Alumínio AlSi9Cu3: Composição, Propriedades, Tabela de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Completa

AlSi9Cu3 é uma liga de alumínio fundido pertencente à família 4xx ou, mais precisamente, à família Al-Si-Cu; é comumente agrupada com ligas Al-Si hipoeutéticas fundidas por coquilha e gravidade, em vez das séries 6xxx ou 5xxx laminadas. A designação indica teor nominal de silício próximo a 9 wt.% e cobre próximo a 3 wt.%, tornando-a uma liga de fundição de sílica média, reforçada com cobre, otimizada para combinação de resistência e estabilidade térmica.

Os principais elementos de liga são silício (Si), para fundibilidade e fluidez, e cobre (Cu), para endurecimento por precipitação e resistência em altas temperaturas. Pequenas adições de ferro (Fe), manganês (Mn) e titânio (Ti) controlam a formação de intermetálicos, a estrutura dos grãos e a alimentabilidade durante a solidificação. O endurecimento é principalmente tratável termicamente via tratamento de solução e envelhecimento artificial (tempragens T) com contribuição secundária da microestrutura produzida pela solidificação (morfologia do Si eutético).

Características principais incluem boa fundibilidade e estabilidade dimensional, resistência estática moderada a alta em tempragens envelhecidas, resistência razoável à fadiga para peças fundidas e resistência à corrosão aceitável com pós-tratamento adequado. A soldabilidade é limitada em comparação com alumínio puro, mas viável com uso adequado de metais de adição e controles pré e pós-tratamento; a conformabilidade é pobre no estado fundido em relação às ligas laminadas. Indústrias típicas são a automotiva (fundidos para motores e transmissões, fundidos estruturais), máquinas industriais, hidráulica e alguns invólucros eletrônicos onde condução térmica e detalhes fundidos são necessários.

Engenheiros escolhem AlSi9Cu3 quando a fundibilidade e o equilíbrio entre resistência e estabilidade térmica são mais importantes que a ductilidade máxima ou condutividade elétrica. É preferida a ligas com maior teor de silício pela tenacidade e às ligas Al-Si mais simples quando se requer resistência em temperaturas elevadas (devido ao Cu); é escolhida sobre ligas laminadas quando são necessárias geometrias complexas ou recursos fundidos integrados.

Variantes de Tempragem

Tempragem	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta (8–15%)	Limitada (apenas fundição)	Boa (controle pré e pós‑aquecimento)	Annealed no estado fundido ou resfriado naturalmente; condição mais macia.
T1	Baixo–Moderado	Moderado (6–12%)	Limitada	Moderada	Resfriada da fundição e envelhecida naturalmente; endurecimento por precipitação limitado.
T5	Moderada	Baixo–Moderado (3–8%)	Pobre	Moderada	Resfriada da fundição e envelhecida artificialmente; comum para fundidos que exigem estabilidade dimensional.
T6	Alta	Baixo (2–6%)	Pobre	Desafiadora	Tratada em solução, revenida e envelhecida artificialmente; máxima resistência para muitas aplicações.
T7	Moderada–Alta	Moderado (4–8%)	Pobre	Moderada	Condicão sobretêmpera para maior estabilidade térmica e menor sensibilidade a tensões.

A tempragem exerce forte influência no desempenho do AlSi9Cu3 porque as fases ricas em cobre formadas durante o envelhecimento determinam os valores de limite de escoamento e resistência à tração. O tratamento T6 (solução + envelhecimento artificial) produz a maior resistência e menor ductilidade pela precipitação das fases ricas em Cu, enquanto os estados O e T1 retêm maior alongamento, porém com resistência estática muito inferior.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	8.0–10.0	Elemento principal da liga; controla fluidez, encolhimento e microestrutura eutética.
Fe	0.3–1.3	Impureza inevitável; forma intermetálicos (β‑AlFeSi) que podem tornar o material quebradiço se em excesso.
Mn	0.05–0.5	Combate o ferro formando intermetálicos menos prejudiciais; melhora a tenacidade.
Mg	≤0.5	Normalmente baixo nesta liga; pode contribuir para precipitação junto com Cu em fases complexas.
Cu	2.5–3.5	Principal elemento de endurecimento por precipitação; aumenta resistência e dureza em quente.
Zn	≤0.3	Elemento menor; geralmente tratado como impureza, quase sem efeito de endurecimento.
Cr	≤0.2	Refinador de grão e controle de recristalização; pequeno efeito na resistência.
Ti	≤0.2	Refinador de grão para promover estrutura dendrítica fina e melhorar propriedades mecânicas.
Outros (incl. Ni, Pb, Sn)	Balance/traços	Outros elementos mantidos mínimos; podem influenciar fundibilidade e usinabilidade em pequenos teores.

O silício determina o comportamento de fundição e a morfologia das placas/partículas de silício eutético, o que afeta tenacidade e fadiga. O cobre possibilita envelhecimento artificial e maior resistência em altas temperaturas, mas aumenta a suscetibilidade a certos tipos de corrosão e exige controle preciso do tratamento térmico. Ferro e manganês controlam intermetálicos frágeis formados durante a solidificação; seu equilíbrio é crítico para evitar baixo alongamento e trincas em quente.

Propriedades Mecânicas

AlSi9Cu3 apresenta comportamento à tração fortemente dependente do tratamento térmico e da taxa de resfriamento na solidificação. No estado fundido ou O, a resistência à tração é moderada devido ao silício eutético grosseiro e à matriz macia; após envelhecimento T6, a precipitação das fases contendo Cu aumenta substancialmente as resistências à tração e escoamento, reduzindo o alongamento. O limite de escoamento representa tipicamente uma fração significativa da resistência máxima nas condições de pico de envelhecimento, refletindo a eficiência dos precipitados de cobre em impedir o movimento de discordâncias.

O alongamento é limitado nas tempragens T porque as partículas de silício eutético atuam como iniciadores de trincas e as fases intermetálicas reduzem a ductilidade. A dureza (Brinell ou Vickers) cresce na ordem O < T5 < T6, refletindo as propriedades à tração; a dureza também é sensível à espessura da seção e à taxa de resfriamento durante a fundição. O desempenho à fadiga está ligado a defeitos de fundição, porosidade e morfologia do silício eutético; alimentação otimizada e tratamento térmico melhoram o limite de resistência, mas ligas fundidas geralmente têm resistência à fadiga inferior às laminadas.

A espessura da seção influencia fortemente as propriedades mecânicas porque seções mais espessas resfriam mais lentamente, produzindo microestruturas mais grosseiras e intermetálicos maiores que reduzem resistência e ductilidade. Homogeneização pós-fundição e tratamentos controlados de solução mitigam gradientes, mas não eliminam completamente a variabilidade dependente da seção. Projetistas devem considerar anisotropia induzida pela fundição e usinagem/remodelação de defeitos superficiais para alcançar desempenho esperado em fadiga e tração.

Propriedade	O/Recozido	Tempragem Principal (T6)	Observações
Resistência à Tração (UTS)	120–180 MPa	260–340 MPa	Faixa ampla dependendo do método de fundição, espessura da seção e ciclo de envelhecimento.
Limite de Escoamento (offset 0,2%)	60–110 MPa	200–270 MPa	Fraço do escoamento cresce com precipitados ricos em Cu e microestrutura mais fina.
Alongamento (% em 50 mm)	8–15%	2–6%	Alongamento cai drasticamente após pico de envelhecimento; seções mais espessas às vezes apresentam maior alongamento local.
Dureza (HB)	40–70 HB	90–130 HB	Dureza acompanha propriedades à tração; também é influenciada pela morfologia do Si eutético.

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	~2,70 g/cm³	Típica de ligas gerais de alumínio; favorável relação resistência-peso.
Faixa de Fusão	Solidus ~520–570 °C; Líquidus ~580–650 °C	Ligas Al–Si têm faixa de congelamento devido à solidificação das fases eutéticas e primárias; valores precisos dependem da composição.
Condutividade Térmica	~120–160 W/m·K (temperatura ambiente)	Inferior ao alumínio puro devido a Si e intermetálicos; ainda boa para dissipação de calor em muitas aplicações.
Condutividade Elétrica	~25–36 %IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro devido à liga; não recomendada para aplicações onde alta condutividade é crítica.
Calor Específico	~880–910 J/kg·K	Comparável a outras ligas de alumínio; útil para cálculos de massa térmica.
Coeficiente de Expansão Térmica	~21–24 µm/m·K (20–200 °C)	Coeficiente influenciado pelo teor de silício e microestrutura; importante para projetos de tensão térmica.

As propriedades físicas refletem requisitos mistos para fundidos: condução térmica e calor específico tornam AlSi9Cu3 útil para peças dissipadoras de calor, enquanto a densidade mantém a massa baixa. O comportamento de fusão e solidificação controla a formação de defeitos de fundição e a necessidade de risers e chillers sob medida. A condutividade elétrica é significativamente reduzida em comparação com alumínio puro, por isso a liga raramente é escolhida primariamente para aplicações elétricas.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Temperas Comuns	Observações
Fundidos em areia	Espessura de parede 3–50 mm	Variável; microestrutura mais grosseira em seções espessas	O, T1, T5, T6	Amplamente usados para componentes de baixo volume e maiores; controle de porosidade é importante.
Fundidos por moldagem sob pressão	Paredes finas 1–8 mm	Microestrutura mais fina, maiores resistências	T5, T6	Moldagem sob alta pressão gera bom acabamento superficial e propriedades reprodutíveis.
Fundição por gravidade	3–30 mm	Resfriamento e propriedades intermediárias	O, T5, T6	Indicada para peças de complexidade média com tolerâncias mais apertadas que fundição em areia.
Barras/blocos fundidos	Variável	Comportamento homogeneizado após processamento	O, T1	Matéria-prima para remeltagem e fundição posterior; usada para controle químico.
Fundidos pelo processo de cera perdida	Seções finas a moderadas	Bom controle dimensional; resistência moderada	T5, T6	Empregado em geometrias intrincadas e onde se exige bom acabamento superficial.

A forma fundida domina a cadeia de suprimentos para AlSi9Cu3, e os projetistas selecionam o método de fundição para ajustar a taxa de resfriamento, porosidade e microestrutura. A moldagem sob pressão proporciona melhor repetibilidade mecânica e silício eutético fino, aumentando propriedades de tração e fadiga em comparação com fundição em areia. Reservas para usinagem, acessibilidade ao tratamento térmico e inspeção de defeitos de fundição devem ser consideradas já nas fases iniciais do projeto do componente.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	AlSi9Cu3	Internacional/EUA	Designação comum para liga fundida; composições podem variar entre fornecedores.
EN AW	AC‑AlSi9Cu3 (ou AlSi9Cu3(Fe))	Europa	Designações EN frequentemente adicionam "(Fe)" para indicar ferro controlado; dados mecânicos seguem EN 1706 quando aplicável.
JIS	ADC10/ADC11 (semelhantes)	Japão	Ligas da família ADC possuem química Al–Si–Cu similar, mas variam nos limites de impurezas e nas diretrizes de processamento.
GB/T	AlSi9Cu3	China	Norma chinesa usa composição nominal similar, porém tolerâncias e requisitos de teste podem diferir.

Tabelas de equivalência são aproximadas pois cada norma impõe tolerâncias diferentes para impurezas (Fe, Zn, Mn) e permite pequenas variações composicionais que alteram características de fundição e resposta ao tratamento térmico. Ao substituir equivalentes, verifique sempre dados mecânicos, ciclos recomendados de tratamento térmico e níveis aceitáveis de defeitos, especialmente para peças críticas em fadiga ou uso em temperaturas elevadas.

Resistência à Corrosão

AlSi9Cu3 apresenta resistência moderada à corrosão atmosférica típica das ligas fundidas de Al–Si; a camada natural de alumina atua como barreira, porém a presença de cobre na matriz pode reduzir localmente o desempenho contra corrosão. Em atmosferas industriais comporta-se adequadamente se pintado ou revestido, mas componentes expostos e não tratados podem desenvolver corrosão por pite ou filiforme onde há concentração de umidade e contaminantes.

Ambientes marinhos são mais agressivos: corrosão por pite e em frestas induzida por cloretos são preocupações principais para AlSi9Cu3, especialmente em temperas T, onde acoplamentos galvânicos com intermetálicos ricos em cobre e diferenças na matriz aceleram o ataque localizado. Revestimentos protetores, ânodos sacrificais ou tratamentos superficiais resistentes à corrosão são comumente aplicados para aplicações costeiras.

Trincas por corrosão sob tensão são menos comuns que em algumas ligas forjadas de alta resistência, mas podem ocorrer sob tensão de tração em ambientes com cloretos e em condições de envelhecimento excessivo, onde distribuição de intermetálicos cria sítios anódicos. Interações galvânicas com metais diferentes (aço, cobre) devem ser gerenciadas por isolamento ou escolha de fixadores compatíveis; AlSi9Cu3 é anódico relativo a aço inoxidável e cobre, portanto o contato acelera a corrosão da liga de alumínio. Comparado às famílias forjadas 5xxx e 6xxx, AlSi9Cu3 troca parte da resistência natural à corrosão por melhor desempenho na fundição e maior resistência em temperatura elevada.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem do AlSi9Cu3 fundido é viável com processos TIG e MIG, mas requer atenção à porosidade, trincas a quente e seleção do metal de adição. Use arames de solda Al‑Si ou Al‑Si‑Cu compatíveis com a química da liga base para minimizar trincas a quente e reduzir formação de eutéticos de baixo ponto de fusão na zona de solda. Pré-aquecimento e controle da temperatura entre passes reduzem gradientes térmicos e porosidade; tratamento térmico pós-soldagem por solubilização e envelhecimento pode ser necessário para restaurar a resistência, mas pode causar distorções.

Usinabilidade

A usinabilidade do AlSi9Cu3 é geralmente boa para ligas fundidas, mas é influenciada pela morfologia do silício eutético e partículas intermetálicas que podem endurecer ferramentas. Ferramentas de carboneto com ângulo positivo, avanço alto e velocidades moderadas são recomendadas; fluidos de corte auxiliam na evacuação de cavacos e controle térmico. Geometria dos insertos que fragmenta cavacos e evita tiras longas contínuas é benéfica; acabamento superficial depende do tamanho das partículas de silício e operações secundárias de acabamento podem ser necessárias.

Conformabilidade

Como liga fundida, AlSi9Cu3 tem conformabilidade a frio muito limitada e não pode ser facilmente estirada ou conformada a fundo, como ligas forjadas em chapa. Operações de dobra em seções finas fundidas são restringidas pela fragilidade do silício eutético e dos intermetálicos; raios mínimos de dobra são tipicamente grandes em relação à espessura e dependem da têmpera (O é mais permissivo que T6). Se conformação for necessária, projete peças para fundição quase a forma final e minimize conformação pós-fundição para reduzir risco de fissuras.

Comportamento ao Tratamento Térmico

AlSi9Cu3 é passível de tratamento térmico: a sequência clássica é solubilização, têmpera e envelhecimento artificial para desenvolver precipitados à base de cobre e aumentar resistência. Temperaturas típicas de solução ficam em torno de 500–540 °C para dissolver as fases de cobre e silício; tempos de imersão dependem da espessura da seção, geralmente 2–6 horas para componentes fundidos. A têmpera rápida (água) preserva solução sólida supersaturada e é seguida por envelhecimento artificial a ~160–200 °C por várias horas para precipitar fases de endurecimento e alcançar propriedades T6.

O envelhecimento excessivo (T7) troca parte da resistência máxima por maior estabilidade térmica e menor suscetibilidade a trincas a frio; usado quando as peças operam em temperaturas elevadas ou exigem estabilidade dimensional. Solubilização incompleta ou têmpera inadequada leva a propriedades heterogêneas e resistência limitada. Para peças que necessitam apenas resistência moderada e maior ductilidade, usa-se envelhecimento natural ou T1, mas o potencial máximo de endurecimento por Cu é alcançado somente com solubilização controlada e envelhecimento artificial.

Em casos onde tratamento térmico não seja viável, algum benefício pode ser obtido por encruamento controlado em seções finas fundidas, embora ligas fundidas respondam menos ao trabalho a frio que ligas forjadas. Recozimentos de homogeneização podem reduzir segregação e dissolver alguns intermetálicos grosseiros antes da usinagem final ou tratamento térmico.

Desempenho em Alta Temperatura

AlSi9Cu3 mantém melhor resistência mecânica em temperaturas elevadas que muitas ligas fundidas Al–Si sem Cu devido aos precipitados de cobre que melhoram a dureza à quente. Contudo, acima de aproximadamente 150–200 °C a vantagem de resistência diminui à medida que os precipitados coarsam e a matriz amolece; exposição prolongada acima de 200–250 °C reduz significativamente limite de escoamento e vida em fadiga. Projetistas devem limitar a temperatura de serviço contínuo ou selecionar temperas envelhecidas (T7) para maior estabilidade com resistência menor.

A oxidação é moderada devido ao filme protetor de alumina, mas altas temperaturas aceleram a formação de escamas e podem alterar química superficial; revestimentos protetores ou pinturas são frequentemente utilizados em ambientes de alta temperatura. A zona termicamente afetada (ZTA) ao redor das soldas é susceptível a amolecimento e dissolução de precipitados, reduzindo resistência localizada e podendo criar concentradores de tensão; tratamento térmico pós-solda é recomendado para componentes críticos para restaurar propriedades uniformes.

Aplicações

Indústria	Exemplo de Componente	Por Que AlSi9Cu3 é Usado
Automotiva	Blocos de motor, cabeçotes, carcaças de câmbio	Boa fundibilidade, estabilidade térmica e resistência elevada à temperatura com envelhecimento por Cu.
Marinha	Carcaças de bombas, corpos de válvulas (protegidos)	Fundibilidade para formas complexas e resistência aceitável à corrosão com revestimentos.
Aeronáutica	Fixadores estruturais secundários, carcaças	Relação favorável resistência/peso e capacidade de fundir geometrias complexas.
Eletrônica	Dispositivos dissipadores de calor, invólucros	Condutividade térmica e facilidade para fundir geometrias detalhadas para gerenciamento térmico.
Máquinas Industriais	Corpos hidráulicos, peças de compressor	Estabilidade dimensional, resistência ao desgaste (com tratamentos superficiais) e usinabilidade.

AlSi9Cu3 se destaca quando se requer complexidade funcional, resistência estática de moderada a alta e desempenho térmico em peças fundidas. A capacidade da liga para envelhecimento confiável T6 a torna adequada para componentes que devem manter propriedades após ciclos térmicos e usinagens.

Insights para Seleção

AlSi9Cu3 é uma escolha prática quando um componente fundido requer uma combinação de boa fundibilidade, resistência em alta temperatura e estabilidade dimensional. Selecione este material quando a fundição near-net shape evitar montagens caras e quando o tratamento térmico T6 puder ser aplicado para alcançar a resistência requerida.

Comparado com o alumínio comercialmente puro (1100), o AlSi9Cu3 sacrifica a condutividade elétrica e a conformabilidade, mas oferece resistência estática e em altas temperaturas substancialmente maiores, tornando-o apropriado para peças estruturais fundidas. Em relação às ligas comuns endurecidas por trabalho, como 3003 ou 5052, o AlSi9Cu3 apresenta maior resistência e melhor desempenho em altas temperaturas, ao custo de menor ductilidade e potencialmente resistência à corrosão menos uniforme. Em comparação às ligas forjadas e extrudadas com tratamento térmico, como 6061, o AlSi9Cu3 tipicamente possui resistência específica máxima inferior em seções finas, porém é preferido quando a geometria complexa da fundição e recursos integrados têm prioridade sobre a máxima resistência possível das extrusões e forjados.

Utilize uma lista de verificação rápida para compras: confirme o método de fundição e as dimensões das seções, especifique o estado de fornecimento e o cronograma de tratamento térmico, exija limites de porosidade e END para peças sujeitas à fadiga, e verifique as tolerâncias padrão equivalentes (EN, JIS, GB/T) se for realizar sourcing cruzado do material.

Resumo Final

O AlSi9Cu3 permanece relevante porque ocupa um nicho onde fundibilidade, desempenho térmico e resistência por endurecimento por precipitação são necessários em um único sistema material. Sua química balanceada de Si–Cu permite aos projetistas produzir peças complexas e duráveis com tratamento térmico controlado, tornando-o um componente indispensável para aplicações automotivas, industriais e de gerenciamento térmico, onde a fabricação near-net shape e a estabilidade em serviço são prioridades.