Alumínio 3A18: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Completa

3A18 é um membro da série 3xxx de ligas de alumínio, que são principalmente ligas à base de manganês, não tratáveis termicamente, contendo Mn como o principal elemento de reforço. O sufixo numérico indica que o teor de manganês é maior do que em graus comerciais típicos da série 3000, posicionando o 3A18 entre o 3003 convencional e ligas especiais com maior teor de Mn, em termos de resistência e resposta ao encruamento.

O elemento de liga dominante é o manganês, com níveis controlados de silício, ferro e elementos-traço; magnésio e cobre são deliberadamente limitados para manter a liga não tratável termicamente e preservar a resistência à corrosão. O fortalecimento é obtido principalmente por efeitos de solução sólida e encruamento (deformação a frio); não há resposta significativa ao envelhecimento porque os solutos formadores de precipitados são mantidos baixos.

As principais características do 3A18 incluem boa resistência básica para uma liga Al–Mn, robusta resistência à corrosão atmosférica, boa conformabilidade a frio em condições recozidas, e soldabilidade simples com metais de adição padrão para alumínio. Sua combinação de conformabilidade, resistência à corrosão e resistência moderada o torna atraente para indústrias onde a fabricabilidade e a durabilidade em ambientes de serviço são mais importantes do que resistências máximas tratáveis termicamente.

Indústrias típicas que usam ligas desta família incluem construção civil (painéis arquitetônicos e acabamentos), transporte (componentes internos automotivos e seções estruturais leves), marítima (estruturas e acessórios não críticos) e eletrodomésticos. Engenheiros selecionam o 3A18 em vez de graus de alumínio mais puros quando é necessária uma base melhorada de limite de escoamento e resistência à tração sem sacrificar a conformabilidade e a resistência à corrosão, e em vez de ligas tratáveis termicamente quando operações complexas de conformação ou fabricação econômica devem ser priorizadas.

Variantes de Estado de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Condição totalmente recozida; ideal para estampagem profunda e conformação complexa
H14	Médio-Alto	Baixo-Médio	Regular	Boa	Leve encruamento; comum para chapas com necessidade de maior limite de escoamento
H18	Alto	Baixo	Limitada	Boa	Fortemente encruada; alta resistência com ductilidade reduzida
T4	Médio	Médio	Boa	Boa	Solução sólida e envelhecida naturalmente quando aplicável; incomum para ligas não tratáveis termicamente
T6 (se presente)	Não típico	N/D	Ruim	Boa	Não é uma têmpera padrão para ligas Al–Mn não tratáveis termicamente; listado para completude
H24/H26	Médio	Baixo-Médio	Regular	Boa	Recozimento parcial após encruamento para equilibrar resistência e conformabilidade

A têmpera tem efeito direto e previsível no desempenho mecânico e na conformação. A têmpera recozida (O) oferece a melhor conformabilidade e maior alongamento, essenciais para estampagem profunda e estampagem complexa, enquanto as têmperas encruadas da série H trocam ductilidade por limite de escoamento e resistência à tração, melhorando a capacidade de carga permanente em detrimento da dobra.

Fabricantes utilizam têmperas intermediárias (por exemplo, H24) para equilibrar a resistência à estampagem com a resistência necessária em serviço; a escolha da têmpera correta exige compatibilizar a deformação esperada na conformação, as características desejadas de retorno elástico (springback) e operações subsequentes de soldagem ou união.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤ 0,6	Controlado para limitar intermetálicos frágeis e manter a ductilidade
Fe	≤ 0,7	Impureza comum; teor maior aumenta a resistência, mas pode reduzir a tenacidade
Mn	1,6–2,0	Elemento principal para aumento de resistência por solução sólida e dispersoides
Mg	≤ 0,10	Mantido baixo para evitar envelhecimento e preservar resistência à corrosão
Cu	≤ 0,10	Minimizado para prevenir suscetibilidade à corrosão localizada e SCC (trincas por corrosão sob tensão)
Zn	≤ 0,2	Nível baixo para evitar penalidades galvânicas; não contribui para aumento de resistência
Cr	≤ 0,10	Pequenas adições podem controlar a estrutura de grãos durante o processamento
Ti	≤ 0,15	Refinador de grão em estoques fundidos/processados; controlado para limpeza
Outros	≤ 0,15 total	Traços residuais incluindo Zr, Ni, Sr; equilíbrio Al

A composição enfatiza o manganês como soluto fortalecedor intencional, com controles rigorosos sobre cobre, zinco e magnésio para evitar o endurecimento por precipitação e preservar a resistência à corrosão. Silício e ferro são limitados a níveis aceitáveis de impurezas que permitem a fusão econômica sem degradar significativamente a ductilidade e a aparência superficial.

Propriedades Mecânicas

O 3A18 apresenta comportamento clássico de tração para alumínio-manganês: no estado totalmente recozido possui limite de escoamento modesto e resistência à tração moderada com alto alongamento, permitindo operações de conformação sem trincas extensas. Conforme o material é encruado para as têmperas H, limite de escoamento e resistência aumentam substancialmente às custas do alongamento; a ductilidade cai previsivelmente e o springback aumenta, o que deve ser compensado no projeto das ferramentas.

A dureza segue a mesma tendência, indo de números baixos na escala Brinell na têmpera O para durezas substancialmente maiores após o encruamento; isso correlaciona-se com maior resistência ao desgaste e maiores limites de resistência à fadiga sob tensões cíclicas moderadas. O desempenho à fadiga é geralmente bom para componentes em estado resistente à corrosão, mas pode ser sensível à condição de superfície, entalhes e amolecimento local ou esforços residuais induzidos pela soldagem.

A espessura afeta a resposta mecânica por meio da restrição na distribuição de deformação: chapas mais finas aceitam maior alongamento uniforme e conformabilidade, mas podem ter menor capacidade absoluta de carga; seções mais espessas apresentam rigidez estática aprimorada e podem suportar maiores cargas residuais pós-conformação, porém são mais difíceis de conformar a frio sem compensação do springback.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera-Chave (H14 / H18)	Observações
Resistência à Tração	110–160 MPa	200–260 MPa	Valores H14/H18 dependem do grau de encruamento e da espessura final
Limite de Escoamento	40–80 MPa	140–220 MPa	O limite de escoamento sobe rapidamente com pequeno encruamento; o ponto de escoamento pode ser amplo em ligas Al–Mn
Alongamento	20–35%	6–15%	O alongamento diminui acentuadamente com aumento do nível da têmpera
Dureza (HB)	30–45 HB	65–95 HB	Correlaciona com o aumento da resistência; dureza depende de espessura e do grau de encruamento

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,70 g/cm³	Típico para a maioria das ligas comerciais Al–Mn
Faixa de Fusão	645–655 °C	Intervalo sólido-líquido estreito; não é uso principal para fundição
Condutividade Térmica	≈ 140–170 W/m·K	A adição de elementos reduz a condutividade em relação ao alumínio puro; útil para dissipação de calor moderada
Condutividade Elétrica	≈ 30–40 %IACS	Inferior ao alumínio de alta pureza; varia levemente com têmpera e impurezas
Calor Específico	≈ 880–910 J/kg·K	Calor específico típico do alumínio próximo à temperatura ambiente
Coeficiente de Dilatação Térmica	23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Expansão considerável; o projeto deve considerar crescimento térmico em conjuntos

O alumínio 3A18 mantém a vantagem de condutividade térmica e calor específico típicos das ligas de alumínio, tornando-o adequado para tarefas moderadas de gerenciamento térmico onde peso e resistência à corrosão também são prioridades. Dados de densidade e expansão o tornam atrativo para peças estruturais leves, mas exigem atenção ao desajuste térmico quando combinado com aços ou compósitos.

A condutividade elétrica é reduzida em relação ao alumínio comercialmente puro, de modo que o 3A18 não é normalmente escolhido para condutores elétricos primários; em vez disso, é selecionado quando o equilíbrio entre desempenho mecânico e leveza com resistência à corrosão é prioritário.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Temperas Comuns	Observações
Chapa	0,2–6,0 mm	Conforma-se bem ao comportamento da série O/H	O, H14, H18	Forma mais comum para painéis arquitetônicos e de eletrodomésticos
Placa	6–50 mm	Maior rigidez da seção; conformação a frio limitada	O, H24	Usada onde são necessárias maior espessura e rigidez
Extrusão	Perfis até 200 mm	A resistência varia com a seção e a tempera	O, H12	Extrusões usadas para estruturas e seções estruturais; controle dimensional é importante
Tubo	0,5–10 mm de parede	Boa conformabilidade para tubos desenhados/soldados	O, H14	Utilizado em invólucros de trocadores de calor e tubos marítimos não pressurizados
Barra/Vara	3–50 mm de diâmetro	Resistência depende do histórico de trabalho a frio/envelhecimento	O, H18	Comum para componentes usinados e conexões

O estoque em chapa é a forma de produto mais amplamente produzida e beneficia-se de qualidade de superfície consistente para usos arquitetônicos e em eletrodomésticos, enquanto a placa é produzida para painéis estruturais e normalmente vendida em temperas mais macias para permitir conformação limitada. Extrusões e tubos são produzidos com atenção ao fluxo de grão e acabamento superficial; seções extrudadas frequentemente passam por ligeiro estiramento pós-extrusão ou trabalho a frio para estabilizar dimensões e aumentar o limite de escoamento.

As rotas de conformação diferem conforme o produto: chapas são tipicamente conformadas por laminação, estampos ou estampagem profunda; extrusões são empurradas e estiradas, depois estabilizadas por envelhecimento ou encruamento conforme necessário; placas pesadas são normalmente fabricadas por conformação mecânica e soldagem em vez de estampagem profunda.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	3A18	China / Regional	Designação padrão chinesa usada em cadeias de suprimentos domésticas
EN AW	3003 (similar)	Europa	EN AW-3003 é composição próxima; não é um cruzamento exato, mas útil para comparação de especificações
JIS	A3003 (aprox.)	Japão	Graus JIS Al–Mn fornecem um análogo funcional para equivalência de projeto
GB/T	3A18	China	Mapeamento da norma nacional tipicamente utiliza diretamente a designação 3A18

Equivalentes um a um exatos entre normas regionais nem sempre existem devido a pequenas, porém importantes diferenças nos níveis permitidos de impurezas e práticas especificadas de tempera. Ao converter especificações, engenheiros devem comparar composição certificada e dados mecânicos em vez de confiar somente em nomes de grau, e incluir cláusulas de testes de aceitação para captar diferenças críticas no teor de Mn, limites de Fe e qualidade superficial.

Resistência à Corrosão

3A18 demonstra forte resistência geral à corrosão atmosférica típica das ligas Al–Mn devido à formação de uma película protetora e aderente de alumina; esta película limita a corrosão uniforme e preserva a aparência da superfície em ambientes externos. O baixo conteúdo de cobre e zinco reduz a suscetibilidade a corrosão localizada por pite e ataque intergranular comparado com ligas contendo cobre.

Em ambientes marinhos e ricos em cloretos, 3A18 apresenta bom desempenho relativo a muitas outras ligas não temperáveis; entretanto, imersão prolongada e condições de corrente parasita aceleram a degradação; detalhes adequados de projeto, revestimentos e isolamento de metais diferentes são recomendados para serviço de longo prazo. Trincas por corrosão sob tensão (SCC) não são preocupação principal para ligas Al–Mn comparadas com ligas de alumínio de alta resistência temperáveis; contudo, tensões residuais de tração elevadas combinadas com ambientes corrosivos de cloreto podem promover iniciação de trincas em componentes mal detalhados.

Interações galvânicas devem ser consideradas ao unir 3A18 com metais mais nobres como aço inoxidável ou cobre; usar barreiras isolantes, revestimentos protetores ou fixadores compatíveis mitiga ataques galvânicos. Comparado com ligas da série 5xxx (Al–Mg), 3A18 oferece desempenho atmosférico similar, mas tipicamente melhor aparência superficial e resistência semelhante à esfoliação; comparado com a série 6xxx (Al–Mg–Si), a resistência à corrosão é comparável, mas vantagens no processamento e conformabilidade podem favorecer 3A18 para formas complexas.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

O comportamento de soldagem do 3A18 é favorável com processos convencionais TIG (GTAW) e MIG (GMAW); poços de solda fluem bem e a porosidade é gerenciável com limpeza adequada. Ligas de enchimento recomendadas incluem variantes Al–Mn e metais comuns comercialmente disponíveis como 4043 (Al–Si) ou 5356 (Al–Mg), dependendo da resistência à corrosão pós-soldagem desejada e compatibilidade mecânica; 5356 oferece maior resistência mas pode reduzir modestamente a resistência à corrosão em alguns ambientes.

O risco de trinca a quente é baixo em relação a certas ligas das séries 2xxx ou 7xxx devido à química da liga e características de solidificação, mas bom projeto de junta e ajuste são ainda necessários para minimizar concentradores de tensão. A zona afetada pelo calor sofrerá algum amolecimento apenas na medida em que temperas encruadas sejam localmente recozidas; porque o endurecimento não é por precipitação, o restabelecimento da resistência pós-soldagem via tratamento térmico não é aplicável.

Usinabilidade

Como uma liga Al–Mn relativamente dúctil, 3A18 apresenta usinabilidade razoável, mas não é um grau de "usinagem livre"; controle de cavaco e vida útil da ferramenta beneficiam-se de ferramentas afiadas e avanços adequados. Ferramentas de carboneto ou aço rápido revestido com altos ângulos positivos de corte e boa aplicação de fluido refrigerante produzem melhor acabamento superficial; velocidades devem ser moderadas para evitar acumulação de cavaco típica da usinagem de alumínio.

O encruamento na interface da ferramenta pode ocorrer se alimentação ou evacuação de cavaco forem insuficientes, portanto a ferramenta e fixação devem minimizar atrito e permitir saída contínua do cavaco. Para usinagem em produção, o uso de batentes, quebra-cavacos em formato de escova e inspeção periódica da ferramenta melhora a estabilidade do ciclo.

Conformabilidade

A conformabilidade é excelente na condição recozida, permitindo estampagem profunda, estampagem complexa e conformação por estiramento com raios apertados; o raio mínimo interno recomendado típico na tempera O é 1–2× a espessura para curvas suaves e 2–3× a espessura para dobras apertadas, dependendo da ferramenta e acabamento superficial. Temperas H encruadas têm alongamento drasticamente reduzido; a conformação deve ser feita antes do endurecimento ou compensada com raios maiores e dobras incrementais.

Retorno elástico (springback) é maior em temperas H e em seções mais espessas; compensação de matriz e estratégias de conformação incremental são comumente usadas para atender tolerâncias dimensionais. Para peças desenhadas ou em relevo, a lubrificação e seleção de tratamento superficial influenciam significativamente a vida da ferramenta, os atritos e a aparência final da superfície.

Comportamento ao Tratamento Térmico

3A18 é classificada como liga não temperável em que propriedades mecânicas são ajustadas principalmente por trabalho a frio e recozimento em vez de tratamento de solubilização e envelhecimento por precipitação. Ciclos convencionais solução + envelhecimento típicos para ligas 6xxx ou 7xxx são ineficazes aqui porque o principal elemento de liga (Mn) não forma precipitados metastáveis endurecedores que respondam ao envelhecimento artificial.

O recozimento é realizado por aquecimento na faixa aproximada de 300–415 °C (dependendo da espessura da seção e prática da usina) para restaurar ductilidade, recristalizar a microestrutura e reduzir tensões internas introduzidas pelo trabalho a frio. O resfriamento controlado após o recozimento é usado para evitar distorções; o recozimento completo reduz a resistência do encruamento para níveis próximos da tempera O.

O encruamento (laminação a frio, estiramento ou estampagem) é a via prática para aumentar limite de escoamento e resistência à tração; recozimentos parciais subsequentes (temperas intermediárias como H24) permitem que fornecedores e fabricantes equilibrem conformabilidade e resistência por meio do processo da tempera da estrutura encruada.

Desempenho em Alta Temperatura

Como a maioria das ligas Al–Mn, 3A18 apresenta perda progressiva de resistência mecânica em temperaturas elevadas; acima de aproximadamente 150 °C a 200 °C ocorrem reduções significativas no limite de escoamento e resistência à tração, limitando o uso estrutural em aplicações de alta temperatura. A resistência à fluência em temperaturas elevadas sustentadas é limitada; para aplicações expostas a forno ou altas temperaturas ambiente, engenheiros devem selecionar ligas projetadas especificamente para serviço em alta temperatura.

A oxidação é limitada a uma fina camada protetora de alumina que se forma rapidamente e retarda ataque adicional; não ocorre formação significativa de escamas como em aços, mas exposição prolongada a altas temperaturas pode afetar aparência superficial e integridade mecânica. A zona afetada pelo calor em montagens soldadas pode apresentar amolecimento localizado se temperaturas de serviço se aproximarem das usadas no recozimento, portanto projetistas devem considerar casos combinados de carga térmica e mecânica.

Para exposições intermitentes ou aplicações até cerca de 100–120 °C, 3A18 mantém grande parte de sua ductilidade e resistência à temperatura ambiente, tornando-a adequada para componentes de compartimento de motor, invólucros e carcaças onde excursões de temperatura são moderadas e transitórias.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o 3A18 é usado
Automotiva	Painéis internos; acabamentos decorativos	Boa conformabilidade e resistência melhorada em relação ao alumínio puro para peças estampadas
Marítima	Fixações de convés não estruturais; painéis de proteção	Resistência à corrosão em ambientes úmidos e com respingos
Aeroespacial	Fixadores secundários; suportes	Boa relação resistência-peso e facilidade de fabricação para ferragens não críticas
Eletrodomésticos	Painéis de refrigeradores; tambores de secadoras	Excelente potencial de acabamento superficial e conformabilidade para invólucros estampados
Eletrônica	Invólucros e dissipadores de calor de média duty	Condutividade térmica e resistência à corrosão equilibram as necessidades de fabricação

O 3A18 é geralmente escolhido quando se requer uma combinação de boa conformabilidade, resistência estrutural satisfatória e forte resistência à corrosão em uma liga econômica. É especialmente adequado para componentes estampados e repuxados que demandam boa aparência superficial e desempenho de exposição prolongada, sem os custos e complexidade de processamento das ligas tratáveis termicamente de alta resistência.

Considerações para Seleção

Ao escolher o 3A18, priorize aplicações que precisam de um meio termo entre o alumínio comercialmente puro e ligas tratáveis termicamente de maior resistência: ele apresenta resistência ao escoamento e à tração significativamente superior ao 1100 enquanto mantém conformabilidade e resistência à corrosão muito melhores do que muitas ligas de alta resistência. Use o 3A18 quando a complexidade de conformação, acabamento superficial e a exposição atmosférica prolongada forem mais importantes do que a máxima resistência alcançável.

Comparado com o 1100 (alumínio comercialmente puro): o 3A18 troca alguma condutividade elétrica/térmica e ligeira redução da nobreza contra corrosão por resistência material muito maior e menor retorno elástico (springback), tornando-o uma escolha melhor para componentes estruturais estampados. Comparado com ligas encruadas como 3003 ou 5052: o 3A18 normalmente oferece resistência básica mais alta enquanto mantém resistência à corrosão semelhante; o 5052 oferece resistência superior em ambientes marítimos, porém com considerações diferentes para conformação e união. Comparado com ligas tratáveis termicamente comuns como 6061 ou 6063: escolha o 3A18 quando operações complexas de conformação forem necessárias ou quando custo e resistência à corrosão forem mais importantes que os níveis máximos de resistência à tração/limite de escoamento proporcionados pelo endurecimento por precipitação.

Resumo Final

O 3A18 ocupa uma posição pragmática no portfólio de ligas de alumínio, entregando resistência mecânica superior ao alumínio puro enquanto preserva a conformabilidade e o desempenho à corrosão fundamentais para muitas aplicações industriais. Sua natureza não tratável termicamente simplifica os processos de fabricação e o torna uma escolha custo-efetiva para componentes estampados, repuxados e soldados onde resistência moderada, bom comportamento à fadiga e desempenho confiável em ambientes externos de longo prazo são necessários.