Alumínio 357: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Completa

357 (comumente referenciado como variantes A357 ou AlSi7Mg) é uma liga de alumínio-silício-magnésio da série 3xx que pertence à família de ligas de fundição tratáveis termicamente. Seus principais elementos de liga são silício e magnésio, com o silício fornecendo fundibilidade e resistência ao desgaste, e o magnésio permitindo o endurecimento por envelhecimento através da precipitação de Mg2Si.

A liga é principalmente reforçada por tratamento térmico de solubilização seguido de envelhecimento artificial (T6/T651), o que produz finas precipitações de Mg2Si; também apresenta algum encruamento quando trabalhada a frio em certas formas. Os principais atributos incluem uma combinação favorável de resistência à tração moderada a alta, boa ductilidade para uma liga de fundição, resistência à corrosão melhorada em relação a muitas ligas à base de cobre, e soldabilidade aceitável quando práticas adequadas e metais de aporte são utilizados.

Indústrias típicas que utilizam o 357 incluem automotiva (fundidos estruturais, componentes de suspensão, rodas), aeroespacial (conexões e carcaças), automobilismo e aplicações marítimas de alto desempenho, onde é necessária uma combinação de leveza, resistência e resistência à corrosão. Engenheiros escolhem o 357 em vez de outras ligas quando geometrias detalhadas de fundição exigem a fluidez melhorada pelo Si e as resistências máximas tratáveis sem a sensibilidade a trincas que ligas com maior teor de cobre apresentam.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Formabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Recozido total; usado para alivio de tensões e usinagem antes do tratamento térmico
H14	Médio	Médio	Regular	Boa	Encruado em formas laminadas; limitado para fundidos
T5	Médio-Alto	Médio	Regular	Boa	Resfriado após trabalho a quente e envelhecido artificialmente; rota de produção mais rápida para fundidos
T6	Alto	Baixo–Médio	Regular	Boa	Tratado termicamente por solubilização + envelhecimento artificial; condição de resistência máxima para muitos componentes fundidos
T651	Alto	Baixo–Médio	Regular	Boa	T6 com alivio de tensões/estiramento para compensar tensões residuais; comumente especificado para fundições críticas na indústria aeroespacial

A têmpera escolhida para o 357 governa fortemente a resistência, ductilidade e estado de tensões residuais. As condições T6/T651 maximizam resistência à tração e dureza via precipitação de Mg2Si, mas reduzem alongamento e formabilidade quando comparadas à condição recozida O.

Na fabricação, as condições O e T5 permitem usinagem e conformação mais fáceis antes do envelhecimento final, enquanto T6 e T651 são usadas para componentes em serviço onde estabilidade dimensional e desempenho mecânico máximo são exigidos.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	6,5–7,5	Elemento principal da liga; melhora a fluidez, reduz a contração e aumenta a resistência ao desgaste
Fe	0,2–0,6	Impureza da fusão; alto teor de Fe gera intermetálicos frágeis e reduz a ductilidade
Mn	0,05–0,35	Controla a morfologia de intermetálicos de Fe e pode melhorar ligeiramente a resistência
Mg	0,25–0,45	Elemento de endurecimento por envelhecimento formando precipitados de Mg2Si; controla a resposta T6
Cu	0,15–0,6	Geralmente limitado em graus de fundição; aumenta resistência mas reduz resistência à corrosão se estiver alto
Zn	0,05–0,2	Impureza menor; geralmente não adicionada para endurecimento
Cr	0,02–0,2	Usado em traços para controle da estrutura de grão e recristalização em algumas variantes
Ti	0,02–0,15	Refinador de grão para melhorar a estrutura da fundição e uniformidade mecânica
Outros	≤0,15 total	Elementos traço e resíduos; mantidos baixos para preservar propriedades corrosivas e mecânicas

Silício e magnésio são o par funcional que controla a fundibilidade e a resposta ao tratamento térmico. O silício forma as estruturas eutéticas que determinam o comportamento de solidificação, enquanto o magnésio dissolve-se na matriz de Al e precipita como Mg2Si durante o envelhecimento artificial, elevando as resistências à tração e escoamento.

Propriedades Mecânicas

Como liga de fundição submetida ao tratamento T6, o 357 apresenta resistências à tração e escoamento substancialmente superiores às ligas laminadas típicas não tratáveis termicamente, com ductilidade moderada para um componente fundido. A curva de tração é caracterizada por um ponto de escoamento distinto seguido de encruamento até a resistência máxima (UTS); o alongamento em T6 é tipicamente limitado em comparação com o material recozido, mas ainda adequado para muitas peças estruturais fundidas. A dureza aumenta significativamente com o tratamento T6/T651 devido à fina dispersão dos precipitados de Mg2Si, e a dureza Brinell ou Vickers correlaciona bem com as propriedades de tração para fins de especificação.

O comportamento à fadiga do 357 é influenciado por defeitos de fundição (porosidade, contração) e microestrutura; fundições mais densas e sistemas de alimentação adequados minimizam a iniciação da fadiga relacionada a defeitos. Os efeitos de espessura são pronunciados porque seções maiores resfriam mais lentamente, o que provoca coarsening do Si eutético e aumento do risco de porosidade, reduzindo tanto a resistência estática quanto à fadiga.

Para seções finas e fundições resfriadas rapidamente, as propriedades T6 aproximam-se do limite superior das faixas; para seções grossas e condição O as-cast, resistência e dureza caem e ductilidade aumenta.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera Principal (T6/T651)	Observações
Resistência à Tração (UTS)	130–220 MPa	300–360 MPa	Valores T6 dependem da espessura da seção e taxa de solidificação
Limite de Escoamento (0,2%YS)	60–150 MPa	240–300 MPa	O limite de escoamento sobe bruscamente após solução + envelhecimento
Alongamento (El%)	10–18%	4–10%	O alongamento diminui em T6; geometria e porosidade afetam os valores
Dureza (HB)	50–90 HB	90–130 HB	Dureza acompanha a resposta ao envelhecimento e histórico de resfriamento da seção

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,67–2,68 g/cm³	Típico para ligas fundidas Al-Si-Mg; boa relação resistência/peso
Faixa de Fusão (solidus–líquidus)	~520–615 °C	Silício eutético e primário deslocam a faixa de solidificação; valores dependem da composição exata
Condutividade Térmica	110–140 W/m·K	Inferior ao Al puro, porém alta comparado a muitas ligas técnicas
Condutividade Elétrica	~30–40 % IACS (~17–23 MS/m)	Reduzida pelos elementos de liga; aceitável para componentes térmicos/e elétricos com margens de projeto
Calor Específico	~0,90 J/g·K (900 J/kg·K)	Típico de ligas de alumínio à temperatura ambiente
Coeficiente de Dilatação Térmica	21–24 µm/m·K	Expansão térmica relativamente alta exige cuidado no acoplamento com materiais diferentes

A combinação de condutividade térmica relativamente alta e baixa densidade torna o 357 adequado para componentes onde dissipação térmica e leveza são requeridas, embora sua condutividade seja reduzida em comparação ao alumínio puro. Expansão térmica e estabilidade dimensional sob ciclos térmicos devem ser consideradas em montagens com metais diferentes para evitar tensões galvânicas ou mecânicas.

A espessura da seção e a porosidade influenciam a resposta térmica; fundições mais densas e com grão fino apresentam desempenho térmico mais consistente e maior vida útil sob fadiga.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tratamentos Térmicos Comuns	Observações
Fundição em Areia	variado (5–200 mm+)	Menor devido ao resfriamento mais lento; microestrutura mais grossa	O, T5, T6	Usado para peças grandes e complexas; pode requerer HIP para reduzir porosidade
Moldes Permanentes / Fundição por Gravidade	2–60 mm	Melhores propriedades mecânicas devido ao resfriamento mais rápido	T5, T6, T651	Preferido para peças estruturais com tolerâncias mais apertadas
Fundição por Cera Perdida / Precisão	seções finas a moderadas	Alta integridade, bom acabamento superficial	T6	Usado em componentes aeroespaciais e de alto desempenho
Forjado/Trabalhado a Quente (limitado)	varia	Não comum para 357; propriedades derivam do trabalho + envelhecimento	Variações H	Raro; composição mais ajustada para processamento por fundição
Lingote / Tarugo	barges/lingotes	Matéria-prima para fundição ou extrusão subsequente	O antes do processamento	Usado para produzir matéria-prima de baixa porosidade para fundições especializadas

A forma fundida domina o uso do 357; moldes permanentes e fundição por cera perdida produzem o melhor desempenho mecânico e à fadiga devido ao resfriamento mais rápido e à redução de porosidade. Fundições em areia são econômicas para peças grandes, mas requerem controle de processo ou tratamentos secundários (ex.: HIP) para fechar defeitos internos. A escolha da forma e da taxa de resfriamento influencia diretamente a resposta ao tratamento térmico alcançável e a microestrutura final.

Grau Equivalente

Norma	Grau	Região	Observações
AA	357	EUA	Designação ASTM/AA para liga Al-Si-Mg de fundição comumente usada na indústria
EN AW	AlSi7Mg0.6	Europa	Liga europeia mais próxima em química e propriedades; frequentemente usada como equivalente direto
JIS	AlSi7Mg	Japão	Classificação japonesa para fundição com composições similares Al-Si-Mg
GB/T	AlSi7Mg	China	Grau padrão chinês para ligas de fundição Al-Si-Mg, comumente associado à química A357

Apesar de metas químicas e mecânicas similares entre as normas, diferenças sutis nos limites permitidos de impurezas (Fe, Cu, Ti) e nos testes mecânicos exigidos podem gerar variações de desempenho. Os graus EN europeus podem especificar mínimos ligeiramente diferentes de Mg ou Si para atender aos requisitos mecânicos específicos de processos de fundição. Compradores devem solicitar fichas técnicas específicas e certificados de qualificação de tratamento térmico para garantir intercambialidade em aplicações críticas para segurança.

Resistência à Corrosão

O 357 apresenta geralmente boa resistência à corrosão atmosférica devido ao baixo teor relativo de cobre e à película protetora de óxido de alumínio. Em atmosferas industriais e rurais, desempenha-se comparavelmente a outras ligas de fundição Al-Si-Mg, e resiste melhor à corrosão por pite do que ligas de alumínio com alto teor de cobre.

Em ambientes marinhos, o 357 apresenta desempenho satisfatório para exposição por respingos e atmosfera marinha, mas a imersão prolongada em água do mar acelera corrosão galvânica e por pite, especialmente em áreas com depósitos ou frestas. Limpeza metalúrgica, controle de porosidade e acabamento superficial afetam significativamente a vida útil marinha; revestimentos protetores e anodização são mitigadores comuns.

A suscetibilidade à trinca por corrosão sob tensão (SCC) em 357 é menor que em certas ligas Al-Cu de alta resistência, mas atenção é necessária em componentes altamente solicitados e expostos à corrosão. Quando em contato com metais mais nobres, 357 pode sofrer corrosão galvânica; recomenda-se isolamento elétrico ou uso de ânodos sacrificiais em conjuntos metais mistos.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem de peças fundidas 357 é viável com processos TIG e MIG usando ligas de enchimento Al-Si como ER4043 ou ER4047 baixo teor de silício para minimizar trincas a quente e melhorar a fluidez do cordão. Pré-aquecimento pode ser usado para reduzir gradientes térmicos e minimizar porosidade, entretanto, a zona termicamente afetada pode sofrer amolecimento parcial devido a sobreenvelhecimento ou perda da condição solubilizada. Tratamento térmico pós-soldagem adequado é frequentemente necessário para restaurar propriedades mecânicas em áreas críticas.

Usinabilidade

A usinabilidade do 357 é moderada e superior a muitas ligas forjadas de alta resistência devido ao conteúdo de silício, que promove quebra de cavacos e estabilidade dimensional. Ferramentas de carboneto com ângulo de ataque positivo e velocidades de avanço controladas proporcionam os melhores resultados; aços rápido corte têm dificuldades com as fases abrasivas de silício. Velocidades devem ser ajustadas conforme a espessura da seção e porosidade potencial para evitar vibração e rasgos na superfície.

Conformabilidade

Sendo uma liga de fundição, a conformabilidade a frio do 357 é limitada em comparação com ligas de alumínio laminado; fundidos precisionados de paredes finas aceitam dobras e estampagens limitadas se fornecidos na condição O. Para conformações complexas, usinagem ou fundição com características integradas são preferíveis à conformação pós-fundição. Quando necessária, podem ser usados recozimento (condição O) ou tratamento de solução parcial seguido de deformação controlada e envelhecimento final em processos especializados.

Comportamento ao Tratamento Térmico

O tratamento de solubilização do 357 é tipicamente realizado pelo aquecimento a aproximadamente 500–540 °C (dependendo da espessura da peça e variante da liga) para dissolver Mg e Si em solução sólida antes do revenido. O resfriamento rápido a partir da temperatura de solução conserva uma solução sólida super saturada que é precursor do envelhecimento artificial; a taxa de resfriamento e espessura da seção controlam os níveis de solutos retidos e o comportamento de precipitação subsequente.

O envelhecimento artificial é comumente realizado entre 155–190 °C por períodos de 4 a 12 horas, dependendo do compromisso desejado entre resistência e ductilidade; condições T6 buscam equilíbrio entre resistência máxima e tenacidade aceitável. Sobreenvelhecimento ou exposição prolongada a altas temperaturas provoca crescimento dos precipitados Mg2Si e redução da resistência; condições T7 podem ser usadas quando se requer estabilidade em temperaturas elevadas ou redução de distorção.

Fortalecimento sem tratamento térmico é limitado para formas fundidas; porém, trabalho a frio direcionado em derivativos forjados ou laminados pode aumentar a resistência moderadamente. O recozimento para condição O é usado para alívio de tensões e melhora da usinabilidade antes dos ciclos finais de envelhecimento.

Desempenho em Altas Temperaturas

Acima de aproximadamente 150–200 °C, o 357 começa a perder fração significativa da resistência proporcionada pelo envelhecimento artificial à medida que precipitados Mg2Si crescem e se dissolvem; cargas estruturais sustentadas acima dessa faixa não são recomendadas sem qualificação específica da liga. A oxidação do alumínio é autolimitante em temperaturas típicas de serviço, mas exposição prolongada em temperaturas elevadas acelera a degradação e pode aumentar a rugosidade superficial e formação de camada de óxido.

Em componentes soldados, a zona termicamente afetada é especialmente vulnerável à redução de resistência e mudanças microestruturais quando exposta a temperaturas elevadas; tratamentos térmicos pós-soldagem ajudam, mas não restauram totalmente as propriedades se o serviço causar sobreenvelhecimento. Margens de projeto e inspeção periódica são recomendáveis para componentes operando próximos aos limites térmicos da liga.

Aplicações

Setor	Exemplo de Componente	Razões para Uso do 357
Automotivo	Peças estruturais fundidas, carcaças de suspensão	Boa fundibilidade, resistência T6, leveza
Marinho	Fundidas para leme e sustentação, carcaças	Resistência à corrosão com resistência aceitável
Aeroespacial	Carcaças de caixa de câmbio, conexões	Alta relação resistência/peso e estabilidade dimensional (T651)
Eletrônica	Carcaças dissipadoras de calor	Condutividade térmica e leveza

O 357 é escolhido onde combinação de fundibilidade, resistência tratável termicamente e resistência à corrosão são essenciais. Seu uso em componentes fundidos com carga é condicionado a controle do processo para minimizar porosidade e maximizar resposta a solução/envelhecimento para desempenho mecânico consistente.

Orientações para Seleção

Escolha 357 quando as geometrias fundidas e a necessidade de resistência máxima por tratamento térmico superam a maior condutividade e superior conformabilidade dos graus de alumínio puro. Em comparação com alumínio comercialmente puro (1100), o 357 troca maior resistência e melhor estabilidade dimensional por condutividade elétrica reduzida e conformabilidade um pouco menor, sendo melhor para fundições estruturais, mas inferior para aplicações como condutores elétricos.

Comparado com ligas endurecidas por trabalho mecânico comuns (3003 / 5052), o 357 oferece resistência substancialmente maior após envelhecimento T6, mas é menos dúctil e menos simples de conformar a frio. A resistência à corrosão é comparável ou um pouco melhor que ligas com cobre, mas o 5052 pode ser preferido para chapas marinhas severas onde conformação é necessária.

Em relação às ligas tratáveis termicamente e forjadas, como 6061/6063, o 357 frequentemente oferece melhor fundibilidade e capacidade para geometria mais complexa com resistência respeitável; é preferido quando a economia da fundição e produção quase em forma final superam a resistência ligeiramente maior e versatilidade de fabricação mais ampla do 6061/6063 forjados.

Resumo Final

O 357 continua relevante porque combina as vantagens de fundição dos sistemas Al-Si com uma robusta resposta ao envelhecimento T6 para oferecer uma opção de alta relação resistência/peso para peças estruturais fundidas. Quando o controle do processo limita a porosidade e os tratamentos térmicos corretos são aplicados, o 357 proporciona um compromisso custo-benefício entre resistência, resistência à corrosão e manufaturabilidade para componentes automotivos, aeroespaciais, marítimos e industriais de alto desempenho.