Alumínio 4044: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

A liga 4044 é um membro da série 4xxx de ligas de alumínio, que tem o silício (Si) como principal elemento de liga na família forjada. Seu teor de silício é alto em relação às ligas das séries 1xxx a 3xxx e é classificada como uma liga não tratável termicamente, dependendo principalmente do endurecimento por solução sólida e por deformação para ganho das propriedades mecânicas.

Os principais constituintes da liga são o silício, com pequenas adições controladas ou limites de ferro, manganês e elementos traço; os níveis de cobre e magnésio são tipicamente muito baixos. A composição rica em Si melhora a fundibilidade e a soldabilidade, além de modificar o comportamento de fusão da liga e as características de união.

As características-chave do 4044 incluem resistência moderada, boa resistência à corrosão em muitos ambientes atmosféricos e aquosos brandos, excelente soldabilidade e formabilidade razoável quando na condição recozida. Usos típicos na indústria abrangem carrocerias automotivas e aplicações de brasagem/preenchimento, trocadores de calor, componentes elétricos e extrusões estruturais gerais onde boa fluidez e compatibilidade com material de enchimento são importantes.

Engenheiros escolhem o 4044 em vez de outras ligas quando um equilíbrio entre soldabilidade, desempenho em brasagem e resistência à corrosão é necessário, sem o custo, complexidade do processo ou a redução da ductilidade que acompanham muitas ligas tratáveis termicamente. Seu teor de silício melhora a fluidez e reduz a fissuração a quente durante a soldagem e brasagem, sendo essa a principal razão para sua escolha em aplicações de união e enchimento.

Variantes do Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Formabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta	Excelente	Excelente	Totalmente recozida, melhor ductilidade e formabilidade
H12 / H14 / H16	Moderada	Moderado	Boa	Muito boa	Têmperas endurecidas por deformação; disponíveis do trabalho leve a moderado
H18 / H24	Mais alta	Reduzido	Regular	Boa	Endurecimento por deformação mais intenso para resistência elevada onde a formabilidade é menos crítica
T (ex.: T4/T5/T6)	Não aplicável / Limitado	N/A	Limitada	N/A	Ligas da série 4xxx não são convencionalmente tratáveis termicamente; têmperas T são raras ou relacionadas a processos específicos

A têmpera tem efeito forte e previsível no desempenho do 4044 porque a liga não é tratável termicamente e obtém aumento de resistência principalmente pelo trabalho a frio. A mudança da condição O para as têmperas H eleva os limites de escoamento e resistência à tração à custa da ductilidade e da formabilidade, o que afeta diretamente os raios de curvatura e limites de conformação por estiramento.

Para trabalhos de soldagem e brasagem, o material recozido (O) é preferido para conformação antes da união e para minimizar tensões residuais nas zonas soldadas; têmperas H são usadas quando se requer maior resistência na condição como-fabricado e as operações pós-conformação são limitadas.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	4,0 – 6,0	Principal elemento de liga; melhora a fluidez, reduz a faixa de fusão
Fe	≤ 0,7	Impureza comum; afeta a resistência e a formação de intermetálicos
Mn	≤ 0,5	Pequenas adições podem refinar a estrutura dos grãos e melhorar modestamente a resistência
Mg	≤ 0,20	Tipicamente baixo; teor maior de Mg não é característico para 4044
Cu	≤ 0,20	Geralmente baixo para minimizar corrosão e manter soldabilidade
Zn	≤ 0,10	Baixo; não é elemento de reforço aqui
Cr	≤ 0,10	Elemento traço para estabilidade dos grãos
Ti	≤ 0,20	Normalmente presente como refinador de grão em algumas formas do produto
Outros (cada)	≤ 0,05	Resíduos e elementos traço; equilíbrio Al

A concentração de silício é o fator dominante que controla a microestrutura do 4044, o comportamento solidus-liquidus e a formação de fases ricas em Si. Pequenos teores de ferro e manganês produzem intermetálicos que influenciam as propriedades em alta temperatura e a usinabilidade, enquanto os baixos teores intencionais de Mg e Cu mantêm a resistência à corrosão e a soldabilidade. O desempenho geral é função do endurecimento por solução sólida induzido pelo Si, além do controle microestrutural via processamento termomecânico.

Propriedades Mecânicas

O comportamento à tração do 4044 é típico das ligas Al–Si não tratáveis termicamente: ductilidade relativamente alta no estado recozido e resistência ao escoamento e à tração progressivamente maiores com o endurecimento por deformação. O limite de escoamento é baixo na condição O, mas aumenta significativamente nas têmperas H; o alongamento é maior em O e diminui conforme o material é trabalhado a frio. A dureza segue a mesma tendência; as têmperas H apresentam dureza mais alta devido ao acúmulo de discordâncias e possível precipitação fina de fases de impurezas.

O desempenho à fadiga é moderado e fortemente dependente do acabamento superficial, espessura e estado de tensões residuais induzidas pela conformação ou soldagem. Materiais de menor espessura tendem a apresentar vida útil à fadiga reduzida se não forem devidamente desbastados e alivianados de tensões; zonas afetadas pelo calor da soldagem e inclusões do processamento podem ser locais de nucleação para trincas por fadiga. Projetistas devem considerar o comportamento dependente da espessura e a influência de soldas ou juntas brasadas na vida cíclica.

Heterogeneidades microestruturais advindas da fundição ou extrusão, como a distribuição das partículas de Si, influenciam a usinabilidade e resistência ao desgaste; seções mais espessas podem reter partículas de Si mais grosseiras e ductilidade reduzida em comparação com chapas finas produzidas e laminadas a frio nas têmperas H.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera-chave (ex.: H14)	Observações
Resistência à Tração	70 – 110 MPa (típico)	130 – 180 MPa (típico)	Valores variam conforme têmpera e espessura; têmperas H muito mais elevadas
Limite de Escoamento	30 – 60 MPa (típico)	100 – 150 MPa (típico)	Limite de escoamento aumenta fortemente com trabalho a frio
Alongamento	20 – 35%	5 – 15%	Ductilidade reduzida pelo endurecimento por deformação
Dureza (HB)	25 – 40 HB	55 – 75 HB	Brinell como índice comparativo, varia com o endurecimento por deformação

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,70 g/cm³	Típico para ligas de alumínio; útil para cálculos de massa e rigidez
Faixa de Fusão	≈ 577 – 635 °C	Fusão influenciada por eutético devido ao teor de Si; faixa exata depende do nível de Si
Condutividade Térmica	≈ 120 – 160 W/m·K	Inferior ao alumínio puro; Si e impurezas reduzem a condutividade
Condutividade Elétrica	≈ 35 – 55 % IACS	Aleitung da liga reduz a condutividade comparada às séries 1xxx
Calor Específico	≈ 880 – 910 J/kg·K	Típico para ligas de alumínio em temperaturas ambientes
Coeficiente de Dilatação Térmica	≈ 23 – 24 ×10⁻⁶ /K	Similar a outras ligas de alumínio, importante para projeto com incompatibilidade térmica

As propriedades físicas tornam o 4044 adequado quando boa condutividade térmica é desejável, mas condutividade elétrica absoluta não é crítica. Os valores de dilatação térmica e condutividade são importantes ao projetar trocadores de calor, invólucros eletrônicos ou conjuntos multi-materiais para gerenciar a expansão diferencial. O início relativamente baixo da fusão, devido aos eutéticos de Si, também controla as janelas dos processos de soldagem, brasagem e fundição/união.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Temperas Comuns	Observações
Chapa	0,3 – 6,0 mm	Uniforme; responsivo ao trabalho a frio	O, H14, H24	Usada para painéis, dissipadores de calor, chapas para brasagem
Placa	6 – 25 mm	Resposta ao trabalho a frio ligeiramente menor	O, H18	Calibre mais pesado, distribuição grosseira de Si pode reduzir ductilidade
Extrusão	Perfis com vários metros	Boa resistência direcional	O, H14	Silício auxilia o fluxo e acabamento superficial em matrizes de extrusão
Tubo	Diversas combinações de OD/espessura	Semelhante ao comportamento de chapa	O, H14	Usado para trocadores de calor brasados e tubos estruturais
Barra/Bastão	Diâmetros até ~100 mm	Maior resistência na condição de extrusão	O, H12	Frequentemente usado para usinagem ou forjamento subsequente

Diferenças no processamento entre chapas, extrusão e placa são controladas por taxas de resfriamento e esquemas de trabalho que afetam a distribuição de partículas de Si e o tamanho de grão. Produtos de calibre fino laminados a frio até temperas H apresentam maior resistência e menor alongamento que placas recozidas. Formas extrusadas aproveitam a fluidez induzida pelo Si para produzir seções complexas de parede fina, preservando o acabamento superficial e a estabilidade dimensional para conformação ou união posteriores.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	4044	EUA	Designação da Aluminum Association
EN AW	4044	Europa	Designação europeia comum; limites composicionais podem variar ligeiramente
JIS	A4044 (aprox.)	Japão	Normas locais podem usar designações similares Al–Si
GB/T	Al4044 (aprox.)	China	Normas chinesas podem listar ligas Al–Si com conteúdo de Si comparável

As designações equivalentes geralmente indicam química amplamente similar, mas normas regionais podem diferir nos limites permitidos para impurezas e elementos traço. Essas tolerâncias afetam propriedades como condutividade elétrica, usinabilidade e desempenho na brasagem; engenheiros devem consultar tabelas específicas da norma para aquisição e qualificação final. Ao substituir ou trocar, verifique os relatórios de certificação para propriedades críticas como teor de Si, propriedades de tração e impacto de quaisquer ligas adicionais.

Resistência à Corrosão

O 4044 apresenta boa resistência geral à corrosão atmosférica comparável a muitas ligas comerciais de alumínio, devido à película protetora de Al2O3 que se forma naturalmente nas superfícies de alumínio. As adições de silício não degradam substancialmente a película passiva, e o 4044 tem bom desempenho em atmosferas industriais e rurais onde os poluentes são moderados.

Em ambientes marinhos, a liga mostra resistência razoável à corrosão uniforme, mas corrosão localizada pode ocorrer em frestas e águas estagnadas se houver acoplamento galvânico com materiais mais nobres (ex.: aço inoxidável ou ligas de cobre). Preparação de superfície, revestimentos e considerações catódicas/anódicas são necessárias para serviço de longo prazo em exposições marinhas severas.

A suscetibilidade à fissuração por corrosão sob tensão do 4044 é baixa em relação a ligas de alta resistência e tratáveis termicamente das séries 2xxx e 7xxx, porque seus níveis de resistência são moderados e o silício não promove os mesmos mecanismos de ataque intergranular. Mesmo assim, juntas soldadas ou brasadas devem ser projetadas cuidadosamente, pois microestruturas heterogêneas e tensões residuais de tração podem acelerar processos locais de corrosão comparados ao metal base.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

O 4044 possui alta soldabilidade e é frequentemente usado como química de metal de adição para soldagem e brasagem de alumínio, pois o silício melhora a fluidez e reduz a tendência a trincas por calor. Processos comuns como GMAW (MIG) e GTAW (TIG) apresentam bom desempenho quando fios adequados (ER4043/ER4044) são selecionados; o ER4044 é amplamente usado em aplicações automotivas e de brasagem. A zona afetada pelo calor pode apresentar amolecimento localizado em temperas muito trabalhadas, e pré-aquecimento ou tratamentos pós-solda são às vezes usados para reduzir tensões residuais.

Usinabilidade

A usinabilidade do 4044 é moderada; partículas de silício aumentam a estabilidade do engajamento da ferramenta e podem melhorar o controle de cavacos em comparação com alumínio puro, embora também aumentem o desgaste da ferramenta em relação a ligas muito macias. Ferramentas de metal duro com revestimentos TiN ou TiAlN e geometrias de arestas positivas são recomendadas para corte estável em velocidades moderadas. O acabamento superficial é bom quando os cavacos são evacuados limpamente; a formação de borda acumulada é menos problemática do que em algumas ligas com cobre.

Conformabilidade

A conformabilidade é excelente na condição O, permitindo raios de curvatura apertados e estampagem profunda quando a distribuição de partículas de Si e o tamanho de grão são controlados. O encruamento reduz a conformabilidade em temperas H, então operações de conformação geralmente são realizadas em condição recozida, seguida (se necessário) de encruamento para atingir a resistência requerida. Raios mínimos recomendados para dobras internas dependem do calibre e tempera, mas são melhor determinados empiricamente para um dado conjunto de ferramentas e lote de bobina da liga.

Comportamento ao Tratamento Térmico

O 4044 é classificado como liga não tratável termicamente; suas propriedades mecânicas não podem ser melhoradas por tratamentos convencionais de solubilização e envelhecimento artificial como nas famílias 6xxx ou 7xxx. A principal rota de fortalecimento é o trabalho a frio (encruamento) combinado com efeitos de solução sólida do silício. Tentativas de aplicar tratamentos do tipo T têm benefício limitado e estão relacionadas principalmente ao processamento específico do produto, e não a ciclos de fortalecimento.

Recozimento e recristalização são eficazes para restaurar ductilidade: o recozimento total (O) dissolve estruturas de discordâncias induzidas pelo trabalho e coarsifica precipitados finos ou dispersóides de Si, produzindo as melhores características de conformação. Ciclos de estabilização e alívio de tensões são usados industrialmente para controlar tensões residuais após soldagem, brasagem ou conformação, em vez de aumentar resistência.

Desempenho em Alta Temperatura

A resistência do 4044 degrada com o aumento da temperatura, com comportamento estrutural utilizável geralmente limitado a temperaturas abaixo de ~150 °C para cargas contínuas. Acima dessa faixa, a mobilidade de discordâncias aumenta e a contribuição da solução sólida e do encruamento à resistência diminui rapidamente, então projetistas devem restringir operação contínua a temperaturas mais baixas ou usar seções mais espessas para compensar.

A oxidação não é severa para ligas de alumínio em temperaturas moderadamente elevadas porque a camada de Al2O3 é protetora, mas exposição prolongada a altas temperaturas acelera o crescimento do óxido e a coarsificação microestrutural por difusão das fases de Si. Juntas soldadas e brasadas expostas a temperaturas elevadas de serviço podem apresentar amolecimento na ZAC e devem ser avaliadas para fluência ou relaxamento de tensões onde existam carregamentos cíclicos ou tensões sustentadas.

Aplicações

Setor	Componente Exemplo	Por Que o 4044 é Usado
Automotivo	Metal de adição para brasagem e aletas de trocadores de calor	Excelente fluidez e compatibilidade de solda/brasagem; resistência à corrosão
Marítimo	Dutos HVAC e componentes estruturais não críticos	Resistência à corrosão e facilidade de fabricação
Aeroespacial	Nenhum