Alumínio EN AW-7020: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Abrangente

EN AW-7020 é uma liga de alumínio da série 7xxx, reforçada principalmente por adições de Zn-Mg e conteúdo limitado de Cu. Comumente identificada nas normas como AlZn4.5Mg1, está entre as ligas Al-Zn-Mg de alta resistência e tratáveis por envelhecimento, com níveis controlados de impurezas para melhorar a tenacidade e a resistência à corrosão.

Os principais elementos de liga são zinco (primário), magnésio e traços de cobre, com pequenas adições de manganês, ferro, cromo e titânio. O fortalecimento é obtido por endurecimento por precipitação após tratamento em solução e envelhecimento artificial, embora endurecimento por deformação possa ser combinado para certos tratamentos térmicos, como T651, para alívio de tensões residuais.

Características principais incluem alta resistência específica, resistência à fadiga competitiva e comportamento relativamente bom contra corrosão atmosférica para uma liga da série 7xxx, devido ao baixo teor de Cu. Soldabilidade e conformabilidade são moderadas: a liga pode ser conformada em tratamentos mais suaves e soldada com material de adição apropriado e tratamento pós-soldagem, porém, o amolecimento na zona termicamente afetada e suscetibilidade à corrosão sob tensão (SCC) requerem atenção.

Indústrias típicas que utilizam o EN AW-7020 são acessórios estruturais aeroespaciais, componentes automotivos de alto desempenho, partes estruturais ferroviárias e marítimas, e elementos arquitetônicos baseados em extrusão. Engenheiros escolhem EN AW-7020 quando é necessário um equilíbrio entre resistência elevada, resistência à corrosão razoável e boa capacidade de extrusão, especialmente quando a resistência superior do 7075 não é necessária ou quando as ligas da série 6000 não oferecem força suficiente.

Variantes de Tratamento Térmico

Tratamento	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta	Excelente	Excelente	Recozido total; melhor conformabilidade e usinabilidade, menor resistência
H14	Média	Médio-Baixo	Bom	Bom	Endurecido por deformação, controle parcial de retorno elástico; uso limitado para chapas finas
T5	Médio-Alto	Médio	Regular	Regular	Resfriado após trabalho a quente e envelhecido artificialmente; boa estabilidade dimensional
T6	Alta	Baixo-Médio	Regular	Regular-Ruim	Tratado em solução e envelhecido artificialmente; resistência máxima para muitas aplicações
T651	Alta	Baixo-Médio	Regular	Regular-Ruim	T6 + alívio de tensões por estiramento; redução de tensões residuais para peças críticas

Os tratamentos térmicos controlam o equilíbrio entre resistência, ductilidade e conformabilidade ajustando a microestrutura e a densidade de discordâncias. Tratamentos suaves, como O, maximizam a ductilidade e permitem operações severas de conformação, enquanto T6/T651 proporcionam desempenho máximo à custa do alongamento e facilidade de conformação a frio.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤0,3	Impureza controlada; excesso pode formar intermetálicos que reduzem a tenacidade
Fe	≤0,5	Impureza típica; maior teor aumenta a fragilidade e reduz a ductilidade
Mn	0,05–0,5	Melhora o controle da estrutura dos grãos e a tenacidade à fratura em pequenas quantidades
Mg	0,8–1,3	Combina-se com Zn para formar precipitados fortalecedores (MgZn2) durante o envelhecimento
Cu	0,05–0,4	Mantido baixo comparado ao 7075 para melhorar resistência à corrosão; contribui para resistência
Zn	3,5–5,0	Principal elemento de liga para resistência; controla a resposta ao endurecimento por precipitação
Cr	0,05–0,25	Controle de contorno de grão e inibidor de recristalização; ajuda na tenacidade
Ti	≤0,15	Refinador de grão para produtos fundidos e forjados; pequenas adições melhoram a microestrutura
Outros (Al balance)	Equilíbrio	Matriz de alumínio + impurezas traço; o restante até 100%

A combinação Zn–Mg promove a formação de finos precipitados metastáveis MgZn2 durante o envelhecimento artificial, produzindo alta resistência à tração e escoamento. Elementos menores como Cr e Mn atuam como refinadores de grão e inibidores de recristalização, melhorando a tenacidade e resistência à fadiga, enquanto os níveis controlados de Cu limitam a corrosão sob tensão (SCC) e aumentam a durabilidade atmosférica.

Propriedades Mecânicas

O EN AW-7020 exibe mudança distinta nas propriedades de tração e escoamento entre condições recozidas e endurecidas, refletindo sua natureza tratável por calor. Em condição recozida (O), a liga apresenta resistência à tração moderada e alto alongamento adequado para conformação, enquanto nos tratamentos T6/T651 a liga atinge resistência ao escoamento e tração substancialmente mais altas com ductilidade reduzida. O comportamento à fadiga é favorável comparado a muitas ligas 6xxx devido à microestrutura estabilizada por precipitados e controle rigoroso de impurezas.

As razões limite de escoamento / resistência à tração tipicamente ficam em faixa moderada e o alongamento nos tratamentos máximos é suficiente para fixadores e acessórios estruturais, mas não para conformação severa por estiramento. A dureza aumenta significativamente com o tratamento em solução e envelhecimento; a dureza Brinell ou Vickers correlaciona-se bem com as propriedades de tração observadas e é comumente usada para inspeção de entrada. A espessura influencia as propriedades alcançáveis, pois o tratamento térmico em solução e a taxa de têmpera variam; seções finas atingem propriedades próximas ao pico após tratamento padrão, enquanto seções espessas podem apresentar resposta reduzida ao envelhecimento e menor resistência.

A iniciação de trincas por fadiga é sensível ao acabamento superficial, tensões residuais e heterogeneidade microestrutural, portanto, pós-processamentos como jateamento de esferas e envelhecimento controlado são padrão para aplicações de alto ciclo. A tenacidade à fratura em T6 é boa para o nível de resistência, favorecida pelo teor limitado de Cu e níveis controlados de impurezas Fe/Mn, que reduzem a propensão ao escorregamento por clivagem.

Propriedade	O / Recozido	Tratamento Chave (T6 / T651)	Observações
Resistência à Tração	~210–260 MPa	~380–440 MPa	T6/T651 são tratados em solução e envelhecidos artificialmente para atingir resistência máxima; valores variam com a espessura da seção
Limite de Escoamento	~110–160 MPa	~320–380 MPa	Aumento significativo após envelhecimento; platô do limite de escoamento influenciado pelo ciclo de envelhecimento
Alongamento	~15–25%	~8–12%	O alongamento diminui à medida que a resistência aumenta; valores dependem da bitola e tratamento
Dureza	~60–80 HB	~120–150 HB	Dureza Brinell correlaciona com o tratamento térmico; usada no controle de qualidade de lotes e seções

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	~2,78 g/cm³	Típico para ligas Al-Zn-Mg; menor que muitos aços, conferindo alta resistência específica
Faixa de Fusão	~480–635 °C	A liga amplia a faixa líquido/sólido; atenção para trincas de calor em fundidos
Condutividade Térmica	~130–150 W/m·K	Moderadamente alta; ligeiramente inferior às séries 1xxx e 6xxx devido à liga
Condutividade Elétrica	~30–40 % IACS	Menor que o alumínio puro; troca condutividade por resistência
Calor Específico	~880–910 J/kg·K	Típico para ligas de alumínio em temperatura ambiente
Coeficiente de Expansão Térmica	~23–24 µm/m·K (20–100°C)	Semelhante a outras ligas de alumínio; importante para conjuntos multimateriais

A condutividade térmica relativamente alta e densidade baixa tornam o EN AW-7020 atraente onde dissipação de calor e redução de peso são fatores de projeto. A expansão térmica é típica das ligas de alumínio e deve ser considerada quando a liga se conecta a materiais com diferentes coeficientes térmicos de expansão.

As temperaturas de fusão e de tratamento térmico devem ser cuidadosamente gerenciadas na fabricação para evitar envelhecimento excessivo ou fusão incipiente, especialmente em componentes com nervuras finas ou seções espessas onde gradientes térmicos são significativos.

Formas do Produto

Forma	Espessura / Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tratamentos Comuns	Observações
Chapa	0,5–6 mm	Seções finas atingem o tratamento completo após envelhecimento padrão	O, T5, T6, T651	Usada para painéis, seções extrudadas e peças estampadas
Placa	6–100+ mm	Placas espessas podem mostrar resposta reduzida ao T6 devido a limitações na têmpera	O, T6 (limitado)	Componentes estruturais pesados; têmpera e envelhecimento devem ser personalizados
Extrusão	Perfis de vários metros	Excelente uniformidade na seção transversal; responde bem a T5/T6	T5, T6, T651	Comum para perfis estruturais, trilhos e estruturas
Tubo	Diâmetros variados; espessura de parede 1–15 mm	Tubos soldados ou sem costura podem ser envelhecidos para alta resistência	O, T6	Usados em aplicações que exigem membros estruturais leves
Barra / Vara	Diâmetros até 200 mm	Seções sólidas requerem tratamento térmico controlado para propriedades uniformes	O, T6	Fixadores, acessórios e componentes usinados

Chapas e extrusões são as formas de produto mais comuns para EN AW-7020, beneficiando-se de boa extrudabilidade e acabamento superficial para anodização. Placas e produtos de grande seção transversal requerem ciclos de tratamento térmico personalizados e controle agressivo da têmpera para alcançar propriedades mecânicas uniformes em toda a seção.

A escolha da forma do produto afeta as rotas de processamento: extrusões podem ser envelhecidas em linha para T5, enquanto peças críticas para a indústria aeroespacial frequentemente requerem tratamento térmico de solução, têmpera e estiramento seguidos por envelhecimento T6/T651 para minimizar tensões residuais e manter a precisão dimensional.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	7020	EUA	Designação comum da Aluminum Association dos EUA para a família da liga
EN AW	7020	Europa	Convenção de nomenclatura EN; frequentemente seguida por códigos de têmpera como T6 ou T651
JIS	A7020	Japão	Referências de normas locais com composição e têmperas similares
GB/T	7020	China	Norma chinesa que frequentemente usa a mesma designação numérica com tolerâncias locais

Os equivalentes entre normas são geralmente diretos para ligas trabalhadas como 7020, mas a aquisição deve considerar nuances das especificações regionais, como limites máximos de impurezas, procedimentos de têmpera e protocolos de ensaio requeridos. Pequenas diferenças na composição garantida ou nos critérios de aceitação do tratamento térmico podem resultar em variações mensuráveis na vida à fadiga e desempenho contra SCC.

Ao adquirir internacionalmente, especifique a norma normativa, têmpera, propriedades mecânicas requeridas e qualquer pós-processamento (ex.: estiramento, anodização) para garantir intercambialidade e consistência de desempenho.

Resistência à Corrosão

EN AW-7020 oferece melhor resistência à corrosão atmosférica do que muitas ligas 7xxx com alto teor de cobre, pois seu conteúdo de cobre é limitado, reduzindo a suscetibilidade à corrosão localizada em ambientes normais. A liga responde bem a tratamentos superficiais como anodização e revestimentos de conversão cromatada, que aumentam ainda mais a proteção barreira e aderência da pintura. Em atmosferas industriais, proteção moderada e manutenção periódica resultam em longa vida útil para peças estruturais.

Em ambientes marinhos, a liga tem desempenho aceitável, mas não é tão robusta quanto as ligas 5xxx ricas em magnésio ou as corretamente tratadas da série 6xxx para serviço em imersão prolongada. A corrosão por pite induzida por cloretos e a corrosão intergranular são mitigadas pelo controle cuidadoso da têmpera e envelhecimento e pelo uso de revestimentos protetores. O potencial para trinca por corrosão sob tensão (SCC) existe para ligas 7xxx sob tensões residuais de tração e ambientes corrosivos, mas o menor teor de Cu e o perfil controlado de impurezas da 7020 reduzem, porém não eliminam, o risco de SCC.

Interações galvânicas seguem o comportamento padrão do alumínio: o pareamento com materiais nobres como aço inoxidável ou cobre pode acelerar corrosão local se houver continuidade elétrica e presença de eletrólito. Recomenda-se o uso de barreiras isolantes, ânodos sacrificiais ou revestimentos seletivos onde metais distintos são unidos. Em comparação às ligas 6xxx, a 7020 troca uma redução moderada na resistência à corrosão por resistência superior e melhor desempenho à fadiga.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

EN AW-7020 pode ser soldada pelos processos TIG e MIG, porém a liga é sensível a fissuras a quente e amolecimento da ZTA; portanto, a soldagem é normalmente realizada em têmperas mais suaves, seguida por envelhecimento localizado ou total quando viável. As ligas de enchimento recomendadas são aquelas que proporcionam ductilidade e resistência à corrosão adequadas, tipicamente Al-Mg (ex.: 5356) ou Al-Si para tipos específicos de junta; a seleção do metal de adição afeta a resistência pós-soldagem e a resistência à SCC. Para aplicações aeroespaciais ou estruturais de alta resistência, a soldagem é frequentemente evitada em favor da junção mecânica devido à perda de têmpera na ZTA.

Usinabilidade

A usinabilidade da EN AW-7020 é classificada como moderada a boa na condição recozida e ligeiramente reduzida em têmperas T6 devido à maior dureza e resistência. Ferramentas de carboneto com geometria de ataque positivo e avanços controlados proporcionam melhor vida útil; aço rápido pode ser utilizado para têmperas mais suaves. O controle dos cavacos é geralmente bom, mas pode ser afetado por mudanças de seção e tratamento térmico; o uso de líquido refrigerante e fixação rígida melhora o acabamento superficial e a durabilidade da ferramenta.

Conformabilidade

A conformabilidade a frio é excelente na têmpera O e diminui conforme a liga envelhece para estados de maior resistência; para dobras complexas e estampagens profundas, preferem-se têmperas O ou séries H. O raio mínimo de dobra depende da espessura e têmpera, mas normalmente requer raios maiores em T6 para evitar trincas; pré-aquecimento ou conformação em quente podem melhorar a ductilidade para conformações moderadas. Retorno elástico (“springback”) é mais pronunciado em níveis mais altos de resistência e deve ser compensado no projeto das ferramentas.

Comportamento ao Tratamento Térmico

Como liga tratável termicamente, EN AW-7020 responde ao tratamento térmico de solução, têmpera e envelhecimento artificial para desenvolver a microestrutura de precipitados que fornece resistência máxima. As temperaturas típicas para tratamento de solução situam-se na faixa de 470–480 °C, com tempo ajustado conforme a espessura da seção para permitir a dissolução das fases solúveis. A têmpera rápida (resfriamento em água ou similar) da temperatura de solução é necessária para reter o soluto em solução sólida supersaturada antes do envelhecimento.

O envelhecimento artificial para têmpera T6 é comumente realizado entre 120–160 °C por períodos de 8 a 24 horas, dependendo do equilíbrio desejado entre resistência e tenacidade. A têmpera T5 designa resfriamento a ar/água pós-trabalho a quente com envelhecimento artificial direto. T651 indica T6 seguido por uma operação controlada de estiramento para reduzir tensões residuais e melhorar a estabilidade dimensional. Tratamento térmico inadequado ou velocidades lentas de têmpera resultam em precipitados grosseiros, menor resistência e pior comportamento à fratura e fadiga.

Para operações sem tratamento térmico, o encruamento aumenta a resistência de forma limitada em comparação ao endurecimento por precipitação completo, e o recozimento (têmpera O) é usado para restaurar ductilidade antes da conformação ou usinagem.

Desempenho em Alta Temperatura

A exposição a temperaturas elevadas reduz progressivamente a dureza e o limite de escoamento reforçados por precipitados da EN AW-7020, com perdas significativas de resistência acima de aproximadamente 120–150 °C. Serviço em temperaturas superiores às faixas típicas de envelhecimento artificial pode causar sobre-envelhecimento, crescimento dos precipitados de reforço e consequentes reduções nas propriedades mecânicas e resistência à fadiga. Para componentes expostos a temperaturas elevadas constantes, recomenda-se a seleção de ligas alternativas ou medidas de proteção no projeto.

A oxidação é mínima em condições atmosféricas normais devido à camada passiva de óxido de alumínio, mas exposição prolongada a altas temperaturas pode alterar o acabamento superficial e reduzir a proteção contra corrosão, especialmente em ambientes contendo cloretos. A zona afetada pelo calor gerada pela soldagem pode apresentar amolecimento localizado e redução do desempenho em altas temperaturas; o tratamento térmico pós-soldagem pode restaurar parcialmente as propriedades, embora seja às vezes inviável em conjuntos grandes.

A resistência à fluência é limitada em altas temperaturas comparada a aços e ligas de níquel; o projeto deve considerar alterações dimensionais a longo prazo se operar próximo ao limite superior de temperatura da liga.

Aplicações

Indústria	Exemplo de Componente	Por que EN AW-7020 É Utilizada
Automotiva	Trilhos estruturais extrudados e peças para gestão de impacto	Alta relação resistência/peso e boa extrudabilidade para perfis complexos
Marinha	Componentes e acessórios de superestrutura	Equilíbrio entre resistência e melhora na resistência à corrosão atmosférica em relação a ligas 7xxx com maior Cu
Aeroespacial	Uniões, olhais e elementos secundários estruturais	Alta resistência específica com boas propriedades de fadiga e capacidade para tratamento térmico preciso
Eletrônica	Chassis e dissipadores térmicos	Boa condutividade térmica combinada com rigidez para invólucros leves

EN AW-7020 é selecionada para componentes que requerem resistência maior do que as ligas 6xxx, mas mantendo comportamento razoável de corrosão e boa extrudabilidade. Seu uso em perfis estruturais extrudados e peças usinadas aproveita a capacidade da liga em alcançar alta resistência nas têmperas T6/T651, mantendo tenacidade e vida à fadiga adequadas para serviço.

Considerações para Seleção

Escolha EN AW-7020 quando necessita de um alumínio tratável termicamente com resistência superior às ligas da série 6xxx, mas com melhor resistência à corrosão do que as ligas 7xxx com alto teor de cobre. É uma escolha sólida para extrusões e peças usinadas onde resistência T6/T651 e resistência à fadiga são prioritárias sobre a máxima soldabilidade.

Em comparação com o 1100 (Al puríssimo comercial), EN AW-7020 troca condutividade elétrica e térmica e conformabilidade superiores por muito maior resistência e rigidez. Frente a ligas encruadas como 3003 ou 5052, 7020 oferece resistência significativamente maior, à custa de menor facilidade de conformação e maior suscetibilidade relativa à SCC. Em relação aos comuns ligas tratáveis 6061/6063, 7020 entrega maior resistência máxima e desempenho à fadiga para aplicações estruturais, embora o 6061 possa ser preferido quando soldabilidade e resistência à corrosão em ambientes marinhos forem mais críticos.

Os especificadores devem ponderar resistência, ambiente corrosivo, necessidades de soldagem e capacidade de pós-processamento (tratamento térmico e usinagem) ao escolher a 7020; ela é especialmente vantajosa quando a geometria da extrusão e a relação resistência/peso nas têmperas T6/T651 são decisivas.

Resumo Final

O EN AW-7020 continua sendo uma liga de engenharia relevante ao oferecer uma combinação equilibrada de alta resistência específica, boa resistência à fadiga e desempenho aceitável contra corrosão para aplicações estruturais onde a manufaturabilidade por extrusão ou usinagem é crítica. Sua composição controlada e resposta ao tratamento térmico fazem dele uma alternativa prática às ligas da série 7xxx com maior teor de cobre e aos materiais da série 6xxx de menor resistência em projetos estruturais leves exigentes.