Alumínio 4145: Composição, Propriedades, Guia de Tratamento Térmico e Aplicações

Visão Geral Abrangente

A liga 4145 é membro da série 4xxx de ligas de alumínio, uma família caracterizada principalmente pelo silício como principal elemento de liga. A série 4xxx é tipicamente usada onde se deseja maior fluidez, ponto de fusão reduzido e melhor resistência ao desgaste; a 4145 está alinhada a esse comportamento e é frequentemente fornecida como produto forjado para aplicações estruturais e de união.

O principal elemento de liga na 4145 é o silício; pequenas quantidades controladas de ferro, manganês e elementos-traço como titânio e cromo também estão presentes para ajustar a estrutura do grão e a resposta mecânica. A resistência na 4145 é atingida predominantemente por endurecimento por solução sólida devido ao silício e por encruamento (endurecimento por deformação); não é uma liga de alumínio convencionalmente tratável termicamente, portanto tratamentos de endurecimento por precipitação como T6 trazem benefícios limitados.

Características principais da 4145 incluem resistência moderada a boa para uma liga Al-Si, excelente resistência à amolecimento nas zonas soldadas em relação a algumas ligas tratáveis termicamente, boa condutividade térmica para aplicações de dissipação de calor e boa conformabilidade em estados recozidos. A soldabilidade é normalmente muito boa com metais de adição apropriados, enquanto a resistência à corrosão é adequada em atmosferas e ambientes marinhos pouco agressivos, mas inferior às ligas da série de alto teor de magnésio em água do mar agressiva.

Os setores típicos que utilizam a 4145 incluem a indústria automotiva (componentes estruturais e de união), consumíveis para soldagem e brasagem, produtos de consumo onde a performance térmica é importante, e aplicações estruturais leves onde se exige resistência econômica e conformabilidade. Engenheiros escolhem a 4145 em relação a outras ligas quando se busca um equilíbrio Al-Si: oferece melhor resistência ao amolecimento em alta temperatura nas zonas soldadas do que muitas ligas tratáveis termicamente, ao mesmo tempo que provê um compromisso entre conformabilidade e resistência se comparada ao alumínio puro ou ligas da série 5xxx.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta	Excelente	Excelente	Totalmente recozida, ideal para conformação e brasagem
H12	Moderada	Moderado	Bom	Excelente	Parcialmente encruada, aumento moderado no limite de escoamento
H14	Moderado-Alto	Baixo-Moderado	Regular	Excelente	Endurecimento de um quarto; comum para aplicações em chapa
H18	Alto	Baixo	Ruim	Bom	Totalmente endurecida, usada onde é requerida a máxima resistência por trabalho a frio
T4*	Não aplicável	Não aplicável	Não aplicável	Não aplicável	Tratamento convencional por solubilização e envelhecimento não efetivo para família 4xxx
T5*	Não aplicável	Não aplicável	Não aplicável	Não aplicável	Envelhecimento artificial após resfriamento de temperatura elevada não usual

As categorias de têmpera mostradas refletem os estados práticos encontrados em ligas forjadas Al-Si como a 4145. A família 4xxx não responde bem a tratamentos de endurecimento por envelhecimento como as ligas 6xxx ou 7xxx, portanto as têmperas H de encruamento e o recocido O são os estados principais de produção. A escolha de uma têmpera H mais dura implica troca de ductilidade e conformabilidade por maior limite de escoamento e resistência à tração, limitando etapas posteriores de conformação.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	4,5–12,5 (típico)	Principal elemento de liga; controla comportamento de fusão e endurecimento por solução sólida
Fe	0,4–1,3	Nível de impureza que forma intermetálicos; afeta resistência e ductilidade
Mn	0,05–0,6	Refinador de grão e melhora resistência sem grande penalidade na corrosão
Mg	0,05–0,6	Pequenas adições melhoram resistência e resposta ao encruamento
Cu	≤0,25	Normalmente mantido baixo para evitar grandes reduções na resistência à corrosão
Zn	≤0,25	Mantido baixo pois oferece reforço menor e pode comprometer desempenho à corrosão
Cr	≤0,25	Usado para controle de grão e redução de recristalização durante processamento
Ti	≤0,15	Refinador de grão em processamento fundido e forjado
Outros (incl. Al residual)	Balanceamento	Alumínio como balanceamento com traços residuais controlados (ex.: Ni, V, Zr)

O teor de silício define em grande parte o comportamento da 4145: com Si em faixa média de dígitos simples a baixos dígitos duplos, a liga exibe características de solidificação eutética e quase-eutética que reduzem o início da fusão e melhoram o fluxo para brasagem e soldagem. Ferro e manganês influenciam principalmente a morfologia dos intermetálicos e a recristalização; seu controle é importante para tenacidade e conformabilidade. Pequenas adições de magnésio e cromo podem ser usadas para ajustar a resposta ao trabalho a frio e a estabilidade do grão durante ciclos térmicos.

Propriedades Mecânicas

O comportamento à tração da 4145 é ditado pelo teor de silício e pela têmpera. Material recozido (O) geralmente apresenta resistência à tração moderada com bom alongamento, proporcionando comportamento dúctil sob carregamento quase-estático. As têmperas por encruamento (série H) elevam limites de escoamento e resistência à tração às custas da ductilidade e podem introduzir anisotropia se roladas ou extrudadas intensamente.

O limite de escoamento na 4145 recozida é modesto, aumentando substancialmente com o trabalho a frio; a liga não apresenta endurecimento por precipitação significativo, portanto qualquer ganho pós-fabricação baseia-se em deformação plástica. A dureza segue a mesma tendência; valores HB aumentam com o encruamento, embora permaneçam inferiores aos das ligas 6xxx em pico de têmpera. O desempenho à fadiga é influenciado pelo acabamento superficial e pela presença de intermetálicos ricos em silício; jateamento de grãos e superfícies polidas melhoram marcadamente a vida em fadiga.

A espessura apresenta efeito notável nas propriedades mecânicas pois as taxas de resfriamento durante processamento influenciam o tamanho e a distribuição das partículas de silício; calibres finos produzidos por têmpera rápida ou laminação a frio tendem a apresentar dispersão mais fina de silício e resistência um pouco maior. Soldagem e exposição térmica podem amolecer localmente as têmperas H nas zonas afetadas pelo calor; projeto cuidadoso dos parâmetros do processo e tratamento mecânico pós-solda podem mitigar esse amolecimento.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera Chave (H14/H18)	Observações
Resistência à Tração	120–170 MPa (típico)	200–270 MPa (típico)	Faixas dependem fortemente do teor de Si e nível de trabalho a frio
Limite de Escoamento	60–110 MPa (típico)	140–220 MPa (típico)	Série H aumenta o limite significativamente via encruamento
Alongamento	18–30%	5–14%	ductilidade cai com aumento do trabalho a frio e dos intermetálicos de Si
Dureza (HB)	30–55	65–95	Dureza correlaciona-se com têmpera e morfologia do silício

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	~2,68–2,72 g/cm³	Variável ligeiramente com teor de Si, mas próximo do alumínio puro
Faixa de Fusão	~577–640 °C	Eutético Al–Si a ~577 °C; intervalo solidus–líquido depende do % de Si e elementos menores
Condutividade Térmica	~120–180 W/m·K	Inferior ao alumínio puro porque o Si reduz a condutividade; bom para componentes dissipadores de calor
Condutividade Elétrica	~25–45 % IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro devido aos elementos de liga
Calor Específico	~880–910 J/kg·K	Típico para ligas de alumínio em temperaturas ambientes
Coeficiente de Dilatação Térmica	~22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Comparável a outras ligas de alumínio; considerar expansão diferencial com metais dissimilares

As propriedades físicas mostram os trade-offs das adições de silício: a condutividade e densidade permanecem favoráveis em comparação com diversos metais, apesar de condutividade térmica e elétrica serem reduzidas em relação ao alumínio puro. A temperatura sólida reduzida introduzida pelo silício melhora a fundibilidade e características de brasagem, mas exige controle térmico cuidadoso durante soldagem e tratamentos térmicos para evitar fusão localizada ou formação eutética.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tratamentos Típicos	Observações
Chapa	0,3–6,0 mm	A resistência varia conforme o tratamento térmico e a redução do laminação	O, H12, H14	Amplamente produzida; usada para painéis formados e conjuntos brasados
Placa	6–25 mm	Uniformidade de encruamento ligeiramente menor em seções espessas	O, H18	Seções mais grossas podem apresentar partículas de silício mais grossas afetando a tenacidade
Extrusão	Seções transversais até 200 mm	A resistência depende do resfriamento e do estiramento pós-extrusão	O, H12	Perfis extrudados usados como elementos estruturais e trocadores de calor
Tubo	Diâmetro externo 6–150 mm	A espessura da parede afeta a estabilidade mecânica	O, H14	Comum para trocadores de calor e manuseio de fluidos que requerem brasagem/soldagem
Barra/Vara	Diâmetro 3–60 mm	Vara estirada a frio melhora resistência e acabamento superficial	O, H18	Usado para componentes usinados e fixadores onde o Si beneficia a resistência ao desgaste

Diferenças no processo impactam as propriedades finais: chapa e tira recebem laminação e afinamento mais uniformes, levando à dispersão fina do silício, enquanto placa e extrusões pesadas podem reter microestruturas mais grosseiras que reduzem a ductilidade. Extrusões e tubos frequentemente passam por estiramento pós-extrusão para reduzir tensões residuais e melhorar estabilidade dimensional. A seleção da forma do produto é guiada pela rigidez da seção necessária, etapas de conformação e processos de união pós-fabricação.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	4145	USA	Designação dentro do sistema da Aluminum Association para liga de alumínio trabalhada Al‑Si
EN AW	Sem equivalente direto	Europa	Não existe grau EN AW único que corresponda exatamente; as famílias de ligas Al–Si mais próximas incluem AW‑4043/4047
JIS	Sem equivalente direto	Japão	Designações localizadas podem existir para composições Al–Si, mas não correspondência exata ao 4145
GB/T	Sem equivalente direto	China	Normas chinesas incluem graus Al–Si trabalhados, mas 4145 pode ser fornecido sob especificação proprietária

Nem sempre existe uma correspondência one-to-one para 4145 em normas internacionais porque as janelas composicionais e aplicações variam regionalmente. Quando for necessária intercambialidade exata, os engenheiros devem comparar tabelas detalhadas de composição química e propriedades mecânicas ou solicitar certificação aos fornecedores. Em muitos casos, graus Al–Si como EN AW‑4043 ou 4047 são funcionalmente semelhantes para aplicações de soldagem/reparo, mas diferem no teor de Si e equilíbrio mecânico.

Resistência à Corrosão

Em ambientes atmosféricos, o 4145 apresenta boa resistência devido ao filme natural de óxido de alumínio; pequenas porcentagens de silício e elementos de liga não degradam significativamente o desempenho geral em atmosfera. A corrosão localizada, como pite, é normalmente menos pronunciada do que em ligas fundidas de alto silício, mas não alcança a durabilidade marinha das ligas da série 5xxx com alto teor de magnésio.

O comportamento marinho é aceitável para componentes acima da zona de respingo ou para peças protegidas por sacrifício e inspecionadas regularmente. Em ambientes continuamente úmidos, ricos em cloretos, o 4145 é suscetível a ataques localizados e corrosão galvânica quando acoplado a metais catódicos; revestimentos protetores ou isolamento adequado são medidas padrão de mitigação.

A trinca por corrosão sob tensão não é o modo principal de falha para ligas Al–Si com baixo teor de cobre como o 4145; entretanto, tensões residuais de trabalho a frio ou soldagem combinadas a ambientes agressivos podem produzir comportamento semelhante a SCC em geometrias altamente restritas. Interações galvânicas devem ser consideradas ao emparelhar 4145 com materiais mais nobres como aços inoxidáveis ou ligas de cobre, especialmente em água do mar, onde o alumínio corroerá preferencialmente a menos que isolado.

Comparado a ligas 6xxx ou 7xxx endurecíveis por tratamento térmico, o 4145 oferece melhor resistência ao amolecimento na ZAC da solda, porém tipicamente resistência final à corrosão inferior às ligas da série 5xxx em exposição marinha. A liga é um compromisso prático quando resistência à corrosão e soldabilidade são ambos critérios de projeto.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldabilidade do 4145 é geralmente muito boa tanto em processos TIG quanto MIG, quando usados os gases de proteção e metais de adição apropriados. O teor de silício da liga promove molhabilidade e fluidez na soldagem por fusão e brasagem, reduzindo a incidência de falta de fusão. Metais de adição recomendados são bastões/fios do tipo Al‑Si (ex.: ligas AlSi) para manter o teor de silício e evitar trincas quentes; deve-se evitar metais de adição ricos em cobre. O amolecimento na zona afetada pelo calor é menos severo do que em ligas endurecíveis por envelhecimento, mas o superaquecimento pode causar fusão localizada ou segregação eutética, portanto o controle térmico é essencial.

Usinabilidade

A usinabilidade do 4145 é moderada; a presença de silício aumenta o desgaste da ferramenta em comparação ao alumínio puro, mas melhora o controle de cavacos e a estabilidade da operação. Ferramentas de carboneto com faces de corte polidas e geometrias positivas são recomendadas; velocidades de corte podem ser similares a outras ligas de alumínio, mas avanços devem ser gerenciados para evitar acúmulo de cavaco. Lubrificação é frequente para maiores teores de Si, protegendo a vida útil da ferramenta e mantendo o acabamento superficial.

Conformabilidade

A conformabilidade no estado recozido O é excelente; o 4145 pode ser estampado profundo, dobrado e conformado com ferramentas convencionais usando raios de dobra pequenos relativos a ligas de alumínio mais espessas. O trabalho a frio para tratamentos H reduz significativamente a ductilidade e eleva o ressalto elástico, por isso as operações de conformação usualmente são realizadas em tratamentos brandos seguidas de encruamento leve. Para dobras críticas, raios mínimos internos de 1–2× espessura são práticos no estado O, mas as tolerâncias reais dependem da bitola e da ferramenta.

Comportamento ao Tratamento Térmico

Como liga predominantemente Al–Si, o 4145 não é efetivamente fortalecido por tratamentos convencionais de precipitação; tratamento de solubilização e envelhecimento artificial proporcionam aumentos mínimos de resistência. Tentativas de aplicar tratamentos estilo T6 produzem resposta limitada porque o silício não precipita da mesma forma endurecedora do Mg2Si nas ligas 6xxx.

Práticas de tratamento térmico focam portanto no amolecimento (recozimento) e no controle da estrutura de grãos via processamento térmico. O recozimento completo (O) é realizado por imersão prolongada acima da temperatura de recristalização seguido de resfriamento controlado para produzir microestrutura dúctil. Encruamento permanece a principal via para aumento da resistência, e transições de tratamento são alcançadas por deformação mecânica seguida de estabilização (ex.: H14 a partir de O via trabalho a frio controlado).

Desempenho em Alta Temperatura

A perda de resistência do 4145 torna-se significativa acima de aproximadamente 150–200 °C, quando processos de recuperação e recristalização levam ao amolecimento e ao coarsening das fases ricas em silício. Serviço contínuo acima de cerca de 200 °C é geralmente evitado para aplicações estruturais, embora exposição transitória durante brasagem e soldagem seja tolerada pelas características favoráveis de fusão da liga.

A oxidação em temperaturas elevadas é limitada pela camada de óxido de alumínio, mas fases ricas em silício podem alterar localmente a aderência do óxido; exposição prolongada em alta temperatura pode provocar fragilização e descamação do óxido em condições térmicas cíclicas. Zonas afetadas pelo calor da solda podem mostrar respostas distintas em alta temperatura devido a mudanças microestruturais; essas áreas requerem atenção se os componentes operarem próximos aos limites térmicos da liga.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que Usar 4145
Automotiva	aletas e suportes para trocadores de calor	Boa condutividade térmica e conformabilidade; compatível com brasagem/soldagem
Marinha	suportes e fixações estruturais não críticas	Resistência à corrosão adequada com resistência econômica
Aeroespacial	fixações estruturais secundárias, grampos	Boa relação resistência/peso e soldabilidade para estruturas não primárias
Eletrônica	dispositivos dissipadores de calor e chassis	Condutividade térmica e facilidade para conformação em aletas e conjuntos
Eletrodomésticos	carcaças de aparelhos de cozinha e trocadores de calor	Boa combinação de conformabilidade e comportamento térmico

A combinação de comportamento térmico impulsionado pelo silício, soldabilidade e propriedades mecânicas razoáveis torna o 4145 escolha prática para componentes que requerem gerenciamento térmico junto com fabricação econômica. Seu equilíbrio de propriedades permite aos projetistas minimizar usinagem e utilizar conjuntos formados ou brasados.

Considerações para Seleção

Escolha o 4145 quando precisar de uma liga Al‑Si que brazes e solde bem, ofereça boa condutividade térmica e forneça meio-termo entre conformabilidade e resistência. É particularmente adequado para componentes de trocadores de calor, carcaças formadas e conjuntos soldados onde tratamento T para endurecimento por envelhecimento não é necessário.

Comparado com o alumínio comercialmente puro (1100), o 4145 troca uma condutividade elétrica e térmica ligeiramente reduzida por maior resistência e melhor comportamento em desgaste/braseamento. Comparado com ligas encruadas como 3003 ou 5052, o 4145 normalmente oferece desempenho térmico superior e resistência à corrosão semelhante ou ligeiramente inferior, ao mesmo tempo que apresenta resistência competitiva após o trabalho a frio. Comparado com ligas tratáveis termicamente como 6061 ou 6063, o 4145 é preferido quando a estabilidade superior da zona afetada pelo calor na soldagem (HAZ) e a braseabilidade são mais importantes do que alcançar a maior resistência máxima possível.

Na aquisição, deve-se ponderar a disponibilidade e o custo em relação aos estados de têmpera requeridos; como o 4145 depende do trabalho a frio em vez do envelhecimento duro, manter em estoque os estados O e um têmpera H cobre a maioria das necessidades de projeto, potencialmente simplificando a logística da cadeia de suprimentos.

Resumo Final

A liga de alumínio 4145 permanece uma escolha prática de engenharia onde os benefícios do silício — melhor braseabilidade, boa condutividade térmica e comportamento robusto na zona soldada — são necessários, junto com propriedades mecânicas razoáveis e conformabilidade. Seu nicho é definido por aplicações que exigem um compromisso durável Al–Si em vez da máxima resistência por envelhecimento, mantendo-se relevante em indústrias que demandam soluções econômicas, soldáveis e termicamente condutivas em alumínio.