção.

Conformabilidade

A conformabilidade é excelente no estado recozido (O) e reduzida nas têmperas de pico onde a ductilidade é limitada; conformações profundas e dobras complexas devem ser realizadas em condições O ou T3. Raios mínimos típicos de dobra dependem de espessura e têmpera, porém para aplicações em chapa, um raio interno igual a 1–2× a espessura na condição O é prática comum; raios mais conservadores são usados para têmperas T6/T87. Trabalhos a frio após tratamento térmico são possíveis para pequenos ajustes dimensionais, mas conformações significativas devem ocorrer antes do envelhecimento artificial final para evitar trincas.

Comportamento ao Tratamento Térmico

2219 é uma liga clássica de alumínio-cobre endurecível por tratamento térmico, onde solubilização, têmpera e envelhecimento controlam o estado de precipitação e, portanto, a resistência. Temperaturas típicas de solubilização estão na faixa de 510–535 °C, com tempos de imersão suficientes para dissolver fases ricas em cobre e homogeneizar a composição em seções finas; a têmpera deve ser rápida para reter Cu em solução sólida. Programas de envelhecimento artificial (ex.: 160–190 °C por várias horas) produzem precipitados finos θ′ responsáveis pela resistência máxima nas têmperas T6 e relacionadas; variações nos perfis tempo-temperatura originam têmperas T8, T87 e outras orientadas ao aeroespacial, ajustadas para alívio de tensões e estabilidade dimensional.

Transições de têmpera são importantes: estiramento excessivo, envelhecimento natural descontrolado ou taxas de têmpera lentas levam a precipitados grosseiros que reduzem limite de escoamento e tenacidade. Tratamento térmico pós-solda raramente é viável para grandes conjuntos, então projetistas aplicam seleção de têmpera e estratégias locais de controle térmico para gerenciar o amolecimento da ZTA. Para recozimento ou amolecimento, exposição a temperaturas acima de 300 °C por períodos prolongados envelhece excessivamente e amolece a liga com coarsening dos precipitados.

Desempenho em Alta Temperatura

Em temperaturas elevadas, 2219 apresenta perda progressiva do limite de escoamento e resistência à tração conforme os precipitados θ′ se dissolvem ou coarsen; reduções significativas são observadas acima de aproximadamente 150–200 °C dependendo do tempo de exposição. Para serviço prolongado, projetistas geralmente limitam temperaturas operacionais bem abaixo das temperaturas típicas de envelhecimento artificial para preservar propriedades mecânicas e evitar envelhecimento excessivo. A oxidação é limitada pela formação de filme protetor de Al2O3, mas corrosão em alta temperatura sob atmosferas agressivas (sulfurantes ou contendo cloretos) pode ser uma preocupação e pode requerer claddings protetores ou revestimentos.

A zona termicamente afetada adjacente às soldas é particularmente sensível a exposições térmicas, onde o amolecimento e crescimento de grão podem reduzir tensões admissíveis locais; aplicações sujeitas a excursões térmicas cíclicas precisam de qualificação cuidadosa e podem requerer tratamentos de estabilização pós-fabricação para controlar deriva das propriedades.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que Usar 2219
Aeroespacial	Tanques criogênicos de combustível, vasos de pressão, conexões de fuselagem	Excelente relação resistência/peso, tenacidade em baixa temperatura, soldabilidade com metais de adição compatíveis
Marítima / Criogênica	Tanques para LNG e armazenamento criogênico, tubulações	Bom desempenho em baixa temperatura e soldabilidade para sistemas pressurizados selados
Defesa / Espaço	Invólucros de motores de mísseis, tanques para veículos lançadores	Alta resistência específica e confiabilidade sob cargas térmicas e cíclicas
Industrial / Máquinas	Estruturas de alta resistência, dispositivos para ferramentas	Resistência e usinabilidade para componentes críticos sensíveis a peso
Eletrônica	Caixas de precisão e dissipadores térmicos	Condutividade térmica razoável e usinabilidade para componentes térmicos de médio desempenho

2219 continua sendo especificado quando o projeto prioriza uma liga soldável e de alta resistência com desempenho comprovado em criogenia e fadiga. Sua combinação de tenacidade, soldabilidade (com metal de adição adequado) e resposta previsível à precipitação faz dela uma referência em componentes aeroespaciais de contenção de pressão e aplicações industriais de nicho.

Informações para Seleção

Utilize o 2219 quando a alta resistência combinada com soldabilidade e boa tenacidade à fratura — especialmente em baixas temperaturas — for mais importante do que a máxima resistência à corrosão ou condutividade elétrica. Escolha o estado recozido (O) para etapas de conformação e converta para T6/T87 quando a resistência estrutural e a resistência à deformação por tração forem os principais requisitos.

Comparado com o alumínio comercialmente puro (ex.: 1100), o 2219 sacrifica condutividade elétrica e térmica e conformabilidade para oferecer resistência e tenacidade à fratura muito superiores, tornando-se inadequado onde o desempenho elétrico ou a conformação a frio extensa são os principais fatores. Comparado com ligas endurecidas por trabalho comuns (ex.: 3003, 5052), o 2219 oferece resistência substancialmente maior, mas tipicamente menor resistência à corrosão e conformabilidade moderadamente inferior; selecione o 2219 quando a resistência estrutural tiver prioridade sobre a necessidade de resistência ambiental superior.

Comparado com ligas endurecíveis por tratamento térmico comuns (ex.: 6061/6063), o 2219 pode proporcionar melhor tenacidade à fratura e desempenho criogênico mesmo que as resistências máximas ao envelhecimento sejam comparáveis ou ligeiramente inferiores; é escolhido quando as características da liga alumínio-cobre (particularmente tenacidade e soldabilidade com aditivos Al-Cu) correspondem melhor ao ambiente de serviço do que as ligas Al-Mg-Si.

Resumo Final

A liga 2219 permanece um alumínio de engenharia altamente relevante devido à sua matriz endurecida por tratamento térmico e reforçada com Cu, que oferece uma combinação favorável de alta resistência específica, soldabilidade com aditivos compatíveis e tenacidade superior em baixas temperaturas. Para aplicações aeronáuticas, criogênicas e estruturais de contenção de pressão, onde esses atributos superam as modestas compensações em corrosão e condutividade, o 2219 continua sendo uma escolha material e uma opção robusta para condições de serviço exigentes.