Alumínio 319: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

319 é uma liga de alumínio fundido pertencente à série 3xx de ligas de alumínio-silício-cobre para fundição. É projetada principalmente como uma liga de alumínio com enriquecimento em silício, tratável termicamente, onde o cobre é adicionado para aumentar a resistência e melhorar a estabilidade mecânica em temperaturas elevadas.

Os principais elementos de liga são silício e cobre, com níveis controlados de ferro, manganês, magnésio, cromo e traços de titânio e outros. O endurecimento deriva predominantemente do tratamento em solução e envelhecimento artificial (endurecimento por precipitação de fases ricas em Cu) combinado com o refinamento microestrutural do silício eutético e dispersões intermetálicas.

As características principais do 319 incluem resistência relativamente alta no estado fundido e após envelhecimento, boa estabilidade térmica, resistência à corrosão razoável para ambientes automotivos e boa fundibilidade para componentes complexos de parede fina. Soldabilidade e usinabilidade são boas com consumíveis e práticas adequadas, enquanto a conformabilidade é limitada em comparação com ligas forjadas; isso torna o 319 ideal para componentes fundidos ao invés de chapas formadas ou extrusões.

Indústrias típicas incluem componentes de transmissão e estrutura automotiva fundida, peças de motor e transmissão, carcaças de bombas e alguns acessórios marítimos. Engenheiros escolhem o 319 quando são requeridas geometrias complexas e resistência moderada a alta após tratamento térmico, e quando o processo de fundição e a integração dimensional superam os benefícios dos produtos forjados.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O (recozido/como fundido)	Baixa	Moderado	Limitada	Boa com procedimentos de reparo	Estado como fundido ou aliviado de tensões; maior ductilidade entre as tempers de fundição
T5	Médio-Alto	Moderado-Baixo	Limitada	Boa com pré-aquecimento	Resfriado da fundição e envelhecido artificialmente; aumenta a resistência sem tratamento em solução
T6	Alta	Baixo-Moderado	Limitada	Reparável; risco de amolecimento na ZAC	Tratado termicamente em solução e envelhecido artificialmente; têmpera comum para o 319
T7	Médio	Moderado	Limitada	Boa com metal de adição adequado	Sobreenvelhecimento para estabilização térmica e dimensional
Hxxxx (deformação a frio local)	Variável	Variável	Ruim	Frequentemente requer procedimentos especiais	Deformação a frio local usada raramente; a maioria das aplicações do 319 depende de tratamento térmico em vez de conformação a frio extensiva

A têmpera controla significativamente o equilíbrio entre resistência e ductilidade nas peças fundidas em 319. T6 oferece a maior resistência prática para muitos componentes, mas reduz a ductilidade e aumenta o risco de amolecimento na zona afetada pelo calor (ZAC) em reparos por soldagem, enquanto T7 ou T5 são usados quando é desejada estabilidade térmica ou resistência no estado como fundido, sem tratamento completo em solução.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	5,5–7,5	Principal elemento de liga para fundição; melhora fluidez e reduz retração
Fe	≤1,3	Elemento impureza; forma intermetálicos que podem tornar a liga frágil e afetar fadiga
Mn	0,2–0,6	Controla a morfologia dos intermetálicos de Fe e melhora tenacidade
Mg	0,05–0,45	Contribui minimamente para endurecimento por envelhecimento em algumas tempers; geralmente mantido baixo
Cu	2,5–4,0	Principal elemento de reforço por precipitação de fases ricas em Cu
Zn	≤0,2	Elemento menor; geralmente limitado para controlar efeitos na corrosão
Cr	0,04–0,25	Refina a estrutura de grãos e estabiliza a microestrutura contra sobreenvelhecimento
Ti	0,02–0,12	Refinador de grãos para controle microestrutural na fundição
Outros	≤0,15	Inclui Ni, Pb, Sn, Bi e resíduos; mantidos baixos para preservar fundibilidade e comportamento mecânico

As faixas de composição acima são representativas das especificações comuns para A319; os limites reais dependem da norma de fornecimento e prática da fundição. O silício determina o comportamento de fundição e a morfologia do eutético, enquanto o cobre proporciona o endurecimento por precipitação após tratamento em solução e envelhecimento; ferro e manganês controlam a morfologia das fases intermetálicas que influenciam a ductilidade e fadiga.

Propriedades Mecânicas

O comportamento à tração do 319 mostra dependência distinta da têmpera e da espessura da seção. Na condição como fundido ou minimamente tratado, a liga apresenta resistência à tração moderada com alongamento razoável, enquanto nas condições tratadas termicamente em solução e envelhecidas artificialmente (T6) ocorre um aumento marcante no limite de escoamento e resistência máxima, com alguma redução na ductilidade.

O limite de escoamento melhora substancialmente pela precipitação de fases ricas em Cu no estado T6; as razões limite de escoamento/resistência máxima indicam uma transição elasto-plástica relativamente estreita comparada a ligas forjadas mais dúcteis. O alongamento é frequentemente limitado em seções fundidas pesadas devido ao silício eutético mais grosseiro e às redes intermetálicas, portanto o projeto deve considerar baixa ductilidade em componentes de paredes grossas.

A dureza correlaciona-se com a têmpera e microestrutura, aumentando de forma perceptível após tratamento em solução e envelhecimento; valores Brinell refletem isso, com T6 significativamente mais duro que a condição como fundido. O desempenho à fadiga é moderado para o 319 e fortemente influenciado por defeitos de fundição, acabamento superficial e presença de intermetálicos; jateamento de esferas, usinagem de superfície e tratamento térmico adequado são estratégias comuns para melhoria da fadiga.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera Principal (T6)	Observações
Resistência à Tração	180–240 MPa (aprox.)	260–350 MPa (aprox.)	Variedade ampla conforme espessura e método de fundição
Limite de Escoamento	90–140 MPa (aprox.)	170–240 MPa (aprox.)	Precipitação de Cu aumenta fortemente o limite em T6
Alongamento	2–10% (varia com seção)	1–6% (varia com seção)	Alongamento diminui em T6 e com aumento da espessura
Dureza	60–90 HB (aprox.)	90–130 HB (aprox.)	Dureza corresponde ao estado de precipitação e morfologia do silício

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,68 g/cm³	Típica para ligas Al–Si para fundição; boa relação resistência-peso
Faixa de Fusão	~520–640 °C	Faixa solidus-liquidus depende do teor de Si e Cu; apresenta características eutéticas
Condutividade Térmica	~120 W/m·K (aprox.)	Inferior ao alumínio puro devido à liga; alta o suficiente para muitas aplicações térmicas
Condutividade Elétrica	~30–40 % IACS (aprox.)	Reduzida em relação ao alumínio puro devido à liga e intermetálicos
Calor Específico	~900 J/kg·K	Típico para ligas de alumínio na faixa de temperatura ambiente
Coeficiente de Expansão Térmica	~22–24 µm/m·K	Coeficiente semelhante a outras ligas Al–Si para fundição

O conjunto de propriedades físicas apoia a seleção do 319 para fundidos submetidos a cargas térmicas onde a economia de peso e condutividade térmica razoável são importantes. O comportamento de fusão e solidificação é crucial para o projeto do molde e controle de porosidade, porque a liga possui uma ampla faixa de congelamento e forma intermetálicos complexos.

Formas de Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tempers Comuns	Observações
Fundição (areia, molde permanente, fundição sob pressão)	Paredes finas a seções pesadas (1 mm a >100 mm)	Varia amplamente com espessura da seção e taxa de resfriamento	O, T5, T6, T7	Forma principal de produto; excelente para geometrias complexas integradas
Chapa / Placa Fundida	Até várias dezenas de mm (como fundido ou homogeneizado)	Comportamento similar ao fundido; laminação incomum	O, T6 após tratamento térmico	Rara como chapa laminada; geralmente fundida sob medida e usinada
Extrusão	Não típica	Não aplicável	—	319 não é produzido como estoque padrão para extrusão; composição não otimizada para extrusão
Tubo	Limitado (tubo fundido ou fabricado)	Variável	O, T6	Tubulação fundida ou usinada a partir de blocos fundidos usada para peças especializadas
Barra / Vareta	Limitado (barra fundida)	Variável	O, T6	Disponível como tarugos ou lingotes fundidos para usinagem; não comum como barra forjada

O 319 é principalmente uma liga para fundição e a maioria das formas de produto são componentes fundidos produzidos por métodos de areia, molde permanente ou fundição sob pressão. Formas forjadas e produtos tradicionais em chapa/placa/extrusão são incomuns ou não padronizados porque o balanço da liga é otimizado para fundibilidade e endurecimento por precipitação ao invés de conformação a frio extensiva.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	319	USA	Designação de liga para fundição da Aluminum Association; especificação comum de referência
EN	AlSi9Cu (aprox.)	Europa	Correspondência aproximada em composição e uso pretendido; propriedades mecânicas exatas variam conforme a norma
JIS	AC9x (aprox.)	Japão	Classes japonesas de fundição com famílias Si–Cu comparáveis; verificar número JIS específico
GB/T	AlSi9Cu3 (aprox.)	China	Liga comum chinesa para fundição com balanço similar de Si e Cu; verificar tolerâncias locais

Não existe uma norma global única que corresponda exatamente ao A319 porque families de ligas para fundição variam regionalmente e normas agrupam as ligas de forma diferente. Os graus equivalentes listados acima são correspondências aproximadas de composição ou função, e os engenheiros devem comparar os limites químicos e mecânicos específicos de cada norma antes de realizar substituições.

Resistência à Corrosão

A resistência à corrosão atmosférica do 319 é geralmente boa para ambientes automotivos e industriais, pois a matriz rica em silício e o conteúdo controlado de cobre proporcionam comportamento passivo razoável. No entanto, o cobre reduz a resistência à corrosão em relação às ligas de alumínio de baixo teor de liga e pode aumentar a suscetibilidade a ataques localizados em ambientes agressivos com cloretos.

Em exposição marinha ou com alto teor de cloretos, o 319 apresenta desempenho moderado, mas não atinge a resistência de ligas marinhas especializadas, como as ligas Al–Mg da série 5xxx ou certos materiais inoxidáveis; revestimentos sacrificial, anodização ou pinturas protetoras são comumente aplicados para prolongar o serviço. A resistência à corrosão por picadas é afetada pela porosidade da fundição, acabamento superficial e tratamento térmico, portanto, selagem pós-fundição ou usinagem frequentemente melhoram a performance a longo prazo.

Trincas por corrosão sob tensão (SCC) não são modos de falha dominantes para o 319 sob temperaturas normais de serviço, mas a presença de cobre e tensões residuais na tração (por exemplo, provenientes de soldagem) podem aumentar o risco de SCC em ambientes altamente agressivos. Interações galvânicas com metais mais nobres (ex.: aço inox, cobre) podem acelerar a corrosão localizada nos pontos de contato, portanto isolamento ou revestimentos são recomendados onde ocorre contato com metais diferentes.

Comparado a outras famílias de ligas, o 319 oferece melhor resistência à corrosão do que ligas trabalhadas de alto teor de cobre, mas resistência inferior às ligas Al–Mg da série 5xxx; os projetistas escolhem o 319 quando a fundibilidade e a estabilidade térmica são priorizadas, aceitando medidas moderadas de proteção contra corrosão.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem de fundidos 319 é viável utilizando técnicas TIG, MIG ou brasagem quando se aplicam pré-aquecimento adequado e seleção correta de metal de adição. As ligas alumínio-silício para metal de adição, como ER4043 ou ER4047, são comumente recomendadas para reduzir tendências à fissuração por calor e acomodar diferenças na expansão térmica e comportamento de fusão.

A zona termicamente afetada pode apresentar amolecimento local devido à dissolução ou coalescência de precipitados em componentes tratados termicamente, e soldas de reparo devem ser seguidas por tratamentos térmicos apropriados quando a estabilidade dimensional e propriedades mecânicas são críticas. Pré-aquecimento, controle da temperatura entre passes e minimização de restrições reduzirão trincas e distorções durante a soldagem.

Usinabilidade

O 319 é considerado um bom candidato para usinagem graças à presença de silício eutético que promove a quebra de cavacos, e a abrasão da ferramenta não se degrada excessivamente. Ferramentas de carboneto com geometria de corte positiva e controle adequado de fluido refrigerante são recomendados para maiores taxas de remoção de material e acabamento superficial previsível.

Velocidades de corte para ligas de alumínio fundido são geralmente altas em comparação aos aços, mas devem ser ajustadas conforme o teor de silício e dureza da seção; vida útil da ferramenta beneficia-se de evacuação adequada dos cavacos e evitando o atrito prolongado. Acabamento superficial e precisão dimensional são fortemente influenciados pela porosidade da fundição e heterogeneidade microestrutural; acabamento final normalmente segue um passo de alívio de tensões ou tratamento de solubilização.

Conformabilidade

A conformação do 319 é limitada por ser uma liga para fundição não destinada a processos de grande deformação plástica; dobra, estiramento ou conformação profunda são geralmente realizados apenas em seções finas ou preparadas especialmente. Boas práticas favorecem projetar características fundidas na geometria da peça para evitar conformações posteriores e explorar a capacidade de fundição para formas complexas.

Formação local a frio ou dobras mecânicas podem ser usadas para ajustes menores, mas a baixa ductilidade em têmperas endurecidas por envelhecimento e a natureza frágil de certos intermetálicos limitam conformações extensas. Quando características conformadas são necessárias, recomenda-se considerar ligas trabalhadas alternativas ou projetar a característica diretamente na fundição para eliminar etapas de conformação.

Comportamento ao Tratamento Térmico

O 319 é uma liga de fundição passível de tratamento térmico que responde bem ao tratamento de solubilização e envelhecimento artificial para desenvolver microestruturas reforçadas por precipitação. O tratamento de solubilização ocorre tipicamente em temperaturas na faixa de ~505–545 °C por várias horas dependendo da espessura da seção, seguido de têmpera rápida para reter os solutos em solução sólida.

O envelhecimento artificial (T6) é comumente realizado em temperaturas entre ~150–200 °C por algumas horas para precipitar fases ricas em Cu (theta prime e intermetálicos relacionados) que aumentam resistência e dureza. O T5 (envelhecimento direto) é utilizado quando a solubilização completa não é prática; proporciona melhora, porém tipicamente menor resistência máxima que o T6 completo.

Condições T7 ou sobrematuração são usadas quando se requer estabilidade térmica e resistência a alterações de propriedades em serviço; sobrematuração provoca coalescência dos precipitados, reduz resistência máxima, mas melhora estabilidade dimensional e resistência ao amolecimento térmico. Controle das taxas de têmpera, perfis de envelhecimento e tempos de imersão específicos por seção são cruciais para alcançar propriedades consistentes e limitar distorções ou tensões residuais induzidas pelo têmpera.

Desempenho em Altas Temperaturas

O 319 mantém resistência mecânica útil até temperaturas moderadamente elevadas, mas fases reforçadas por precipitação começam a coalescer acima de temperaturas de serviço que tipicamente excedem ~150–200 °C. Para exposição contínua acima dessas temperaturas, os projetistas devem esperar perda progressiva de resistência e considerar têmperas sobrematuradas ou ligas projetadas especificamente para estabilidade em altas temperaturas.

A oxidação do alumínio em temperaturas elevadas é moderada e forma uma camada de óxido protetora, mas o ambiente e a presença de cloretos podem alterar o comportamento de oxidação e acelerar a degradação. Zonas termicamente afetadas pela soldagem e regiões localmente reaquecidas podem sofrer amolecimento e perda das propriedades máximas quando expostas a altas temperaturas ou ciclos térmicos repetidos.

Para componentes sujeitos a fadiga térmica ou carregamento térmico cíclico, seleção cuidadosa da têmpera (T7 ou têmperas estabilizadas), controle de tensões residuais e uso de revestimentos ou proteção anódica podem melhorar a vida útil. Para cargas sustentadas em alta temperatura, podem ser necessárias ligas específicas para altas temperaturas ou classes diferentes de material.

Aplicações

Setor	Componente Exemplo	Por que o 319 é Usado
Automotivo	Carcaças de transmissão e componentes de motor	Boa fundibilidade, integração dimensional e resistência por endurecimento por envelhecimento
Marítimo	Carcaças de bombas e conexões estruturais fundidas	Resistência à corrosão razoável com boa capacidade para detalhe na fundição
Aeroespacial	Conexões e suportes não críticos	Alta relação resistência/peso para peças fundidas complexas e estabilidade térmica
Eletrônica	Caixas e dissipadores de calor	Condutividade térmica adequada e capacidade para fundir recursos integrados

O 319 é frequentemente escolhido onde geometria complexa, reforços integrais para fixação, fundições de paredes finas e consolidação pós-usinagem reduzem montagem e peso. A liga equilibra fundibilidade, resistência após tratamento térmico e custo para muitos componentes produzidos em massa nos setores automotivo e de transporte.

Orientações para Seleção

Ao selecionar o 319, prefira-o para geometrias fundidas complexas que requerem resistência moderada a alta após tratamento térmico e onde recursos integrados reduzem operações de montagem. Sua fundibilidade e desempenho mecânico T6 tornam-no uma escolha prática para carcaças automotivas e industriais onde alternativas trabalhadas são impraticáveis.

Comparado ao alumínio comercialmente puro (1100), o 319 troca condutividade elétrica e térmica e conformabilidade por resistência significativamente maior e melhor estabilidade térmica/mecânica. Comparado a ligas endurecidas por deformação como 3003 ou 5052, o 319 oferece maior resistência por envelhecimento, mas geralmente menor resistência à corrosão em certos ambientes; compensações no projeto via revestimentos ou folgas para corrosão podem ser necessárias.

Comparado a ligas trabalhadas comuns e tratáveis termicamente, como 6061/6063, o 319 pode apresentar desempenho máximo inferior