Alumínio EN AW-3004: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

EN AW-3004 é uma liga de alumínio da série 3xxx (família Al-Mn-Mg) classificada entre as ligas de alumínio trabalhadas com manganês. Trata-se de uma liga não submetida a tratamento térmico, onde o manganês é o principal elemento de liga e o magnésio é utilizado para aumentar a resistência em relação às ligas base AA3003/3000. A liga é principalmente fortalecida por encruamento (endurecimento por deformação) durante o trabalho a frio, com contribuição limitada do endurecimento por solução sólida devido ao Mg e Mn. As características típicas incluem resistência moderada a boa para uma liga não tratável termicamente, boa resistência à corrosão em muitos ambientes atmosféricos, excelente conformabilidade em condições recozidas e soldabilidade razoável nos processos de arco comuns.

Os setores-chave para o EN AW-3004 incluem embalagens (especialmente chapas para latas e recipientes), HVAC e componentes de revestimento de edificações, acabamentos arquitetônicos e componentes de chapa formados usados em eletrodomésticos e pequenos elementos estruturais. Engenheiros escolhem o 3004 quando precisam de maior resistência que as ligas pura e 3003, enquanto mantêm a capacidade de estampagem profunda e conformação por laminação necessárias para aplicações em chapas finas. A liga é frequentemente preferida em relação a ligas tratáveis termicamente de maior resistência quando a conformabilidade, o acabamento superficial e a resistência à corrosão são mais críticos que a resistência máxima à tração, ou quando o tratamento térmico pós-conformação é impraticável.

O EN AW-3004 é favorecido para fabricação de chapas e bobinas porque sua combinação de Mn e Mg oferece um bom equilíbrio entre incremento de resistência e ductilidade retida, permitindo processos como estampagem profunda, calandragem e dobras complexas. Ele ocupa uma posição prática entre o alumínio puro (excelente conformabilidade, porém baixa resistência) e as ligas das séries 5xxx ou 6xxx (maior resistência, porém com diferentes compromissos de conformação e resistência à corrosão), fazendo dele uma opção versátil para aplicações em produtos laminados.

Variedades de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta (20–35%)	Excelente	Excelente	Condição totalmente recozida para máxima ductilidade
H12	Moderada	Baixo (3–8%)	Limitada	Boa	Endurecimento parcial (conformabilidade moderada)
H14	Moderado-Alto	Moderado (6–12%)	Boa	Boa	Encruamento de um quarto, comum para aplicações em chapas
H16	Alto	Baixo (3–8%)	Limitada	Boa	Condição meia-endurecida para maior resistência
H18	Muito Alto	Baixo (2–6%)	Pior	Boa	Totalmente endurecida, maior resistência por trabalho a frio
H24	Moderado-Alto	Moderado (6–12%)	Boa	Boa	Endurecida por deformação e parcialmente recozida/estabilizada

A têmpera controla fortemente os compromissos mecânicos entre resistência e ductilidade: a têmpera O recozida oferece as melhores características de conformação para estampagem profunda e deformações complexas, enquanto as têmperas H, produzidas por trabalho a frio controlado, elevam progressivamente o limite de escoamento e a resistência à tração em detrimento do alongamento. Juntas soldadas geralmente requerem considerações mecânicas pós-soldagem porque as têmperas H amolecem localmente na zona afetada pelo calor, por isso a seleção da têmpera deve considerar as operações subsequentes de conformação e soldagem.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤ 0,6	Elemento impureza; reduz a fluidez do metal fundido em altos teores
Fe	≤ 0,7	Impureza formadora de intermetálicos que afeta o acabamento superficial
Mn	1,0–1,5	Principal elemento de liga para resistência e controle da recristalização
Mg	0,8–1,3	Contribuinte para endurecimento por solução sólida; aumenta resposta ao encruamento
Cu	≤ 0,2	Tipicamente baixo; Cu mais alto diminui a resistência à corrosão
Zn	≤ 0,2	Parcela pequena, mantida baixa para evitar impactos na corrosão
Cr	≤ 0,1	Normalmente não adicionado intencionalmente; pequenas quantidades controlam a estrutura de grãos
Ti	≤ 0,15	Refinador de grão em pequenas quantidades
Outros (cada)	≤ 0,05; total ≤ 0,15	Elementos residuais e traços

A composição confere ao 3004 seu comportamento característico: o manganês refina a estrutura de grãos e melhora a resistência sem perda significativa de ductilidade, enquanto o magnésio aumenta o limite de escoamento e a resistência à tração por efeitos de solução sólida e resposta aprimorada ao encruamento. Limites controlados de Fe e Si são mantidos para preservar a qualidade da superfície e limitar intermetálicos frágeis que podem reduzir a conformabilidade e o acabamento em aplicações decorativas ou para chapas de lata.

Propriedades Mecânicas

O EN AW-3004 apresenta perfil de resistência à tração e limite de escoamento fortemente dependente da têmpera, com chapas recozidas exibindo alto alongamento e limite de escoamento menor, e têmperas H endurecidas proporcionando aumentos significativos nos níveis de limite de escoamento e resistência à tração. Nas têmperas laminadas e endurecidas a frio, a liga apresenta bom alongamento uniforme para chapas finas usadas em estampagem profunda, mas alongamento total reduzido em condições totalmente endurecidas; o expoente de encruamento (n) é favorável para conformação por estiramento nas têmperas O e parcialmente endurecidas. A dureza acompanha a resistência à tração; valores típicos em Brinell ou Rockwell aumentam com o trabalho a frio, mas permanecem abaixo dos valores das ligas tratáveis termicamente.

O desempenho à fadiga do 3004 é típico para ligas Al-Mn: a resistência à fadiga é moderada e sensível ao acabamento superficial, espessura e tensões residuais induzidas por conformação ou soldagem. Seções mais espessas e endurecimento a frio mais intenso podem introduzir anisotropia e características microestruturais localizadas que influenciam a iniciação de trincas. A espessura influencia as propriedades mecânicas principalmente pelo caminho de encruamento durante a laminação e a estrutura resultante dos grãos; chapas finas alcançam maiores deformações no laminação, afetando o equilíbrio entre resistência e ductilidade.

Propriedade	O/Recozida	Têmpera Principal (H14/H18)	Observações
Resistência à Tração (MPa)	120–160	200–270	Valores variam com espessura e nível de trabalho a frio
Limite de Escoamento (MPa)	40–80	120–190	Limite de escoamento aumenta substancialmente com têmperas H
Alongamento (%)	20–35	2–12	Alto na têmpera O para estampagem profunda; baixo em H18 para seções rígidas
Dureza (HB)	25–45	50–85	Dureza Brinell aumenta com o grau de encruamento

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,73 g/cm³	Típica para ligas Al-Mn; relevante para projeto sensível à massa
Faixa de Fusão	640–655 °C	Faixa solidus–líquido aproximadamente nesse intervalo
Condutividade Térmica	~130–160 W/m·K	Inferior ao alumínio puro devido aos elementos de liga
Condutividade Elétrica	~30–36 %IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro; afetada pelo trabalho a frio e composição
Capacidade Térmica Específica	~900 J/kg·K	Próxima à do alumínio puro, dependente da temperatura
Coeficiente de Dilatação Térmica	23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Coeficiente linear típico para ligas de alumínio trabalhadas

O EN AW-3004 mantém condutividade térmica favorável em comparação a muitos metais estruturais, tornando a liga útil em aplicações que exigem dispersão de calor, enquanto ainda oferece conformabilidade e resistência à corrosão. A condutividade elétrica é reduzida pelo material de liga e encruamento, por isso o 3004 não é a escolha quando o desempenho elétrico é crítico, mas continua suficiente para muitas aplicações em invólucros aterrados ou colados.

Dilatação térmica e capacidade térmica específica são importantes no projeto quando se unem materiais distintos ou quando as tolerâncias dimensionais relativas a variações de temperatura são rigorosas. O coeficiente relativamente alto de dilatação térmica em relação aos aços deve ser considerado no projeto de fixadores e juntas.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Temperas Comuns	Observações
Chapa	0,2–4,0 mm	Endurece por trabalho durante a laminação; calibres finos geralmente em H14/H18	O, H14, H18	Ampliamente usada para bobina, estampagens, lataria de latas
Placa	>4,0 mm	Menor endurecimento por trabalho por passagem; comumente fornecida recozida ou ligeiramente endurecida	O, H12	Menos comum que chapa; usada para painéis estruturais mais espessos
Extrusão	Diversos perfis	A resistência depende do trabalho a frio pós-extrusão	O, H14	Uso limitado em extrusões comparado com ligas 6xxx
Tubo	0,3–5,0 mm parede	Tubos trefilados a frio podem ser fornecidos em H18/H24	O, H14, H18	Utilizado para dutos HVAC, condensadores, tubos decorativos
Barra/Vara	≤ 50 mm diâmetro	Propriedades mecânicas variam conforme condição trefilada a frio	O, H14	Menos comum, usado para pequenos perfis e fixadores

As diferenças de processamento entre chapa/bobina e extrusões são significativas: chapa é predominantemente laminada a frio e pode ser produzida com tolerâncias de espessura e acabamentos superficiais muito precisos, enquanto extrusões requerem ajustes diferentes de liga e normalmente favorecem a série 6xxx para estabilidade dimensional. Para 3004, a produção de chapa/bobina e conformação a frio são centrais; extrusões e seções pesadas são menos comuns devido à menor relação força/peso comparada com ligas tratáveis termicamente e características diferentes de recristalização.

A forma do produto dita as operações subsequentes: chapa fina no estado recozido (temper O) permite conformação profunda e alisamento, enquanto temperas H são mais indicadas para painéis onde estabilidade dimensional e rigidez são requeridas sem conformação pesada posterior.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	3004	Estados Unidos	Designação amplamente usada na América do Norte
EN AW	3004	Europa	Nomeação EN idêntica para família de ligas forjadas
JIS	A3004 (aprox.)	Japão	Designação equivalente; verificar especificação JIS local para limites exatos
GB/T	3004 (aprox.)	China	Normas chinesas incluem composições semelhantes Al-Mn-Mg sob série 3xxx

Não existem equivalentes perfeitos um-para-um entre todas as normas devido a diferenças nos limites de impurezas e protocolos de ensaio, mas AA3004 e EN AW-3004 são essencialmente da mesma família sob os sistemas americano e europeu. As classes JIS e GB/T são similares, mas o usuário deve verificar os limites químicos exatos e requisitos de propriedades mecânicas na especificação aplicável antes da substituição; tolerâncias para elementos-traço e especificações de qualidade de superfície podem variar por região e produtor.

Resistência à Corrosão

O EN AW-3004 apresenta resistência geral à corrosão atmosférica, típica das ligas da série 3xxx, formando uma camada estável de óxido que protege o substrato em exposições normais internas e industriais. Resiste bem à corrosão uniforme e tem desempenho adequado em ambientes externos pouco corrosivos. Acabamento superficial, tempera e tensões residuais de conformação ou soldagem influenciam o desempenho prático contra corrosão, sendo comum a aplicação de tratamentos ou revestimentos superficiais para fins estéticos ou de exposição prolongada.

Em ambientes marinhos ou com presença de cloretos, o EN AW-3004 apresenta desempenho moderado, mas é superado pelas ligas 5xxx (Al-Mg) otimizadas para resistência à água do mar. Pode ocorrer corrosão por precipitação (pitting) onde as concentrações de cloretos são altas; por isso, para serviço marítimo prolongado e sem proteção, recomenda-se a escolha de ligas 5xxx ou revestimentos protetores. A suscetibilidade a trincas por corrosão sob tensão é baixa comparada com ligas tratáveis termicamente de alta resistência, mas corrosão localizada e interactions galvânicas podem acelerar ataques onde metais diferentes estão em contato.

Galvanicamente, 3004 é anódico em relação a aços inoxidáveis e ligas de cobre, e cuidados devem ser tomados no projeto de juntas e seleção de fixadores para evitar corrosão acelerada. A prática típica é isolar o alumínio de metais nobres ou usar fixadores e barreiras protetoras compatíveis; em muitas aplicações arquitetônicas e de embalagem, sua resistência à corrosão e acabamento superficial são adequados com anodização ou processos convencionais de revestimento.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

O EN AW-3004 é facilmente soldável por processos de fusão padrão como TIG (GTAW) e MIG (GMAW) com preparação adequada da junta e seleção do metal de adição. Fios recomendados incluem Al-Si (ex.: ER4043) e Al-Mg (ex.: ER5356), dependendo da resistência à corrosão desejada e propriedades mecânicas da solda; ER5356 oferece maior resistência, porém com fluidez ligeiramente inferior em comparação ao ER4043. Como 3004 não é tratável termicamente, o amolecimento na ZTA (zona termicamente afetada) não é causado por envelhecimento térmico, mas o material base submetido a trabalho a frio amolece localmente na ZTA, reduzindo dureza e resistência locais; controle de distorção e operações mecânicas pós-soldagem devem ser planejadas adequadamente. Tendência a fissuras a quente é baixa para ligas Al-Mn-Mg, mas pode ser agravada por ajuste ruim, contaminantes ou restrição excessiva.

Usinabilidade

A usinabilidade do 3004 é moderada a ruim comparada com ligas de alumínio de fácil usinagem; é melhor que ligas de alumínio de alta resistência, mas menos ideal que graus livres para corte. A usinagem típica utiliza ferramentas de metal duro com velocidades de corte moderadas e taxas de avanço maiores para evitar acúmulo de rebarba; torneamento, furação e fresamento devem considerar a formação de cavacos pegajosos sob algumas condições de alimentação e pastilha. O uso de fluido e remoção eficiente de cavacos são importantes para manter acabamento superficial e vida útil da ferramenta, e temperas endurecidas por trabalho (temperas H) reduzem ainda mais a usinabilidade em comparação ao material recozido.

Formabilidade

A formabilidade é um dos pontos fortes do EN AW-3004 em condições recozidas e temperas parcialmente amolecidas; suporta estampagem profunda, alisamento e estampagem complexa com raios de dobra relativamente reduzidos. Raios mínimos recomendados para dobra interna dependem de espessura e tempera, mas normalmente ficam na faixa de 0,5–1,5× da espessura do material para temperas O e H24, com raios maiores necessários para a tempera totalmente endurecida H18. Temperas trabalhadas a frio respondem previsivelmente a dobras incrementais, mas recuperação elástica e anisotropia devem ser antecipadas no projeto das ferramentas; conformação a quente é ocasionalmente usada para ampliar a formabilidade de calibres mais grossos.

Comportamento ao Tratamento Térmico

O EN AW-3004 é uma liga não tratável termicamente; alterações de resistência são obtidas quase exclusivamente por trabalho a frio (endurecimento por deformação) e operações de recozimento. Não existe ciclo de solubilização e envelhecimento artificial que produza os aumentos dramáticos de resistência observados nas séries 6xxx ou 7xxx. Ciclos de recozimento para alívio de tensões e restauração da ductilidade são tipicamente realizados em temperaturas entre ~300–415 °C, com tempos de banho determinados pela espessura da seção e recristalização desejada.

O endurecimento por trabalho é realizado por laminação a frio, trefilação ou dobra, sendo o método principal para obtenção das temperas H; estabilizações ou recozimentos parciais (H2x/H24) são usados para atingir conjuntos intermediários de propriedades e controlar tensões residuais. Para controle crítico dimensional e mecânico, os fabricantes normalmente especificam designação do tempera e percentual de trabalho a frio ao invés de depender exclusivamente de tratamentos térmicos.

Desempenho em Alta Temperatura

Em temperaturas elevadas de serviço, o EN AW-3004 sofre perda gradual de resistência e módulo em relação aos valores à temperatura ambiente, com amolecimento significativo acima de aproximadamente 150–200 °C. A exposição contínua acima dessas temperaturas acelera processos de recuperação e recristalização que reduzem a resistência por trabalho a frio, limitando seu uso estrutural em altas temperaturas. A oxidação é lenta nas temperaturas típicas de serviço e não causa rápida formação de escamas, porém exposições prolongadas em atmosferas oxidantes em alta temperatura resultarão no espessamento superficial típico das ligas de alumínio.

As zonas termicamente afetadas pela soldagem apresentam amolecimento localizado conforme as regiões trabalhadas a frio recristalizam sob exposição térmica; o projeto deve considerar a redução de resistência local e possível distorção. Para exposições intermitentes em temperaturas elevadas (ciclos curtos ou choques térmicos), o 3004 mantém estabilidade dimensional razoável, mas ciclos repetidos aceleram mudanças microestruturais e degradação das propriedades mecânicas.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o EN AW-3004 é utilizado
Automotiva	Painéis de acabamento, componentes internos	Boa conformabilidade e resistência moderada para peças estampadas e formadas
Embalagens	Bobinas para latas de bebidas, tampas	Combinação de desenformabilidade, acabamento superficial e resistência aumentada em relação ao 3003
HVAC / Construção	Condutos, revestimentos, soffits	Resistência à corrosão e facilidade de conformação por calandragem e união de juntas
Eletrodomésticos	Painéis externos, carcaças	Estética custo-efetiva e facilidade de fabricação
Eletrônicos	Dispersores de calor, invólucros	Condutividade térmica combinada com conformabilidade para seções finas

O EN AW-3004 é amplamente utilizado onde se requer conformação de chapas metálicas, resistência à corrosão e acabamento superficial favorável, sem a necessidade da maior resistência à tração possível. Sua compatibilidade com revestimentos comuns e acabamentos anodizados também suporta aplicações arquitetônicas e visíveis ao consumidor.

Considerações para Seleção

Escolha o EN AW-3004 quando for necessária maior resistência que o alumínio comercialmente puro (1100), mantendo grande parte da conformabilidade e resistência à corrosão que tornam o alumínio atraente. Comparado ao 1100, o 3004 troca parte da condutividade elétrica e ductilidade última por um aumento significativo no limite de escoamento e resistência à tração, tornando-o uma escolha melhor para chapas estruturais e bobinas para latas.

Em comparação com ligas próximas endurecidas por trabalho, como 3003 e 5052, o EN AW-3004 fica entre elas: oferece maior resistência que o 3003 devido às adições de Mg e frequentemente melhor conformabilidade que o 5052 de maior teor de Mg, enquanto o 5052 supera o 3004 em ambientes agressivos com cloretos marinhos. Quando comparado a ligas tratáveis termicamente como 6061 ou 6063, o 3004 é preferido para estampagem profunda e aplicações de chapas com requisitos críticos de superfície, apesar das menores resistências máximas alcançáveis, pois evita distorção por tratamento térmico e mantém comportamento superior na conformação em espessuras finas.

Para aquisição e projeto, priorize o 3004 quando as etapas de fabricação incluírem conformação a frio intensiva e quando estiverem previstos revestimentos ou anodização; considere alternativas 5xxx ou 6xxx somente se for necessária resistência à água do mar ou resistência estática muito maior, respectivamente.

Resumo Final

O EN AW-3004 continua sendo uma liga prática e amplamente aplicável para chapas e bobinas laminadas, onde se requer equilíbrio entre conformabilidade, desempenho contra corrosão, qualidade superficial e resistência moderada. Sua dependência do endurecimento por trabalho em vez de tratamento térmico simplifica o processamento para muitas cadeias produtivas dominadas por conformação, mantendo-o relevante para embalagens, arquitetura e indústrias gerais de chapas metálicas.