Alumínio ADC12: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

ADC12 é uma liga de alumínio de alto teor de silício, contendo cobre, classificada dentro da família de ligas fundidas e comumente referenciada na norma JIS (Japanese Industrial Standards) como ADC12. Não faz parte da nomenclatura das séries forjadas 1xxx–7xxx, sendo melhor descrita como uma liga de fundição Al-Si-Cu desenvolvida para aplicações de fundição sob pressão e fundição em areia.

Os principais elementos de liga são silício (Si) em níveis relativamente altos, cobre (Cu) em quantidades moderadas, com ferro (Fe) e pequenas adições de manganês (Mn), magnésio (Mg), zinco (Zn) e elementos traço como titânio (Ti) e cromo (Cr). O alto teor de silício forma uma fase eutética/silício primário dura que contribui para a resistência e resistência ao desgaste, enquanto o cobre fornece endurecimento por envelhecimento adicional e resistência em temperaturas elevadas.

O ADC12 fortalece principalmente por uma combinação de controle microestrutural (eutético de Si e fases intermetálicas) e endurecimento por precipitação limitado das fases contendo Cu após tratamento solução e envelhecimento artificial. A liga apresenta boa resistência como fundida para componentes estruturais leves, resistência moderada à corrosão, condutividade térmica e elétrica razoável para sua classe, e usinabilidade aceitável; conformabilidade e soldabilidade são mais restritas em relação às ligas de alumínio forjadas.

Indústrias típicas que utilizam ADC12 incluem automotiva (matrizes, carcaças, caixas de transmissão, suportes), eletrodomésticos, invólucros elétricos e alguns componentes navais e industriais gerais fundidos. Engenheiros selecionam ADC12 quando se requer um material fundível sob pressão de custo-benefício que equilibre fundibilidade, estabilidade dimensional, resistência mecânica e usinabilidade para componentes de média carga e alto volume.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
F (Como fundido / Como fabricado)	Baixa–Média	Baixa–Moderada	Limitada	Ruim–Moderada	Condição padrão de fundição sob pressão com porosidade típica e microestrutura eutética
O (Recozido)	Baixa	Alta	Melhorada	Moderada	Raro para ADC12; ductilidade melhorada em custo de resistência
T5 (Envelhecido artificialmente após resfriamento da fundição)	Média–Alta	Baixa–Moderada	Limitada	Ruim–Moderada	Comum para componentes fundidos sob pressão para estabilizar dimensões e aumentar resistência
T6 (Tratado solução + envelhecimento artificial)	Alta	Baixa	Ruim	Ruim	Alcança resistência maior se as peças puderem ser tratadas por solução e resfriadas eficazmente
T4 (Tratado solução + envelhecimento natural)	Média	Baixa–Moderada	Limitada	Ruim	Menos comum devido à dificuldade de se obter solubilização completa em fundições complexas

A têmpera altera notavelmente o desempenho mecânico e a usabilidade prática em peças fundidas sob pressão. As condições como fundido e T5 são as mais comuns na prática industrial porque equilibram estabilidade dimensional, tensões residuais e resistência alcançável sem exigir tratamentos térmicos complexos em grandes conjuntos fundidos.

Quando as têmperas T6 ou baseadas em tratamento solução são utilizadas, ganhos de resistência à tração e escoamento são possíveis, mas fortemente dependentes da espessura da seção, porosidade e da capacidade de obter tratamento solução e taxas de resfriamento uniformes; fundições de parede fina podem não responder uniformemente ao tratamento T6.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	10,0 – 13,0	Elemento principal de liga; forma silício eutético e fases duras que melhoram resistência e resistência ao desgaste
Fe	0,6 – 1,3	Impureza que forma intermetálicos; excesso de Fe reduz a ductilidade e aumenta a fragilidade
Mn	0,05 – 0,45	Controla alguma morfologia intermetálica; pequenas adições refinam a estrutura do grão
Mg	0,05 – 0,45	Níveis baixos; pode contribuir para endurecimento por solução sólida e resposta ao envelhecimento
Cu	2,0 – 3,5	Promove endurecimento por precipitação e resistência em temperatura elevada; reduz resistência à corrosão
Zn	≤ 0,25	Tipicamente impuridade menor; teores maiores não são comuns no ADC12
Cr	≤ 0,10	Modificador da estrutura de grão; limita trincas a quente em algumas fundições
Ti	≤ 0,20	Refinador de grão usado na prática de fusão e produção de lingotamento
Outros (Ni, Pb, Bi, Sr, Zr)	Balance até limites especificados	Adições traço ou impurezas controladas conforme especificação; balanceamento Al tipicamente > 85%

A química da liga posiciona Si e Cu como os principais responsáveis pelo desempenho: o silício proporciona uma rede eutética dura e melhora a fluidez durante a fundição, enquanto o cobre possibilita endurecimento adicional por precipitação após tratamento térmico. Ferro e outras impurezas influenciam a morfologia dos intermetálicos e, assim, afetam ductilidade e resistência à fadiga. A liga é equilibrada para otimizar enchimento da matriz, minimizar trincas a quente e produzir uma microestrutura que maquina e envelhece previsivelmente.

Propriedades Mecânicas

O ADC12 exibe comportamento à tração fortemente dependente do método de fundição, espessura de seção, porosidade e tratamento térmico. O ADC12 fundido sob pressão em condições típicas como fundido ou T5 apresenta resistência à tração moderada a alta para um alumínio fundido (comumente na faixa de 200–300 MPa) com ductilidade relativamente baixa comparada a ligas forjadas. A natureza frágil da microestrutura rica em Si limita o alongamento, particularmente em seções mais espessas onde porosidade e retração influenciam.

O comportamento de escoamento acompanha o desempenho à tração; ADC12 pode atingir resistência ao escoamento apreciável em condições semelhantes a T5/T6 devido às precipitações contendo Cu e ao envelhecimento microestrutural. A dureza aumenta significativamente do recozido para as condições envelhecidas, à medida que as fases de Cu e o Si refinado se distribuem pela matriz. O desempenho à fadiga é influenciado por defeitos da fundição e intermetálicos; acabamento superficial, porosidade e tratamento térmico controlam fortemente os limites de resistência.

A espessura tem efeito pronunciado porque a taxa de resfriamento durante a solidificação controla o tamanho das partículas de silício, níveis de porosidade e a capacidade de se obter tratamento solução uniforme. Seções finas normalmente alcançam resistência mais alta e menor porosidade, mas podem ser mais suscetíveis a trincas a quente durante a fundição.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera Principal (ex.: T5/T6)	Observações
Resistência à Tração (MPa)	120 – 160	200 – 300	Amplitude devido a processo de fundição, porosidade e espessura da seção
Limite de Escoamento (MPa)	60 – 110	160 – 240	Maior em condições envelhecidas com precipitação de Cu; limite varia com seção e defeitos
Alongamento (%)	4 – 10	1 – 6	Alongamento diminui conforme aumenta resistência; fases frágeis de Si limitam ductilidade
Dureza (HB)	40 – 70	80 – 120	Dureza aumenta com envelhecimento artificial e tratamento solução

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,75 – 2,80 g/cm³	Tipicamente para ligas fundidas Al-Si; vantagem de massa sobre aço
Faixa de Fusão	Sólido ~ 510 – 540 °C, Líquido ~ 560 – 585 °C	Intervalo amplo de fusão/solidificação devido à liga e ao comportamento eutético
Condutividade Térmica	~100 – 130 W/m·K	Inferior ao alumínio puro, mas adequada para muitas aplicações de gestão térmica
Condutividade Elétrica	~20 – 35 % IACS	Reduzida por Si e Cu comparada ao alumínio puro
Calor Específico	~0,88 – 0,92 J/g·K	Comparável a outras ligas de alumínio para cálculos térmicos transitórios
Expansão Térmica	~22 – 24 µm/m·K	Expansão típica do alumínio; considerar para montagens com tolerâncias rígidas

As propriedades físicas do ADC12 o tornam atraente onde redução de peso e fundibilidade são prioridades. A vantagem de densidade permite economia de massa em comparação a materiais ferrosos, enquanto as condutividades térmica e elétrica, embora reduzidas em relação ao alumínio puro, permanecem úteis em carcaças e certas aplicações térmicas. A faixa de fusão e as características de solidificação orientam o projeto da matriz, sistema de canais e estratégias de resfriamento durante a fundição.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento Mecânico	Temperos Comuns	Observações
Chapa	Disponibilidade limitada; bitolas finas incomuns	Não típico; propriedades variáveis	O, T5 (se produzido)	ADC12 raramente é fornecido como chapa laminada a frio; chapas derivadas de fundição têm ductilidade limitada
Placa	Limitada; tipicamente placas fundidas	Variável conforme espessura e tratamento térmico	O, T5/T6	Placas fundidas espessas apresentam maior porosidade e tenacidade inferior
Extrusão	Não típica	N/A	N/A	ADC12 não é normalmente usado para extrusão; ligas forjadas são preferidas
Tubo	Limitado (tubos fundidos ou fabricados)	Variável	O, T5	Formas tubulares são raras; fabricação geralmente por processos secundários
Barra/Talão	Barras usinadas a partir de lingotes; forjados raros	Boa usinabilidade quando em material sólido	O, T5	Comumente fornecido como peças fundidas ou tarugos usinados para operações secundárias

ADC12 é predominantemente produzido como componentes por fundição sob pressão e fundição em areia, ao invés de produtos convencionais em chapa, placa ou extrudados. A fundição sob pressão permite paredes finas, geometrias complexas com tolerâncias apertadas e acabamento superficial adequado para muitas peças industriais. Processamentos secundários como usinagem, tratamento térmico e acabamento superficial são frequentemente aplicados para atender aos requisitos finais do produto.

As diferenças de processamento refletem diretamente na adequação para aplicações: fundição sob pressão proporciona alta produtividade e complexidade geométrica; fundição em areia pode produzir peças maiores, mas com desempenho mecânico inferior e maior porosidade; processos forjados geralmente não são usados, pois a composição e microestrutura do ADC12 são otimizadas para fundição.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA (Aluminum Association)	A383 / A413 (aprox.)	EUA	A383/A413 são ligas de fundição Al-Si-Cu com composições e propriedades amplamente similares ao ADC12
EN AW	EN AC-AlSi12Cu1(Fe) (aprox.)	Europa	Designação europeia para fundição corresponde à família com ~12% Si, ~1% Cu; limites exatos variam conforme especificação
JIS	ADC12	Japão	Designação da norma JIS para esta liga específica de fundição sob pressão
GB/T	ZL102 / AlSi12Cu (aprox.)	China	Graus chineses fundidos Al-Si-Cu similares, mas com variações nos controles de impurezas e elementos traço

Designações equivalentes aproximam a família de composição em vez de serem cópias químicas exatas. Diferenças regionais ocorrem principalmente nos limites permitidos de impurezas, teores exatos de Cu e Fe, e controle de qualidade relacionado ao processo (porosidade, limpeza). Engenheiros devem revisar folhas técnicas específicas e certificados de lote ao substituir entre JIS ADC12 e equivalentes regionais para garantir alinhamento de elementos críticos e propriedades mecânicas.

Resistência à Corrosão

ADC12 apresenta resistência moderada à corrosão atmosférica típica das ligas de fundição Al-Si; uma película protetora de óxido de alumínio se forma naturalmente e oferece proteção principal contra corrosão uniforme. Entretanto, a presença de cobre reduz a resistência à corrosão em relação ao alumínio quase puro ou ligas da série 5xxx (Mg), especialmente em ambientes com cloretos onde a corrosão por pites localizada pode ocorrer.

Em exposições marinhas ou ambientes de alta salinidade, ADC12 pode desenvolver corrosão por pites e frestas, especialmente em superfícies fundidas com porosidade ou aglomerados intermetálicos que funcionam como pontos de iniciação. Revestimentos protetores, selantes ou anodização (quando viável) são comumente empregados quando há expectativa de exposição marinha.

Fissuração por corrosão sob tensão não é modo principal de falha para ADC12 na maioria das condições de serviço, mas componentes sob tensão trativa sustentada em atmosferas corrosivas podem apresentar degradação localizada acelerada devido a fases contendo Cu. O comportamento galvânico posiciona o ADC12 como ânodo em relação a muitos metais comuns de engenharia; isolamento de materiais catódicos como aço inoxidável é aconselhado ou ajustes de projeto para exposição mínima ao contato bimetálico. Comparado às famílias forjadas 5xxx e 6xxx, ADC12 sacrifica alguma robustez à corrosão em favor da performance em fundição e usinabilidade.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem do ADC12 é geralmente desafiadora porque microestruturas típicas de fundição sob pressão contêm porosidade e silício eutético que promovem trincas a quente e defeitos de falta de fusão. Soldagem TIG e MIG pode ser usada para reparos ou fabricação quando a porosidade é baixa, mas muitos profissionais evitam soldas estruturais completas em favor de fixação mecânica ou adesivos. Quando soldagem é necessária, ligas de adição Al-Si (ex.: ER4043) são recomendadas para mitigar trincas a quente e fornecer transições metalúrgicas compatíveis. Pré-aquecimento, bom ajuste das juntas e tratamentos térmicos pós-solda podem reduzir tensões residuais e risco de trincas, mas amolecimento e integridade comprometida na zona termicamente afetada (ZTA) permanecem preocupações.

Usinabilidade

ADC12 é considerado uma liga fundida de usinabilidade boa a excelente, pois partículas duras de silício ajudam a produzir cavacos curtos e quebráveis e reduzem formação de rebarba. Ferramentas de metal duro com revestimentos TiAlN ou similares em velocidades moderadas de torneamento são típicas; avanço e profundidade de corte dependem da espessura da seção e porosidade. Acabamento superficial é geralmente bom para componentes fundidos sob pressão, mas atenção ao controle de rebarbas e trajeto da ferramenta é necessária para evitar rasgamento de regiões delicadas de silício eutético. Aplicação de fluido refrigerante reduz acumulação na aresta e prolonga vida útil da ferramenta em usinagens de alto volume.

Conformabilidade

Operações de conformação são limitadas para ADC12 devido à natureza frágil de sua microestrutura rica em silício e à presença de porosidade nas peças fundidas. Raios de curvatura devem ser relativamente grandes e a conformação deve ser realizada em material na condição recozida (O), quando disponível, embora ADC12 completamente recozido não seja comumente fornecido. Deformação a frio produz benefício limitado em encruamento; portanto, estratégias de conformação tipicamente dependem do desenho de geometrias fundidas próximas da forma final, em vez de deformação pós-fundição intensiva.

Comportamento ao Tratamento Térmico

ADC12 exibe resposta limitada, porém útil, ao tratamento térmico, principalmente por sequências de solubilização, têmpera e envelhecimento artificial que atuam sobre precipitados contendo cobre. Temperaturas típicas de solubilização estão na faixa de 480–535 °C para dissolver fases solúveis, seguidas por têmpera rápida para reter solução sólida supersaturada; o envelhecimento artificial entre 150–200 °C precipita fases endurecedoras ricas em Cu que elevam limite de escoamento e resistência à tração. Obter solubilização e taxas de têmpera uniformes é difícil em fundidos complexos e espessos, então os benefícios do tratamento são mais evidentes em componentes de paredes finas ou sólidos com geometrias amigáveis ao tratamento térmico.

Para muitas aplicações de produção, ADC12 recebe tratamento tipo T5—envelhecimento artificial sem solubilização total—pois proporciona estabilidade dimensional e ganhos moderados de resistência com menor risco de distorção. Tratamento T6 completo é possível, mas limitado na prática pela porosidade da fundição, gases retidos e potencial para distorção; a resposta geral de endurecimento também é menos dramática que em ligas forjadas de alta resistência tratáveis termicamente devido à influência dominante do silício eutético. Para processamento sem tratamento térmico, encruamento é mínimo e recozimento convencional pode aumentar ductilidade ao custo de redução de resistência para operações limitadas de conformação.

Desempenho em Alta Temperatura

ADC12 perde resistência progressivamente com o aumento da temperatura; acima de aproximadamente 125–150 °C a resistência estrutural a longo prazo diminui visivelmente devido ao crescimento de precipitados e amolecimento da matriz. Exposição de curto prazo a temperaturas elevadas entre 200–250 °C pode ser tolerada dependendo da carga e margens de segurança exigidas, mas carregamento sustentado nessas temperaturas não é recomendado para componentes estruturais. Oxidação em altas temperaturas é moderada pois o alumínio forma óxido protetor, embora degradação superficial e formação de escamas possam ocorrer em atmosferas agressivas.

A ZTA perto de soldas e zonas tratadas termicamente pode apresentar amolecimento ou fragilização dependendo dos ciclos térmicos; intermetálicos contendo cobre tendem a crescer sob calor prolongado. Para aplicações em alta temperatura, ligas alternativas (ex.: Al-Si-Mg ou ligas especiais de alta temperatura base alumínio ou não alumínio) devem ser consideradas quando as temperaturas de serviço ultrapassam os limites práticos do ADC12.

Aplicações

Setor	Exemplo de Componente	Por que Usar ADC12
Automotivo	Carcaças de transmissão, blocos de válvula, suportes, coberturas	Excelente fundibilidade sob pressão para geometria complexa, equilíbrio entre resistência e usinabilidade para produção em massa
Eletrodomésticos	Carcaças de motores, estruturas	Bom acabamento superficial e controle dimensional para peças estéticas e funcionais
Eletrônica	Caixas, conectores	Condutividade térmica adequada e blindagem EMI