Alumínio 4047: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

A liga 4047 é um membro da série 4xxx das ligas de alumínio, uma família caracterizada pelo silício como principal elemento de liga. A série 4xxx é convencionalmente usada para metais de adição, soldagem, brasagem e onde o silício melhora a fluidez e reduz a faixa de fusão. A 4047 contém um teor relativamente alto de silício (tipicamente na faixa de dois dígitos em porcentagem), com pequenas adições ou resíduos de ferro, cobre, manganês, titânio e outros elementos-traço. Essa composição posiciona a 4047 na classe das ligas Al-Si que não são convencionalmente reforçadas por tratamento térmico de precipitação.

O principal mecanismo de reforço para a 4047 não é o envelhecimento; ao invés disso, as propriedades são controladas pela microestrutura (distribuição das partículas de Si), estrutura de fundição/extrusão e trabalho a frio quando aplicável. Em condição recozida, a liga é relativamente macia e altamente conformável; o trabalho a frio (tempos H) aumenta a resistência às custas da ductilidade. As características principais são excelente fluidez e tendência reduzida à trinca a quente em soldagem ou brasagem, boa resistência à corrosão típica de ligas Al-Si e usinabilidade razoável em comparação com ligas de alumínio de maior resistência.

Indústrias típicas que usam a 4047 incluem automotiva (como metal de adição para união e em componentes fundidos), HVAC e refrigeração (trocadores de calor e brasagem), construção civil e esquadrias (estruturas soldadas ou brasadas) e eletrônica (conexões soldáveis e algumas embalagens). Ela é frequentemente escolhida em vez de outras ligas de alumínio quando é necessário um metal de adição de baixa faixa de fusão, alta fluidez ou uma matriz rica em silício para evitar trincas a quente na soldagem ou melhorar o fluxo do metal de adição em operações de brasagem. Projetistas selecionam a 4047 quando a compatibilidade de soldagem, desempenho em brasagem ou propriedades específicas do metal de adição são os principais requisitos, em vez da máxima resistência estrutural.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta	Excelente	Excelente	Condição totalmente recozida; melhor para conformação e estoque de metal de adição para brasagem
H14	Média	Baixo–Moderado	Regular	Excelente	Endurecida por deformação até condição meio-dura para maior rigidez
H18	Média–Alta	Baixo	Limitada	Muito Boa	Endurecida por deformação para condição totalmente dura, maximizando a resistência ao trabalho a frio
H32	Média	Moderado	Boa	Excelente	Endurecida por deformação e estabilizada; equilibra resistência e ductilidade
F	Variável	Variável	Variável	Excelente	Condição conforme fabricada ou fundida; propriedades dependem do processamento
ER4047 (metal de adição)	Projetado para fluidez, não alta resistência	N/A	N/A	Excelente	Vendido como arame/barras de adição para aplicações de soldagem e brasagem

A têmpera modifica dramaticamente o comportamento mecânico da 4047 porque a liga não é endurecível por precipitação; o endurecimento por trabalho e o controle microestrutural são os principais fatores. O material recozido (O) apresenta a maior ductilidade e conformabilidade, sendo preferido para operações de conformação e como metal de adição para brasagem; as têmperas H aumentam os limites de escoamento e resistência à tração por trabalho a frio, reduzindo o alongamento.

Na prática, a escolha da têmpera é um compromisso entre conformabilidade e resistência para cada estágio de fabricação. Para montagens soldadas que requerem conformação pós-soldagem, a têmpera O é frequentemente escolhida, enquanto peças estruturais não tratadas termicamente que necessitam de maior rigidez podem ser especificadas nas têmperas H14 ou H18.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	11,0–13,5	Principal elemento de liga; reduz a faixa de fusão e melhora a fluidez
Fe	≤ 0,95	Impureza comum; forma intermetálicos que podem afetar a tenacidade
Mn	≤ 0,20	Adição menor; pode refinar o grão e estabilizar a microestrutura
Mg	≤ 0,05	Essencialmente ausente; pouca contribuição para resistência via precipitação
Cu	≤ 0,30	Pequenas quantidades podem aumentar marginalmente a resistência, mas reduzem a resistência à corrosão
Zn	≤ 0,10	Impureza menor; não é adição intencional para reforço
Cr	≤ 0,05	Elemento traço; pode inibir crescimento de grão em condições fundidas
Ti	≤ 0,10	Refinador de grão em estoque fundido/extrudado
Outros (cada um)	≤ 0,05	Elementos residuais; total outros ≤ 0,15

A alta fração de silício define a faixa de desempenho da liga: o silício forma uma segunda fase dispersa (Si eutético e primário) que controla a microestrutura da fundição, fluidez e características de solidificação. Ferro e outros resíduos produzem partículas intermetálicas que podem atuar como pontos de iniciação de trincas sob carregamento cíclico ou usinagem se não forem bem controlados. Como magnésio e cobre são baixos, a 4047 obtém benefício mínimo do endurecimento por precipitação, de modo que os projetistas devem contar com o endurecimento por trabalho e o controle microestrutural para manipular as propriedades mecânicas.

Propriedades Mecânicas

O comportamento à tração da 4047 é governado pela morfologia do silício e pelo grau de trabalho a frio, em vez do endurecimento clássico por precipitação. No estado recozido, a liga apresenta resistência à tração moderada e alongamento relativamente alto, tornando-a tolerante para operações de conformação e uso como metal de adição em juntas soldadas. O trabalho a frio eleva significativamente o limite de escoamento e a resistência à tração, enquanto reduz a ductilidade; as resistências práticas mais altas são atingidas nas têmperas totalmente trabalhadas, onde as interações das partículas de Si e o endurecimento por deformação predominam.

O limite de escoamento da 4047 recozida é baixo em comparação com ligas tratáveis termicamente; no entanto, a tenacidade à fratura da liga em condições dúcteis permanece adequada para muitas aplicações de união e não estruturais. A dureza correlaciona-se estreitamente com a têmpera: o material recozido será macio (baixo Brinell/HV), enquanto as têmperas H podem exibir aumentos notáveis de dureza dependendo do grau de trabalho a frio. O desempenho à fadiga é moderado; a vida em fadiga é sensível à condição superficial, distribuição das partículas de Si e eventuais defeitos de fundição ou aglomerados intermetálicos.

A espessura e a geometria da seção influenciam as resistências medidas: chapas finas na têmpera O mostrarão maior ductilidade aparente e menor resistência absoluta, enquanto seções fundidas ou extrudadas mais espessas podem conter partículas de silício primário e porosidade que reduzem a ductilidade e a vida em fadiga. Processos de soldagem e brasagem normalmente usam metal de adição ER4047 para produzir juntas com boa tenacidade e minimização de trincas a quente, embora a microestrutura local na ZTA (zona termicamente afetada) deva ser considerada para aplicações cíclicas ou de alta tensão.

Propriedade	O/Recozida	Têmpera Principal (ex: H14/H18)	Observações
Resistência à Tração	~60–110 MPa	~120–170 MPa	Valores dependem do trabalho a frio e seção; faixas amplas de engenharia apresentadas
Limite de Escoamento	~25–50 MPa	~90–140 MPa	O limite de escoamento aumenta marcadamente com têmperas endurecidas por deformação
Alongamento	~10–25%	~2–8%	Ductilidade diminui conforme a têmpera aumenta; a têmpera O é a melhor para conformação
Dureza	~20–35 HB	~35–70 HB	Dureza escala com o trabalho a frio e dispersão de Si

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,67 g/cm³	Típica para ligas Al-Si; ligeiramente inferior a muitos materiais ferrosos
Faixa de Fusão	Solidus ~555–565 °C; Líquidus ~615–625 °C	Silício amplia a faixa de solidificação em comparação com alumínio puro
Condutividade Térmica	~120–160 W/m·K	Reduzida em relação ao alumínio puro devido ao silício e intermetálicos; depende da têmpera
Condutividade Elétrica	~30% IACS (≈17–18 MS/m)	A liga reduz a condutividade em comparação com alumínio puro
Calor Específico	~900 J/kg·K	Típico para ligas de alumínio à temperatura ambiente
Dilatação Térmica	~21–24 µm/m·K	Coeficiente semelhante a outras ligas de alumínio; varia ligeiramente com o teor de Si

A densidade e o calor específico da 4047 são próximos a outras ligas de alumínio, o que a torna atraente quando peso e capacidade térmica são fatores de projeto. A condutividade térmica é reduzida em relação ao alumínio puro, mas permanece alta em comparação com a maioria dos metais estruturais, tornando a 4047 útil em aplicações que requerem transferência de calor aliada a metais de adição com baixa faixa de fusão.

O comportamento na fusão/solidificação é uma característica definidora: a faixa de fusão reduzida e a fluidez melhorada devido ao alto teor de silício são exploradas em processos de brasagem e reparo. A condutividade elétrica é menor do que a do alumínio comercialmente puro, mas ainda aceitável quando é exigida condutividade moderada juntamente com bom desempenho na união.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tempos Comuns	Observações
Chapa	0,3–6,0 mm	Menor resistência em O; tempos H disponíveis	O, H14, H32	Amplamente usada para material de brasagem e fabricação leve
Placa	>6 mm	Resistência depende do trabalho e do tamanho da seção	O, F	Seções mais grossas podem desenvolver silício primário e porosidade em fundidos
Extrusão	Perfis de até vários metros	Resistência influenciada pelo histórico de extrusão/envelhecimento	O, H32, H14	Utilizado onde são necessários perfis complexos e compatibilidade de material de adição
Tubo	Diâmetro externo 6 mm–200 mm	Semelhante à chapa; espessura da parede influencia as propriedades	O, H18	Tubos frequentemente fornecidos recozidos para conformação e dobra
Barra/Vareta	Diâmetros 1–25 mm	Frequentemente vendido como arame ou vareta para material de adição	F, O, ER4047	Comum como arame para soldagem/brasagem (ER4047) com Si controlado para fluxo

A forma afeta a microestrutura e, portanto, a resposta mecânica: componentes fundidos podem conter fases primárias de silício e intermetálicos não presentes em chapa laminada e extrudada. Formas em chapa e extrudadas são mais uniformes e podem ser encruadas para tempos H para maior resistência. As formas de arame/vareta para material de adição (ER4047) são especialmente processadas para garantir química e comportamento de fusão consistentes para operações de união.

A seleção da forma do produto depende do equilíbrio entre requisitos de conformabilidade, espessura da seção (que afeta resfriamento e segregação de Si) e se o uso principal é estrutural ou como material de adição em união. Processos de fabricação como dobra, punção e soldagem têm tempos iniciais e espessuras preferidas para minimizar defeitos.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	4047	USA	Designação da Aluminum Association comumente usada para material de adição e stock laminado
EN AW	4047	Europa	Frequentemente referenciado como EN AW-4047 para equivalentes laminados ou designações de material de adição
JIS	A4047 / A4047S	Japão	Designações de material de adição/arame existem sob JIS para consumíveis de brasagem e soldagem
GB/T	4047	China	Normas chinesas fornecem classificação de liga similar e químicas típicas

Diferenças entre normas são geralmente sutis e relacionadas a limites especificados de impurezas, variações permitidas de lote para lote e requisitos de processamento específicos para a forma. Para consumíveis de soldagem e brasagem, normas regionais podem prescrever faixas ligeiramente diferentes de Si ou controle de resíduos para otimizar o fluxo e minimizar a porosidade. Sempre verifique a ficha técnica exata (limites químicos, requisitos mecânicos e certificação) ao substituir entre graus regionais.

Resistência à Corrosão

Em ambientes atmosféricos, a liga 4047 geralmente apresenta boa resistência à corrosão devido à camada protetora de óxido de alumínio e à presença de silício que não promove pit corrosion significativamente. A liga tem bom desempenho em ambientes externos moderados, e o comportamento anódico típico é semelhante a muitas ligas de alumínio não fortemente ligadas com Mg ou Cu. Corrosão localizada pode ocorrer em locais com aglomerações intermetálicas ou porosidade de fundição, mas é menos pronunciada do que em algumas ligas com alto teor de cobre.

O desempenho marinho é aceitável para muitas aplicações, porém não tão robusto quanto ligas da série 5xxx de grau marinho (contendo magnésio), que são especificamente otimizadas para serviço em água salgada. Para aplicações imersas ou em zona de respingo, os projetistas devem considerar proteção sacrifical, revestimentos ou usar uma liga diferente se for esperada exposição prolongada à água do mar. Interações galvânicas seguem as convenções típicas do alumínio: quando acoplado a metais mais nobres (aço inoxidável, cobre), o alumínio corroerá preferencialmente salvo se isolado eletricamente ou protegido.

A susceptibilidade à trinca por corrosão sob tensão é baixa para ligas ricas em silício e não tratáveis termicamente como a 4047, comparado a ligas Al-Zn-Mg de alta resistência. No entanto, tensões residuais vindas da soldagem, trabalho a frio e defeitos superficiais podem afetar o desempenho a longo prazo sob condições de tração e corrosão. Em comparação com famílias comuns de liga, a 4047 oferece melhor soldabilidade e desempenho na brasagem, mas resistência à corrosão por pites em ambientes cloretados é ligeiramente inferior a ligas marinhas especialmente desenvolvidas.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A 4047 é amplamente usada como liga de material de adição (ER4047) porque seu alto teor de silício reduz a temperatura de fusão e melhora a fluidez, reduzindo a tendência a trinca a quente em muitos metais base de alumínio. É especialmente adequada como material de adição para metais base da série 6xxx, onde o aditivo rico em silício mitiga a trinca por solidificação na solda. Processos comuns incluem soldagem TIG e MIG/GMAW usando arame ER4047, e aplicações de brasagem/soldagem onde é necessário controle da faixa de fusão. O risco de trinca a quente é menor que em muitos outros consumíveis, mas segregação excessiva de Si ou ajuste inadequado das juntas ainda podem causar fases frágeis ou porosidade; preparação adequada da junta e velocidades de avanço corretas são essenciais.

Usinabilidade

A usinabilidade da 4047 é moderada: a presença de partículas duras de silício pode aumentar o desgaste da ferramenta em comparação com alumínio puro, mas melhora a quebra de cavacos em relação a algumas ligas moles. Ferramentas de carboneto e geometria afiada são recomendadas para operações de alta alimentação ou alta velocidade. Velocidades de corte podem ser superiores às usadas em metais ferrosos, mas devem ser moderadas em relação à usinagem em alta velocidade de alumínio laminado; o uso de fluido refrigerante e evacuação dos cavacos são importantes para evitar aresta construída e encruamento superficial. Formas fundidas ou extrudadas com silício primário grosseiro serão mais abrasivas e demandarão troca mais frequente de ferramenta que chapa laminada de grão fino.

Conformabilidade

A conformabilidade é excelente na condição recozida (O), com boa dobrabilidade e estampabilidade para chapas e seções de parede fina. Raios mínimos de dobra dependem do temperamento e espessura; no temper O uma regra prática é 2–3× a espessura do material para dobras em V típicas, enquanto tempos H requerem raios maiores e podem trincar em dobras apertadas. O trabalho a frio encrua o material, logo recozimentos intermediários são usados para operações múltiplas de conformação. Para aplicações que necessitam conformação severa, escolha temper O e controle raios de ferramenta e lubrificação para evitar trincas superficiais ao redor das partículas de silício.

Comportamento ao Tratamento Térmico

A 4047 é classificada como liga não tratável termicamente no sentido de que processos convencionais de solubilização e envelhecimento não produzem endurecimento por precipitação significativo. Tentativas de tratamento térmico tipo T6 oferecem benefício negligenciável pois não há conteúdo suficiente de elementos de liga (Mg, Cu) para formar precipitados endurecedores. O tratamento de solubilização e envelhecimento artificial não alteram significativamente as propriedades mecânicas além de possível homogeneização microestrutural e alívio da segregação de fundição.

O recozimento é a principal rota de processamento térmico: recozimento completo é normalmente feito em temperaturas elevadas (ex.: 350–420 °C dependendo da seção e especificação) seguido de resfriamento controlado para restaurar ductilidade e amolecer tempos encruados. Tratamentos de estabilização (ex.: H32) podem ser usados para minimizar efeitos de envelhecimento natural ou para definir um equilíbrio previsível entre resistência e ductilidade. Para aplicações de material de adição e soldagem, o controle da entrada de calor durante a união é mais importante que o pós-tratamento térmico porque as propriedades da liga são determinadas principalmente pela microestrutura e encruamento.

Desempenho em Alta Temperatura

Em temperaturas elevadas, a 4047 sofre redução progressiva da resistência, como em outras ligas de alumínio; perdas significativas no limite de escoamento e resistência à tração ocorrem acima de aproximadamente 150–200 °C. A resistência à fluência é limitada em comparação com ligas especializadas para alta temperatura, portanto, a 4047 não é recomendada para serviço sustentado com altas tensões em temperaturas elevadas. A oxidação é limitada pela formação de filme de óxido de alumínio, mas exposição prolongada a altas temperaturas em atmosferas oxidantes pode degradar a aparência superficial e integridade das juntas.

Em conjuntos soldados, o comportamento da ZTA geralmente é benigno porque a liga não endurece por precipitação, mas amolecimento e coarsening microestrutural podem ocorrer com exposição térmica prolongada. Para processos de brasagem e união em baixa temperatura, a 4047 tem bom desempenho, mas projetistas devem evitar operação próxima à faixa de fusão da liga ou em ambientes com ciclos térmicos repetidos que possam causar coarsening de grãos ou fragilização associada a fases ricas em silício.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o 4047 é Utilizado
Automotiva	Trocadores de calor brasados, material de enchimento para soldagem de componentes da carroceria	Excelente fluidez do material de enchimento e redução de trincas a quente para operações de união
HVAC / Refrigeração	Evaporadores e condensadores (brasados)	Baixa faixa de fusão e bom fluxo para fabricação de juntas brasadas
Construção / Esquadrias	Perfis de janelas e portas soldados	Boa soldabilidade e resistência à corrosão para conjuntos fabricados
Eletrônica	Juntas soldáveis, alguns componentes dissipadores de calor	Boa condutividade térmica e propriedades do material de enchimento para união
Manufatura Geral	Arame/vara de enchimento para reparo e fabricação em alumínio	ER4047 amplamente disponível como material de enchimento com comportamento previsível de fusão

O 4047 é particularmente valioso quando a qualidade da união e o comportamento do material de enchimento são prioridades. A combinação da liga — alto teor de silício, boa fluidez e baixa sensibilidade a trincas a quente — fazem dela uma escolha preferencial para fabricantes de trocadores de calor, conjuntos brasados e para oficinas de reparo/soldagem que requerem desempenho confiável do material de enchimento. Seu uso como liga estrutural é limitado em comparação com ligas submetidas a tratamento térmico, portanto, seu papel é muitas vezes complementar em conjuntos multimateriais.

Orientações para Seleção

Escolha o 4047 quando o desempenho na união ou brasagem e a fluidez forem requisitos principais em vez da resistência estrutural máxima. É o material de enchimento padrão ao soldar metais base da série 6xxx para reduzir trincas a quente ou quando um enchimento rico em silício melhora a qualidade da junta.

Comparado com alumínio comercialmente puro (ex.: 1100), o 4047 troca um pouco da condutividade elétrica e da conformabilidade básica por uma melhor fluidez durante a fusão e comportamento superior como material de enchimento em brasagem e soldagem. Em relação a ligas encruadas como 3003 ou 5052, o 4047 oferece resistência estrutural similar ou ligeiramente inferior, mas melhor compatibilidade com soldagem/brasagem e menor suscetibilidade a trincas a quente. Contra ligas comuns tratáveis termicamente como 6061/6063, o 4047 não alcança suas resistências máximas, mas é preferido quando um material de enchimento com baixa faixa de fusão ou uma liga rica em silício é necessária para garantir a integridade e fluxo da junta.

Resumo Final

O alumínio 4047 continua relevante como uma liga Al-Si especializada que se destaca como material de enchimento e brasagem, e em aplicações onde a fluidez aumentada por silício e a baixa tendência a trincas a quente são críticas. Sua natureza não tratável termicamente direciona seu uso para união, reparo e formas específicas forjadas ou fundidas, ao invés de funções estruturais de alta resistência, tornando-o uma solução prática e amplamente disponível para muitos desafios de união na manufatura.