Alumínio 3004: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

A Liga 3004 faz parte da série 3xxx de ligas de alumínio forjado, classificada especificamente dentro do grupo 3xxx Mn-Mg. Seus principais elementos de liga são manganês (Mn) e magnésio (Mg), com pequenas quantidades controladas de ferro, silício e elementos traço.

3004 é uma liga não passível de tratamento térmico, endurecida por deformação; o fortalecimento é obtido principalmente por trabalho a frio (endurecimento por encruamento) em vez de endurecimento por precipitação. Esse mecanismo permite combinações selecionáveis de resistência e ductilidade ao variar o recozimento (grau de deformação e/ou recozimento).

As características principais do 3004 incluem resistência de moderada a boa para uma liga da série 3xxx, melhor formabilidade em condições recozidas, resistência aceitável à corrosão em ambientes atmosféricos típicos e características de soldagem geralmente boas. É comumente usado em corpos de latas para bebidas, trocadores de calor, chapas arquitetônicas e outras aplicações em chapa onde é necessária uma boa relação entre formabilidade e resistência.

Engenheiros escolhem o 3004 quando se deseja um aumento de resistência em relação ao 3003 sem abandonar as características de conformabilidade e estampagem profunda da família 3xxx. É preferido em relação a ligas de maior resistência passíveis de tratamento térmico quando se requer conformação severa ou chapas altamente manufaturáveis e com custo sensível.

Variedades de Recozimento

Recozimento	Nível de Resistência	Alongamento	Formabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto (20–30%)	Excelente	Excelente	Condição totalmente recozida para máxima formabilidade
H14	Médio	Baixo–Moderado (6–12%)	Bom	Bom	Endurecido por deformação em um quarto (quarter hard); comum para peças desenhadas/conformadas
H18	Alto	Baixo (3–8%)	Limitado	Bom	Totalmente endurecido; usado onde maior resistência e rigidez são necessárias
H24	Médio	Moderado (10–18%)	Bom	Bom	Endurecido por deformação e depois parcialmente recozido; equilíbrio entre formabilidade e resistência
H26	Médio-Alto	Moderado (8–14%)	Regular	Bom	Recozimento em dois passos para obtenção de propriedades mecânicas intermediárias
H28	Alto	Baixo (4–10%)	Limitado	Bom	Trabalho a frio mais intenso para maior limite de escoamento e resistência à tração

O recozimento tem efeito pronunciado nas propriedades do 3004 porque a liga depende da deformação para fortalecimento. A transição do estado O para a série H aumenta o limite de escoamento e a resistência à tração, enquanto reduz a ductilidade e a conformabilidade para estampagem profunda ou dobras complexas, o que deve ser considerado nesses processos.

A soldabilidade permanece robusta na maioria dos recozimentos, pois o 3004 não é passível de tratamento térmico; entretanto, deve-se considerar o recozimento localizado na zona termicamente afetada e a redução da resistência pós-soldagem em estados endurecidos por deformação no projeto das juntas.

Composição Química

Elemento	% Faixa	Observações
Si	0,05–0,6	Controlado para limitar intermetálicos frágeis; maior Si pode melhorar a fundibilidade em outras ligas.
Fe	0,2–0,7	Impureza comum; maior Fe forma partículas intermetálicas que reduzem ligeiramente a ductilidade.
Mn	1,0–1,5	Principal elemento de fortalecimento; promove estabilidade de grão e aumenta a capacidade de endurecimento por deformação.
Mg	0,8–1,3	Contribui para o endurecimento por trabalho e modesto fortalecimento por solução sólida.
Cu	0,05–0,2	Mantido baixo para preservar resistência à corrosão; pequenas quantidades aumentam marginalmente a resistência.
Zn	0,05–0,2	Menor presença; impacto limitado nesses níveis, mas monitorado para evitar corrosão intergranular.
Cr	0,05–0,20	Níveis traço que podem refinar a estrutura do grão e melhorar ligeiramente a resistência à corrosão.
Ti	≤0,15	Desoxidante e refinador de grão em algumas práticas de laminação; pequenas quantidades controlam o tamanho do grão.
Outros	≤0,05 cada, ≤0,15 total	Resíduos e elementos traço; balanço de alumínio (~96,2–98,8%).

Manganês e magnésio são os principais responsáveis pelo desempenho: Mn estabiliza e refina a microestrutura e aumenta a resistência à recristalização, enquanto Mg melhora o endurecimento por deformação e oferece um fortalecimento modesto por solução sólida. Elementos impurezas como ferro e silício formam fases intermetálicas que podem reduzir a ductilidade e influenciar o aspecto superficial; controle rigoroso desses elementos é importante para chapas que passarão por estampagem profunda ou acabamento decorativo.

Propriedades Mecânicas

O comportamento à tração do 3004 é típico de ligas de alumínio endurecidas a frio e não passíveis de tratamento térmico. No estado recozido, a liga apresenta limitações relativamente baixas de escoamento e resistência à tração, com alto alongamento uniforme, possibilitando estampagem profunda e conformação; após trabalho a frio moderado, o limite de escoamento sobe consideravelmente e o alongamento cai, criando uma janela útil de resistência para componentes estruturais em chapa.

Limite de escoamento e resistência à tração são sensíveis à espessura e recozimento. Chapas finas normalmente apresentam maior limite de escoamento aparente devido ao encruamento superficial e textura induzida pelo processo; por outro lado, placas mais espessas ou extrudados podem apresentar menor resposta ao endurecimento por deformação e resistência levemente reduzida para recozimentos equivalentes.

O desempenho à fadiga é moderado e depende do acabamento superficial e tensões residuais oriundas de conformação ou soldagem; riscos e entalhes superficiais reduzem significativamente a vida à fadiga. A dureza acompanha a resposta à tração e é útil como verificação rápida in loco do estado de recozimento e grau de trabalho a frio.

Propriedade	O/Recozido	Recozimento Principal (H14)	Observações
Resistência à Tração (UTS)	110–145 MPa	170–230 MPa	A faixa depende da espessura, histórico de processamento e recozimento exato.
Limite de Escoamento (offset 0,2%)	35–75 MPa	120–170 MPa	H14 apresenta aumento substancial em relação ao recozido devido ao endurecimento por deformação.
Alongamento (A50 mm)	20–30%	6–12%	O alongamento diminui marcadamente com aumento do trabalho a frio.
Dureza (Brinell, aprox.)	30–45 HB	55–85 HB	A dureza correlaciona com o recozimento; útil para controle de qualidade e verificações em uso.

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Notas
Densidade	2,70–2,73 g/cm³	Típica para ligas de alumínio forjado; impacta cálculos de massa e rigidez.
Faixa de Fusão	~640–650 °C	Solidus e liquidus próximos; comportamento de fusão similar às ligas comerciais de Al.
Condutividade Térmica	~120–160 W/m·K	Inferior ao alumínio puro devido aos elementos de liga; ainda boa para aplicações de transferência de calor.
Condutividade Elétrica	~30–40 % IACS (~17–23 MS/m)	Reduzida em relação ao Al puro; circuitos projetados devem considerar a resistividade aumentada.
Calor Específico	~900 J/kg·K	Valor típico para ligas de alumínio usadas em modelagem térmica.
Coeficiente de Dilatação Térmica	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Coeficiente relativamente alto; importante para projeto de juntas com materiais dissimilares.

Esses dados físicos refletem a utilidade do 3004 em aplicações onde transporte térmico e baixa densidade são importantes, mas onde não se exige resistência térmica extrema. As condutividades térmica e elétrica são inferiores ao alumínio puro mas permanecem favoráveis em comparação com muitos aços, tornando o 3004 adequado para aletas de trocadores de calor e invólucros condutivos que demandam resistência e formabilidade.

Os dados de dilatação térmica e condutividade são críticos para conjuntos multi-materiais; projetistas devem considerar a expansão diferencial ao unir ou fixar mecanicamente o 3004 a metais com coeficientes significativamente diferentes.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento da Resistência	Temperas Comuns	Observações
Chapa	0,2–4,0 mm	Boa resposta ao trabalho a frio; calibres finos facilmente conformados	O, H14, H24	Amplamente utilizada para corpo de latas de bebidas e painéis arquitetônicos.
Placa	>4,0 mm até ~12 mm	Encruamento reduzido por espessura; pode ser aliviada de tensões	O, H18, H26	Placa usada onde painéis maiores ou componentes de rebaixamento raso são aceitáveis.
Extrusão	Perfis até seções transversais moderadas	Encruamento limitado comparado à chapa laminada; necessita tempera pós-extrusão	H14, H26	Menos comum que outras ligas para extrusões complexas; bom para perfis mais simples.
Tubo	Diâmetro externo típico 6–200 mm	Desenho a frio e recozimento controlam as propriedades da parede	O, H14	Usado em tubos para trocadores de calor e aplicações estruturais; desempenho à corrosão é relevante.
Barra/Vareta	Diâmetros até ~100 mm	Resistência aumenta com trabalho a frio; usinabilidade variável	H14, H18	Utilizada para conexões fabricadas e componentes mecânicos que requerem resistência moderada.

A seleção da forma do produto é governada pela suscetibilidade da liga ao encruamento e pelas operações de conformação pretendidas. Produtos em chapa e calibre fino predominam porque aproveitam a excelente conformabilidade do 3004 na condição recozida e o fortalecimento controlável pelo trabalho a frio.

Produtos mais espessos como placa e barra frequentemente requerem abordagens de processamento diferentes (laminação a quente, ciclos de solubilização/recozimento) para alcançar propriedades uniformes; essas formas são escolhidas quando requisitos de geometria e rigidez prevalecem sobre a conformabilidade profunda.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	3004	USA	Designação da Aluminum Association comumente usada em compras.
EN AW	3004	Europa	Equivalente EN AW-3004; tolerâncias químicas e métodos de ensaio mecânico seguem normas EN.
JIS	A3004 (ou similar)	Japão	Normas japonesas listam ligas alumínio-manganês-magnésio com pequenas diferenças nominais.
GB/T	3A04 / 3004	China	Designação chinesa comumente expressa como 3A04; tolerâncias de composição podem variar levemente.

Normas equivalentes são amplamente interoperáveis, mas podem variar em limites permitidos de impurezas, temperas especificadas e procedimentos de ensaio. Compradores devem sempre solicitar a norma específica (AA, EN, JIS, GB/T) e certificação do tempera, pois critérios de aceitação de propriedades mecânicas e faixas de espessura de chapa podem divergir entre as regiões.

Rotas de processo da usina (programação de laminação, parâmetros de recozimento, tratamentos superficiais finais) também podem causar diferenças mensuráveis na textura e conformabilidade, mesmo quando a composição química atende ao mesmo grau nominal.

Resistência à Corrosão

Em serviço atmosférico, o 3004 apresenta boa resistência à corrosão geral, comparável a outras ligas Al-Mn; forma uma camada de óxido autorreparadora que protege o metal subjacente sob exposição ambiental normal. A presença de magnésio altera ligeiramente as tendências de corrosão localizada, porém não compromete significativamente o desempenho atmosférico geral para usos previstos como revestimento arquitetônico ou corpos de latas de bebidas.

Em ambientes marinhos ou com presença de cloretos, o 3004 é mais suscetível à corrosão por pites e frestas do que ligas Al-Mg (5xxx); bordas expostas, soldas e frestas requerem atenção ao projeto e, quando possível, revestimentos protetores ou anodização. Para imersão marinha prolongada, preferem-se ligas com maior magnésio (5052) ou revestimentos protetores.

A fissuração por corrosão sob tensão (SCC) não é uma grande preocupação para o 3004 em comparação a ligas endurecíveis por tratamento térmico de alta resistência; a natureza não endurecível e resistência relativamente baixa reduzem a suscetibilidade ao SCC. Quando acoplado galvanicamente, o 3004 é anódico em relação a aços inoxidáveis e metais nobres, portanto isolamento elétrico ou fixadores e revestimentos compatíveis são recomendados para mitigar corrosão galvânica.

Comparado ao alumínio comercial puro 1xxx, o 3004 troca condutividade ligeiramente reduzida por maior resistência enquanto mantém comportamento similar de corrosão geral. Em relação às ligas 5xxx, o 3004 normalmente tem resistência inferior à corrosão por pites, mas melhor conformabilidade nos temperes recozidos.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

O 3004 é facilmente soldado por processos comuns de fusão, incluindo GTAW (TIG) e GMAW (MIG); métodos de união em estado sólido, como soldagem por resistência em pontos, também são viáveis para conjuntos em chapa. Fios de adição típicos incluem preenchimentos Al-Mg-Si ou Al-Si (ex: ER4043 ou ER5356), escolhidos para equilibrar soldabilidade, resistência à corrosão e compatibilidade mecânica com o metal base.

Tendências a fissuras por hot-cracking são baixas comparado a ligas endurecíveis por tratamento térmico de alta resistência, mas deve-se ter cuidado com o projeto das juntas e aporte térmico para evitar recozimento excessivo local em temperas encruadas. Propriedades mecânicas pós-soldagem refletirão amolecimento na zona afetada pelo calor (ZAC) quando o material base estava submetido a trabalho a frio; projetistas devem prever redução local no limite de escoamento em peças fortemente trabalhadas.

Usinabilidade

A usinabilidade do 3004 é justa a moderada, geralmente inferior a ligas de alumínio contendo aditivos de usinagem livre, como chumbo ou bismuto. A liga tende a ser mais dúctil e pode produzir cavacos longos e fibrosos a menos que fragmentados pela geometria da ferramenta e cortes interrompidos; ferramentas de carboneto com folga positiva e quebradores de cavacos são recomendadas.

Velocidades e avanços de corte devem ser ajustados conforme o tempera e seção selecionados; lubrificantes e refrigeração abundante melhoram a vida útil da ferramenta e acabamento superficial. Para componentes de precisão que exijam altas taxas de usinagem, ligas endurecíveis com grau de usinabilidade projetado ou elementos adicionais podem ser preferidas.

Conformabilidade

A conformabilidade é uma das forças do 3004 na condição recozida O, permitindo estampagem profunda, repuxamento e operações complexas de estampagem comumente usadas na fabricação de recipientes. Raios mínimos de curvatura interna dependem do tempera e da espessura, mas o tempera O normalmente suporta raios de 1–2× a espessura (t), enquanto o encruado H14 pode exigir raios maiores de 2–4×t para evitar trincas.

O trabalho a frio aumenta a resistência, mas reduz o alongamento; o retorno elástico (springback) é moderado e deve ser considerado no projeto da matriz. Técnicas como recozimentos intermediários, lubrificação controlada e conformação por estiramento melhoram os resultados para geometrias complexas.

Comportamento ao Tratamento Térmico

O 3004 não é endurecível por tratamento térmico e não responde a tratamentos de solubilização e envelhecimento artificial como as ligas 6xxx ou 7xxx. Tentativas de tratamento por solubilização proporcionam fortalecimento limitado porque o teor de Mn e Mg contribui primariamente para encruamento e efeitos de solução sólida, ao invés de precipitados de endurecimento por envelhecimento.

O controle das propriedades é obtido por trabalho a frio e ciclos de recozimento: o recozimento completo (O) é tipicamente realizado aquecendo às temperaturas apropriadas (frequentemente na faixa de 300–420 °C, dependendo da usinagem), mantendo para recristalização e então resfriando para alcançar ductilidade máxima. Recozimentos parciais (temperas H2x, H3x) são usados para estabelecer balanços intermediários de resistência/ductilidade após deformação a frio.

A nomenclatura do tipo tempera T (ex.: T5/T6) não é geralmente aplicável nem eficaz para o 3004, pois o endurecimento por precipitação é mínimo; a especificação e seleção dos temperas deve ser limitada às famílias H e O para resultados previsíveis.

Desempenho em Alta Temperatura

A resistência do 3004 se degrada com o aumento da temperatura e ocorre amolecimento significativo bem abaixo dos pontos de fusão típicos da liga; acima de aproximadamente 100–150 °C a resistência sustentada cai e o fluência (creep) torna-se mais significativa. Para exposição intermitente a temperaturas elevadas, o 3004 pode ser usado até temperaturas modestas, mas o serviço estrutural contínuo acima de ~150 °C não é recomendado.

A oxidação é mínima nas temperaturas comuns de serviço elevado porque o alumínio forma uma camada de óxido protetor; entretanto, revestimentos protetores e vedação de juntas são prudentes em casos de umidade quente prolongada ou atmosferas corrosivas. A exposição térmica também pode aliviar o trabalho a frio e modificar propriedades mecânicas em temperas previamente encruados, portanto o histórico térmico deve ser considerado para componentes usados próximos aos seus limites térmicos.

A zona afetada pelo calor (ZAC) da soldagem exibirá amolecimento local onde havia trabalho a frio prévio; essa redução localizada na resistência deve ser contabilizada no projeto de juntas soldadas destinadas a ambientes de alta temperatura.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o 3004 é Usado
Embalagem / Bebidas	Corpos e conchas de latas	Excelente capacidade de estampagem profunda e equilíbrio de resistência para fabricação de latas de chapa fina
HVAC / Troca de Calor	Aletas, bobinas, tubos	Boa condutividade térmica e conformabilidade para chapas de aletas e tubos
Arquitetura	Revestimentos, forros	Conformabilidade, potencial de acabamento superficial e resistência moderada à corrosão
Automotiva	Painéis internos, acabamentos não estruturais	Conformabilidade e redução de peso em componentes estampados
Eletrônica	Dispersores de calor, invólucros	Gerenciamento térmico combinado com facilidade de fabricação e custo-benefício

O 3004 é amplamente utilizado quando se exige boa conformabilidade da chapa e um aumento moderado de resistência em relação ao 3003, sem sacrificar a facilidade de fabricação ou aumentar significativamente o custo. Seu uso em corpos de latas de bebidas exemplifica um ambiente de produção exigente, onde a capacidade consistente de estampagem, acabamento superficial e custo por quilograma são críticos.

Para componentes que exigem maior resistência à corrosão ou resistência sustentada em temperaturas elevadas, outras famílias de ligas podem ser selecionadas, mas para aplicações de chapas formadas em grande volume o 3004 permanece uma escolha econômica e robusta.

Orientações para Seleção

Escolha o 3004 quando precisar de maior resistência conformável do que o alumínio comercialmente puro (1100), mantendo grande parte da usinabilidade e superior acabamento superficial do 1100. Comparado ao 1100, o 3004 sacrifica um pouco da condutividade elétrica e da ductilidade máxima para fornecer melhor limite de escoamento e resistência à tração, o que permite o uso de espessuras mais finas em peças formadas.

Em relação às ligas próximas endurecidas por trabalho como 3003 e 5052, o 3004 se posiciona entre elas: oferece maior resistência que o 3003 para operações de conformação similares e geralmente melhor resistência geral à corrosão do que alguns lotes de 3003, enquanto o 5052 proporciona superior resistência à corrosão marinha e maior resistência, mas em detrimento da capacidade de estampagem. Comparado a ligas submetidas a tratamento térmico como 6061 ou 6063, o 3004 é escolhido quando a conformação e a produção de chapas de baixo custo são prioridades e a máxima resistência não é necessária; é preferido para componentes estampados a frio e séries contínuas de produção onde tratamentos térmicos seriam impraticáveis.

Resumo Final

A liga 3004 continua relevante porque preenche uma necessidade prática: uma liga Al-Mn-Mg endurecível por trabalho que combina confiável conformabilidade para estampagem profunda com um aumento útil de resistência em relação às ligas básicas da série 3xxx. Sua resistência equilibrada à corrosão, bom desempenho em soldagem e economia favorável de produção fazem dela um componente fundamental para recipientes de bebidas, componentes HVAC e chapas arquitetônicas formadas onde a fabricabilidade e o controle de custos são essenciais.