Alumínio 4046: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

A liga 4046 é um membro da série 4xxx de ligas de alumínio, que são ligas contendo silício, utilizadas principalmente como metal de adição para soldagem e em algumas aplicações forjadas. A série 4xxx é caracterizada pelo silício como principal elemento de liga; no 4046 o teor de Si é relativamente alto em comparação com muitas outras ligas da série 4xxx, o que desloca a liga para um ponto de fusão mais baixo e melhor fluidez.

Os principais elementos de liga para o 4046 são o silício como adição dominante, com ferro e pequenas quantidades de manganês, magnésio, cobre, zinco, cromo e titânio como constituintes menores. A liga é essencialmente não tratável termicamente e obtém seu desempenho mecânico da química da liga e do trabalho mecânico, em vez do endurecimento por precipitação.

As características principais do 4046 são excelente fluidez no estado fundido e baixa tendência a trincas a quente (útil em soldagem e brasagem), resistência estática moderada, boa resistência geral à corrosão típica do alumínio e razoável soldabilidade. A conformabilidade é aceitável no estado recozido, mas se degrada com o aumento do teor de silício e com o encruamento do material.

Indústrias típicas que utilizam o 4046 incluem automotiva e transporte (como material de enchimento/solda e alguns componentes fabricados), HVAC e refrigeração (juntas brasadas e fabricação de trocadores de calor), marinha (fabricação e união) e eletrônica (onde fluidez e compatibilidade para brasagem são importantes). Engenheiros escolhem o 4046 quando é necessária excelente fluidez do metal de enchimento ou quando uma liga com silício aprimorado oferece melhor integridade da junta e resistência a trincas por solidificação do que ligas com menor teor de silício.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Recozido total, melhor para conformação e brasagem
H14	Médio	Moderado	Regular	Bom	Encruamento semi-duro; usado onde é requerida resistência moderada
H18	Alto	Baixo	Ruim	Bom	Duplo encruado; conformação limitada, maior resistência por encruamento
T4	Não Aplicável	Não Aplicável	Não Aplicável	Não Aplicável	Temperas T típicas (solução + envelhecimento natural) não são eficazes para 4046 não tratável termicamente
T6	Não Aplicável	Não Aplicável	Não Aplicável	Não Aplicável	Envelhecimento artificial não é aplicável; 4046 é fortalecido principalmente por encruamento

A têmpera altera significativamente o desempenho: a condição recozida (O) oferece máxima ductilidade e a melhor conformabilidade para repuxos profundos ou dobras apertadas, enquanto as temperas H aumentam a resistência por trabalho a frio, às custas do alongamento. Como o 4046 não é tratável termicamente, as sequências convencionais T5/T6 não produzem o endurecimento por precipitação visto em ligas das séries 6xxx ou 2xxx.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	9,0–12,0	Elemento principal de liga; aumenta a fluidez e reduz a faixa de fusão
Fe	0,4–1,0	Impureza comum; forma intermetálicos que podem afetar a ductilidade
Mn	0,05–0,50	Menor; pode ajudar na estrutura do grão e resistência à corrosão intergranular
Mg	0,05–0,30	Baixo; não é um agente principal de endurecimento nesta liga
Cu	0,05–0,20	Traço; pode aumentar ligeiramente a resistência, mas pode afetar a resistência à corrosão
Zn	0,05–0,20	Traço; normalmente limitado em ligas 4xxx
Cr	0,05–0,20	Traço; pode controlar a estrutura de grão em algumas formas de produto
Ti	0,02–0,10	Aditivo para refino de grão em metalurgia do lingote ou processamento fundido/forjado
Outros (cada um)	máx. 0,05	Elementos residuais, incluindo Bi, Pb, Ni etc.

O teor de silício domina o comportamento microestrutural e de processamento: ele reduz as temperaturas solidus e líquida, produz uma rede rica em Si ou partículas na microestrutura e melhora a fluidez do fundido para melhor aparência cordão de solda e redução de trincas a quente. Ferro e manganês controlam a morfologia e distribuição das fases intermetálicas, enquanto os elementos menores são mantidos baixos para evitar efeitos deletérios sobre corrosão e ductilidade.

Propriedades Mecânicas

Em serviço e testes laboratoriais, o 4046 apresenta resistência à tração moderada e ductilidade razoável na condição recozida, com resistência à tração aumentando conforme o material é encruado. O limite de escoamento segue a mesma tendência; como a liga não é endurecível por precipitação, o trabalho a frio (temperas H) é a principal via para aumentar a resistência ao escoamento. O alongamento é alto na condição O e cai substancialmente com o aumento da dureza; condições totalmente encruadas podem ter alongamento muito limitado e exigem raios de curvatura maiores.

A dureza correlaciona-se com a têmpera e o trabalho a frio; o 4046 recozido apresenta valores baixos de dureza, enquanto as condições H14-H18 mostram aumentos mensuráveis consistentes com o aumento dos valores de limite de escoamento e resistência à tração. O desempenho à fadiga é aceitável para cargas cíclicas não estruturais, mas é sensível ao acabamento superficial e qualidade da junta quando usado como metal de enchimento ou solda. Efeitos de espessura estão presentes: material de baixa espessura é mais fácil de conformar e esfria rapidamente após soldagem, enquanto seções mais grossas podem reter microestruturas grosseiras e exigir parâmetros de soldagem diferentes.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera Principal (H14 / H18)	Observações
Resistência à Tração (MPa)	90–130	120–180	Valores dependem da bitola, forma do produto e trabalho a frio; estimativas para produto forjado típico
Limite de Escoamento (MPa)	35–70	80–150	Limite de escoamento aumenta marcadamente com encruamento; não há endurecimento por precipitação disponível
Alongamento (%)	20–30	3–12	Alongamento diminui conforme a têmpera fica mais dura; redução de espessura reduz ainda mais a ductilidade
Dureza (HB ou HV)	25–50 HB	60–95 HB	Dureza aumenta com têmpera H; valores medidos variam com a norma de ensaio

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,66–2,70 g/cm³	Levemente inferior a algumas ligas de alumínio devido ao teor de silício; faixa típica de densidade do alumínio
Faixa de Fusão	~577–615 °C	Faixa influenciada por ectrótipos devido ao alto Si; solidus inferior ao alumínio puro
Condutividade Térmica	110–140 W/m·K	Reduzida em relação ao alumínio puro; silício diminui moderadamente a condutividade
Condutividade Elétrica	~30–40 %IACS	Ligas reduzem a condutividade em comparação ao alumínio comercialmente puro
Calor Específico	~880–910 J/kg·K	Típico para ligas de alumínio próximo à temperatura ambiente
Coeficiente de Dilatação Térmica	22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Coeficiente similar a muitas ligas de alumínio; leve redução com maior teor de Si

O conjunto de propriedades físicas torna o 4046 adequado para aplicações onde fluidez no estado fundido e transferência térmica são importantes, como brasagem e soldagem de trocadores de calor. A faixa de fusão reduzida e a condutividade menor em relação ao alumínio puro são compensações para melhor soldabilidade e capacidade de união em certos processos de fabricação.

Formas de Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Temperas Comuns	Observações
Chapa	0,2–6,0 mm	Chapas finas são mais fáceis de recozer e conformar	O, H14	Usada em conformação ou como material base para revestimento / brasagem
Placa	6–50 mm	Seções mais espessas apresentam estrutura mais grosseira	O, H18	Empregada em montagens estruturais ou soldadas onde é necessária espessura
Extrusão	Perfis até seções transversais grandes	Trabalho a frio durante a extrusão aumenta a resistência	O, têmpera H após extrusão	A extrudabilidade é razoável; teor de silício afeta o desgaste da matriz
Tubo	Diversos diâmetros/espessuras de parede	Comportamento semelhante a chapa/tubo de calibre equivalente	Temperas O, H	Frequentemente usado em tubos para trocadores de calor e HVAC
Barra/Haste	Diâmetros de poucos mm até grandes	Passível de trabalho a frio até temperas H	O, H	Comumente fornecido como arame/haste para soldagem e brasagem; variantes com alto teor de Si são padrão para arames de enchimento

As diferenças no processamento são influenciadas pelo teor de silício: ligas com alto Si como 4046 apresentam bom escoamento no estado líquido, o que facilita a brasagem e soldagem, mas o maior conteúdo de Si torna o conformamento a frio severo mais difícil. Extrusão e laminação exigem atenção ao desgaste da ferramenta e controle do resfriamento para evitar partículas de Si grosseiras. A disponibilidade de produtos costuma favorecer arame/haste de enchimento e chapas finas para fabricação de juntas e trocadores de calor.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	4046	USA	Designação comum para produtos forjados e base para formulações de arames de enchimento
EN AW	4046	Europa	Frequentemente listado como EN AW-4046 em catálogos europeus para produtos forjados
JIS	A4046 (ou equivalente)	Japão	Normas locais podem referenciar composições Al-Si equivalentes em vez de correspondência numérica exata
GB/T	4046	China	Normas chinesas incluem variantes de ligas Al-Si comparáveis ao AA 4046

Tabelas de equivalência refletem a composição química nominal, mas rotas de fabricação e limites de impurezas diferem por região e norma. Essas diferenças podem afetar propriedades como ductilidade, morfologia de intermetálicos e desempenho do arame de solda, por isso projetistas devem verificar certificações do fornecedor e fichas técnicas ao substituir materiais entre normas.

Resistência à Corrosão

4046 apresenta boa resistência geral à corrosão atmosférica típica de ligas de alumínio devido ao filme protetor de óxido que se forma nas superfícies do alumínio. As adições de silício não comprometem muito a resistência à corrosão uniforme, mas podem modificar o comportamento eletroquímico local e a distribuição de partículas intermetálicas, o que pode criar micro-sítios galvânicos em ambientes agressivos contendo cloretos.

Em exposições marinhas ou pulverização salina, 4046 tem desempenho adequado para muitas aplicações, mas não é tão robusto quanto certas ligas com alto teor de magnésio que formam filmes passivos mais tenazes, nem tão resistente à corrosão localizada quanto ligas alumínio-manganês otimizadas para resistência à corrosão por pite. Trincas por corrosão sob tensão não são um modo de falha proeminente para 4046 comparado a ligas de alta resistência tratáveis termicamente; entretanto, ataque localizado em soldas e juntas pode ocorrer se houver contaminantes superficiais ou tensões residuais.

Quando galvanicamente acoplado a metais diferentes, 4046 comporta-se como outras ligas de alumínio e será anódico em relação a aço inox e cobre; é necessária atenção ao projeto com barreiras isolantes ou proteção catódica em conjuntos com metais mistos. Comparado com ligas da série 5xxx (Al-Mg), o 4046 oferece desempenho similar em corrosão geral, mas troca alguma ductilidade e conformabilidade a frio por melhores características de soldagem e enchimento.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

4046 é amplamente utilizado como arame de enchimento para soldagem TIG e MIG de alumínio e ligas alumínio devido ao seu alto teor de silício que reduz a faixa de solidificação da liga e melhora o escoamento do metal fundido. Processos TIG e MIG com gases de proteção adequados produzem soldas limpas; arame ER4046 é comumente recomendado para soldagem de metais base Al-Mg e Al-Si quando se deseja arame compatível com silício. O risco de trincas a quente é reduzido com 4046 em comparação com arames de menor teor de silício, mas os parâmetros de soldagem devem controlar a entrada de calor para evitar porosidade excessiva e manter o perfil da corda.

Usinabilidade

A usinabilidade do 4046 é moderada e influenciada pelo teor de Si que aumenta abrasividade e desgaste das ferramentas comparado a ligas com baixo silício. Ferramentas de carboneto com ângulo positivo e montagem rígida são recomendadas; velocidades de corte devem ser conservadoras para seções grandes e cortes interrompidos. O acabamento superficial tende a ser bom se as velocidades e ferramentas afiadas forem usadas, porém a vida útil da ferramenta é reduzida, devendo-se aplicar estratégias de refrigeração por fluido ou jato de ar para controle térmico.

Conformabilidade

A conformabilidade na têmpera O é boa para operações leves de conformação, mas torna-se ruim nas temperas H devido à microestrutura rica em silício que reduz a ductilidade e aumenta a propensão a trincas em dobras fechadas. Recomenda-se raio de curvatura conservador comparado a ligas de alumínio mais macias; para operações críticas de conformação, o recozimento até têmpera O é comumente especificado antes da conformação. Para estampagem a frio e repuxo profundo, é necessário cuidado no projeto do processo e possivelmente o uso de lubrificação ou técnicas de bainha para compensar a menor alongabilidade.

Comportamento ao Tratamento Térmico

4046 é classificado como liga não tratável termicamente e, portanto, não responde a tratamentos de solubilização/envelhecimento artificial como as ligas da série 6xxx ou 2xxx. Tentativas de aplicar tratamentos do tipo T6 não produzirão o endurecimento por precipitação típico dessas famílias. A exposição térmica a temperaturas elevadas tende a aliviar o trabalho a frio e reduzir a resistência, mas não gera encruamento estável por envelhecimento.

O recozimento para restaurar a ductilidade é obtido pelo aquecimento na faixa típica de recozimento do alumínio (comumente entre 300–420 °C por tempo suficiente dependendo da espessura da seção) seguido de resfriamento ao ar; isso retorna o material à têmpera O. Aumentos de resistência são obtidos por trabalho mecânico a frio (temperas H) e mantidos até que um recozimento ou exposição térmica subsequente provoque recuperação e recristalização.

Desempenho em Alta Temperatura

A resistência mecânica do 4046 diminui gradualmente com o aumento da temperatura, com amolecimento apreciável acima de aproximadamente 150–200 °C; a retenção de resistência a longo prazo nessas temperaturas é ruim. A oxidação do alumínio limita-se à formação de uma película protetora de óxido nas temperaturas normais de serviço, porém em temperaturas elevadas essa proteção pode ser comprometida por fluxos ou contaminantes presentes durante brasagem ou soldagem.

Zonas afetadas pelo calor adjacentes às soldas podem apresentar propriedades mecânicas modificadas devido a ciclos térmicos e coarseamento microestrutural; entretanto, como o 4046 não é endurecido por precipitação, o amolecimento da ZAC é menos marcante que em ligas tratáveis, mas o material pai trabalhado a frio pode ser recozido durante a soldagem. Para serviço estrutural em alta temperatura, recomenda-se a seleção de outras ligas otimizadas para fluência ou resistência elevada à temperatura.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que Usar 4046
Automotiva	Arame para solda de carroceria e subchassis	Excelente soldabilidade e escoamento, redução de trincas a quente
Marinha	Juntas brasadas em HVAC e trocadores de calor	Boa fluidez para brasagem e resistência à corrosão aceitável
Aeroespacial	Engates não críticos, material de enchimento	Boa integridade de junta e compatibilidade para montagens em alumínio
Eletrônica	Aletas de trocadores e juntas brasadas	Boa transferência térmica e características para brasagem

4046 é comumente especificado onde o comportamento do metal fundido e integridade da junta são críticos, particularmente na brasagem e como arame de enchimento para combinações Al-Mg e Al-Si. Normalmente não é selecionado para estruturas principais de alta resistência, mas é altamente relevante para união, reparos e fabricados onde a qualidade da solda e a redução de trincas são prioridades.

Orientações para Seleção

Escolha 4046 quando for necessária uma liga de alumínio rica em silício para soldagem ou brasagem que ofereça excepcional fluidez do metal fundido e redução de trincas em solidificação. É especialmente útil para unir componentes de alumínio onde boa molhabilidade e escoamento do cordão são requeridos, e onde dureza excessiva não é desejada.

Comparado ao alumínio comercialmente puro (e.g., 1100), o 4046 troca um pouco da condutividade elétrica e térmica e conformabilidade por maior resistência e desempenho muito melhor em soldagem/enchimento. Comparado a ligas encruadas como 3003 ou 5052, o 4046 apresenta comportamento similar de corrosão, mas melhor fluidez do metal fundido e capacidade de união; geralmente é menos dúctil que essas ligas nas temperas duras. Em relação a ligas tratáveis termicamente como 6061 ou 6063, o 4046 não alcança as mesmas resistências máximas por envelhecimento, mas é preferido quando soldabilidade, baixa tendência a trincas a quente e compatibilidade para brasagem são os critérios prioritários.

Resumo Final

A liga 4046 continua sendo uma escolha prática de alumínio, onde o alto teor de silício proporciona excelente fluidez no estado fundido, desempenho superior na soldagem e brasagem, além de formação confiável de juntas, tornando-a uma liga de enchimento e fabricação essencial nas indústrias de transporte, HVAC e eletrônica. Projetistas e fabricantes especificam a 4046 quando características robustas de união e resistência moderada combinadas com resistência à corrosão aceitável são mais importantes do que a capacidade máxima de envelhecimento por precipitação.