Alumínio 2424: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Abrangente

O Alumínio 2424 é uma liga forjada, que pode ser submetida a tratamento térmico, pertencente à série 2xxx de ligas alumínio–cobre–magnésio. Está intimamente relacionado à conhecida família 2024 e é formulado para aumentar a resistência e melhorar a tenacidade à fratura por meio de ajustes modestos nos níveis de cobre, magnésio e manganês, além de um controle mais rigoroso das impurezas de ferro e silício.

Os elementos de liga dominantes são cobre (agente principal de endurecimento), magnésio (forma as zonas Guinier–Preston e precipitados similares a Mg2Si que contribuem para o envelhecimento endurecido) e manganês (controle da estrutura dos grãos e formação de dispersoides). O fortalecimento é obtido principalmente por endurecimento por precipitação após tratamento de solução e envelhecimento artificial, com contribuição secundária do encruamento em certos estados de têmpera.

As características principais incluem alta resistência específica e boa resistência à fadiga quando adequadamente tratados e com acabamento superficial, formabilidade moderada em estados amolecidos, resistência intrínseca limitada à corrosão em comparação com ligas 5xxx/6xxx, e soldabilidade moderada quando usados procedimentos e metais de adição adequados. Os setores típicos incluem aeroespacial (estruturas e acessórios), defesa (componentes de fuselagem), automobilismo e setores industriais especializados onde são exigidos alta relação resistência-peso e desempenho à fadiga.

Engenheiros escolhem o 2424 em vez de outras ligas quando o projeto prioriza alta tenacidade à fratura e desempenho à fadiga em uma liga tratável termicamente, ou quando é necessária uma combinação equilibrada de alta resistência estática e tolerância a danos. É escolhido em vez das ligas 7xxx de maior resistência quando o desempenho à corrosão, tenacidade e soldabilidade são importantes, e em vez das ligas 6xxx/5xxx quando são necessárias resistências máximas mais elevadas.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Formabilidade	Soldabilidade	Notas
O	Baixa	Alta	Excelente	Excelente	Totalmente recozida, máxima ductilidade e formabilidade
T3	Médio-Alta	Moderado	Boa	Limitada	Trabalho a frio e envelhecimento natural; boas propriedades à fadiga
T4	Média	Moderada-Alta	Boa	Limitada	Tratada termicamente por solução e envelhecida naturalmente
T6	Alta	Baixa-Moderada	Limitada	Desafiadora	Tratada termicamente por solução e envelhecida artificialmente para resistência máxima
T8 / T851	Alta	Baixa-Moderada	Limitada	Desafiadora	Tratada por solução, trabalho a frio, envelhecida artificialmente / estabilizada para tenacidade à fratura melhorada
T351	Médio-Alta	Moderada	Boa	Limitada	Alívio de tensões por estiramento após tratamento térmico por solução

A têmpera altera drasticamente as propriedades do 2424 ao modificar a distribuição, tamanho e coerência dos precipitados contendo Cu e Mg. Temperas amolecidas (O, T4) maximizam ductilidade e formabilidade, enquanto temperas envelhecidas (T6, T8) proporcionam a maior resistência ao escoamento e resistência última às custas do alongamento e da dobrabilidade.

As sequências de tratamento térmico e trabalho a frio também influenciam as tensões residuais, suscetibilidade à fratura por corrosão sob tensão e usinabilidade; temperas estabilizadas (por exemplo, T851) são usadas quando são exigidos estabilidade dimensional e resistência a envelhecimento adicional.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Notas
Si	≤ 0.50	Silício baixo controlado para minimizar intermetálicos frágeis e melhorar tenacidade
Fe	≤ 0.50	Mantido baixo para reduzir intermetálicos grossos ricos em ferro que prejudicam ductilidade
Mn	0.3–1.2	Controle da estrutura de grãos, formação de dispersoides, melhora a tenacidade
Mg	1.2–1.9	Contribui para endurecimento por precipitação com Cu e para fortalecimento por solução sólida
Cu	3.8–5.0	Elemento principal de endurecimento formando Al2Cu e outros precipitados
Zn	≤ 0.25	Menor, normalmente residual; mantido baixo para evitar precipitados deletérios
Cr	≤ 0.10	Nível traço para controle da estrutura de grãos e recristalização em algumas cargas
Ti	≤ 0.15	Agente refinador quando adicionado em traços durante a produção do lingote
Outros (cada)	≤ 0.05	Saldo de elementos de liga e residuais; restante é Al

A composição é centrada em cobre e magnésio para possibilitar as reações clássicas de envelhecimento endurecido Al–Cu–Mg que formam zonas GP e precipitados metaestáveis (θ′ e fase S), que são a origem microestrutural da resistência no 2424. Manganês e pequenas adições de titânio ou cromo atuam como refinadores de grão e formadores de dispersoides, melhorando a tenacidade e reduzindo a suscetibilidade à recristalização durante ciclos térmicos.

Propriedades Mecânicas

O comportamento à tração do 2424 é caracterizado por alta resistência final à tração e aumento proporcional da resistência ao escoamento quando envelhecido nas têmperas T6/T8. A liga exibe um patamar claro de escoamento em algumas condições de tratamento térmico e uma região elástica relativamente linear até o escoamento; as taxas de encruamento pós-escoamento são influenciadas pelo trabalho a frio prévio e distribuição dos precipitados. O alongamento até a ruptura diminui com o aumento da resistência da têmpera; o material recozido é substancialmente mais dúctil que nas têmperas T6 ou T8.

A dureza correlaciona-se bem com a têmpera e condição de envelhecimento; as têmperas T6/T8 produzem valores máximos de dureza associados a precipitados coerentes/semi-coerentes, enquanto em condições solubilizadas ou recozidas a dureza é muito menor. O desempenho à fadiga é um ponto forte do 2424 quando processado e tratado superficialmente de forma correta: jateamento por granalha, tensões compressivas induzidas por jateamento e remoção ou supressão de defeitos de superfície podem aumentar significativamente os limiares de iniciação de trincas por fadiga. A espessura e a forma do produto influenciam substancialmente os resultados mecânicos — seções mais grossas podem esfriar mais lentamente após o tratamento de solução, produzindo distribuições de precipitados mais grosseiras e resistência e tenacidade ligeiramente menores comparadas a chapas de calibre fino.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera Chave (T6 / T851 típica)	Notas
Resistência à Tração (UTS)	~240–300 MPa	~450–510 MPa	Valores são faixas típicas; valores específicos dependem da química exata, espessura e ciclo de envelhecimento
Limite de Escoamento (0,2% offset)	~100–160 MPa	~320–420 MPa	Limite de escoamento aumenta marcadamente com envelhecimento artificial e trabalho a frio prévio
Alongamento	~18–30%	~6–14%	Ductilidade cai nas têmperas de pico; o alongamento depende do calibre e do tratamento térmico
Dureza (HB)	~40–60 HB	~120–150 HB	Dureza correlaciona com a fração volumétrica e coerência dos precipitados

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Notas
Densidade	2.78 g/cm³	Típica para ligas forjadas Al–Cu–Mg; maior que alumínio puro devido ao conteúdo de Cu
Faixa de Fusão	~500–640 °C	Intervalo sólido-líquido da liga; fusão total próxima do ponto de fusão do Al puro, porém influenciada pelas fases da liga
Condutividade Térmica	~120–150 W/m·K	Reduzida em relação ao Al puro devido à liga; ainda boa para muitas aplicações de gestão térmica
Condutividade Elétrica	~28–40 % IACS	Dependente da têmpera; maior condutividade em estados recozidos
Calor Específico	~0.90 J/g·K	Típico para ligas de alumínio na faixa de temperatura ambiente
Expansão Térmica	~23–24 µm/m·K	Semelhante a outras ligas de alumínio; é necessário considerar a deformação térmica em montagens com metais diferentes

O conjunto de propriedades físicas posiciona o 2424 como um alumínio de alta resistência com condutividades térmica e elétrica inferiores ao alumínio puro, porém ainda adequadas para muitos papéis estruturais e de gestão térmica. A densidade é ligeiramente elevada pelo cobre, o que afeta projetos sensíveis à massa e deve ser levado em conta em aplicações críticas para peso. A expansão térmica é semelhante à maioria das ligas de alumínio e pode levar a deformações térmicas diferenciais quando usado com aços ou compósitos.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Estados Típicos	Observações
Chapa	0,4–6,4 mm	Espessuras finas atingem resistência máxima após envelhecimento; bom acabamento superficial	O, T3, T4, T6, T8	Comum para revestimentos aeroespaciais, acessórios; frequentemente revestida para proteção contra corrosão
Placa	6,4–50 mm+	A espessura reduz a resistência alcançável e exige tempos maiores de têmpera de solução	O, T6, T851	Seções pesadas usadas para membros estruturais e anteparas; sensibilidade à têmpera é importante
Extrusão	Dependente do perfil	Limitada em comparação com ligas 6xxx, mas possível para alguns perfis	T4, T6	Mais difícil de extrudar; controle da homogeneização é importante
Tubo	Parede/diâmetro externo variável	Comportamento semelhante ao de chapa/placa dependendo da espessura da parede	O, T6	Usado para tubos estruturais onde é necessária alta resistência
Barra/Haste	Ø poucos mm até 100+ mm	Forjamento/extrusão necessários para seções grandes	O, T6	Componentes forjados para acessórios e fixadores de alta carga

O processo produtivo (laminação vs forjamento vs extrusão) e a espessura da seção alteram significativamente a microestrutura, taxa de têmpera e cinética de precipitação. Formas em chapa e espessuras finas alcançam estados de alta resistência mais consistentes devido a taxas de têmpera mais rápidas, enquanto placas grossas exigem ajustes de processo (tempos de solução mais longos, dispositivos de têmpera controlados) para evitar zonas centrais amolecidas e garantir propriedades mecânicas uniformes.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	2424	USA	Designação norte-americana primária usada em aplicações aeroespaciais
EN AW	Série 2xxx (varia)	Europa	Referência cruzada EN exata pode ser para uma liga da série 2xxx com equilíbrio Cu–Mg similar
JIS	A2xxx (varia)	Japão	Existem designações locais; a equivalência deve ser confirmada por composição química e propriedades
GB/T	2A24	China	Designação chinesa comum para ligas laminadas usa número do tipo “2Axx” aproximando-se do AA 2424

As referências cruzadas entre normas são aproximadas e devem ser validadas pela composição química e requisitos de propriedades mecânicas em aplicações críticas. Diferenças nos níveis permitidos de impurezas, práticas de certificação e definições de condição temperamental fazem com que projetistas verifiquem sempre certificados de material e, quando disponíveis, utilizem tabelas diretas de equivalência entre normas ou realizem testes mecânicos para qualificação.

Resistência à Corrosão

A resistência à corrosão atmosférica para 2424 é moderada e inferior às ligas das séries 5xxx e 6xxx devido ao seu maior teor de cobre, que promove corrosão localizada (pitting) em ambientes agressivos. Em serviço atmosférico comum, o 2424 apresenta desempenho adequado se pintado, anodizado ou revestido (Alclad) com uma camada mais pura de alumínio para proteção sacrificial; a abordagem do revestimento é comum na aeroespacial para combinar proteção superficial contra corrosão com alta resistência do núcleo.

Em ambientes marinhos ou ricos em cloretos, o 2424 é suscetível a pitting acelerado e ataque intergranular, especialmente nos estados temperados em pico; medidas protetivas como revestimento, pinturas, proteção catódica ou seleção de ligas alternativas (5xxx) são frequentemente necessárias. Tensões de tração combinadas com agentes corrosivos podem provocar trincas por corrosão sob tensão (SCC) nas ligas da série 2xxx; estados temperados estabilizados e a evitação de tensões prolongadas em ambientes agressivos reduzem o risco de SCC.

Interações galvânicas exigem projeto cuidadoso quando o 2424 é montado junto a metais mais nobres (ex.: aços inoxidáveis, ligas de cobre), porque ligas de alumínio contendo cobre tendem a ser relativamente catódicas em água do mar; interfaces isolantes, revestimentos ou ânodos sacrificial mitigam a corrosão galvânica. Comparado com as famílias 6xxx (Al–Mg–Si) e 5xxx (Al–Mg), o 2424 troca resistência à corrosão por maior resistência e desempenho à fadiga, sendo portanto mais usado com esquemas de proteção superficial em ambientes corrosivos.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem do 2424 é desafiadora em relação às ligas das séries 5xxx/6xxx devido à suscetibilidade a trincas a quente e perda de resistência na zona termicamente afetada (ZTA). Soldagem por fusão (TIG/MIG/GMAW) requer tipicamente ligas de adição Al–Cu especializadas (como 2319) e controle térmico pré e pós-soldagem; a seleção do arame busca minimizar trincas e fornecer propriedades mecânicas compatíveis. Soldagem por resistência e fixação mecânica são alternativas comuns quando são necessárias juntas estruturais completas; se a soldagem for usada, podem ser necessários tratamentos térmicos de solução e envelhecimento pós-solda, mas muitas vezes impraticáveis para montagens grandes.

Usinabilidade

O 2424 usina razoavelmente bem em certos estados temperados, pois sua maior resistência e taxa de encruamento possibilitam formação previsível de cavacos; entretanto, condições temperadas em pico podem elevar o desgaste da ferramenta. O índice de usinabilidade é geralmente classificado como moderado; recomenda-se ferramental de carboneto com ângulos positivos e refrigeração adequada. A prática típica utiliza velocidades mais baixas e avanços maiores que no alumínio puro para controlar aresta construída e manter precisão dimensional em cortes interrompidos.

Conformabilidade

A conformabilidade é melhor nos estados O, T4 e alguns T3, onde ductilidade e flexibilidade para dobra são elevadas; raios mínimos de dobra são maiores nos temperados T6/T8 devido à elongação limitada e maior recuperação elástica (springback). A conformação a frio é viável para chapas sob condições controladas com moldes e matrizes ajustadas para evitar trincas nos raios de dobra e perto de furos. Conformação em quente ou o uso de estados temperados mais moles seguidos de tratamento térmico localizado podem expandir a conformabilidade para formas complexas.

Comportamento no Tratamento Térmico

O tratamento de solução para o 2424 é realizado tipicamente entre cerca de 495–520 °C para dissolver fases contendo Cu e Mg em solução sólida supersaturada. A têmpera correta requer penetração completa da seção e evitar fusão incipiente de constituintes de baixo ponto de fusão; a taxa de têmpera após a solubilização deve ser suficientemente rápida para reter os solutos em supersaturação, especialmente em seções mais espessas.

O envelhecimento artificial (T6) ocorre geralmente na faixa de 160–190 °C por várias horas, produzindo precipitados metastáveis coerentes (θ′ e S′) que proporcionam resistência máxima; variações em tempo–temperatura geram compromissos entre resistência máxima e tenacidade à fratura. Designações de estado temperado como T8 e T851 incorporam trabalho a frio pré-envelhecimento e etapas de estabilização para ajustar resistência à fadiga e SCC mantendo resistência elevada.

Caso seja usado um processo sem tratamento térmico, a resistência pode ser aumentada por encruamento (tempos H), onde o trabalho a frio confere maior limite de escoamento e resistência à tração; o recozimento (O) devolve ductilidade por coarsening dos precipitados e dissolução do encruamento. Procedimentos de re-envelhecimento e estabilização são usados em montagens para controlar a evolução das propriedades a longo prazo durante o serviço.

Performance em Alta Temperatura

A temperatura de serviço para o 2424 é limitada comparada a aços e algumas ligas de alumínio de alta temperatura; exposições prolongadas acima de cerca de 120–150 °C reduzem progressivamente limite de escoamento e resistência à tração à medida que os precipitados coarsen e dissolvem. Exposições de curto prazo a temperaturas maiores (até ~200 °C) são toleradas, mas afetam a vida em fadiga e estabilidade dimensional.

A oxidação ao ar é mínima na faixa típica para aplicações estruturais devido ao filme protetor de óxido de alumínio, mas escalonamento em alta temperatura e oxidação intergranular podem ocorrer em serviço prolongado sob temperaturas elevadas. Amolecimento da ZTA ao redor de soldas e tratamentos térmicos deve ser considerado para componentes submetidos a carregamentos térmicos cíclicos.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que se Usa o 2424
Aeroespacial	Conexões, nervuras de asa, superfícies de controle	Alta relação resistência/peso, bom desempenho à fadiga, possibilidade de revestimento para proteção contra corrosão
Marinha	Membros estruturais (protegidos), peças de acabamento	Alta resistência à fadiga em condições protegidas ou revestidas; usado onde resistência supera desvantagens corrosivas
Automotiva / Motorsport	Vínculos de suspensão, componentes de chassi	Alta resistência específica, tenacidade e resistência à fadiga para aplicações de alto desempenho
Eletrônica	Suportes estruturais, dissipadores térmicos moderados	Condutividade térmica razoável combinada com capacidade estrutural
Defesa	Fixações de armadura, suportes	Tolerância a danos e alta capacidade de carga em peças críticas para missão

O 2424 é usado onde se requer um equilíbrio entre alta resistência estática, tolerância a danos e vida à fadiga, e onde a proteção superficial pode ser provida para mitigar corrosão. A liga é frequentemente aplicada na indústria aeroespacial e em veículos de alto desempenho onde a economia de peso é crítica, mas a tenacidade não pode ser sacrificada.

Insights de Seleção

Escolha o 2424 quando o projeto exigir maior resistência específica e propriedades superiores de fadiga/fratura em comparação com ligas comuns endurecidas por trabalho, e quando a aplicação puder acomodar revestimentos, tratamentos superficiais ou medidas de projeto para controle da corrosão. A liga é particularmente atraente para fixadores aeroespaciais, componentes estruturais e peças de chassi de alto desempenho onde a resistência e tenacidade tratáveis termicamente são prioridades.

Em comparação com alumínio comercialmente puro (1100), o 2424 troca resistência e resistência à fadiga muito superiores por condutividade elétrica e térmica reduzidas e menor conformabilidade nos tratamentos térmicos máximos. Em comparação com ligas endurecidas por trabalho, como 3003 ou 5052, o 2424 oferece resistência estática substancialmente maior, mas normalmente menor resistência à corrosão, sendo assim necessários revestimentos protetores ou calandragem com frequência. Em comparação com ligas comuns tratáveis termicamente, como 6061, o 2424 fornece maior resistência máxima e melhor resistência à fadiga/fratura em várias condições, sendo escolhido quando essas propriedades têm mais peso que os benefícios da soldabilidade e resistência à corrosão superiores do 6061.

Resumo Final

O alumínio 2424 permanece uma escolha relevante de alta resistência e tratável termicamente para aplicações estruturais exigentes e críticas à fadiga onde o equilíbrio entre resistência, tenacidade e vida útil é mais importante que a resistência intrínseca à corrosão. Com seleção adequada do tratamento térmico, proteção superficial e controle de fabricação, o 2424 oferece uma combinação atraente de desempenho mecânico para usos aeroespaciais, de automobilismo e industriais especiais.