Alumínio 7010: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

7010 é uma liga de alumínio de alta resistência da série 7xxx, caracterizada principalmente como um sistema Al-Zn-Mg-Cu. Pertence à família de ligas de alumínio tratáveis termicamente, onde o endurecimento por precipitação (envelhecimento) produz o principal fortalecimento, suplementado por processamento termo-mecânico apropriado para chapas e componentes de seção espessa.

Os principais elementos de liga são o zinco (o principal contribuidor de resistência), magnésio (forma precipitados endurecedores com Zn) e cobre (aumenta a resistência e dureza, mas pode afetar a suscetibilidade à corrosão). Pequenas adições de cromo, zircônio ou titânio são frequentemente incluídas para controlar a estrutura do grão, recristalização e tenacidade em seções grossas destinadas ao uso estrutural aeroespacial.

As principais características do 7010 incluem resistência estática muito alta e boa tenacidade à fratura para uma liga da série 7xxx em chapa, resistência moderada a limitada à corrosão geral sem revestimento, e soldabilidade por fusão ruim em têmperas de pico. A conformabilidade é limitada em condições de envelhecimento máximo, mas razoável em têmperas solubilizadas e sobrematuradas; a usinabilidade é geralmente boa comparada a outras ligas de alumínio de alta resistência.

Os setores típicos que usam o 7010 são estruturas primárias e secundárias aeroespaciais, componentes de defesa, peças estruturais automotivas de alto desempenho e motorsport, além de aplicações industriais especializadas onde relação resistência-peso alta e tolerância a danos são imperativas. Engenheiros escolhem o 7010 sobre ligas similares quando o projeto exige retenção de resistência em seções grossas, resistência aprimorada à trinca por corrosão sob tensão comparada a algumas variantes do 7075, e tenacidade à fratura superior para peças estruturais críticas.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta	Excelente	Excelente	Recozida completamente, máxima ductilidade para conformação e usinagem
T4	Moderada (solubilizada)	Moderado-Alto	Boa	Ruim a razoável	Solubilizada e envelhecida naturalmente, pronta para trabalho a frio
T6	Alta	Baixo-Moderado	Limitada	Ruim	Envelhecimento artificial de pico para máxima resistência
T651	Alta (alívio de tensões)	Baixo-Moderado	Limitada	Ruim	T6 com alívio de tensões por estiramento para reduzir residuais
T7x (T73/T76)	Moderado-Alto (sobrematurada)	Moderado	Melhorada vs T6	Ruim	Sobreamaciamento para melhorar resistência a corrosão sob tensão e tenacidade
Hxx (ex.: H111/H112)	Variável	Variável	Variável	Variável	Variantes encruadas usadas para fluxos específicos de conformação

A têmpera altera significativamente o desempenho do 7010 ao modificar o tamanho, a distribuição e a coerência dos precipitados Zn-Mg-Cu. As têmperas de envelhecimento de pico (T6, T651) maximizam resistência à tração e limite de escoamento à custa da ductilidade, tenacidade em algumas geometria e resistência à corrosão sob tensão.

As têmperas sobremaduradas (T7x) intencionalmente coarsam os precipitados para trocar uma pequena perda de resistência máxima por resistência significativamente melhor à corrosão sob tensão e comportamento aprimorado de crescimento de trinca em seções grossas. Condições recozidas ou solubilizadas são usadas para conformação e fabricação antes do envelhecimento final.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤ 0,40	Impureza típica; controlada para reduzir intermetálicos Fe-Si
Fe	≤ 0,50	Impureza que forma intermetálicos duros afetando tenacidade
Cu	0,80–2,00	Aumenta resistência e dureza; eleva sensibilidade a corrosão sob tensão
Mn	≤ 0,05	Mínimo em 7010; valores maiores não típicos
Mg	1,8–2,8	Parceiro chave com Zn para precipitados endurecedores
Zn	5,6–6,8	Elemento principal de endurecimento na série 7xxx
Cr	0,04–0,35	Microligagem para controlar estrutura do grão e recristalização
Ti	≤ 0,15	Refinador de grão em processamento fundido ou forjado
Outros (Zr, V, Al)	Balance / traço	Zr pode ser adicionado para controle de dispersoides; Al balanceamento

A combinação Zn–Mg–Cu estabelece a sequência de precipitação responsável pela alta resistência do 7010, onde as fases η' e η (do tipo MgZn2) promovem endurecimento durante o envelhecimento artificial. O cobre eleva a resistência máxima e dureza, mas aumenta a suscetibilidade à corrosão localizada e corrosão sob tensão, a menos que mitigada por estratégias de têmpera e microligas (Cr, Zr) que refinam a estrutura do grão e estabilizam a matriz.

Propriedades Mecânicas

O 7010 exibe resistência à tração e limite de escoamento muito altos nas têmperas de envelhecimento de pico, combinados com boa tenacidade à fratura em relação a outras ligas 7xxx projetadas para secções espessas. O limite de escoamento costuma ser uma fração alta da resistência máxima, produzindo margens de tensão apertadas para o projeto, porém exigindo avaliação cuidadosa de entalhes e fraturas para estruturas tolerantes a danos.

O alongamento depende da têmpera e da espessura, com material recozido e solubilizado mostrando ductilidade maior que o material T6/T651, que apresenta alongamento reduzido e requer raios maiores de dobra. A dureza correlaciona-se fortemente com a condição de envelhecimento; seções de pico atingem faixas típicas Vickers/BHN adequadas para acoplamentos de alta carga, enquanto têmperas sobremaduradas reduzem dureza para melhorar a resistência à corrosão sob tensão.

O desempenho à fadiga do 7010 é favorável comparado a muitas ligas de alumínio de alta resistência, desde que acabamento superficial, tensões residuais e corrosão sejam controlados. Os efeitos da espessura são significativos devido à sensibilidade à têmpera e distribuição dos precipitados na linha central; chapas mais grossas requerem têmpera otimizada e processamento termo-mecânico para aproximar as propriedades das chapas finas.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera Chave (ex.: T6 / T651)	Observações
Resistência à Tração	~250–320 MPa	~540–610 MPa	Faixas T6/T651 dependem da forma do produto e espessura
Limite de Escoamento	~120–200 MPa	~480–560 MPa	Relação escoamento/tração varia; projeto cuidadoso para margens plásticas
Alongamento	~12–20%	~6–12%	Maior em chapas finas e estado recozido
Dureza	~60–90 HB	~150–185 HB	Dureza aumenta com envelhecimento; sobrematuração reduz valores

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,78–2,82 g/cm³	Densidade típica de liga de alumínio; boa relação resistência-peso
Faixa de Fusão	~475–635 °C	Faixa solidus-liquido depende da composição
Condutividade Térmica	~110–140 W/m·K	Inferior ao Al puro devido às ligas; adequada para alguns usos como dissipador térmico
Condutividade Elétrica	~30–40 %IACS	Reduzida comparada às séries 1xxx/3xxx devido à liga
Calor Específico	~880–910 J/kg·K	Comparável a outras ligas de alumínio
Coeficiente de Dilatação Térmica	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Faixa típica do alumínio; é necessário projeto contra incompatibilidade térmica

As propriedades físicas do 7010 refletem sua liga orientada para resistência ao invés de condutividade, portanto condutividades elétricas e térmicas são reduzidas comparadas a graus de pureza comercial. A vantagem de densidade em relação aos aços combinada a altas propriedades à tração torna o 7010 atraente quando a redução de massa é crítica.

Tratamentos térmicos e envelhecimento afetam ligeiramente condutividade térmica e dilatação, mas a estabilidade dimensional é gerenciada principalmente pela têmpera (T651 vs T6) e pela minimização de tensões residuais através de resfriamento controlado e operações de alívio de tensões.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Revenimentos Comuns	Observações
Chapa	0,5–6 mm	Alta em calibres finos quando devidamente envelhecida	T6, T651, T73	Usada para estruturas secundárias; formabilidade limitada em revenimentos de pico
Placa	6–200+ mm	Resistência dependente da espessura; processada para propriedades através da espessura	T6, T651, T73	Amplamente utilizada em componentes estruturais aeroespaciais
Extrusão	Perfis até grandes seções transversais	Resistência moderada; limitada em relação à placa para algumas formas	T6, T651	Seções extrudadas possíveis, mas menos comuns para 7010 do que para ligas 6xxx
Tubo	Parede de 1–50+ mm / diversos diâmetros	Comportamento de revenimento semelhante ao das extrusões	T6, T651	Usado em tubos de alto desempenho onde a resistência é crítica
Barra/Haste	Diversos diâmetros	Boa usinabilidade e alta resistência em revenimentos de pico	T6, T651	Usado para conexões, fixadores e componentes atuadores

A produção de placa 7010 envolve programas específicos de laminação e têmpera, frequentemente com microaliação para evitar amolecimento no centro da peça causado pela têmpera. O processamento de chapas e extrusões requer controle rigoroso do tratamento por solubilização e envelhecimento para equilibrar formabilidade e propriedades finais.

Em serviço, os projetistas escolhem a forma do produto com base na espessura da seção e caminho de carga; placas espessas são normalmente sobreenvelhecidas ou aliviadas de tensões para evitar trinca por corrosão sob tensão (SCC) e garantir propriedades mais uniformes através da espessura, enquanto chapas mais finas podem ser utilizadas em revenimentos de maior resistência com ductilidade aceitável.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	7010	USA	Designação da Aluminum Association comumente usada em especificações aeroespaciais
EN AW	7010	Europa	Designação europeia para laminados; composição e revenimentos alinhados, mas limites de especificação podem variar
JIS	A7070 (aprox.)	Japão	Química próxima e espaço de aplicação; números específicos JIS podem variar conforme a forma do produto
GB/T	7010 (aprox.)	China	Normas nacionais espelham composições AA, mas processamento e nomenclatura de revenimentos podem diferir

Tabelas de graus equivalentes são indicativas; a especificação exata, designação de revenimento e tolerâncias permitidas variam entre normas e tipos de produto. Usuários devem consultar a norma específica (AA/AMS/EN/JIS/GB) e a especificação do produto para critérios de aceitação, especialmente em compras aeroespaciais, onde rastreabilidade e histórico de processamento são obrigatórios.

Diferenças sutis surgem nos limites de impurezas, elementos residuais permitidos e testes mecânicos mandatórios. Essas variações podem alterar as propriedades fundamentais, particularmente em placas de seção espessa, onde o comportamento da têmpera e envelhecimento é mais sensível à composição e história termomecânica.

Resistência à Corrosão

O 7010 oferece resistência moderada à corrosão atmosférica geral típica das ligas 7xxx de alta resistência, porém é mais suscetível à corrosão localizada e a pites em ambientes agressivos do que muitas ligas 5xxx ou 6xxx. Sem revestimento protetor, tratamentos superficiais ou revenimentos sobreenvelhecidos adequados, exposições a atmosferas marítimas aceleram as taxas de corrosão, especialmente em superfícies sob tensão ou usinadas.

A trinca por corrosão sob tensão (SCC) é uma preocupação principal para o 7010 em condições de envelhecimento de pico devido a altos esforços residuais de tração e à natureza dos precipitados de endurecimento. Overaging (T7x) e microaliação (Cr, Zr) são estratégias comuns para mitigar SCC, ao promover o crescimento ou redistribuição dos precipitados e reduzir gradientes eletroquímicos.

Interações galvânicas devem ser consideradas ao unir 7010 a materiais nobres como aço inoxidável ou titânio, especialmente na presença de eletrólito. Revestimentos com alumínio puro ou aplicação de conversão química, anodização ou sistemas de pintura são controles padrão de engenharia para melhorar o desempenho a longo prazo em aplicações marítimas e costeiras.

Comparado às ligas 6xxx, o 7010 troca resistência à corrosão por maior resistência mecânica; comparado ao 7075, placas 7010 bem processadas podem oferecer resistência semelhante com melhorias na resistência à SCC devido a químicas e processamento termomecânico adaptados para desempenho em seções espessas.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem convencional reduz a resistência do 7010 devido ao amolecimento da zona termicamente afetada (ZTA) e promove suscetibilidade a trincas a quente em soldas por fusão; por isso, soldagem por fusão (TIG/MIG) é geralmente desencorajada para aplicações estruturais em revenimentos de pico. A soldagem por fricção-agitação é o método preferido para muitos componentes 7xxx porque evita solidificação por fusão, reduz porosidade e pode manter propriedades mecânicas favoráveis na zona soldada com envelhecimento pós-soldagem adequado.

Metais de aporte e procedimentos de soldagem para 7010 devem ser escolhidos com cautela; aportes dissimilares (ex.: família 2319) podem ser usados para reparos ou juntas não críticas, mas projetistas devem considerar perda local de propriedades mecânicas e aumento da suscetibilidade à corrosão. Tratamento por solubilização e envelhecimento artificial pós-soldagem frequentemente são impraticáveis para grandes conjuntos, mantendo o uso de fixadores mecânicos como prática comum.

Usinabilidade

A usinabilidade do 7010 é boa em relação a muitas ligas de alumínio de alta resistência, oferecendo formação de cavacos previsível e bons acabamentos superficiais com ferramentas de carboneto e setups rígidos. Velocidades de corte devem ser otimizadas para vida útil da ferramenta e controle térmico; aço rápido geralmente é insuficiente em altas taxas de remoção.

Alcançar tolerâncias dimensionais aceitáveis em seções espessas requer consideração dos esforços residuais oriundos do tratamento térmico; alívio prévio de tensões e seleção de revenimento para usinagem são práticas comuns. Uso de fluido refrigerante e evacuação adequada dos cavacos são importantes para evitar acúmulo de rebarbas e manter integridade superficial crítica para fadiga.

Formabilidade

A conformação do 7010 em revenimentos de pico é limitada; retorno elástico (springback) é pronunciado e raios mínimos de curvatura são maiores comparados às ligas 5xxx e 6xxx. A conformação é tipicamente realizada em revenimentos O, T4 ou sobreenvelhecidos, seguida de envelhecimento se necessário para restaurar resistência.

Operações de conformação a frio devem respeitar os raios de curvatura recomendados (frequentemente 3–6× a espessura em revenimentos dúcteis) e evitar dobras agudas ou estampagem severa no T6. Para formas complexas, considere projeto para tratamento térmico pós-conformação (solubilização e envelhecimento) ou uso de ligas alternativas com formabilidade superior.

Comportamento ao Tratamento Térmico

O tratamento por solubilização do 7010 é geralmente realizado na faixa de aproximadamente 470–485 °C para dissolver fases solúveis Zn–Mg–Cu na matriz de alumínio antes da têmpera. A têmpera rápida (normalmente em água) é necessária para manter a solução sólida supersaturada; taxas de têmpera e espessuras da seção influenciam significativamente a resposta de envelhecimento subsequente e propriedades no centro da peça.

Os regimes de envelhecimento artificial variam conforme o revenimento alvo: o padrão T6 envolve envelhecimento a cerca de 120–125 °C por tempo suficiente para precipitar fases metastáveis η' que fornecem resistência máxima, enquanto o sobreenvelhecimento T7x usa temperaturas mais altas ou ciclos mais longos para promover precipitados estáveis η que melhoram a resistência à SCC e tenacidade. T651 indica T6 seguido de operação controlada de estiramento para aliviar tensões residuais.

Para ligas não tratáveis termicamente, o principal mecanismo de endurecimento é encruamento, mas como 7010 é tratável termicamente, recozimento e solubilização são as principais ferramentas de fabricação. Engenheiros de projeto e processo devem especificar aquecimento preciso, tempos de imersão, meios de resfriamento e ciclos de envelhecimento para obter as propriedades exigidas, sobretudo para placas espessas onde a sensibilidade à têmpera é um fator limitante.

Desempenho em Alta Temperatura

O 7010 perde resistência substancial com o aumento da temperatura de serviço acima de aproximadamente 100–120 °C devido ao crescimento dos precipitados e redução das fases de endurecimento coerentes. Limites de projeto para serviço contínuo em temperaturas elevadas são conservadores; exposição de curto prazo a temperaturas maiores é possível, mas alterará o estado de envelhecimento e resistência residual.

A resistência à oxidação é típica para ligas de alumínio; forma-se uma camada estável de óxido de alumínio que protege o material maciço contra oxidação rápida. As zonas afetadas pelo calor em peças soldadas ou ciclodas termicamente podem sofrer alterações microestruturais localizadas que reduzem propriedades mecânicas e aumentam suscetibilidade à corrosão, portanto a exposição térmica durante fabricação e serviço deve ser controlada.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o 7010 é Utilizado
Aeronáutica	Fixações de asa e fuselagem, longarinas, estruturas de chapas espessas	Alta relação resistência/peso, boa tenacidade à fratura, desempenho em espessuras variadas
Defesa	Componentes de blindagem, estruturas de mísseis	Alta resistência estática e tolerância a danos
Automotivo / Motorsport	Braços de suspensão de alta tensão, reforços de chassis	Força excepcional para peças críticas em peso
Marinha	Componentes estruturais de alta resistência, armações	Quando envelhecido em excesso ou revestido, oferece melhor resistência à corrosão sob tensão (SCC) que algumas ligas 7xxx
Industrial	Eixos de alta carga, placas para ferramentas	Estabilidade dimensional e usinabilidade nos estados T6/T651

O 7010 é selecionado para componentes onde se valoriza alta resistência estática, desempenho em espessuras maiores e tenacidade à fratura. Peças que requerem soldagem são menos indicadas, a menos que técnicas alternativas de união sejam empregadas; por isso, muitas aplicações favorecem fixação mecânica ou soldagem por fricção (friction stir welding).

Insights para Seleção

O 7010 é uma liga especializada escolhida quando altas resistência e tolerância a danos em seções médias a espessas são prioridades. Para projetistas que precisam da maior resistência possível em elementos estruturais sujeitos a carga, sem soldagem—especialmente na aeronáutica e defesa—o 7010 é frequentemente a primeira opção devido às suas químicas e tratamentos térmicos personalizados.

Comparado ao alumínio comercialmente puro (1100), o 7010 sacrifica condutividade elétrica e térmica e conformabilidade para oferecer resistências à tração e limite de escoamento dramaticamente superiores. Em comparação com ligas endurecidas a frio como 3003 ou 5052, o 7010 proporciona força significativamente maior, porém com menor conformabilidade e maior suscetibilidade à corrosão sob tensão (SCC) nos tratamentos de pico.

Em relação a ligas comuns tratáveis termicamente como 6061 ou 6063, o 7010 normalmente oferece maior resistência máxima e melhor tenacidade à fratura para seções espessas, embora apresentando custo maior do material e menor soldabilidade. Escolha o 7010 quando a relação resistência/peso e a integridade em seções espessas forem mais importantes do que facilidade de soldagem, ampla conformabilidade e máxima resistência à corrosão.

Resumo Final

7010