Alumínio 7020: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

7020 é uma liga de alumínio da série 7xxx (família Al-Zn-Mg) projetada para alta resistência com foco em melhor tenacidade e desempenho contra corrosão sob tensão em comparação com ligas tradicionais da série 7xxx. Sua composição nominal é centrada no zinco como o principal elemento de endurecimento, com magnésio como elemento secundário e baixos níveis de cobre e cromo para controlar a estrutura de grãos e a recristalização.

A liga é tratável termicamente e ganha resistência principalmente por meio do tratamento de solução, têmpera e envelhecimento artificial (endurecimento por precipitação das fases Zn-Mg), embora o trabalho a frio tenha efeito limitado em comparação com as séries não tratáveis termicamente. Características principais incluem alta resistência específica, resistência razoavelmente boa à fadiga para ligas de alumínio de alta resistência, resistência moderada à corrosão (melhorada em relação às ligas 7xxx com alto teor de Cu), conformabilidade limitada em temperatura ambiente nos acondicionamentos de pico, e soldabilidade cuidadosa devido ao amolecimento da zona afetada pelo calor (HAZ).

7020 é comumente usado em conexões aeroespaciais, componentes estruturais, aplicações no transporte e marítimas onde se requer uma combinação de resistência elevada, boa tenacidade à fratura e resistência razoável à corrosão. Engenheiros escolhem 7020 quando é necessária uma maior relação resistência-peso e melhor resistência à corrosão sob tensão em comparação com ligas convencionais da série 6xxx, ou quando se exige resistência da série 7xxx, mas a susceptibilidade à corrosão e menor tenacidade à fratura do 7075 são inaceitáveis.

7020 é escolhido em relação a outras ligas quando os projetistas precisam de um equilíbrio entre alta resistência estática e à fadiga com resistência aprimorada à trinca de corrosão sob tensão e melhor estabilidade ao envelhecimento. Compete com 6061 e 7075 em muitos nichos estruturais, sendo frequentemente preferido onde soldabilidade ou maior ductilidade em certos tratamentos térmicos é uma consideração. A disponibilidade em formas de extrusão, chapa e folha, além de cronogramas de tratamento térmico bem estabelecidos, tornam o 7020 atraente para peças de produção com desempenho mecânico previsível.

Variantes de Tratamento Térmico

Tratamento	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Recozido completo, máxima ductilidade para conformação
T4	Moderado (envelhecido naturalmente)	Moderado-Alto	Bom	Bom	Tratado em solução e envelhecido naturalmente; boa conformabilidade para resistência moderada
T6	Alto	Moderado	Regular-Pobre	Limitada	Tratado em solução + envelhecimento artificial; resistência máxima para carregamento estático
T651	Alto (alívio de tensões)	Moderado	Regular-Pobre	Limitada	T6 com estiramento controlado para redução de tensões residuais
H14	Moderado-Alto	Baixo-Moderado	Limitada	Bom	Endurecido por trabalho a frio parcial; resistência intermediária sem tratamento térmico
T5	Moderado-Alto	Moderado	Limitada	Limitada	Resfriado de temperatura elevada e envelhecido artificialmente; usado para extrusões

O tratamento térmico controla significativamente o equilíbrio entre resistência e ductilidade no 7020. Condições recozidas (O) ou T4 oferecem a melhor conformabilidade para estampagem ou conformação profunda, enquanto T6/T651 fornecem a maior resistência estática, porém com redução na flexibilidade para dobra e requerem cuidado para evitar efeito mola e fissuras.

Tratamentos tratáveis termicamente apresentam amolecimento pronunciado da zona afetada pelo calor (HAZ) em juntas soldadas; projetistas frequentemente selecionam T651 para peças estruturais críticas para gerenciar tensões residuais e estabilidade. Tratamentos intermediários H e T5 são usados quando o trabalho a frio parcial ou envelhecimento online de extrusões fornecem resistência suficiente mantendo a conformação ou operações de união viáveis.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤ 0,12	Impureza; limita defeitos de fundição e reduz efeito na resistência
Fe	≤ 0,50	Impureza; níveis elevados reduzem tenacidade e usinabilidade
Mn	0,03 – 0,20	Microligante para controle da estrutura de grãos e recristalização
Mg	1,0 – 1,8	Parceiro principal de endurecimento com Zn (precipitados MgZn2)
Cu	≤ 0,10 – 0,25	Baixo a moderado; reduz risco de corrosão sob tensão em relação às ligas 7xxx com alto teor de Cu
Zn	3,8 – 4,8	Elemento principal de endurecimento; controla endurecimento por precipitação
Cr	0,04 – 0,20	Refinador de grãos; melhora tenacidade e controla recristalização
Ti	≤ 0,05	Nucleante de grãos finos no processamento de lingotes
Outros (cada)	≤ 0,05	Inclui traços de V, Zr; restante Al

As adições de liga ajustam o comportamento mecânico e a corrosão do 7020: Zn e Mg formam precipitados coerentes e semi-coerentes durante o envelhecimento que fornecem o mecanismo principal de endurecimento. Cromo e pequenas adições de Mn/Ti refinam a estrutura dos grãos e reduzem a susceptibilidade à recristalização e fratura intergranular, enquanto baixo teor de cobre minimiza o risco de trinca por corrosão sob tensão em comparação com ligas 7xxx de alto Cu.

Elementos impurezas como Fe e Si são rigidamente controlados porque formam partículas intermetálicas que reduzem a tenacidade à fratura e podem atuar como sítios de nucleação para trinca por fadiga. Química controlada garante resposta estável ao tratamento térmico e desempenho mecânico consistente nas diversas formas do produto.

Propriedades Mecânicas

Nas condições T6/T651, o 7020 apresenta alta resistência à tração adequada para aplicações estruturais, com uma combinação característica de limite de escoamento e resistência máxima que suporta componentes com alta capacidade de carga. O limite de escoamento nos tratamentos de pico é substancialmente maior do que nas ligas da série 6xxx, oferecendo melhor tenacidade em comparação com ligas 7xxx de maior resistência; o alongamento nas condições de pico é moderado e suficiente para muitas peças usinadas e estruturais.

Em condições recozidas (O) ou tratadas em solução (T4) o alongamento aumenta significativamente e a resistência à tração diminui, tornando esses tratamentos mais indicados para operações de conformação. A dureza se correlaciona fortemente com o envelhecimento artificial: T6 oferece a maior dureza e resistência a cargas estáticas, enquanto a condição recozida apresenta baixa dureza e superior resistência a amassados.

O desempenho à fadiga do 7020 é geralmente bom para um alumínio de alta resistência, beneficiando-se da estrutura de grãos controlada e menor teor de Cu; entretanto, a vida útil à fadiga é sensível ao acabamento superficial, tensões residuais e entalhes locais. A espessura e a forma do produto influenciam as propriedades mecânicas, pois as taxas de resfriamento e a recristalização durante o processamento alteram a cinética de precipitação e a morfologia dos grãos; chapas mais grossas podem exibir dureza máxima e tenacidade ligeiramente inferiores às extrusões finas processadas com taxas de têmpera mais rápidas.

Propriedade	O/Recozido	Tratamento Principal (T6 / T651)	Observações
Resistência à Tração (MPa)	160 – 240	360 – 420	T6 fornece aproximadamente 2–2,5× a resistência de O; valores dependem da forma e espessura do produto
Limite de Escoamento (MPa)	55 – 110	320 – 370	O limite de escoamento aumenta acentuadamente após envelhecimento; T651 inclui tratamento de alívio de tensões por estiramento
Alongamento (A%)	18 – 30	8 – 14	A ductilidade diminui com o aumento da resistência; troca pela tenacidade à fratura
Dureza (HB)	40 – 70	110 – 140	Dureza Brinell aumenta com envelhecimento; correlaciona com resistência e resistência ao desgaste

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	~2,78 g/cm³	Típica para ligas Al-Zn-Mg; boa relação resistência-peso
Faixa de Fusão	Solidus ~475–490°C; Liquidus ~635–645°C	Solidus/liquidus da liga dependem da composição exata e impurezas
Condutividade Térmica	~130 – 160 W/m·K	Inferior ao alumínio puro, mas adequada para dissipação térmica comparado a aços
Condutividade Elétrica	~28 – 36 % IACS	Inferior às séries 1xxx e 6xxx devido à liga; típica para alumínio de alta resistência
Calor Específico	~880 J/kg·K	Útil em projetos térmicos e cálculos de transferência de calor transient
Coeficiente de Expansão Térmica	~23 – 24 µm/m·K (20–100°C)	Semelhante a outras ligas de alumínio; relevante para projetos com expansão diferencial

7020 mantém a baixa densidade do alumínio e condutividade térmica favorável, tornando-a atraente onde a redução de massa e dissipação de calor são importantes. Condutividades elétrica e térmica reduzidas em relação ao alumínio puro são compensações devido ao aumento de resistência proporcionado pelas fases endurecidas por precipitação.

As características térmicas definem as janelas de tratamento térmico e limites de serviço; projetistas devem considerar a perda significativa do endurecimento por precipitação quando os componentes operam em temperaturas elevadas próximas ou superiores às temperaturas típicas de envelhecimento.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento Mecânico	Tratamentos Típicos	Observações
Chapa	0,5 – 6 mm	Melhor resposta à têmpera e envelhecimento em espessuras menores	O, T4, T6	Ampliamente usada para painéis estruturais leves e peças usinadas
Placa	6 – 100+ mm	Seções mais espessas podem apresentar resistência máxima ligeiramente reduzida	T6, T651	Requer têmpera controlada para obter propriedades uniformes
Extrusão	Perfis com seções transversais grandes	Boa resistência direcional; envelhecimento pode ser aplicado online	T5, T6, T651	Popular para estruturas e perfis de seções complexas
Tubo	Diâmetros variados; sem costura/soldados	Semelhante às extrusões; espessura da parede afeta envelhecimento	T6, T651	Usado para tubos de alta resistência e componentes estruturais
Barra / Vareta	Diâmetros até 200 mm	Usinabilidade e uniformidade dependem do tamanho da seção maciça	O, T6	Utilizado para conexões, componentes usinados e forjados

Chapas e extrusões finas geralmente atingem as propriedades máximas mais rapidamente devido às taxas de têmpera mais rápidas, enquanto placas espessas precisam de processamento cuidadoso para evitar núcleos moles. Perfis extrudados permitem seções transversais personalizadas e podem ser endurecidos por envelhecimento imediatamente após a têmpera (T5) ou após alívio de tensões (T651) para estabilidade dimensional.

As escolhas de fabricação são guiadas pelo desempenho mecânico requerido e complexidade geométrica: ciclos de tratamento térmico pré-forma são comuns para peças que exigem dobra significativa, enquanto estratégias de usinagem a partir de barra favorecem a condição T6 para controle dimensional e resistência à fadiga.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	7020	EUA	Designação comum de liga conforme listagem da Aluminum Association
EN AW	7020	Europa	EN AW-7020 amplamente usado; especificações químicas e mecânicas seguem normas EN
JIS	A7020	Japão	Variantes JIS mantêm limites de composição semelhantes com tolerâncias regionais
GB/T	7020	China	Grau chinês GB/T alinhado com químicas e aplicações internacionais do 7020

As especificações regionais para 7020 são amplamente consistentes em faixas elementares e definições de tratamentos térmicos, mas as tolerâncias sobre elementos impurezas e testes de verificação mecânica podem variar. As normas europeias EN AW-7020 enfatizam controle rigoroso dos elementos inibidores de recristalização para qualidade de placas e extrusões.

Os usuários devem consultar normas específicas/certificados para tolerâncias dimensionais, inclusões permitidas e controles do processo do fornecedor, pois estes influenciam a vida à fadiga, resistência à SCC e níveis aceitáveis de defeitos para componentes críticos.

Resistência à Corrosão

Em ambientes atmosféricos, o 7020 apresenta resistência moderada à corrosão, com desempenho superior às ligas da série 7xxx com alto teor de cobre, devido ao seu baixo teor relativo de Cu. Anodização natural e revestimentos cromatos ou orgânicos modernos melhoram significativamente a resistência à corrosão por pite e geral, tornando o 7020 adequado para muitas aplicações estruturais externas.

A exposição marinha acelera a corrosão localizada; o 7020 pode ser usado em estruturas marítimas quando recebe proteção adicional (anodização, revestimentos de conversão, selagem de juntas e pinturas protetoras). Evitar acúmulo de água parada e isolar metais diferentes são práticas essenciais de projeto para reduzir ataques galvânicos.

A suscetibilidade à trinca por corrosão sob tensão (SCC) no 7020 é menor que nas ligas 7xxx de alto Cu, mas continua sendo uma consideração de projeto para tratamentos térmicos de alta resistência (T6). Design de junta, seleção de tempera (favorecendo T4/T651 onde aplicável) e estratégias de tratamento térmico pós-soldagem são usadas para mitigar risco de SCC.

A interação galvânica com aços, cobre ou ligas inoxidáveis pode ser significativa em ambientes cloretados; utilize barreiras isolantes, revestimentos sacrificial ou proteção catódica nas interfaces de junta. Comparado com as famílias de alumínio 5xxx (série Mg) e 6xxx (Mg-Si), o 7020 oferece maior resistência ao custo de exigências um pouco maiores no controle da corrosão.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

O 7020 pode ser soldado por técnicas de fusão comuns (TIG, MIG), mas soldas em tempers de alta resistência sofrem amolecimento significativo na zona termicamente afetada (ZTA); tratamento térmico pós-soldagem é frequentemente necessário para restaurar a resistência em aplicações críticas. Estaços de enchimento como 5356 ou outros Al-Mg são usados para reduzir a suscetibilidade a fissuras a quente e melhorar a ductilidade do metal de solda. Design cuidadoso de junta, alívio mecânico pré e pós-soldagem e controle da energia térmica reduzem porosidade e problemas na ZTA; soldagem por fusão de componentes estruturais é realizada com qualificação e geralmente seguida por envelhecimento localizado.

Usinabilidade

A usinabilidade do 7020 é geralmente classificada de moderada a boa para um alumínio de alta resistência, com seções maciças proporcionando formação consistente de cavacos ao usar ferramentas de carboneto afiadas. Ferramentas recomendadas incluem pastilhas de carboneto revestidas com geometria de ataque positivo e uso abundante de fluido refrigerante ou lubrificante para controlar aresta acumulada e melhorar o acabamento superficial. Velocidades de corte são superiores às dos aços, mas inferiores às de alumínio maleável, com avanços e profundidades otimizados para evitar vibração e controlar calor na zona de corte.

Conformabilidade

A conformabilidade depende fortemente do tratamento térmico: condições O e T4 proporcionam melhor dobrabilidade, estampagem profunda e conformação, enquanto T6 e T651 são substancialmente menos conformáveis e propensos a trincas em raios apertados. Raios mínimos típicos para dobra interna em chapa 7020 recozida são da ordem de 1× espessura, enquanto peças T6 frequentemente requerem 2–4× espessura ou uso de ferramentas especializadas e conformação a temperatura elevada para evitar fratura. Retorno elástico (springback) é pronunciado em tempers de maior resistência, portanto compensações na ferramenta e ensaios são essenciais para peças conformadas com precisão.

Comportamento ao Tratamento Térmico

O 7020 é uma liga clássica tratável termicamente: o tratamento de solubilização é normalmente realizado a aproximadamente 470–480°C para dissolver as fases enrichidas em Zn-Mg em solução sólida, seguido de têmpera rápida para reter a supersaturação. O envelhecimento artificial (T6) é geralmente conduzido em temperaturas entre 120–160°C por várias horas para precipitar fases endurecedoras e alcançar dureza máxima; curvas de envelhecimento devem ser adaptadas ao tamanho da seção e ao equilíbrio desejado entre resistência e tenacidade.

O tempera T651 indica condição T6 com operação controlada de alongamento para minimizar tensões residuais e distorções; esse tratamento é preferido para peças estruturais onde estabilidade dimensional e resistência à fadiga são necessárias. Ao contrário de ligas não tratáveis, a resistência do 7020 é dominada pelo tamanho e distribuição dos precipitados e não pelo encruamento, portanto controle rigoroso de perfis tempo-temperatura e taxa de têmpera é crítico para atingir propriedades mecânicas especificadas.

Desempenho em Alta Temperatura

O 7020 perde parcela significativa do seu endurecimento por precipitação em temperaturas elevadas de serviço; exposições prolongadas acima de ~120°C promovem crescimento dos precipitados e reduzem o limite de escoamento e resistência final. Excursões pontuais a temperaturas moderadamente mais altas são toleradas, mas ciclos repetidos ou exposição prolongada diminuem a vida à fadiga e capacidade de carga. A oxidação é mínima para alumínio em temperaturas de serviço típicas, mas revestimentos protetores podem degradar em altas temperaturas e expor o metal nu a ambientes corrosivos.

As zonas termicamente afetadas adjacentes às soldas são especialmente vulneráveis, pois a exposição térmica localizada altera a distribuição dos precipitados e pode criar bandas moles que concentram tensões sob ciclos mecânicos ou térmicos. Para aplicações que requerem retenção de propriedades mecânicas em alta temperatura, devem-se considerar ligas alternativas projetadas para uso sustentado em temperaturas elevadas.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o 7020 é usado
Aeroespacial	Conexões estruturais, componentes de anteparas	Alta relação resistência/peso com boa tenacidade à fratura e resistência à SCC
Marinha	Elementos de suporte de convés, estruturas	Melhor resistência à corrosão em comparação com ligas 7xxx de alto Cu e boa resistência
Automotiva / Ferroviária	Perfis extrudados de alta resistência, componentes de chassis	Resistência e desempenho à fadiga para membros estruturais leves
Esportiva / Recreação	Quadros de bicicletas de alto desempenho, tubos estruturais	Boa relação resistência/peso e usinabilidade para peças de precisão
Eletrônica / Térmica	Dispersores térmicos estruturais, invólucros	Equilíbrio entre rigidez, condutividade térmica e usinabilidade

O 7020 é utilizado quando os projetistas precisam de uma combinação premium de resistência, tenacidade e comportamento razoavelmente bom à corrosão em componentes fabricados e usinados. Sua disponibilidade em múltiplas formas de produto e receitas consolidadas de tratamento térmico o tornam uma escolha versátil para peças projetadas que exigem consistência de desempenho e durabilidade na vida útil.

Informações para Seleção

Escolha o 7020 quando for necessária alta resistência estática e à fadiga, juntamente com tenacidade à fratura aprimorada e menor risco de corrosão sob tensão (SCC) em relação às ligas 7xxx com maior teor de Cu. É bem indicado para peças estruturais, aeroespaciais e marítimas onde a redução de peso e o comportamento previsível do envelhecimento são prioridades.

Comparado ao alumínio comercialmente puro (ex.: 1100), o 7020 troca significativa condutividade elétrica e térmica e conformabilidade por uma resistência muito maior; use o 1100 quando a condutividade ou conformabilidade forem predominantes e o 7020 onde a capacidade de suporte de carga for essencial. Em comparação com ligas endurecidas por trabalho, como 3003 ou 5052, o 7020 oferece resistência muito superior, porém requer controle no tratamento térmico e proteção contra corrosão; escolha 3003/5052 quando a conformação ou resistência à corrosão em ambientes com cloretos, sem tratamento térmico, for fundamental. Comparado às ligas 6xxx comuns e tratáveis termicamente (6061/6063), o 7020 geralmente proporciona maior resistência e melhor desempenho à fadiga, mas pode apresentar custo de material mais alto e requisitos mais rigorosos de soldagem/tratamento térmico; prefira o 7020 quando a sua superior relação resistência-peso e tenacidade justificarem as restrições adicionais de processamento.

Resumo Final

O 7020 permanece uma liga de alumínio de alta resistência relevante para a engenharia moderna devido ao seu equilíbrio favorável entre resistência, tenacidade e comportamento controlado de corrosão, combinado com ampla disponibilidade de formas comerciais e rotas de tratamento térmico bem compreendidas. Sua posição intermediária entre as ligas convencionais 6xxx e as ligas 7xxx de maior resistência, porém mais suscetíveis à corrosão, faz dele uma escolha prática para aplicações estruturais que exigem desempenho confiável e repetível.