Alumínio 380: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

A liga 380 (comumente especificada como A380 na prática de fundição sob pressão) é uma liga de alumínio-silício-cobre de fundição que pertence às famílias de ligas de alumínio-silício para fundição frequentemente referenciadas no grupo de fundição "3xx". É formulada para fundição sob pressão de alto volume e uso em fundições, com ênfase composicional no silício para fluidez e no cobre para melhoria da resistência no estado fundido e estabilidade em altas temperaturas.

Os principais elementos de liga são silício (para fluidez e fortalecimento eutético), cobre (para precipitação e resistência em temperaturas elevadas) e níveis controlados de ferro, zinco, manganês e pequenas quantidades de titânio para refinamento de grão. Os mecanismos de fortalecimento são mistos: a microestrutura inerente ao estado fundido e os intermetálicos com cobre proporcionam resistência básica, e o tratamento térmico limitado (envelhecimento artificial estilo T5/T6) pode desenvolver resistência adicional por endurecimento por precipitação.

As características principais da 380 incluem excelente preenchimento do molde, boa estabilidade dimensional, acabamento superficial atraente e usinabilidade relativamente boas para muitas ligas de fundição, resistência moderada à corrosão e propriedades mecânicas razoáveis para componentes fundidos sob pressão. Sua soldabilidade é limitada em relação às ligas de alumínio forjadas e não se destina a conformação extensa após a fundição. Indústrias típicas incluem automotiva, invólucros para eletrônicos de consumo, caixas elétricas, invólucros mecânicos e acessórios onde a produção em alta volume, formato próximo do líquido e precisão dimensional são prioritários.

Engenheiros escolhem a liga 380 quando uma combinação de rápida produção por fundição sob pressão, boa resistência no estado fundido e custo econômico são requeridos em comparação a outras ligas. A liga é selecionada em vez de ligas forjadas de maior desempenho quando geometria complexa e baixo usinamento secundário são prioritários, e é escolhida em detrimento de ligas para fundição sob pressão com menor teor de liga quando é necessária resistência elevada no estado fundido e estabilidade térmica sem aumento substancial da complexidade do processo.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Formabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Moderado (dependente da seção)	Baixa	De fraca a razoável	Estado fundido, pode ter recozimento para alívio de tensões; maior ductilidade para condição fundida
T5	Médio-Alto	Baixo a moderado	Limitada	De fraca a razoável	Envelhecimento artificial após têmpera da fundição ou resfriamento rápido; comum para peças fundidas sob pressão
T6	Alta	Baixo	Limitada	Baixa	Tratamento de solução + envelhecimento artificial eleva a resistência, mas requer controle cuidadoso da porosidade
T651 (menos comum)	Alta	Baixo	Limitada	Baixa	Alívio de tensões seguido de envelhecimento artificial; usado quando estabilidade dimensional após usinagem é crítica
H14 (endurecida por trabalho; incomum)	Média	Baixo	Limitada	Baixa	Normalmente não aplicada a fundidos; referenciada para fins de comparação

As têmperas selecionadas para a 380 são frequentemente determinadas pelo processo de fundição e geometria da peça, ao invés das rotas convencionais de têmpera para ligas forjadas. T5 é a têmpera industrial mais comum porque aumenta a resistência por envelhecimento artificial sem a exposição térmica extensa e riscos de distorção do tratamento completo de solução.

A aplicação do tratamento completo de solução seguido de envelhecimento T6 é possível e pode melhorar as propriedades mecânicas, mas requer controle rigoroso da porosidade, conteúdo de hidrogênio e distorção; por isso, muitas oficinas de fundição sob pressão preferem as condições T5 ou estado fundido para equilibrar desempenho, custo e estabilidade dimensional.

Composição Química

Elemento	% Faixa	Observações
Si	7,5 – 10,5	Elemento principal da liga; melhora fluidez, reduz retração, forma rede eutética de silício
Fe	0,6 – 1,3	Elemento impureza que forma intermetálicos ricos em ferro que reduzem ductilidade se em níveis altos
Mn	0,0 – 0,5	Controla morfologia dos intermetálicos; pequenas adições melhoram resistência e fundibilidade
Mg	0,05 – 0,35	Níveis baixos; papel limitado no endurecimento por precipitação da 380
Cu	2,5 – 4,5	Elemento principal de endurecimento; promove fases de precipitação e maior resistência em temperaturas elevadas
Zn	0,5 – 1,2	Contribuição menor para resistência; afeta comportamento à corrosão se em níveis elevados
Cr	0,05 – 0,25	Ajuda a controlar grão e intermetálicos; limita trincas em algumas condições
Ti	0,01 – 0,25	Refinador de grão para melhor preenchimento do molde e microestrutura mais fina
Outros (Ni, Pb, Sn, B)	traço – máximo especificado	Normalmente controlados em níveis baixos; chumbo e estanho às vezes controlados para usinabilidade; equilíbrio em Al

O desempenho da 380 é fortemente controlado pelo balanço Si–Cu e pelos elementos traço que influenciam a química e morfologia dos intermetálicos. O silício promove um eutético fino que auxilia a fundibilidade e controle dimensional, enquanto o cobre fornece endurecimento por precipitação ou intermetálicos que elevam dureza e propriedades à tração. Conteúdos controlados de ferro e manganês são críticos para evitar intermetálicos grosseiros e frágeis que reduziriam ductilidade e vida em fadiga.

Propriedades Mecânicas

A liga 380 apresenta comportamento à tração e limite de escoamento no estado fundido fortemente dependentes da espessura da seção devido às microestruturas da solidificação, porosidade e distribuição do silício eutético e intermetálicos ricos em cobre. A resistência típica no estado fundido é adequada para muitos componentes estruturais, mas o alongamento permanece modesto e é afetado por porosidade e defeitos de fundição. O desempenho em fadiga é limitado pela qualidade superficial, defeitos de fundição e presença de intermetálicos frágeis; jateamento, usinagem superficial e projeto para redução de concentração de tensões são estratégias comuns de mitigação.

Durante envelhecimento artificial (T5) e especialmente sob tratamento de solução controlada seguido de envelhecimento (T6), as fases contendo Cu podem desenvolver endurecimento por precipitação que aumenta tanto o limite de escoamento quanto a resistência à tração (UTS), ao custo de redução da ductilidade. A dureza segue a mesma tendência e é frequentemente usada como métrica rápida para controle de produção da resposta à têmpera. Espessura e taxa de resfriamento têm efeito de primeira ordem: seções finas resfriam mais rápido, produzindo microestruturas mais finas, maiores resistências no estado fundido, mas também maiores tensões residuais.

Propriedade	O/Revinido	Têmpera Principal (ex.: T5/T6)	Observações
Resistência à Tração (UTS)	180 – 260 MPa	240 – 360 MPa	Variável conforme seção, porosidade e tratamento térmico; típico T5 ~250–320 MPa
Limite de Escoamento (offset 0,2%)	90 – 170 MPa	160 – 260 MPa	Limite de escoamento aumenta significativamente após envelhecimento; projeto deve usar valores conservadores para fundidos de paredes finas
Alongamento (A5)	1 – 8%	1 – 5%	Alongamento baixo comparado a ligas forjadas e fortemente dependente de porosidade e espessura da seção
Dureza (HB)	60 – 90 HB	85 – 120 HB	Dureza Brinell usada para controle do processo; correlaciona-se com UTS para têmperas típicas

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,75 – 2,82 g/cm³	Levemente maior que alumínio puro devido ao teor de Si e Cu
Faixa de Fusão	~500 – 640 °C	Faixa eutética e solidus/liquidus dependente da liga; início do fluxo reduzido pelo silício
Condutividade Térmica	110 – 140 W/(m·K)	Inferior ao alumínio puro; depende da liga e microestrutura
Condutividade Elétrica	~20 – 35 %IACS	Cobre e silício reduzem condutividade elétrica em comparação ao alumínio puro
Calor Específico	~880 – 900 J/(kg·K)	Próximo a outras ligas de alumínio-silício para fundição
Coeficiente de Dilatação Térmica	21 – 24 µm/(m·K)	Dilatação térmica moderada típica das ligas Al-Si; projetar para expansão diferencial com outros materiais

As propriedades físicas reforçam o uso típico em fundição sob pressão: a densidade é favorável para componentes sensíveis a peso, a condutividade térmica é adequada para muitas caixas e aplicações de dissipação de calor, embora inferior ao alumínio puro. O comportamento de fusão e solidificação dominado pelo silício é fundamental para o excelente preenchimento do molde e baixa retração, enquanto a condutividade elétrica é uma consideração secundária e geralmente sacrificada para alcançar melhores propriedades mecânicas e de fundição.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tratamentos Térmicos Comuns	Observações
Peças em fundição sob pressão (die-casting)	Espessura da parede 1–10 mm	Resistência no estado fundido; seções finas são mais resistentes devido ao resfriamento mais rápido	O, T5, T6 (menos comum)	Forma primária do produto; melhor acabamento superficial e controle dimensional
Peças em molde permanente	5–40 mm	Taxas de resfriamento mais baixas, microestrutura mais grosseira	O, T5	Usado para peças maiores onde fundição sob pressão não é econômica
Fundição em areia / gravidade	5–100+ mm	Microestrutura mais grosseira, menor resistência	O	Menos comum para 380; usado quando a geometria ou volumes exigem
Barra / Matéria-prima para forjamento	Limitado; especialidade	Não típico	—	380 raramente é usado como produto deformado; barras podem ser usadas para trabalho experimental
Extrusão / Chapa / Placa	Não padrão	Não aplicável	—	380 geralmente não é produzida como chapa/placa ou em estoque padrão de extrusão; recomenda-se o uso de ligas deformadas

A fundição sob pressão é a rota de processamento dominante para o 380 e isso determina as formas de produto disponíveis e as regras de projeto usadas pelos engenheiros. Espessura da parede, localização do canal de entrada, taxa de resfriamento e design do molde são os principais fatores para controlar as propriedades, e a liga é otimizada em torno das realidades de produção da fundição sob alta pressão. Quando os projetistas precisam de chapa, placa ou formas extrudadas, normalmente optam por ligas deformadas, pois 380 não é comumente produzida nessas formas de produto.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	380 / A380	USA / Internacional	Designação comum para fundição sob pressão na América do Norte e conforme vários padrões de fundição
EN AW	AlSi9Cu3(Fe)	Europa	Equivalente próximo nas normas europeias de fundição; nomenclatura enfatiza o teor nominal de Si e Cu
JIS	ADC12	Japão	Liga de fundição sob pressão amplamente usada no Japão, similar ao A380 em composição e aplicação
GB/T	AlSi9Cu3 / ZL104	China	Normas chinesas de fundição listam graus similares Al–Si–Cu frequentemente usados como substitutos do A380

A equivalência é aproximada porque a prática de fundição permite variações em Fe, Mn e adições traço que afetam materialmente a fundibilidade e resposta mecânica. As especificações diferem nos níveis aceitáveis de impurezas, resposta ao tratamento térmico e testes exigidos, portanto os engenheiros devem verificar a composição exata e as tabelas de propriedades mecânicas antes de aceitar um grau alternativo para aplicações críticas.

Resistência à Corrosão

A liga 380 apresenta resistência moderada à corrosão atmosférica geral característica das ligas Al-Si, com proteção fornecida pelo filme passivo de óxido de alumínio. O cobre na liga tende a reduzir a resistência à corrosão por pites e pode promover corrosão localizada em ambientes ricos em cloretos, o que exige revestimentos, alternativas de anodização ou folgas de projeto em atmosferas marítimas ou agressivas. Revestimentos protetores, selantes e estratégias de proteção catódica são comumente aplicados em peças críticas usadas em ambientes costeiros ou de alta umidade.

A fissuração por corrosão sob tensão é menos comum em ligas de fundição Al-Si do que em ligas deformadas de alta resistência de alumínio-cobre ou na série 7xxx, mas a suscetibilidade pode aumentar com maior teor de cobre, tensões residuais de tração e certos ambientes de serviço. Interações galvânicas são importantes no projeto de conjuntos: quando 380 é acoplada a aços, aços inoxidáveis ou ligas de cobre, os projetistas devem considerar as diferenças na série galvânica e frequentemente isolar o alumínio ou usar ânodos sacrificais, especialmente onde revestimentos são danificados. Comparado com ligas Al-Mg ricas em Mg (como 5052), o 380 é mais propenso à corrosão localizada devido ao cobre em liga; entretanto, possui melhor fundibilidade e é frequentemente preferido para formas complexas onde revestimentos podem ser aplicados com confiabilidade.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem do 380 é desafiadora porque a porosidade da fundição sob pressão, gases aprisionados e a presença de intermetálicos ricos em silício e cobre promovem fissuras a quente e baixa integridade da solda. A soldagem por fusão (MIG/TIG) é possível em peças preparadas e seccionadas corretamente utilizando ligas de enchimento Al-Si como ER4043 para melhorar a fluidez e reduzir a tendência a fissuras a quente; ER5356 pode ser usado onde se necessita maior resistência, mas com risco aumentado de fissuras. Pré-aquecimento, limpeza cuidadosa de fluxos e usinagem até metal saudável são comumente requeridos; as juntas soldadas geralmente não atingem a resistência e vida à fadiga do material base.

Usinabilidade

O 380 é reconhecido por boa usinabilidade relativa a muitas ligas de fundição devido à presença de partículas de silício que produzem cavacos curtos e quebrados e estabilizam o corte. Ferramentas de carboneto com ângulo positivo e bom refrigerante são recomendados, e velocidades de corte médias a altas são típicas para operações de semiacabamento e acabamento. A vida útil da ferramenta é melhorada minimizando vibrações, controlando a profundidade de corte e usando revestimentos adequados à usinagem de alumínio; variantes com liga de chumbo ou estanho podem mostrar desempenho ainda melhor, mas são menos comuns devido a controles ambientais.

Conformabilidade

A conformação do 380 por dobra a frio, estampagem profunda ou estampagem é muito limitada porque as fundições possuem baixa ductilidade e intermetálicos frágeis. O projeto próximo à forma final é a estratégia dominante: projetar o molde e alimentação para produzir a geometria final e minimizar conformações pós-fundição. Usinagem local, aparagem e dobras leves em seções finas são possíveis, mas requerem seleção de tratamento térmico (uso de O/T5) e controle cuidadoso do retorno elástico e fissuração. Quando é necessária conformação significativa, os engenheiros normalmente optam por ligas deformadas formuladas especificamente para conformabilidade.

Comportamento ao Tratamento Térmico

Como liga fundida Al-Si contendo cobre, o 380 demonstra resposta limitada, mas útil, ao tratamento térmico. O tratamento de solução é possível na faixa de 510–540 °C para dissolver fases solúveis seguido por têmpera rápida; entretanto, a efetividade é limitada pela porosidade da fundição, gases aprisionados e estabilidade de intermetálicos que não se dissolvem completamente. Tratamentos de solução muito longos podem levar a distorções ou agravar problemas de porosidade, tornando as janelas de processo mais estreitas que para ligas deformadas.

O envelhecimento artificial (T5) a 150–220 °C é a rota industrial mais prática para aumentar a resistência do 380 fundido sob pressão porque não requer tratamento completo de solução. O T5 gera uma resposta moderada de precipitação de fases ricas em Cu, melhorando limite de escoamento e dureza sem as alterações geométricas associadas ao tratamento completo de solução. O T6 (têmpera + envelhecimento artificial) pode fornecer maior resistência máxima, mas exige controle rigoroso e é menos comum devido a custo, distorção e risco de porosidade por hidrogênio.