Alumínio 2018: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Abrangente

A liga 2018 faz parte da série 2xxx de ligas de alumínio, uma classe caracterizada principalmente pelo cobre como principal elemento de liga. A família 2xxx é reconhecida pela alta resistência obtida por envelhecimento por precipitação, e a 2018 tipicamente contém alto teor de cobre mais quantidades controladas de manganês, ferro e magnésio para ajustar resistência e tenacidade.

A 2018 é uma liga tratável termicamente que se fortalece por tratamento térmico em solução, têmpera e envelhecimento artificial para precipitar Al2Cu e fases associadas; o endurecimento por deformação desempenha um papel secundário em alguns estados. A liga oferece alta resistência estática e boa usinabilidade, mas possui resistência à corrosão inerentemente relativamente baixa e soldabilidade limitada comparada a muitas ligas 5xxx e 6xxx.

Indústrias típicas que usam a 2018 incluem acessórios aeroespaciais e elementos estruturais, equipamentos militares, ferramentas e dispositivos, além de certas aplicações automotivas de alta resistência onde a relação resistência/peso é essencial e a corrosão pode ser controlada por revestimentos ou anodização. Engenheiros escolhem a 2018 quando sua combinação de alta resistência, boa tenacidade após envelhecimento e usinabilidade supera as limitações em resistência à corrosão atmosférica ou marinha e soldabilidade.

Variações de Estado

Estado	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Recozido total; melhor para conformação e brasagem
H14	Moderado	Baixo a Moderado	Regular	Ruim	Endurecido por deformação; ductilidade limitada
T3	Moderado a Alto	Moderado	Regular	Ruim	Tratado termicamente em solução, trabalhado a frio, envelhecido natural
T4	Moderado a Alto	Moderado	Regular	Ruim	Tratado termicamente em solução e envelhecido natural
T5	Alto	Baixo a Moderado	Limitado	Ruim	Resfriado a partir de temperatura elevada e envelhecido artificialmente
T6	Alto	Baixo a Moderado	Limitado	Ruim	Tratado termicamente em solução e envelhecido artificialmente para resistência máxima
T651	Alto	Baixo a Moderado	Limitado	Ruim	T6 com alívio de tensões por estiramento para reduzir distorção

O estado tem grande influência nas propriedades da 2018 porque os precipitados ricos em cobre controlam resistência e tenacidade. Material recozido (O) é usado onde domina a conformação, enquanto T6/T651 são usados quando se exige resistência máxima e estabilidade dimensional apesar da ductilidade reduzida.

A rota de processamento (trabalho a frio antes do envelhecimento, retoque por estiramento) também ajusta tensões residuais e vida à fadiga; a especificação do estado deve estar alinhada com a fabricação e condições de serviço pretendidas para evitar sobredimensionamento ou subdimensionamento dos componentes.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	máx. 0,15	Impureza; baixo silício minimiza intermetálicos frágeis
Fe	0,5–1,2	Impureza; aumenta resistência mas pode reduzir ductilidade
Mn	0,4–1,0	Controla estrutura de grão e melhora tenacidade à fratura
Mg	0,2–0,8	Contribui para sinergia no endurecimento com Cu
Cu	3,5–5,0	Principal elemento de reforço (forma precipitados de Al2Cu)
Zn	máx. 0,25	Menor; contribuição limitada à resistência
Cr	0,1–0,3	Controle da estrutura de grão; reduz recristalização
Ti	0,05–0,20	Refinador de grão para produtos forjados
Outros / Al balanço	Balanço	Resíduos e elementos traço; alumínio constitui o balanço

O desempenho da 2018 é dominado pelo teor de cobre que permite endurecimento por precipitação e alta resistência após envelhecimento. Pequenas adições como manganês e cromo refinam a estrutura do grão e estabilizam propriedades mecânicas durante variações térmicas e trabalho, enquanto níveis de ferro e silício são controlados para limitar intermetálicos deletérios que poderiam tornar a liga frágil.

Propriedades Mecânicas

Nos estados de envelhecimento máximo (T6/T651), a 2018 apresenta alta resistência à tração e boa resistência ao escoamento relativa à maioria das ligas de alumínio forjadas, tornando-a adequada para componentes estruturais de alta carga. O alongamento nos estados máximos é limitado, mas suficiente para muitos componentes usinados ou conformados levemente; a resistência à fadiga é razoável, porém sensível ao acabamento superficial e estado de corrosão.

Na condição recozida (O), a 2018 apresenta ductilidade muito maior e resistência ao escoamento/tracção inferior, o que é benéfico para processos de conformação e dobra mas requer tratamento térmico subsequente para aplicações estruturais. A espessura também influencia propriedades de escoamento e tração; seções mais espessas podem ser difíceis de tratar termicamente de forma uniforme e podem apresentar resposta ao envelhecimento reduzida ou propriedades diferenciais ao longo da seção.

A dureza nos estados máximos aumenta significativamente em relação à condição O e correlaciona-se com as propriedades de tração; entretanto, dureza e resistência se degradam nas zonas afetadas pelo calor durante soldagem por fusão e durante sobreenvelhecimento em temperaturas elevadas de serviço. A iniciação de trincas por fadiga na 2018 envelhecida muitas vezes origina-se em marcas de usinagem ou pites de corrosão, portanto tratamento superficial e projeto para parada de trinca são fundamentais.

Propriedade	O / Recozido	Estado Chave (ex.: T6/T651)	Observações
Resistência à Tração	~200–260 MPa	~430–520 MPa	T6 proporciona UTS substancialmente maior devido ao reforço por precipitados
Limite de Escoamento	~70–150 MPa	~320–380 MPa	O limite aumenta com o envelhecimento; trabalho a frio eleva esse valor em alguns estados H
Alongamento	>20%	~6–12%	Ductilidade cai nos estados envelhecidos; depende da espessura da seção
Dureza (Brinell)	~40–60 HB	~110–140 HB	Correlaciona-se com resistência; amolecimento na ZAC reduz dureza local após soldagem

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	~2,78–2,82 g/cm³	Levemente mais alta que alumínio puro devido ao teor de cobre
Intervalo de Fusão	~500–635 °C	Faixa sólido-líquido; ligas fundem em intervalo, não em ponto único
Condutividade Térmica	~120–150 W/m·K	Inferior ao alumínio puro; cobre reduz condutividade
Condutividade Elétrica	~20–35% IACS	Cobre reduz condutividade comparado às ligas 1xxx
Calor Específico	~0,88–0,92 J/g·K	Similar a outras ligas de alumínio; varia ligeiramente com temperatura
Coeficiente de Dilatação Térmica	~23–24 µm/m·K (20–100°C)	Comparável a outras ligas de alumínio; importante para projeto em ciclos térmicos

As propriedades térmicas e elétricas da 2018 são reduzidas em relação ao alumínio comercialmente puro devido ao cobre e outros elementos de liga. Essas reduções são relevantes quando a 2018 é escolhida para gerenciamento térmico; outras ligas ou o cobre podem ser preferíveis quando a condutividade é crítica.

As características de fusão e solidificação impactam tratamentos térmicos e soldagem; a faixa relativamente ampla de fusão aumenta a suscetibilidade à fissuração a quente durante soldagem por fusão e requer ciclos controlados de aquecimento/resfriamento durante o tratamento em solução para evitar fusão incipiente.

Formas de Produto

Forma	Espessura / Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Estados Comuns	Observações
Chapa	0,5–6 mm	Boa resistência no T6; O para conformação	O, T3, T4, T6, T651	Amplamente usada para peças usinadas e pequenas estruturas
Placa	>6 mm até 150+ mm	Sensibilidade à seção no tratamento térmico	O, T6 (quando possível)	Placas espessas são difíceis de envelhecer uniformemente
Extrusão	Dependente do perfil	Boa resistência axial; endurecível por envelhecimento	T6 após envelhecimento	Limitada pela trabalhabilidade a quente e dissolução de fases de Cu
Tubo	Diâmetros/espessuras diversos	Semelhante às extrusões envelhecidas	O, T6	Usado para tubos estruturais e conexões quando se requer resistência
Barra/Vara	Diâmetros de poucos mm até 150 mm	Boa usinabilidade na condição envelhecida	O, T3, T6	Comum para componentes torneados e fixadores

O formato e rota de processamento influenciam significativamente as propriedades mecânicas atingíveis porque a eficácia do tratamento térmico varia com o tamanho da seção e velocidade de resfriamento. Chapas e extrusões finas podem ser tratadas em solução e envelhecidas mais uniformemente que placas espessas, assim a escolha da forma do produto deve considerar tanto fabricação quanto requisitos mecânicos finais.

O trabalho a frio antes do envelhecimento (T3) oferece um comprometimento entre estabilidade dimensional e resistência final, enquanto a condição O facilita operações complexas de conformação; projetistas devem coordenar capacidades do fornecedor (ex.: tratamento em solução de seções espessas) com cargas de serviço pretendidas.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	2018	USA	Designação da Primary Aluminum Association
EN AW	2018 / 2018A	Europa	Frequentemente listado como EN AW-2018A; tolerâncias químicas e mecânicas podem divergir
JIS	A2018	Japão	Diferenças locais em limites de impurezas e tratamentos térmicos
GB/T	2A01	China	Designação padrão chinesa; intercâmbio limitado sem confirmação das especificações

Designações equivalentes existem, mas não são universalmente idênticas; limites de micro-ligas, impurezas permitidas e especificações de temperamento podem variar entre normas. Engenheiros devem consultar a norma precisa e certificados da usina ao substituir material originado de diferentes regiões, para garantir propriedades mecânicas e resposta ao tratamento térmico compatíveis.

Resistência à Corrosão

O 2018 possui resistência significativamente inferior à corrosão atmosférica geral e por pite comparado às ligas das séries 5xxx e 6xxx, devido ao seu teor de cobre, que promove corrosão localizada e ataque intergranular em ambientes agressivos. Em atmosferas marinhas e com presença de cloretos, o 2018 não protegido é suscetível à corrosão por pite e crevice, exigindo normalmente revestimento (alclad) ou camadas protetoras robustas para serviço prolongado.

A liga também é mais vulnerável à fratura por corrosão sob tensão (SCC) do que ligas com menor teor de cobre, especialmente em tratamentos térmicos de alta resistência e sob esforços de tração em ambientes corrosivos. Interações galvânicas devem ser consideradas: o 2018 é anódico em relação a aços inoxidáveis e ligas cobre-níquel, criando correntes galvânicas se mantidos acoplados eletricamente em meio condutor.

Para aplicações com exposição inevitável à corrosão, medidas de projeto como revestimentos, proteção catódica, isolamento com fixadores não condutores e especificação de produtos revestidos são comuns. Em comparação, as ligas da série 6xxx apresentam soldabilidade e resistência à corrosão muito superiores, ainda que a um nível de resistência máxima um pouco menor, o que gera compensações na escolha da liga.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem por fusão do 2018 é desafiadora; a matriz rica em cobre reduz a soldabilidade e aumenta a suscetibilidade a trincas a quente e porosidade. A prática típica evita soldagem por fusão para estruturas altamente solicitadas, utilizando em vez disso fixação mecânica, brasagem com fluxos adequados ou soldagem por fricção e mistura (friction stir welding), que reduz significativamente o amolecimento e trincas na ZAT. Quando a soldagem é necessária, recomenda-se uso de ligas de adição compatíveis, como preenchimentos Al-Cu (ex.: variantes 2319/4043 conforme aplicação) e rigorosos controles de pré e pós-aquecimento, com expectativa de propriedades mecânicas locais reduzidas na zona afetada pelo calor (ZAT).

Usinabilidade

O 2018 é frequentemente classificado como boa a excelente em usinabilidade entre ligas de alumínio de alta resistência, pois ligas da série 2xxx envelhecidas usinam de forma limpa e geram formação previsível de cavacos. Ferramentas de carboneto com ângulo positivo, setups rígidos, refrigeração abundante e quebradores de cavacos auxiliam a controlar a aresta construída e manter a precisão dimensional. A prática comum utiliza velocidades de corte moderadas a altas, profundidade de corte relativamente leve para passes finais e ferramentas projetadas para cortes interrompidos ao encontrar áreas endurecidas pela deformação.

Conformabilidade

A conformabilidade do 2018 é fortemente dependente do tratamento térmico; a condição O oferece os melhores raios mínimos de dobra e alongamento, enquanto T6/T651 apresentam ductilidade limitada e exigem raios maiores para dobragem. Para dobra, um raio interno mínimo aproximado de 1 a 2 vezes a espessura do material é um ponto de partida prático em condição O, enquanto tratamentos pico-envelhecidos podem precisar de >3× espessura e projeto cuidadoso das matrizes. Quando se requer conformação complexa seguida de serviço de alta resistência, é possível formar em condição O seguido de tratamento de solubilização e envelhecimento (se viável), mas isso exige controle de distorção e possível amolecimento durante o tratamento térmico subsequente.

Comportamento ao Tratamento Térmico

O tratamento de solubilização do 2018 é realizado para dissolver fases ricas em Cu na matriz de alumínio, tipicamente em temperaturas na faixa aproximada de 500–535 °C, variando com a espessura da seção e limitações de chapa ou folha. Aquecimento uniforme e têmpera rápida são críticos para manter o soluto em solução sólida supersaturada; taxas de têmpera mais lentas em seções grossas permitem a formação de precipitados grosseiros, reduzindo o potencial de endurecimento por envelhecimento subsequente.

O envelhecimento artificial (T6) é realizado geralmente entre ~150–190 °C por várias horas para nucleação e crescimento de finos precipitados Al2Cu, elevando limites de escoamento e resistência à tração; ciclos de envelhecimento são selecionados para equilibrar resistência máxima com tenacidade aceitável, evitando o sobreenvelhecimento. Sobreenvelhecimento ou exposição a temperaturas elevadas em serviço resulta em precipitados coarsos, diminuindo dureza e resistência e deslocando propriedades para condições semelhantes a T4.

As designações de tratamento térmico refletem histórico de processamento: T3 indica tratamento de solubilização, deformação a frio e envelhecimento natural, já o T4 é tratado por solubilização e envelhecido naturalmente. A transição entre tratamentos (ex.: retratamento de uma peça T6) reinicia o ciclo de envelhecimento, mas pode induzir distorção e alterações metalúrgicas; portanto, endireitamento ou relaxamento de tensões pós-tratamento (T651) são comuns para componentes de precisão.

Desempenho em Alta Temperatura

O 2018 sofre perda significativa de resistência com o aumento da temperatura, pois os finos precipitados que fornecem endurecimento por envelhecimento coalescem e se dissolvem entre aproximadamente 120–200 °C, dependendo da condição de envelhecimento e tempo de exposição. Assim, o serviço em longo prazo é geralmente restrito a temperaturas moderadamente elevadas; componentes expostos a temperaturas sustentadas acima de ~150 °C devem ser avaliados para fluência e redução do limite de escoamento.

A oxidação em temperaturas elevadas é semelhante a outras ligas de alumínio, formando geralmente uma camada passiva de óxido de alumínio, mas ambientes combinados térmicos e corrosivos (ex.: sprays salgados quentes) podem acelerar a degradação. Regiões da zona afetada pelo calor após soldagem são particularmente vulneráveis à perda de resistência e crescimento de grãos em temperatura de serviço elevada, portanto margens de projeto e tratamentos pós-soldagem devem considerar o enfraquecimento localizado.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que Usar 2018
Aeroespacial	Suportes, bracketes, fixadores	Alta relação resistência/peso e boa tenacidade em tratamentos envelhecidos
Militar / Defesa	Componentes estruturais, montagens	Alta resistência estática e usinabilidade para peças críticas
Automotiva	Bracketes usinados de alta resistência, ferramentais	Resistência combinada com boa usinabilidade onde corrosão é controlada
Ferramentaria / Gabaritos	Dispositivos, matrizes, mandris	Estabilidade dimensional (T651) e dureza para resistência ao desgaste
Eletrônica	Estruturas estruturais específicas	Rigidez e resistência para pequenos elementos estruturais

O 2018 é escolhido para componentes que requerem resistência máxima envelhecida, boa usinabilidade e propriedades mecânicas estáveis sob cargas estáticas, além de onde a exposição à corrosão pode ser mitigada. Revestimentos, aplicação de ligas clad ou ambientes controlados são empregados para prolongar a vida útil em ambientes corrosivos.

Orientações para Seleção

Para engenheiros escolhendo entre 2018 e alumínio comercialmente puro ou de baixa liga, as compensações são claras: comparado ao 1100, o 2018 sacrifica condutividade elétrica e térmica e conformabilidade em troca de resistência substancialmente maior, útil para peças usinadas estruturais carregadas.

Em relação a ligas endurecidas por trabalho como 3003 ou 5052, o 2018 oferece resistência máxima muito superior e melhor usinabilidade, mas desempenho inferior à corrosão e soldabilidade pior; escolha 2018 quando resistência e vida à fadiga forem mais importantes que robustez à corrosão.

Comparado a ligas tratáveis termicamente como 6061 ou 6063, o 2018 frequentemente proporciona resistência comparável ou superior em certos tratamentos e melhor usinabilidade para componentes com usinagem intensiva; entretanto, 6061 oferece melhor soldabilidade, resistência à corrosão e resposta de envelhecimento mais tolerante, portanto 2018 é preferido somente quando o perfil específico de resistência, tenacidade ou resistência ao desgaste dos precipitados Al-Cu for requerido.

Resumo Final

A liga 2018 permanece relevante onde alta resistência estática, resposta confiável ao envelhecimento e boa usinabilidade são critérios decisivos de seleção, e onde restrições à corrosão e soldagem podem ser gerenciadas via projeto, revestimento ou clad. Seu papel continua em aplicações aeroespaciais, defesa e industriais especializadas, onde o sistema de endurecimento por precipitação Al–Cu entrega desempenho mecânico dificilmente alcançado por outras ligas de alumínio forjadas.