Alumínio 2124: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

2124 é uma liga de alumínio-cobre da série 2xxx, caracterizada pelo cobre como o principal elemento de ligação, com magnésio e manganês como elementos secundários importantes. É uma liga tratável termicamente que desenvolve sua alta resistência principalmente através de tratamento térmico por solubilização, têmpera e envelhecimento artificial, com fortalecimento adicional obtido por trabalho a frio controlado quando os tratamentos especificados assim o exigem.

A liga apresenta alta resistência estática e boa tenacidade à fratura para uma liga de alumínio contendo cobre, mas sacrifica alguma resistência à corrosão geral e soldabilidade em relação às famílias 5xxx e 6xxx. A formabilidade na condição recozida é aceitável, enquanto os tratamentos duros reduzem significativamente a ductilidade; a usinabilidade é geralmente boa para formas forjadas usadas na indústria aeroespacial.

Indústrias típicas que especificam a liga 2124 incluem estruturas primárias e secundárias aeroespaciais, conexões de alta resistência e alguns componentes de defesa onde a elevada relação resistência/peso e desempenho à fadiga são requisitos essenciais. Engenheiros selecionam o 2124 em vez de outras ligas quando uma combinação de alta resistência, tolerância a danos e resposta previsível ao envelhecimento são necessárias e quando revestimentos ou medidas protetivas podem mitigar sua sensibilidade à corrosão.

Variantes de Tratamento

Tratamento	Nível de Resistência	Alongamento	Formabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Totalmente recozido, máxima ductilidade para conformação
H14	Moderado	Baixo a Moderado	Razoável	Ruim	Endurecido por deformação com ductilidade limitada
T3	Moderado a Alto	Moderado	Razoável	Ruim	Tratado termicamente por solubilização, trabalhado a frio, envelhecido naturalmente
T4	Moderado	Moderado	Razoável	Ruim	Tratado termicamente por solubilização e envelhecido naturalmente
T6	Alto	Baixo	Limitada	Ruim	Tratado termicamente por solubilização e envelhecido artificialmente para resistência máxima
T8	Alto	Baixo	Limitada	Ruim	Tratado termicamente por solubilização, trabalhado a frio e envelhecido artificialmente
T351	Moderado a Alto	Moderado	Razoável	Ruim	Tratado termicamente por solubilização, aliviado de tensões por estiramento
T851	Alto	Baixo a Moderado	Limitada	Ruim	Tratado termicamente por solubilização, aliviado de tensões (esticado) e envelhecido artificialmente; tratamento comum em aeroespacial

O tratamento térmico rege fortemente as compensações entre resistência, ductilidade e resistência à fadiga no 2124. Material recozido (O) é usado quando a conformação é prioritária, enquanto os tratamentos T6/T851 são escolhidos para máxima resistência estática e retenção estável de propriedades à temperatura ambiente.

Os níveis de trabalho a frio e o envelhecimento artificial subsequente (ex.: T8) podem ser usados para ajustar limite de escoamento versus tenacidade, mas reduzem drasticamente a capacidade de conformação e tornam a soldagem impraticável devido ao amolecimento na zona afetada pelo calor (ZAC) e suscetibilidade a trincas por quente.

Composição Química

Elemento	Faixa (%)	Observações
Si	≤ 0,50	Impureza; controlado para reduzir defeitos de fundição e manter ductilidade
Fe	≤ 0,50	Impureza; excesso reduz resistência à corrosão e pode formar intermetálicos
Cu	3,8 – 4,9	Elemento principal de endurecimento promovendo endurecimento por precipitação
Mn	0,20 – 0,50	Controla estrutura de grãos e recristalização; melhora tenacidade
Mg	1,2 – 1,8	Sinergia com Cu para endurecimento por precipitação e endurecibilidade
Zn	≤ 0,25	Elemento menor; geralmente baixo e com pouca função de endurecimento
Cr	≤ 0,10	Controle da estrutura de grãos e ajuda a limitar a recristalização
Ti	≤ 0,15	Refinador de grão em lingotamento e processamento
Outros	≤ 0,15 total	Elementos traço e resíduos; mantidos baixos para manter envelhecimento previsível

Cobre e magnésio são os elementos-chave que permitem o endurecimento por precipitação do 2124; o cobre forma CuAl2 e fases associadas que precipitam durante o envelhecimento. Manganês e traços de cromo/titânio refinam a estrutura de grãos e estabilizam propriedades, enquanto silício e ferro são controlados para evitar intermetálicos frágeis que reduzem tenacidade e resistência à corrosão.

Propriedades Mecânicas

O comportamento à tração do 2124 depende fortemente do tratamento térmico, com aumentos substanciais tanto no limite de escoamento quanto na resistência à tração máxima em tratamentos com envelhecimento por precipitação. Condições de envelhecimento pico como T6 ou T851 produzem altas razões limite de escoamento/força máxima e alongamento uniforme relativamente baixo; esses tratamentos também elevam a dureza e reduzem a tenacidade à entalhe em relação ao material recozido. A resistência à fadiga é geralmente boa para ligas Al-Cu de alta resistência, desde que qualidade superficial e esforços residuais sejam controlados e a corrosão seja mitigada por tratamentos protetivos ou revestimento.

A espessura e a forma do produto afetam as propriedades mecânicas devido às taxas de resfriamento através da espessura durante a têmpera e ao potencial de envelhecimento diferencial; seções finas alcançam força pico de modo mais uniforme que placas mais espessas. O alongamento diminui conforme a resistência aumenta e também está reduzido em estados fortemente trabalhados a frio; o projeto para ductilidade deve considerar os tratamentos disponíveis e operações de conformação. A dureza se correlaciona intimamente com as propriedades à tração, mas amolecimento localizado em soldas ou ZACs pode comprometer substancialmente o desempenho em serviço se não considerado.

Propriedade	O/Recozido	Tratamento Chave (T851/T6)	Observações
Resistência à Tração (UTS)	~200–300 MPa	~470–520 MPa	Valores dependem da espessura e processamento; materiais para aeroespacial frequentemente no limite superior
Limite de Escoamento (offset 0,2%)	~80–220 MPa	~350–470 MPa	Limite de escoamento aumenta fortemente com o envelhecimento; T851 tipicamente oferece limite maior que T6 em algumas condições
Alongamento (em 50 mm)	~18–26%	~6–12%	Alongamento diminui com aumento do envelhecimento e trabalho a frio
Dureza (Brinell HB)	~30–60 HB	~120–160 HB	Dureza corresponde à resistência à tração e condição de envelhecimento; tratamentos superficiais alteram dureza em serviço

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,78 g/cm³	Típico de ligas de alumínio de alta resistência, benéfico para relação resistência/peso
Intervalo de Fusão	~500–640 °C	Faixa solidus/liquidus depende do cobre e outros elementos menores
Condutividade Térmica	~120 W/m·K	Menor que alumínio puro, mas ainda boa para muitas aplicações térmicas
Condutividade Elétrica	~30–40 %IACS	Reduzida pela adição dos elementos; não é selecionado quando alta condutividade é requisito
Calor Específico	~0,90 J/g·K (900 J/kg·K)	Típico para ligas de alumínio em temperaturas ambientes
Coeficiente de Dilatação Térmica	~23–24 µm/m·K	Coeficiente semelhante a outras ligas de alumínio

A densidade e propriedades térmicas tornam o 2124 atraente onde baixa massa e condução térmica razoável são requeridas junto à capacidade mecânica. A condutividade elétrica é substancialmente reduzida pelas adições de cobre, portanto o 2124 não substitui alumínio grau elétrico quando a condutividade é crítica no projeto.

Formas de Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tratamentos Comuns	Observações
Chapa	0,5 – 6 mm	Boa uniformidade em calibres finos	O, T3, T6, T851	Espessuras comuns para pele e painéis aeroespaciais; possível revestimento
Placa	6 – 200 mm	Possibilidade de gradientes de propriedades através da espessura	O, T6, T851	Placa grossa requer têmpera controlada para evitar núcleo amolecido
Extrusão	Perfis até grandes seções transversais	Dependente do resfriamento da seção	T6 (envelhecível) após tratamento de solubilização	Menos comum que chapa/placa; boa para reforços complexos
Tubo	Diâmetro externo variável, espessura de parede variável	Limites mecânicos estabelecidos pela espessura da parede	T3, T6	Usado em conexões e tubos estruturais na indústria aeroespacial
Barra/Rolim	Diâmetros até 200 mm	Homogêneo em menores diâmetros	O, T6	Usado para conexões usinadas e forjados

Diferenças nos processos levam a consequências distintas nas propriedades: chapas e extrusões finas resfriam rapidamente e alcançam envelhecimento mais uniforme, enquanto placas grossas exigem técnicas especiais de têmpera e podem necessitar de ciclos de envelhecimento pós-processamento. A seleção do produto deve considerar os tratamentos térmicos pós-conformação necessários, potencial para revestimento e se o componente será usinado ou soldado.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	2124	EUA	Designação primária sob a Aluminum Association
EN AW	2124	Europa	Frequentemente referenciada como EN AW-2124 em normas europeias com química similar
JIS	A2618/A?	Japão	Sem equivalente direto exato no JIS; existem graus Al-Cu de alta resistência similares
GB/T	AlCu4Mg1 / análogo 2124	China	Normas chinesas podem listar composições sob nomes descritivos em vez de números idênticos de liga

2124 é codificado principalmente na AA/ASTM e reconhecido na nomenclatura EN como AW-2124; entretanto, algumas regiões aplicam ligas muito próximas com limites ligeiramente diferentes de impurezas e tratamentos. Diferenças menores em elementos traço permitidos ou procedimentos de aceitação de lote podem levar a resultados mecânicos ligeiramente distintos, sendo essencial a verificação cruzada das especificações mecânicas e certificação dos lotes ao substituir entre regiões.

Resistência à Corrosão

Em ambientes atmosféricos, 2124 é menos resistente que ligas 5xxx e 6xxx devido à presença de precipitados contendo cobre que podem promover a iniciação da corrosão localizada. Quando exposto a atmosferas úmidas ou levemente corrosivas, 2124 se beneficia de revestimento protetor ou camadas conversionais de cromato frequentemente aplicadas na prática aeroespacial. O revestimento (alclad) é usado com frequência em aplicações externas para fornecer uma barreira sacrificante de alumínio puro e melhorar a resistência à corrosão por picaduras e exfoliação.

Em ambientes marinhos, a liga é susceptível a corrosão por picaduras e intergranular, a menos que protegida por revestimentos, revestimento ou proteção catódica; exposição contínua à névoa salina acelera o ataque em regiões ricas em precipitados de cobre. A corrosão sob tensão (SCC) pode ocorrer em ambientes com cloretos e sob tensões de tração, especialmente em condições de envelhecimento máximo e quando tensões residuais de tração provenientes de conformação ou usinagem permanecem.

Interações galvânicas são significativas quando 2124 entra em contato com metais mais nobres, como aço inoxidável ou cobre; o alumínio atuará anodicamente e corroerá preferencialmente se não estiver eletricamente isolado ou protegido. Comparado com ligas 6xxx (Al-Mg-Si), 2124 sacrifica parte da resistência à corrosão para obter maior resistência, e comparado com ligas 5xxx é significativamente menos tolerante à exposição marinha a cloretos.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem do 2124 é desafiadora e geralmente desaconselhada para aplicações que requerem propriedades estruturais integrais devido à susceptibilidade à fissuração por calor e amolecimento na zona termicamente afetada (ZTA). Quando a soldagem é necessária, processos como TIG ou MIG com ligas de enchimento Al-Cu compatíveis (por exemplo, 2319 ou variantes especialmente formuladas de 4047/5356) são comumente especificados para reduzir fissuras e melhorar a ductilidade no metal de solda. O tratamento térmico pós-soldagem não é capaz de restaurar completamente as propriedades originais de envelhecimento máximo nas zonas soldadas, e projetistas normalmente evitam soldar elementos críticos e altamente solicitados.

Usinabilidade

2124 é considerado razoavelmente usinável em comparação a muitas ligas de alumínio de alta resistência; usina bem com ferramentas de aço rápido ou metal duro quando mantidas velocidades e avanços adequados. Os cavacos tendem a ser contínuos e dúcteis; o uso de fluido de corte e dispositivos rígidos melhora o acabamento superficial e o controle dimensional. A vida útil da ferramenta pode ser maior que algumas ligas sem cobre devido à tendência da liga formar morfologia favorável dos cavacos, mas a alta resistência aumenta as forças de corte e deve ser considerada.

Conformabilidade

A conformação é melhor realizada em tratamentos recozidos (O) ou temperados levemente trabalhados; tratamentos duros como T6/T851 apresentam baixa ductilidade e são difíceis de conformar sem fissuras. Os raios mínimos de dobra e profundidades de estampagem recomendados devem ser abordados de forma conservadora para tratamentos envelhecidos, e conformação em quente ou envelhecimento após tratamento de solução podem ser usados para obter formas complexas. O retorno elástico (springback) em tratamentos de alta resistência é significativo e deve ser compensado no projeto das ferramentas.

Comportamento em Tratamento Térmico

O tratamento de solução para 2124 é conduzido normalmente na faixa de 495–505 °C para dissolver fases portadoras de cobre e magnésio em solução sólida supersaturada. O rápido resfriamento, geralmente por imersão em água na temperatura de solução, é necessário para reter os solutos em supersaturação e permitir a precipitação subsequente durante o envelhecimento artificial. Ciclos de envelhecimento artificial para condições do tipo T6 normalmente utilizam temperaturas entre 160–190 °C por várias horas para atingir um equilíbrio entre resistência e tenacidade com sequências de precipitação reproduzíveis.

Templos T851 e similares usados na indústria aeroespacial adicionam uma etapa controlada de estiramento (alívio de tensões) após a têmpera e antes do envelhecimento para reduzir tensões residuais e melhorar estabilidade dimensional. O superenvelhecimento pode ser usado intencionalmente para melhorar a resistência à corrosão sob tensão em detrimento da resistência máxima, e re-envelhecimento controlado ou envelhecimento de reparo pode ser aplicado a peças após excursões térmicas limitadas. Comportamento não temperável não se aplica ao 2124, pois seu endurecimento principal é baseado em precipitação, não apenas em encruamento.

Desempenho em Alta Temperatura

2124 perde resistência progressivamente com o aumento da temperatura, com reduções perceptíveis acima de 100–150 °C e amolecimento significativo ao se aproximar das temperaturas típicas de envelhecimento artificial. Exposição prolongada a temperaturas elevadas promove superenvelhecimento e crescimento de precipitados endurecedores, reduzindo o limite de escoamento e a resistência à fadiga. A oxidação é mínima para alumínio nessas temperaturas em ar seco, mas a perda de propriedades mecânicas é a principal limitação para serviço em alta temperatura.

As zonas termicamente afetadas produzidas por soldagem apresentam amolecimento localizado e alterações microestruturais que reduzem a capacidade de suporte de carga, particularmente nas temperaturas em que o crescimento dos precipitados é acelerado. Para aplicações cíclicas ou sensíveis a fluência, projetistas normalmente limitam a temperatura de serviço abaixo do início do crescimento significativo dos precipitados e especificam revestimentos protetores para limitar interações ambientais.

Aplicações

Indústria	Exemplo de Componente	Por que o 2124 é Usado
Aeroespacial	Fixações de asa, chapas de união, suportes estruturais altamente solicitados	Alta resistência específica e boa resistência à fadiga/fratura
Marítima	Elementos estruturais de alta resistência (protegidos ou revestidos)	Resistência e tenacidade onde a corrosão é controlada
Defesa	Componentes de blindagem, estruturas de mísseis, forjados estruturais	Alta resistência estática combinada com massa relativamente baixa
Eletrônica	Suportes estruturais, componentes de chassis	Rigidez e condução térmica com alta resistência

2124 é mais frequentemente encontrado onde alta resistência específica e comportamento de envelhecimento previsível são requeridos e onde medidas protetivas mitigam o risco de corrosão. Continua sendo um material de escolha para elementos estruturais aeroespaciais onde economia de peso e tolerância a danos proporcionam benefícios ao nível do sistema.

Orientações para Seleção

Use 2124 quando os principais parâmetros de projeto são alto limite de escoamento e resistência à tração aliados a boas propriedades de fadiga e fratura, e quando revestimentos protetores, revestimento ou ambientes controlados mitigam o risco de corrosão. Especifique temperas T851 ou similares (estirado e envelhecido) para estabilidade dimensional grau aeroespacial e aumento do limite de escoamento; escolha temperas O ou pouco envelhecidos para operações de conformação antes do tratamento térmico final.

Comparado ao alumínio comercialmente puro (1100), 2124 troca condutividade elétrica e térmica e melhor conformabilidade por resistência muito maior e desempenho superior em fadiga. Comparado a ligas comuns encruadas como 3003 ou 5052, 2124 fornece resistência substancialmente maior, porém menor resistência geral à corrosão e soldabilidade inferior. Comparado a ligas amplamente usadas temperáveis como 6061 ou 6063, 2124 tipicamente oferece limite de escoamento mais alto e tenacidade à fratura superior para aplicações estruturais exigentes, porém com custo em tolerância à corrosão e facilidade de soldagem/reparo; escolha 2124 quando resistência e eficiência em fadiga prevalecerem sobre essas compensações.

Resumo Final

2124 mantém-se relevante como uma liga de alumínio de alta resistência na engenharia moderna onde são requeridos elevada resistência específica e resposta confiável ao endurecimento por precipitação, particularmente nos setores aeroespacial e de defesa. Sua seleção deve ser acompanhada de proteção anticorrosiva adequada, controle de temperatura e planejamento de fabricação para aproveitar plenamente suas vantagens mecânicas.