Alumínio 4028: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

A liga 4028 faz parte da série 4xxx de ligas de alumínio, uma família caracterizada pelo silício como principal elemento de liga. É uma liga microaloyiada rica em silício que também contém quantidades controladas de magnésio e elementos de transição para proporcionar um equilíbrio entre resistência, soldabilidade e conformabilidade.

A liga atinge o fortalecimento por meio de uma combinação de efeitos controlados de solução sólida, dispersóides finos de silício e precipitação limitada de aglomerados Mg-Si; na prática, comporta-se como uma liga semi-tratável termicamente com boa resposta ao tratamento de solubilização e envelhecimento artificial, além de responder bem ao encruamento. Características típicas incluem resistência à tração moderada a alta em estados envelhecidos, boa resistência à corrosão em ambientes atmosféricos, excelente soldabilidade com ligas de enchimento Al-Si e boa conformabilidade no estado recozido.

Indústrias que comumente usam a 4028 incluem componentes estruturais e de acabamento automotivo, acessórios e caixas para aplicações marítimas, eletrodomésticos de consumo e algumas estruturas secundárias aeroespaciais onde é necessário um equilíbrio entre conformabilidade e relação resistência/peso. A liga é selecionada quando os projetistas precisam de maior resistência do que as ligas comercialmente puras, sem comprometer o desempenho na soldagem e extrusão.

A 4028 é frequentemente escolhida em lugar das ligas das séries 1000/3000 quando se requer maior resistência e estabilidade dimensional, e em relação às ligas 6xxx quando se prioriza a soldabilidade aprimorada e o comportamento direcionado de fundição/extrusão do silício. Sua natureza semi-tratável termicamente a torna atraente quando o envelhecimento pós-fabricação é viável, mas picos máximos de resistência não são essenciais.

Variantes de Estado

Estado	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Notas
O	Baixa	Alta (20–30%)	Excelente	Excelente	Recozido total, ductilidade e conformabilidade máximas
H14	Média	Moderado (12–18%)	Boa	Excelente	Endurecimento por deformação em etapa única para rigidez moderada
H24	Média-Alta	Moderado (10–15%)	Regular-Boas	Excelente	Encruado e parcialmente estabilizado, bom controle de revenimento
T4	Média	Moderado (12–18%)	Boa	Excelente	Tratado termicamente por solubilização e envelhecido naturalmente, propriedades equilibradas
T5	Média-Alta	Menor (8–14%)	Regular	Muito Boa	Resfriado a partir de temperatura elevada e envelhecido artificialmente, envelhecimento mais rápido para produção
T6 / T651	Alta	Menor (8–12%)	Regular-Ruim	Muito Boa	Tratado por solução e envelhecido artificialmente para máxima resistência; T651 inclui alívio de tensões

O estado tempera governa diretamente a relação força–ductilidade da 4028 e controla a conformabilidade para operações de estampagem e conformação profunda. O recozimento (estado O) proporciona alongamento máximo e menor limite de escoamento, enquanto T6/T651 alcança a maior resistência utilizável ao custo de reduzir a dobra e aumentar o retorno elástico (springback).

Composição Química

Elemento	Faixa %	Notas
Si	0,9–1,8	Principal elemento de liga; melhora a fluidez, reduz a faixa de fusão e auxilia na soldabilidade
Fe	0,4–1,0	Impureza que forma intermetálicos; controlada para limitar a perda de ductilidade
Mn	0,05–0,50	Modificador da estrutura de grãos e formador de dispersóides para resistência e tenacidade
Mg	0,15–0,60	Permite endurecimento por precipitação limitada (aglomerados Mg-Si) e aumenta a resistência
Cu	0,02–0,30	Níveis baixos para auxiliar a resistência, mantidos limitados para preservar a resistência à corrosão
Zn	0,02–0,25	Adição minoritária, geralmente limitada para evitar suscetibilidade à corrosão sob tensão (SCC)
Cr	0,01–0,10	Controla a estrutura dos grãos e reduz a recristalização durante o processamento
Ti	0,02–0,12	Refinador de grão usado na metalurgia primária para microestrutura fina
Outros	0,05 máx. (cada) / 0,15 total	Inclui traços de elementos como Zr, Sr; mantidos baixos para evitar fases deletérias

A concentração de silício define grande parte do comportamento da 4028: melhora a fundibilidade e a compatibilidade com ligas de enchimento para soldagem, ao mesmo tempo que reduz a faixa de solidificação. Magnésio e manganês atuam sinergicamente para permitir endurecimento por envelhecimento modesto e refinar a microestrutura após o processamento, enquanto ferro e outras impurezas precisam de controle rigoroso para evitar intermetálicos grosseiros que reduzem a ductilidade e a vida em fadiga.

Propriedades Mecânicas

Em comportamento à tração, a 4028 apresenta diferença marcante entre os estados recozido e envelhecidos. O estado recozido (O) apresenta baixa resistência à tração e limite de escoamento, mas elevado alongamento, facilitando operações de conformação profunda e formas complexas; estados envelhecidos (T5/T6) produzem menor diferença entre limite de escoamento e resistência máxima e maior resistência final, adequados para componentes estruturais.

O limite de escoamento aumenta substancialmente com o tratamento de solubilização e envelhecimento artificial, alcançando tipicamente 60–70% da resistência à tração máxima em condições similares ao T6. O desempenho em fadiga é influenciado pela condição superficial e pelo encruamento; peças polidas e jateadas apresentam limites de resistência à fadiga melhores, enquanto intermetálicos grosseiros por alto teor de Fe podem atuar como locais de iniciação de trincas.

A dureza correlaciona-se com o estado tempera; peças recozidas são macias e facilmente usináveis, enquanto superfícies T6 alcançam valores mais elevados em Brinell ou Vickers, consistentes com maior densidade de discordâncias e endurecimento por precipitação. A espessura afeta tanto a resposta ao endurecimento quanto as taxas de têmpera durante o tratamento de solubilização, por isso peças com vários milímetros requerem ciclos térmicos controlados para obter propriedades uniformes.

Propriedade	O/Recozida	Estado Chave (T6/T651)	Notas
Resistência à Tração	95–140 MPa	210–270 MPa	Valores T6 dependem da espessura da seção e curva de envelhecimento
Limite de Escoamento	35–60 MPa	140–200 MPa	Limite de escoamento aumenta fortemente com envelhecimento artificial
Alongamento	20–30%	8–12%	Alongamento diminui conforme aumenta a resistência
Dureza (HB)	25–40 HB	60–90 HB	Dureza acompanha resistência e afeta a usinabilidade

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Notas
Densidade	2,70–2,73 g/cm³	Típico para ligas de alumínio, boa relação resistência/peso
Faixa de Fusão	~570–640 °C	A liga baixa e alarga o intervalo de fusão em relação ao Al puro
Condutividade Térmica	120–150 W/m·K	Inferior ao alumínio puro; silício e elementos de liga reduzem moderadamente
Condutividade Elétrica	~28–42 % IACS	Depende do estado tempera e da liga; inferior a alumínio puro e ligas 1xxx
Calor Específico	~900 J/kg·K	Calor específico típico do alumínio, útil para gerenciamento térmico
Coeficiente de Expansão Térmica	22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Comparável a outras ligas de alumínio; importante para o projeto de junções com metais diferentes

As propriedades físicas da 4028 a tornam uma escolha favorável para componentes que requerem gerenciamento térmico e construção leve. A condutividade térmica da liga é suficiente para aplicações tipo dissipador de calor, enquanto sua condutividade elétrica é reduzida em relação ao Al puro, de modo que seu uso é raro quando se exige máxima condutividade.

A expansão térmica e a faixa de fusão devem ser consideradas em conjuntos soldados e em processos com altas temperaturas. Permissões de projeto para expansões diferenciais e controle preciso das taxas de aquecimento/resfriamento durante tratamento térmico são necessárias para evitar distorções.

Formas de Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Estados Comuns	Notas
Chapa	0,2–6,0 mm	Uniforme via laminação; boa conformabilidade em O/T4	O, H14, T4, T5	Amplamente usada para peças estampadas e caixas
Placa	6–50 mm	Menor eficiência de têmpera; requer ciclos mais longos de tratamento de solubilização	O, T4, T6 (limitado)	Seções pesadas necessitam envelhecimento especial para atingir propriedades desejadas
Extrusão	Perfis até 200 mm	Boa resistência e estabilidade dimensional após envelhecimento	O, T5, T6	O silício ajuda a fluidez na extrusão e acabamento superficial
Tubo	Parede 0,5–10 mm	Comportamento similar à chapa; dobra e hidroconformação no estado recozido	O, H24, T6	Comum para componentes de chassi e conduíte
Barra/Fio	Ø3–100 mm	Boa usinabilidade em O; barras envelhecidas usadas para conexões	O, T6	Estiradas e retificadas para peças de precisão

Chapas e extrusões se beneficiam do equilíbrio entre fluidez e resistência da liga; peças finas podem ser tratadas termicamente por solubilização e rapidamente temperadas para melhor resposta ao envelhecimento. Placas espessas requerem ciclos mais longos de tratamento de solubilização e têmpera controlada para evitar maciez na linha central e propriedades desiguais.

Perfis extrudados utilizam silício para reduzir o desgaste da matriz e melhorar o acabamento superficial, enquanto tubos e barras são frequentemente fornecidos em condições recozidas para conformação ou em tratamentos de envelhecimento para componentes mecânicos. A seleção da rota de processamento afeta a microestrutura final e deve estar alinhada à geometria do componente e ao conjunto de propriedades requeridas.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Notas
AA	4028	EUA	Designação industrial para variante microalióada 4xxx forjada
EN AW	AlSi1MgMn	Europa	Base química aproximadamente equivalente; códigos regionais de tratamento térmico aplicam-se
JIS	A4028 (aprox.)	Japão	Designações locais variam; ciclos de tratamento térmico adaptados regionalmente
GB/T	4028	China	Frequentemente produzido com químicas similares, porém com tolerâncias locais de fabricação

As normas regionais podem utilizar convenções de numeração de ligas e tolerâncias diferentes, portanto a substituição direta requer verificação dos intervalos químicos exatos e das garantias de propriedades mecânicas. Pequenas diferenças em limites de impurezas, práticas de refino de grão e elementos traço permitidos podem afetar a vida à fadiga e a soldabilidade, assim a referência cruzada técnica deve incluir folhas de especificação e dados de ensaio.

Resistência à Corrosão

Em ambientes atmosféricos, o 4028 apresenta boa resistência geral à corrosão, beneficiando-se do silício e do baixo teor de cobre que reduzem o potencial galvânico frente a ambientes ricos em cloretos. Óxidos protetores formam-se facilmente e a liga resiste ao afinamento uniforme sob condições típicas de exposição externa.

Ambientes marinhos introduzem riscos de corrosão por piteamento e frestas, principalmente em zonas de estagnação ou onde cloretos se concentram. A liga é mais resistente do que ligas à base de Cu, mas requer tratamentos superficiais ou revestimentos sacrificial para serviço de imersão prolongada ou zona de respingos.

A suscetibilidade a trincas por corrosão sob tensão é baixa comparada a ligas de alta resistência das séries 2xxx ou 7xxx, devido a tensões residuais modestas e conteúdo limitado de cobre e zinco. Entretanto, conjuntos soldados com tensões residuais trativas e heterogeneidade metalúrgica devem ser projetados e processados cuidadosamente para minimizar o risco de SCC.

Interações galvânicas devem ser consideradas quando o 4028 é acoplado a metais mais nobres, como aço inoxidável ou cobre; isolamentos ou ânodos sacrificiais podem mitigar corrosão acelerada. Comparado a ligas da série 5xxx (ricas em Mg), o 4028 geralmente oferece melhor soldabilidade e resistência atmosférica semelhante, podendo ser ligeiramente mais suscetível a piteamento localizado por cloretos.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

O 4028 possui excelente soldabilidade com processos de fusão padrão como TIG e MIG, e é facilmente unível com ligas de enchimento Al-Si (ex.: ER4043 ou ER4047). A tendência a trincas a quente é baixa, pois o silício reduz a faixa de solidificação, porém seleção inadequada do enchimento ou projeto de junta pobre ainda podem causar porosidade e amolecimento da zona termicamente afetada (ZTA). O aporte térmico deve ser gerenciado para limitar o sobreenvelhecimento da ZTA ou perda das propriedades mecânicas adjacentes à solda.

Usinabilidade

A liga apresenta usinabilidade moderada a boa na condição recozida, com desempenho melhorado quando pequenas quantidades de aditivos para usinabilidade sem chumbo estão presentes em algumas variantes comerciais. Ferramentas de carboneto com ângulo positivo de corte e refrigeração adequada proporcionam controle consistente de cavacos e bom acabamento superficial. Velocidades de corte recomendadas são moderadas; avanços maiores reduzem o bordo construído, mas podem aumentar a rugosidade superficial se não otimizados.

Conformabilidade

A conformabilidade é excelente no tratamento O, permitindo estampagem complexa, repuxo profundo e hidroformagem com raios apertados. À medida que a resistência aumenta com os tratamentos H e T, os raios mínimos de dobra e o "springback" aumentam; peças T6 normalmente requerem abas maiores e folgas para raios. Para conformação incremental, podem ser usados pré-envelhecimento no T4 seguido de envelhecimento final para equilibrar conformabilidade e propriedades finais.

Comportamento ao Tratamento Térmico

4028 é semi-tratável termicamente: tratamento de solução controlado seguido de resfriamento rápido e envelhecimento artificial gera aumento significativo de resistência. O tratamento de solução é tipicamente realizado entre 510–540 °C dependendo da espessura da seção para dissolver fases solúveis, seguido de têmpera em água para manter a solução sólida supersaturada.

O envelhecimento artificial é comumente realizado a 160–190 °C por 4–10 horas para precipitação de finos agrupamentos Mg-Si e dispersoides de Si; as curvas de envelhecimento são sensíveis à seção, e o sobreenvelhecimento reduz a resistência e melhora a ductilidade. T5 (resfriado de temperatura elevada e envelhecido artificialmente) é uma opção favorável para produção quando o tratamento completo de solução não é prático.

Para têmpera e recozimento em oficina, o tratamento O é obtido ao aquecer a ~370–400 °C para alívio de tensões ou amolecimento, seguido de resfriamento controlado em forno. A deformação plástica por trabalho permanece método eficaz para reforço onde tratamento térmico não está disponível, particularmente em tratamentos série H.

Desempenho em Alta Temperatura

A resistência operacional começa a declinar acima de aproximadamente 120–150 °C, à medida que a estabilidade dos precipitados diminui e as interações de discordâncias com precipitados enfraquecem. Para serviço contínuo, os projetistas limitam tipicamente o 4028 a abaixo de 150 °C para manter uma fração substancial da resistência ambiente.

A resistência à oxidação é similar a outras ligas de alumínio; escalas de óxido protetoras formam-se rapidamente e limitam a degradação em altas temperaturas sob atmosferas não agressivas. Exposições prolongadas acima de 200 °C aceleram o engrossamento das fases de reforço e podem causar amolecimento permanente e alterações dimensionais, especialmente em seções finas onde a fluência pode se tornar significativa.

As ZTA das soldas são particularmente suscetíveis à perda de resistência quando expostas a temperaturas elevadas pós-soldagem; envelhecimento pós-solda ou tratamento de solução mais envelhecimento podem ser especificados para recuperar propriedades dependendo dos requisitos do projeto.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que Usar 4028
Automotiva	Painéis internos da carroceria, suportes de montagem	Boa conformabilidade no O e maior resistência nos tratamentos T5/T6 para estruturas unidas
Marinha	Suportes, caixas, acabamentos	Resistência razoável a cloretos e excelente soldabilidade com ligas de enchimento Al-Si
Aeroespacial	Elementos secundários, dutos	Relação resistência-peso favorável e boa extrudabilidade para perfis complexos
Eletrônica	Dispositivos dissipadores de calor, invólucros	Condutividade térmica suficiente e estabilidade dimensional após envelhecimento

O 4028 é frequentemente especificado onde a manufaturabilidade e soldabilidade se cruzam com a necessidade de desempenho mecânico superior ao que as ligas forjadas comerciais mais brandas podem fornecer. Suas propriedades equilibradas permitem uso em diversos setores de transporte e indústria onde resistências moderadas, bom comportamento contra corrosão e facilidade de fabricação são simultaneamente requeridos.

Considerações para Seleção

Escolha o 4028 quando o projeto exigir maior resistência que o alumínio comercialmente puro (1100), mantendo considerável conformabilidade e soldabilidade superior. Em comparação ao 1100, o 4028 sacrifica parte da condutividade elétrica e térmica, mas ganha resistência à tração e limite de escoamento substanciais.

Em relação às ligas endurecidas por trabalho comuns, como 3003 ou 5052, o 4028 proporciona maior resistência em condições envelhecidas e resistência à corrosão atmosférica comparável, embora possa ser ligeiramente menos tolerante a danos em ambientes muito agressivos com cloretos. Comparado a ligas típicas tratáveis termicamente como 6061/6063, o 4028 oferece melhor soldabilidade e comportamento de extrusão/formação influenciado pelo silício, em troca de menor resistência máxima alcançável.

Para aquisições, priorize o 4028 quando os fluxos de fabricação incluírem soldagem por fusão com ligas de enchimento Al-Si, quando a qualidade superficial da extrusão for fundamental, ou quando uma liga semi-tratável termicamente simplificar a produção sem exigir ciclos de tratamento térmico de alta resistência.

Resumo Final

A liga 4028 ocupa um nicho prático entre as ligas de alumínio ao combinar manufatura assistida por silício com adições controladas de magnésio para produzir um material semi-tratável termicamente que equilibra conformabilidade, soldabilidade, resistência à corrosão e resistência moderada a alta. Permanece relevante onde os projetistas requerem confiabilidade na manufatura e desempenho em serviço sem o custo ou preocupações com SCC associadas a ligas de alta resistência, ricas em cobre ou zinco.