Alumínio 413: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

A liga de alumínio 413 é um membro da série 4xxx, uma família definida pelo silício como principal elemento de liga. Essa série geralmente enfatiza melhor fluidez, faixa de fusão reduzida e maior resistência ao desgaste, em vez de alta resistência por tratamento térmico.

O 413 é principalmente fortalecido por efeitos de solução sólida do silício e por encruamento; não é uma liga convencionalmente tratável termicamente como as famílias 6xxx ou 7xxx. As adições típicas de liga além do silício incluem quantidades controladas de ferro, manganês e elementos traço para ajustar a fundibilidade, resistência e usinabilidade.

Características chave do 413 incluem resistência moderada, boa resistência à corrosão em muitos ambientes atmosféricos e levemente agressivos, excelente soldabilidade e boa conformabilidade em temperas mais macias. Essas propriedades o tornam atraente em indústrias que exigem união e conformação confiáveis com desempenho mecânico razoável, por exemplo, estruturas secundárias automotivas, ferragens para consumo e alguns acessórios marítimos.

Engenheiros escolhem o 413 em detrimento de outras ligas quando uma combinação de soldabilidade, comportamento térmico previsível na união e fabricação custo-efetiva (conformação, usinagem, soldagem) é necessária, sem os custos ou riscos de distorção associados a ligas endurecíveis por precipitação. Sua estabilidade na zona termicamente afetada e a facilidade de uso de metal de adição frequentemente orientam a escolha para conjuntos soldados e componentes brasados.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta	Excelente	Excelente	Recozido total, máxima ductilidade para conformação
H14	Moderada	Moderado	Bom	Excelente	Encruamento parcial, comum para chapas
H18	Alta (encruado)	Baixo	Fraca	Excelente	Fortemente encruado para resistência aumentada
T4*	Baixa-Moderada	Moderado	Bom	Excelente	Não é tratamento térmico convencional; têmpera natural após solução em variantes especiais
T5/T6/T651	Geralmente não aplicável	N/A	Limitada	Excelente	Designações de tratamento térmico geralmente não eficazes para a série 4xxx; resposta mecânica limitada
Personalizadas Hx/Tx	Variável	Variável	Variável	Excelente	Muitos lotes comerciais recebem temperas proprietárias para extrusão ou necessidades de brasagem

O 413 é primariamente uma liga não tratável termicamente, portanto, o têmpero geralmente se refere a graus de encruamento (números H) e temperas comerciais específicas adaptadas para conformação ou usinagem. Temperas O e leves H são preferidas para conformação complexa, enquanto temperas H mais elevadas trocam conformabilidade por maior limite de escoamento e rigidez.

Como fases ricas em silício podem precipitar durante ciclos térmicos, o envelhecimento artificial convencional tipo T5/T6 oferece reforço mínimo; rotas especializadas de processo (resfriamento controlado após solução ou tratamentos termomecânicos adaptados) são ocasionalmente usadas, mas permanecem incomuns na prática geral.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	4,5–6,5	Elemento principal de liga, proporcionando redução da faixa de fusão, melhor fluidez e fortalecimento por solução sólida
Fe	0,4–1,2	Impureza comum; forma intermetálicos que afetam fundição e usinabilidade
Mn	0,1–0,6	Auxilia no controle da estrutura do grão e pode melhorar resistência e desempenho à corrosão
Mg	0,05–0,40	Pequenas quantidades; pode influenciar resistência e acabamento superficial, mas mantida baixa para evitar complicações na soldabilidade
Cu	0,05–0,25	Quantidades limitadas para evitar perda significativa de resistência à corrosão; aumenta resistência se presente
Zn	0,05–0,30	Tipicamente baixo; excesso pode reduzir resistência à corrosão
Cr	0,03–0,20	Adições traço estabilizam a microestrutura e limitam crescimento do grão no processamento
Ti	0,01–0,15	Refinador de grão em fundições e extrusões para melhorar propriedades mecânicas
Outros	0,05–0,50	Inclui elementos traço e impurezas (V, Zr, Sr); adições controladas ajustam fundibilidade e microestrutura

O restante da liga é alumínio, e as faixas de composição acima são indicativas das formulações comerciais comuns para ligas forjadas e fundidas tipo 4xxx rotuladas como 413. O silício domina o envelope de desempenho ao reduzir a faixa de fusão/solidificação e aumentar resistência ao desgaste. Elementos menores (Mn, Cr, Ti) são introduzidos para controlar o tamanho do grão, modificar morfologia intermetálica e melhorar resistência ou usinabilidade sem degradar severamente soldabilidade ou resistência à corrosão.

Propriedades Mecânicas

No comportamento à tração, o 413 geralmente apresenta resistência à tração moderada com alongamento razoável na condição recozida e ductilidade reduzida conforme o encruamento aumenta. O limite de escoamento sobe com temperas H, enquanto tenacidade e alongamento diminuem como compensação. A resposta ao encruamento é previsível e usada para obter resistência alvo em componentes conformados ou trefilados.

A dureza correlaciona com a têmpera: material temperado O mostra valores mais baixos na escala Brinell ou Vickers, enquanto temperas H14–H18 aumentam dureza via multiplicação de discordâncias. O desempenho em fadiga tende a ser adequado para cargas cíclicas não críticas; entretanto, concentradores de tensão e acabamento superficial têm impacto maior na vida útil em comparação com ligas tratáveis termicamente de alta resistência. A espessura influencia propriedades mecânicas por taxas de resfriamento na fundição/extrusão e pelo encruamento alcançável; seções mais espessas geralmente mostram menor resistência efetiva e ductilidade devido à microestrutura mais grosseira.

Projetistas devem esperar curvas tensão-deformação suaves com expoente de encruamento moderado e claro compromisso entre resistência e conformabilidade ao subir nas designações de têmpera H.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera Principal (ex.: H14/H18)	Observações
Resistência à Tração	~120–190 MPa	~180–260 MPa	Faixas típicas dependendo da bitola, processamento e composição exata
Limite de Escoamento	~60–120 MPa	~140–220 MPa	Limite de escoamento aumenta substancialmente com encruamento
Alongamento	~20–35%	~3–12%	Recozido apresenta alta ductilidade; encruamento forte reduz alongamento
Dureza	~30–55 HB	~60–95 HB	Dureza aumenta com incremento de encruamento e liga

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,65–2,70 g/cm³	Típico para ligas de alumínio; varia ligeiramente com adições de liga
Faixa de Fusão	~570–650 °C	Silício reduz o ponto sólido e diminui a faixa de solidificação em comparação com alumínio puro
Condutividade Térmica	120–160 W/m·K	Menor que alumínio puro, mas ainda alta; boa para aplicações de dissipação térmica
Condutividade Elétrica	~30–45 % IACS	Reduzida em relação ao alumínio comercial puro devido às ligas; adequada para alguns usos condutores ou de união
Calor Específico	~0,88–0,92 J/g·K	Valores típicos usados em cálculos de massa térmica
Coeficiente de Dilatação Térmica	22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Semelhante a muitas ligas laminadas; importante para ciclos térmicos e controle dimensional

As propriedades físicas situam o 413 na categoria de liga de alumínio para uso geral: leve com alta condutividade térmica relativa a aços e muitas ligas, porém condutividade elétrica reduzida em comparação com a série 1xxx. O comportamento térmico durante soldagem e brasagem é favorável porque o silício reduz a faixa de fusão e diminui a suscetibilidade a trincas quentes em muitos processos de união.

Projetistas devem considerar dilatação térmica e condutividade ao associar componentes 413 com materiais dissimilares; a alta condutividade térmica da liga faz dela útil para dissipação de calor onde resistência moderada é aceitável.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Estados Temperados Comuns	Observações
Chapa	0,3–6,0 mm	Uniforme; resistência varia com o trabalho a frio	O, H14, H18	Amplamente utilizada para painéis formados e conjuntos soldadas
Placa	6–150 mm	Menor produtividade em seções espessas; microestrutura mais grosseira	O, H leve	Placas mais espessas podem exigir processamento especial para controle do tamanho de grão
Extrusão	Perfis com até vários metros	Pode ser produzida em diversas seções transversais; resistência via têmpera	O, Hxx	Boa extrudabilidade devido ao silício; refinamento de grão é importante
Tubo	DME pequeno a grande	Resistência depende da espessura da parede e do trabalho	O, H14	Comum para tubos estruturais e cabeçotes de trocadores de calor brasados
Barra/Haste	Diâmetros até ~200 mm	Resistência aumenta com o estiramento a frio	O, H	Usado para componentes usinados e fixadores em aplicações não críticas

Chapas e produtos de bitola fina são as formas de entrega mais comuns para 413, possibilitando operações de estampagem e estampagem profunda. Produtos em placa e extrusão requerem atenção ao histórico térmico; a solidificação rica em silício e os intermetálicos podem produzir fases grosseiras em seções espessas que afetam a tenacidade e a usinabilidade.

A extrusão se beneficia da fluidez do silício, mas frequentemente requer refinamento de grão (adições de Ti, B) e resfriamento cuidadoso para alcançar desempenho mecânico consistente ao longo do perfil.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	413	USA	Designação para variante comercial trabalhada da série 4xxx; composições podem variar entre fornecedores
EN AW	sem equivalente único direto	Europa	Não há designação EN AW que corresponda exatamente; comportamento similar à família EN AW-4043/4047 em alguns atributos
JIS	sem equivalente único direto	Japão	Normas JIS geralmente não listam equivalente direto para 413; comparações devem ser feitas pela composição
GB/T	sem equivalente único direto	China	Normas chinesas podem oferecer composições similares da série 4xxx, mas equivalência direta um a um é incomum

Não existe uma referência cruzada universalmente exata para 413 em muitas normas internacionais, pois ligas da série 4xxx são frequentemente formuladas para aplicações específicas (metal de solda, liga de brasagem, uso trabalhado). Ao substituir, engenheiros devem comparar tabelas detalhadas de composição e propriedades mecânicas certificadas em vez de confiar apenas nos rótulos numéricos. Pequenas diferenças na composição, especialmente em silício e ferro, podem alterar o comportamento de fusão e a performance na zona afetada pelo calor (ZAC) na soldagem.

Resistência à Corrosão

O 413 apresenta boa resistência geral à corrosão atmosférica similar a muitas ligas da série 4xxx, devido à camada naturalmente protetora de óxido de alumínio e aos níveis relativamente baixos de impurezas prejudiciais. Em ambientes moderadamente agressivos a liga se comporta bem, mas condições marinhas ricas em cloretos requerem projeto cuidadoso para evitar corrosão localizada, especialmente se ocorrer acoplamento galvânico com metais mais nobres.

Em aplicações marinhas, o 413 pode ser utilizado para acessórios estruturais quando são aplicadas folgas para corrosão, revestimentos ou ânodos sacrificiais; seu teor de silício geralmente não reduz significativamente a resistência à corrosão comparado às ligas da série 5000 com magnésio. A suscetibilidade à trinca por corrosão sob tensão é baixa em relação a ligas da série 2xxx e 7xxx de alta resistência, mas tensões residuais e entalhes podem causar falhas localizadas se cargas cíclicas e ambientes corrosivos coincidirem.

Interações galvânicas devem ser consideradas: quando acoplado a aços inoxidáveis ou ligas de cobre, o 413 atua como anódico e corrói preferencialmente a menos que seja isolado eletricamente ou protegido. Comparado às ligas endurecidas por trabalho das séries 1xxx/3xxx, o 413 sacrifica alguma conformabilidade para oferecer melhor estabilidade em alta temperatura em juntas soldadas e maior resistência ao desgaste em aplicações de contato.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

O 413 é altamente soldável por métodos convencionais de soldagem por fusão (TIG, MIG/GMAW) e é frequentemente escolhido onde se requer excelente comportamento de fusão e baixa tendência a trincas a quente. O silício reduz a faixa de fusão e melhora a fluidez do banho de solda; metais de adição compatíveis com a liga base ou os da série 4xxx são comumente recomendados. O risco de trinca a quente é baixo comparado a ligas com alto teor de cobre ou zinco, porém a escolha do metal de adição deve considerar o serviço da junta e questões de corrosão. A ZAC pode apresentar amolecimento limitado conforme o grau de trabalho anterior; para tolerâncias estruturais, acabamento mecânico pós-soldagem ou alívio de tensões pode ser necessário.

Usinabilidade

A usinabilidade do 413 é moderada e geralmente superior à de muitas ligas de fundição ricas em silício; usina com limpeza em condições recozidas e temperas médias H quando são usados equipamentos e velocidades adequados. Ferramentas de carboneto são recomendadas para produção contínua, com velocidades de corte moderadas e geometrias com avanço positivo para controlar a formação de cavacos. Intermetálicos ricos em silício podem causar desgaste abrasivo nos cortes, portanto o material e os revestimentos das ferramentas devem ser selecionados para maximizar vida útil. Acabamento superficial e tolerância podem ser excelentes com alimentação controlada e uso correto de fluído refrigerante.

Conformabilidade

A conformabilidade é melhor nas condições O ou em temperas H levemente trabalhadas e piora com o aumento do encruamento. Raios de curvatura de 1–2× a espessura são viáveis em chapas recozidas para dobras simples; operações mais complexas de estampagem ou estampagem profunda exigem projeto cuidadoso da matriz e controle da lubrificação para evitar trincas superficiais causadas por fases enriquecidas em silício. A conformação a frio aumenta a resistência via encruamento e é o método usual para alcançar propriedades mecânicas superiores em componentes formados.

Comportamento ao Tratamento Térmico

Como liga da série 4xxx, o 413 é fundamentalmente não tratável termicamente para endurecimento por precipitação convencional. Tentativas de tratamento de solução e envelhecimento artificial produzem aumentos mínimos de resistência comparados a ligas 6xxx e 7xxx. Quando aplicado processamento termomecânico específico (resfriamento controlado próximo à temperatura de solidus ou têmpera spray especializada), pequenos ganhos podem ser obtidos, mas esses não são processos padrão de produção.

O encruamento é o principal método para aumento de resistência: laminação a frio, estiramento e dobra elevam confiavelmente o limite de escoamento e resistência última, e a seleção do tempera baseia-se no grau de deformação. O recozimento retorna a liga ao estado O, restaurando ductilidade e melhorando a conformabilidade; ciclos típicos de recozimento são semelhantes aos de outras ligas de alumínio, mas devem evitar crescimento excessivo de grão controlando temperatura e tempo.

Desempenho em Alta Temperatura

O 413 apresenta perda progressiva de resistência conforme a temperatura ultrapassa aproximadamente 100–150 °C, com limites práticos de serviço geralmente mantidos abaixo de ~150 °C para aplicações estruturais. A oxidação em temperaturas elevadas é limitada pela película protetora de óxido de alumínio, mas exposição prolongada a temperaturas mais altas acelera o crescimento por difusão de partículas ricas em silício e reduz o desempenho mecânico.

Em conjuntos soldados, a zona afetada pelo calor pode apresentar amolecimento e crescimento localizado, especialmente em áreas previamente trabalhadas a frio; projetistas devem considerar redução de resistência na ZAC no dimensionamento da junta soldada. Para serviço contínuo em alta temperatura ou exposição térmica cíclica, ligas de outras séries (por exemplo, ligas 2xxx/7xxx de alta resistência com tratamentos térmicos especializados ou ligas de alumínio para alta temperatura) são preferíveis.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o 413 é Usado
Automotiva	Painéis estruturais secundários, suportes soldados	Boa soldabilidade, resistência razoável, conformação econômica
Marinha	Suportes, componentes de amarração	Resistência à corrosão e facilidade de fabricação; boa estabilidade da ZAC
Aeronáutica	Fixações não críticas, coberturas	Razão favorável resistência/peso e soldabilidade para estruturas secundárias
Eletrônica	Dispersores de calor, invólucros	Condutividade térmica e conformabilidade para chassis e caixas
Bens de Consumo	Painéis de eletrodomésticos, armações	Equilíbrio entre conformabilidade, acabamento e custo

O 413 é comumente especificado quando se requer um conjunto de propriedades mecânicas intermediárias e comportamento confiável na fabricação (soldagem, conformação). Sua combinação do comportamento térmico e de fusão aprimorado pelo silício e resposta previsível ao encruamento o torna uma escolha versátil para muitas aplicações estruturais e de invólucro não críticas.

Projetistas frequentemente exploram sua soldabilidade e usinabilidade para simplificar o conjunto e reduzir etapas totais de manufatura em comparação com ligas endurecidas por precipitação mais exigentes.

Considerações para Seleção

O 413 é uma escolha lógica quando a soldabilidade e boa conformabilidade em temperas mais suaves são priorizadas em detrimento da resistência máxima. Comparado ao alumínio comercialmente puro (1100), o 413 sacrifica parte da condutividade elétrica e formabilidade ligeiramente reduzida para obter resistência significativamente maior e comportamento ao desgaste melhor; use 1100 quando condutividade e resistência à corrosão sem demanda de resistência mecânica são primordiais.

Comparado com ligas comuns endurecidas por deformação, como 3003 e 5052, o 413 geralmente apresenta uma resistência ligeiramente maior para um determinado estado de tratamento térmico, mantendo resistência à corrosão semelhante ou um pouco menor; escolha 5052 para resistência superior à corrosão em água do mar e 3003 para excelente conformabilidade, caso a condutividade e a soldabilidade sejam menos críticas. Em comparação com ligas tratáveis termicamente como 6061 e 6063, o 413 é preferido quando a soldagem e a estabilidade da zona termicamente afetada (ZTA) têm prioridade sobre a necessidade de propriedades máximas reforçadas por precipitação; o 6061 apresenta desempenho superior em resistência máxima, mas pode exigir gerenciamento térmico mais complexo durante a soldagem.

Selecione o 413 quando os processos produtivos enfatizarem montagens soldadas, brasagem ou conformação extensiva, com a necessidade de uma liga de resistência moderada e custo-benefício que tolere ciclos térmicos sem distorção ou fragilização da ZTA associada a algumas ligas de alta resistência.

Resumo Final

O alumínio 413 permanece relevante como uma liga prática da série 4xxx que equilibra boa soldabilidade, conformabilidade satisfatória em condições recozidas e resistência mecânica moderada para uma ampla gama de aplicações industriais. Suas características de fusão e térmicas, guiadas pelo silício, simplificam o processo de união e fabricação, enquanto o trabalho a frio controlado permite aos projetistas ajustar a resistência sem recorrer a tratamentos térmicos por precipitação. Quando os compromissos de engenharia favorecem a manufaturabilidade, a estabilidade da ZTA e o custo-benefício em detrimento da resistência máxima absoluta, o 413 é uma escolha confiável de material.