Alumínio A413: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera & Aplicações

Visão Geral Abrangente

A413 é melhor classificada dentro da família de alumínio da série 4xxx, um grupo rico em silício otimizado para fluidez na fundição, baixa contração e aplicações como material de enchimento para soldagem. Seus principais elementos de liga são o silício como constituinte primário (fornecendo formação do eutético e fluidez), com adições controladas de cobre e quantidades modestas de magnésio e manganês para conferir resistência e resposta à envelhecimento em certas variantes.

Os mecanismos de endurecimento da liga combinam controle microestrutural do eutético Al-Si (refinamento, morfologia) com endurecimento por precipitação quando os níveis de cobre e magnésio são suficientes para sequências de tratamento térmico planejadas. Dependendo da forma do produto e do têmpera, o A413 pode ser fornecido em condição recozida, envelhecida artificialmente (T5/T6) ou aliviada de tensões, oferecendo aos projetistas uma gama desde estados muito dúcteis até moderadamente resistentes.

As características principais do A413 incluem boa capacidade de fundição e condutividade térmica em relação a muitas outras ligas de alumínio, resistência razoável à corrosão em condições atmosféricas e usinabilidade aceitável devido ao teor de silício. Sua soldabilidade pode ser boa com ligas de enchimento apropriadas, mas a presença de cobre eleva a suscetibilidade à corrosão localizada e reduz a ductilidade relacionada à soldagem em comparação com alumínio comercial-puro de baixa liga.

Indústrias que utilizam comumente o A413 incluem a automotiva (carcaças de transmissões, corpos de bombas, suportes), powertrain e componentes mecânicos gerais, peças para gerenciamento elétrico e térmico (dissipadores de calor, carcaças) e eletrodomésticos, onde são exigidas formas fundidas ou extrudadas com resistência moderada e alta estabilidade dimensional. Engenheiros especificam o A413 para equilibrar fundibilidade e resistência pós-tratamento térmico com densidade baixa e desempenho térmico aceitável em comparação com ligas forjadas de maior resistência e custo mais elevado.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Formabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta (8–20%)	Excelente	Excelente	Totalmente recozida, ideal para conformação e alívio de tensões
T5	Média	Moderada (4–10%)	Boa	Boa	Envelhecida artificialmente a partir do estado fundido ou resfriado da fundição
T6	Alta	Baixa a Moderada (2–8%)	Regular	Requer cuidado	Tratada em solução e envelhecida artificialmente para maximizar a resistência
T651	Alta	Baixa a Moderada (2–8%)	Regular	Requer cuidado	Tratada em solução, aliviada de tensões por estiramento, seguida de envelhecimento artificial
H14 (endurecido por trabalho)	Média	Moderada (4–10%)	Limitada	Boa	Aplicável a produto forjado; aumenta o limite de escoamento via trabalho a frio

A escolha da têmpera para o A413 influencia fortemente a microestrutura e, portanto, as compensações de propriedades: condições recozidas fornecem a melhor ductilidade e formabilidade, enquanto T6/T651 maximizam o limite de escoamento e resistência à tração à custa do alongamento. Temperaturas e tempos de envelhecimento artificial (T5 versus T6) controlam o tamanho e distribuição dos precipitados nas variantes Al–Si–Cu, de modo que os engenheiros de projeto devem considerar o desempenho requerido após o uso e quaisquer processos posteriores como a soldagem.

A condição metalúrgica também interage com a espessura da seção e o método de fundição: seções finas alcançam as têmperas pretendidas mais uniformemente durante o tratamento térmico, enquanto fundições mais grossas podem requerer tempos prolongados de solução ou exibir estruturas eutéticas mais grosseiras que reduzem a resistência efetiva. Selecionar a têmpera é, portanto, uma decisão multiparamétrica ligada à geometria do componente, vida útil à fadiga requerida e etapas de fabricação subsequentes.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	9,0–13,0	Elemento principal para resistência e fluidez; controla a fração eutética e reduz a contração
Fe	0,4–1,5	Forma intermetálicos impurezas (β-Al5FeSi); afeta negativamente ductilidade e fadiga
Mn	0,2–0,8	Modifica os intermetálicos de ferro; melhora resistência a trincas a quente e reforça moderadamente
Mg	0,1–0,6	Permite precipitação Al–Mg–Si/Cu e contribui para resposta ao envelhecimento
Cu	1,0–3,0	Contribuinte principal para endurecimento por precipitação e resistência elevada após tratamentos T6
Zn	≤0,3	Presença minoritária, geralmente incidental; níveis maiores podem aumentar resistência marginalmente, mas comprometer corrosão
Cr	≤0,25	Controle e estabilização da estrutura de grãos durante ciclos térmicos
Ti	≤0,2	Refinador de grão em fundições e extrusões
Outros	≤0,15 total	Elementos traço (Ni, Pb, Sn) geralmente limitados; algumas impurezas podem afetar usinabilidade e fundibilidade

O equilíbrio químico do A413 é projetado para priorizar a fundibilidade impulsionada pelo silício, mantendo quantidade de Cu e Mg suficiente para endurecimento por precipitação em condições tratadas termicamente. O silício controla a fluidez e morfologia eutética; cobre e magnésio permitem o endurecimento tipo T6 ao formar precipitados intermetálicos finos durante o envelhecimento. Ferro e outras impurezas tendem a formar fases frágeis que reduzem tenacidade à fratura e vida à fadiga, assim, controle rigoroso da composição e práticas de exclusão durante fusão/fundição melhoram o desempenho do componente.

Propriedades Mecânicas

O A413 apresenta ampla faixa de comportamento à tração que depende fortemente da têmpera e qualidade da fundição. Na condição recozida/cast–annealed (O), as resistências à tração são moderadas com alongamento relativamente alto, impulsionado por uma matriz primária fina de alumínio e morfologia dúctil do silício eutético. Após tratamento em solução e envelhecimento (sequências tipo T6), precipitados de cobre e magnésio elevam significativamente os limites de escoamento e resistência máxima, porém a ductilidade reduz e a tenacidade pode tornar-se sensível a defeitos de fundição e porosidade.

O limite de escoamento geralmente aumenta de um platô baixo no estado recozido para valores muito mais altos quando envelhecido; a elevação exata depende do teor de cobre e parâmetros de envelhecimento. A dureza acompanha as propriedades de tração e pode ser usada como uma medida rápida em chão de fábrica para uniformidade da têmpera. O desempenho à fadiga depende fortemente do acabamento superficial, níveis de porosidade e presença de intermetálicos grosseiros; o A413 fundido requer controle cuidadoso de processo para se alcançar vida útil robusta à fadiga.

Os efeitos da espessura são importantes: seções mais espessas resfriam mais lentamente, promovendo partículas de Si mais grossas e intermetálicos maiores, os quais reduzem resistência e alongamento em comparação com fundições de parede fina ou seções extrudadas. Características induzidas pela usinagem e ciclos térmicos da soldagem podem amolecer localmente condições envelhecidas, criando zonas heterogêneas que demandam tratamento térmico pós-soldagem ou folga de projeto.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera Principal (T6)	Observações
Resistência à Tração (UTS)	140–220 MPa (típico)	300–380 MPa (típico)	Amplitude ampla depende da qualidade da fundição, espessura da seção e níveis exatos de Cu/Mg
Limite de Escoamento (offset 0,2%)	70–140 MPa	200–300 MPa	T6 confere o maior aumento no limite de escoamento via endurecimento por precipitado
Alongamento (em gabarito 50–200 mm)	8–20%	2–8%	Ductilidade diminui substancialmente após envelhecimento; seções finas apresentam alongamento maior
Dureza (HB)	30–60 HB	80–120 HB	Dureza Brinell correlaciona-se com condição de envelhecimento e morfologia do Si

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,68–2,72 g/cm³	Densidade típica do alumínio; varia ligeiramente com o teor de elementos de liga
Faixa de Fusão	~575–615 °C (solidus–líquido típico)	Ligas eutéticas Al–Si apresentam solidus mais baixo e beneficiam-se de faixa estreita de solidificação na fundição
Condutividade Térmica	120–180 W/m·K (aprox.)	Reduzida em relação ao Al puro devido a adições de Si e Cu; ainda adequada para muitas aplicações de gerenciamento térmico
Condutividade Elétrica	25–45 % IACS (aprox.)	Inferior ao alumínio puro devido à dispersão por solutos Si e Cu
Calor Específico	~880–910 J/kg·K	Comparável a ligas forjadas de alumínio; útil para cálculos de massa térmica
Coeficiente de Dilatação Térmica	21–24 µm/m·K (20–200 °C)	Coeficiente típico para ligas Al–Si; deve-se projetar para expansão diferencial em montagens

O A413 retém grande parte do perfil físico favorável do alumínio: baixa densidade e boa condutividade térmica em relação a muitos metais estruturais. As adições de silício reduzem as condutividades elétrica e térmica em relação ao alumínio de alta pureza, mas melhoram a fundibilidade e a estabilidade dimensional durante a solidificação. O comportamento de fusão e solidificação da liga, orientado pelo diagrama de fases Al–Si, torna-a bem adequada para fundição sob pressão, fundição em areia e outros processos de conformação por metal líquido.

A dilatação térmica do A413 deve ser considerada em conjuntos que juntam materiais dissimilares, especialmente onde o ciclo térmico é frequente. Os valores de capacidade térmica e condutividade tornam o A413 atraente para componentes que requerem dispersão de calor combinada a resistência mecânica razoável após tratamento térmico.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento à Resistência	Estados Típicos	Observações
Chapa	0,5–6 mm	Moderado (depende do processamento)	O, H14, T6	Processamento forjado necessário para bitolas finas; frequentemente limitado para ligas com alto teor de Si
Placa	6–50+ mm	Variável; placas mais espessas tendem a apresentar estrutura mais grosseira	O, T6	Usada quando fundições não são necessárias; a espessura afeta a resposta ao tratamento térmico
Extrusão	Seções de 2–60 mm	Boa quando a composição é ajustada para extrusão	O, T6, T651	Requer modificação para extrusão (controle de Ti, Mg); adequada para perfis estruturais
Tubo	Parede de 1–25 mm	Dependente do método de conformação	O, T6	Possibilidade de tubos sem costura ou soldados; tratamento térmico utilizado para controle de resistência
Barra / Vareta	≤200 mm de diâmetro	Barras forjadas exibem melhor consistência mecânica	O, T6	Usadas para semi-acabados para usinagem e forjados; controle do grão via processamento termomecânico

A forma do produto afeta fortemente a microestrutura alcançável e, portanto, o comportamento mecânico. Fundições são a forma mais comum para A413 com alto teor de Si, beneficiando-se da melhora da fluidez e redução da contração proporcionada pelo silício, enquanto produtos forjados (extrusões, placas) requerem ajustes na composição para trabalhabilidade a quente e controle do grão. Protocolos de tratamento térmico e processamento mecânico (laminação, alongamento) variam conforme a forma; projetistas devem considerar tensões residuais, porosidade nas fundições e anisotropia em perfis extrudados.

A escolha da forma do produto é geralmente ditada pela geometria do componente e volumes de produção: fundição sob pressão para formas complexas de paredes finas, fundição em areia para peças pesadas ou de baixo volume, e extrusão/forjamento para perfis longos onde acabamento superficial e tolerâncias dimensionais são críticos. Cada forma possui requisitos distintos de inspeção e controle de qualidade para mitigar defeitos de fundição e garantir desempenho mecânico previsível.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	A413	USA	Designação da Aluminium Association para a família Al–Si–Cu; usada como identificador comercial
EN AW	AlSi12Cu (aprox.)	Europa	Designação comum EN para composição análoga usada em fundição sob pressão e fundições gerais
JIS	ADC12 (aprox.)	Japão	ADC12 é uma liga de fundição sob pressão japonesa amplamente usada, similar em composição e propriedades
GB/T	AlSi12Cu (aprox.)	China	Normas chinesas usam nomenclatura Al–Si–Cu; práticas de fundição e definições de estado semelhantes

A equivalência entre normas é aproximada pois cada organização especifica limites elementares e impurezas permitidas ligeiramente diferentes, além de protocolos distintos de processamento e ensaios. Para aplicações críticas, engenheiros devem comparar análises químicas certificadas, cronogramas de tratamento térmico e certificados de ensaios mecânicos, ao invés de confiar apenas nos nomes nominais dos graus. Diferenças nos teores permitidos de ferro, manganês e elementos-traço podem impactar significativamente o comportamento à fadiga e fratura.

Resistência à Corrosão

A413 proporciona resistência geralmente boa à corrosão atmosférica devido ao filme protetor de óxido de alumínio; o teor de silício não prejudica significativamente a eficiência contra corrosão geral. Em atmosferas industriais moderadamente corrosivas, a liga apresenta desempenho comparável a outras famílias Al–Si, mas o teor elevado de cobre pode promover efeitos galvânicos localizados e reduzir a resistência a corrosão por pite em ambientes contendo cloretos.

A exposição marinha é mais desafiadora: há riscos elevados de corrosão por pite e em frestas induzidos por cloretos, especialmente em condições envelhecidas ou com atividade anódica. Ligas Al com cobre podem sofrer ataque localizado mais rápido em comparação a ligas com baixo teor de cobre; por isso, revestimentos protetores, anodização ou proteção catódica são comumente especificados para serviço marinho prolongado. Projetar para drenagem, reduzir frestas e especificar acabamento protetor melhora significativamente a longevidade.

A fissuração por corrosão sob tensão (SCC) é menos prevalente em ligas fundidas Al–Si–Cu do que em certas famílias Al–Zn–Mg de alta resistência, mas regiões sensibilizadas sob tração (por exemplo, ZTA de soldas com tensões residuais) podem apresentar suscetibilidade em ambientes agressivos contendo cloretos. Interações galvânicas com metais diferentes devem ser consideradas: em contato direto com aço inoxidável o efeito galvânico é modesto, mas com aço carbono o alumínio corroe preferencialmente se não forem usados revestimentos ou isolantes.

Comparado com outras famílias de ligas, o A413 oferece superior fundibilidade e desempenho térmico à custa da máxima resistência possível à corrosão; ligas da série 5xxx (ex. 5052) apresentam melhor resistência à corrosão marinha, enquanto a série 6xxx oferece equilíbrio distinto entre resistência e comportamento à corrosão após anodização.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem de A413 é viável com processos TIG e MIG/GMAW padrão quando ligas de adição apropriadas (fundidores Al-Si ou Al-Si-Cu) são usadas para compatibilizar as propriedades do metal de base. O controle do aporte térmico é crítico para minimizar porosidade e reduzir amolecimento da ZTA em condições T6; tratamentos térmicos pré e pós-soldagem podem ser necessários para peças estruturais críticas. O risco de fissuração a quente é moderado devido à eutética rica em silício; o uso de metal base limpo e projeto controlado da junta reduzem a suscetibilidade.

Usinabilidade

O teor relativamente alto de silício em A413 gera uma fase abrasiva que aumenta o desgaste da ferramenta mas proporciona bom comportamento de quebra de cavaco e estabilidade dimensional. A usinabilidade típica é classificada como moderada: ferramentas de carboneto e fixações rígidas com velocidades conservadoras são recomendadas para altos volumes de remoção de material. Refrigeração e evacuação de cavacos são importantes para evitar aresta construída e manter o acabamento superficial; revestimentos ou graúdos de carboneto otimizados para ligas alumínio–silício são preferíveis.

Conformabilidade

A conformabilidade é melhor em estados recozidos; conformação a frio de composições com alto silício é limitada pela natureza frágil do silício eutético grosseiro e partículas intermetálicas. Raios de dobra devem ser aumentados em relação a ligas dúcteis da série 5xxx para evitar trincas; pré-aquecimento e conformação a quente podem melhorar a conformabilidade para formas complexas. Para variantes forjadas, estados H proporcionam capacidade de conformação à temperatura ambiente, enquanto peças T6 são geralmente formadas apenas por processos limitados e incrementais ou requerem recozimento de recristalização.

Comportamento ao Tratamento Térmico

A413 se comporta como uma liga Al–Si–Cu tratável termicamente quando os níveis de cobre e magnésio são suficientes para suportar a precipitação endurecedora. O tratamento de solubilização é tipicamente realizado a aproximadamente 500–540 °C para dissolver fases solúveis e homogenizar a microestrutura, seguido de têmpera rápida para manter uma solução sólida supersaturada. A maturação artificial (regimes T5 ou T6) a 150–200 °C precipita finas fases ricas em Cu e Mg para elevar a resistência; o cronograma de envelhecimento controla a resistência máxima versus sensibilidade ao sobreenvelhecimento.

T5 é frequentemente usado para fundições onde o material é envelhecido artificialmente a partir do estado como fundido sem tratamento completo de solubilização prévio; isso proporciona resistência moderada com melhor estabilidade dimensional. T6 envolve tratamento completo de solubilização, têmpera e envelhecimento, alcançando a maior resistência prática para a liga, mas requer controle cuidadoso para evitar distorção e tensões térmicas. O sobreenvelhecimento reduz resistência mas melhora tenacidade e resistência à corrosão; engenheiros podem deliberate sobreenvelhecer em algumas aplicações para trocar resistência máxima por maior durabilidade.

Para variantes não tratáveis termicamente ou onde ciclos térmicos são impraticáveis, encruamento (estados da série H) e recozimento (O) permanecem os principais métodos para manipular propriedades. O recozimento remove tensões residuais e restaura ductilidade, enquanto trabalho a frio controlado fornece aumentos modestos de resistência sem alterar a composição química.

Desempenho em Alta Temperatura

A413 apresenta perda progressiva de resistência conforme as temperaturas de serviço aumentam além das condições ambientes típicas; uso prolongado acima de aproximadamente 150–200 °C acelera o crescimento dos precipitados e reduz o limite de escoamento e resistência à tração. Exposição térmica próxima à faixa de tratamento por solução altera dramaticamente as propriedades mecânicas e pode levar a amolecimento permanente, portanto os limites térmicos devem ser respeitados no projeto.

A oxidação não é tipicamente fator limitante pois o alumínio forma uma fina camada protetora de Al2O3, mas temperaturas elevadas aceleram a formação de escamas e podem alterar a resistência térmica de contato. Regiões da ZTA em torno das soldas podem ser particularmente suscetíveis ao amolecimento durante exposição a altas temperaturas; o projeto e seleção do material devem considerar tratamento térmico pós-soldagem ou compensação mecânica se o desempenho em alta temperatura for requerido.

A resistência à fluência do A413 é limitada em comparação com ligas de alumínio para altas temperaturas; para cargas sustentadas em temperaturas elevadas, devem ser consideradas ligas alternativas com resistência à fluência projetada ou substitutos metálicos. Exposição de curto prazo a temperaturas elevadas (picos térmicos intermitentes) é normalmente tolerável desde que sejam aplicadas margens de segurança adequadas.

Aplicações

Indústria	Exemplo de Componente	Por que o A413 é Utilizado
Automotiva	Caixas de transmissão, corpos de bomba	Boa usinabilidade em fundição, estabilidade dimensional e resistência que permite tratamento térmico
Marítima	Corpos de válvula, conexões	Resistência razoável à corrosão e boa produtividade na fundição com acabamentos protetores
Aeroespacial (secundário)	Suportes, caixas, estruturas não primárias	Relação resistência/peso favorável e condutividade térmica para estruturas secundárias
Eletrônica	Dispositivos de dissipação térmica, invólucros	Condutividade térmica e facilidade para fundir formas complexas
Eletrodomésticos	Caixas de compressor, suportes de motor	Fundição custo-efetiva e resistência pós-fundição via envelhecimento T5/T6

O A413 é escolhido para componentes que exigem formas complexas produzidas economicamente por fundição ou extrusão, permitindo ainda o tratamento térmico pós-processo para alcançar as propriedades mecânicas necessárias. Seu equilíbrio entre manufaturabilidade, desempenho térmico,