Alumínio 7012: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

7012 pertence à série 7xxx de ligas de alumínio, uma família definida pelo zinco como elemento principal de liga, com magnésio e cobre como constituintes secundários. Essas ligas são geralmente formuladas para alta resistência por meio de envelhecimento por precipitação e são classificadas como ligas de alumínio tratáveis termicamente, em vez de graus puramente endurecidos por trabalho.

Os principais elementos de liga no 7012 são zinco (Zn), magnésio (Mg) e cobre (Cu), frequentemente acompanhados por adições controladas de cromo (Cr), titânio (Ti) e níveis traço de ferro (Fe) e silício (Si) para controle do processo. O mecanismo de fortalecimento é predominantemente o envelhecimento (precipitação de MgZn2 e fases relacionadas) após tratamento de solução e ciclos controlados de envelhecimento; o controle do grão e os dispersoides provenientes de elementos traço auxiliam na tolerância a danos e no controle da recristalização.

Principais características do 7012 incluem alta resistência específica, desempenho moderado a bom em fadiga e tenacidade alcançável quando processado corretamente; resistência à corrosão é moderada e sensível ao estado de têmpera e à metalurgia local, enquanto a soldabilidade pode ser limitada devido ao amolecimento da ZTA (zona termicamente afetada) e susceptibilidade à trinca a quente em algumas condições. Indústrias típicas que usam ligas da série 7xxx como o 7012 são acessórios estruturais aeroespaciais, componentes militares e de defesa, artigos esportivos de alto desempenho e componentes automotivos ou náuticos de nicho onde a alta razão resistência/peso é crítica.

Engenheiros selecionam o 7012 em relação a outras ligas quando um equilíbrio entre alta resistência estática, boa resistência à fadiga e tenacidade customizada é necessário e quando as demandas do projeto superam as penalidades em conformabilidade e soldagem simplificada que ocorrem com ligas de menor resistência. É escolhido em vez das variantes 7075 de maior resistência, porém mais suscetíveis à corrosão sob tensão (SCC), quando se deseja melhor desempenho corrosivo e retenção de ductilidade em têmperas específicas.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta (20–30%)	Excelente	Excelente	Recocido completo, melhor para conformação e união antes do tratamento térmico final
H14	Moderada	Moderado (10–18%)	Boa (estampagem limitada)	Boa	Endurecido por deformação, usado para componentes reforçados por trabalho
T5	Moderado-Alto	Moderado (8–14%)	Regular	Limitada	Resfriado a partir de temperatura elevada e envelhecido artificialmente; processamento mais rápido
T6	Alta	Modesto (6–12%)	Limitada	Limitada (amolecimento da ZTA da solda)	Tratado por solução e envelhecido artificialmente para resistência máxima
T651	Alta	Modesto (6–12%)	Limitada	Limitada	Estado T6 com alívio de tensões por estiramento após têmpera; usado em peças estruturais críticas

A têmpera tem grande efeito na relação entre resistência e ductilidade do 7012, com o produto recozido (O) oferecendo conformabilidade máxima e T6/T651 fornecendo resistência mecânica máxima em detrimento do alongamento. Cadeias de processamento práticas frequentemente empregam conformação na têmpera O seguida de tratamento térmico por solução e envelhecimento, ou aplicam envelhecimento prévio controlado (T5) quando estabilidade dimensional é requerida sem tratamento de solução completo.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	0,10–0,40	Limites típicos de controle de impurezas para evitar intermetálicos frágeis
Fe	0,10–0,50	Nível de impureza; promove partículas intermetálicas grosseiras se não controlado
Mn	0,05–0,30	Adição menor para melhorar estrutura do grão e tenacidade
Mg	1,0–2,5	Componente principal de fortalecimento junto ao Zn via precipitados Mg-Zn
Cu	0,2–2,0	Aumenta a resistência máxima e dureza, mas pode reduzir resistência à SCC
Zn	3,5–6,5	Contribuinte primário da resistência via precipitados MgZn2 durante envelhecimento
Cr	0,05–0,25	Controle da microestrutura para inibir recristalização e melhorar tenacidade
Ti	0,02–0,15	Refinador de grão usado em produtos fundidos e forjados
Outros	Balanço Al, impurezas traço	Balanço alumínio com controle rigoroso de elementos que formam fases de baixo ponto de fusão

As proporções relativas de Zn, Mg e Cu determinam a cinética de precipitação e a resistência máxima atingível versus tenacidade e resistência à corrosão. Elementos traço e impurezas influenciam tamanho de grão, comportamento de recristalização, formação de dispersoides e suscetibilidade à corrosão localizada ou trinca a quente durante o processamento.

Propriedades Mecânicas

Em serviço sob tração, o 7012 apresenta alta resistência à tração máxima em têmperas envelhecidas adequadamente, com limite de escoamento geralmente próximo devido à matriz fortalecida por precipitação. O alongamento à fratura diminui conforme a resistência aumenta; têmperas do tipo T6 apresentam ductilidade moderada adequada para muitos componentes estruturais, mas requerem projeto cuidadoso para aplicações de alta deformação.

A dureza correlaciona-se com o grau de envelhecimento; estados com pico de envelhecimento entregam dureza e resistência estática máximas, enquanto o envelhecimento excessivo troca resistência por melhor tenacidade à fratura e resistência à corrosão. O desempenho em fadiga é geralmente bom para ligas da série 7xxx quando a microestrutura está otimizada e a condição da superfície controlada, mas a vida em fadiga é sensível a descontinuidades metalúrgicas locais e riscos superficiais.

A espessura tem forte influência nas propriedades mecânicas atingíveis porque taxas de têmpera e tensões residuais variam com a espessura da seção; seções mais espessas são mais difíceis de tratar por solução e têmpera completas, o que reduz a resistência máxima atingível e pode aumentar a suscetibilidade a distorções induzidas pela têmpera.

Propriedade	O / Recozido	Têmpera Principal (ex.: T6/T651)	Observações
Resistência à Tração	~120–200 MPa	~450–560 MPa	Resistências típicas de pico em T6 para ligas 7xxx de alto teor de zinco
Limite de Escoamento	~40–110 MPa	~380–500 MPa	Limite de escoamento próximo da tração em têmperas de alta resistência; projetar adequadamente
Alongamento	20–30%	6–12%	Ductilidade reduzida em estados de pico; dependente da espessura
Dureza (HB)	30–60 HB	120–170 HB	Dureza acompanha estado de precipitação; envelhecimento excessivo reduz dureza mas melhora tenacidade

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	~2,78 g/cm³	Levemente maior que alumínio puro devido aos elementos de liga
Faixa de Fusão	~475–635 °C	Típico para série 7xxx; solidus e líquidus dependem da composição local
Condutividade Térmica	~120–160 W/m·K	Inferior ao alumínio puro; condutividade diminui com maior teor de liga
Condutividade Elétrica	~30–45% IACS	Reduzida devido à dispersão da liga; varia com têmpera e composição
Calor Específico	~0,88–0,95 J/g·K	Comparável a outras ligas de alumínio; útil em cálculos de massa térmica
Coeficiente de Dilatação Térmica	~23,5 ×10⁻⁶ /K	Coeficiente semelhante a outras ligas de alumínio trabalhadas na faixa ambiente

O comportamento físico do 7012 o torna atraente onde é requerida alta razão resistência/peso, mantendo condutividade térmica útil para certos componentes de gerenciamento térmico. A combinação de condutividade térmica moderada e densidade relativamente baixa é benéfica para aplicações térmicas e estruturais sensíveis a peso.

Formas do Produto

Forma	Espessura / Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Têmperas Comuns	Observações
Chapa	0,3–6,0 mm	Boa uniformidade em bitolas finas	O, T5, T6	Comum para painéis e componentes conformados; têmpera rápida eficaz em bitolas finas
Placa	6–200 mm	Menor resistência máxima atingível em seções espessas	T6 (limitado), T651	Seções espessas podem ser limitadas na têmpera por taxas de têmpera e distorção
Extrusão	Perfis de até vários metros	Boa resistência ao longo da extrusão; dependente de seção	T6, T5	Seções transversais complexas alcançáveis; controle da têmpera é crítico
Tubo	Diâmetro externo 6–200 mm	Resistência depende da espessura da parede e processamento	T6, T651	Utilizado para tubos estruturais de alta resistência; opções de soldagem/ERW possíveis
Barra/Haste	Diâmetros 5–200 mm	Propriedades homogêneas se processadas corretamente	O, T6	Usado para componentes usinados e fixadores; envelhecimento aplicado pós-conformação

Chapas e extrusões finas são as mais utilizadas para alcançar alta resistência máxima após têmpera rápida; placas e extrusões espessas requerem projeto cuidadoso do processo para minimizar perda de resistência por têmpera. A seleção da forma do produto é guiada pelas propriedades mecânicas requeridas, tolerâncias dimensionais e pós-processamento (usinagem, soldagem, tratamento térmico).

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	7012	EUA	Reconhecido como uma liga forjada da série 7xxx em algumas listas de fornecedores
EN AW	Sem equivalente direto	Europa	Sem equivalente exato EN AW; comportamento semelhante a ligas Al-Zn-Mg de maior resistência
JIS	Sem equivalente direto	Japão	Especificações localizadas variam; projeto baseado na composição química ao invés da troca direta de grau
GB/T	Sem equivalente direto	China	Normas chinesas podem oferecer equivalentes funcionais nas famílias comerciais 7xxx

Equivalentes diretos um a um são incomuns para 7012; engenheiros normalmente fazem cruzamento por composição química e matriz de propriedades ao invés de apenas designações exatas. Ao especificar para compras internacionais, valide as faixas de composição e garantias de propriedades mecânicas ao invés de depender somente do nome do grau.

Resistência à Corrosão

A resistência à corrosão atmosférica do 7012 é moderada e altamente dependente do envelhecimento, condição superficial e química da liga. Nos estados de envelhecimento máximo, a combinação de Zn e Cu pode aumentar a suscetibilidade à corrosão localizada comparada às ligas de baixa liga das séries 5xxx ou 6xxx, especialmente se houver comprometimento da integridade do filme superficial.

Em ambientes marinhos, o 7012 requer medidas protetivas como revestimento, anodização ou revestimentos especializados para se aproximar do desempenho de longo prazo das ligas mais resistentes à corrosão; sem proteção, pode ocorrer corrosão localizada e ataque intergranular em ambientes agressivos de cloretos. O risco de trincas por corrosão sob tensão (SCC) existe para tempers de alta resistência e é influenciado pelo teor de Cu, tratamento térmico, tensões residuais e ambiente de serviço; a mitigação inclui sobre-envelhecimento, proteção catódica e projeto cuidadoso para reduzir tensões residuais de tração.

Interações galvânicas com metais mais nobres (aço inoxidável, cobre) podem acelerar a corrosão local; o 7012 deve ser eletricamente isolado quando acoplado com esses materiais em ambientes marinhos ou úmidos. Comparado com ligas da série 5xxx (ricas em Mg), o 7012 geralmente oferece maior resistência estática mas resistência geral à corrosão inferior, exigindo estratégias mais agressivas de proteção contra corrosão em serviços ricos em cloretos.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem do 7012 é desafiadora em tempers de alta resistência porque a zona termicamente afetada (ZTA) amolece devido à dissolução e crescimento dos precipitados de endurecimento. Soldagem por arco de tungstênio a gás (TIG) ou arco metálico a gás (MIG) é possível com ligas de adição adequadas (ex.: ligas 5xxx de menor resistência ou ligas 7xxx formuladas especialmente), mas o projeto da junta deve considerar a redução da resistência na ZTA e possibilidade de trincas a quente; tratamentos pré e pós-soldagem podem mitigar alguns problemas.

Usinabilidade

A usinabilidade do 7012 é geralmente boa em condições sobrematuradas ou recocidas, mas se torna mais difícil nos tempers com envelhecimento máximo devido à maior dureza e resistência. Ferramentas de metal duro, fixação rígida e velocidades de avanço conservadoras são recomendadas para controlar o desgaste da ferramenta; a formação de cavacos tende a ser curta e segmentada se taxas de avanço e geometria da ferramenta forem otimizadas.

Conformabilidade

A conformabilidade é melhor nos tempers recozidos (O) e diminui rapidamente com o aumento do envelhecimento. Raios mínimos de curvatura e limites de estiramento devem seguir dados do fornecedor; quando a conformação é necessária para peças que serão fortalecidas termicamente, recomenda-se formar na condição O seguida de solução e envelhecimento, ou usar tempers pré-envelhecidos (T5) para conformação moderada com menor perda de propriedades.

Comportamento ao Tratamento Térmico

O 7012 é tratável termicamente e segue os passos clássicos de endurecimento por precipitação: solubilização, têmpera e envelhecimento artificial. Temperaturas típicas de solubilização estão na faixa de aproximadamente 470–500 °C, dependendo do tamanho da seção e composição, mantidas tempo suficiente para dissolver fases solúveis e homogeneizar a microestrutura.

A têmpera deve ser rápida para reter a solução sólida supersaturada; têmpera em água ou em polímeros é comum para seções finas, enquanto seções mais grossas requerem controle cuidadoso para evitar distorção por têmpera e variação nas propriedades. O envelhecimento artificial é realizado em temperaturas moderadas (tipicamente 120–170 °C) para precipitar fases MgZn2 que endurecem; condições de envelhecimento máximo (T6) oferecem resistência máxima, enquanto sobrematuração (T7) aumenta tenacidade e resistência à corrosão.

Transições de temper T envolvem equilíbrio entre endurecimento por deformação (tempers H) e envelhecimento térmico; T651 especificamente indica temper T6 com alívio de tensões por estiramento após têmpera e antes do envelhecimento para reduzir distorção residual. A janela de tratamento térmico é mais estreita que muitas ligas 6xxx, exigindo controle rigoroso do processo para resultados repetíveis.

Desempenho em Alta Temperatura

A resistência mecânica do 7012 diminui com a temperatura, com reduções perceptíveis acima de aproximadamente 100 °C e perdas mais pronunciadas próximo a 150–200 °C. A resistência a fluência em temperaturas elevadas é limitada comparada a ligas especializadas para altas temperaturas, portanto operação contínua é geralmente restrita a temperaturas moderadas onde se mantém retenção adequada de resistência.

A oxidação não é geralmente um fator limitante nas temperaturas comuns de serviço, mas mudanças microestruturais durante exposição térmica prolongada (sobrenvelhecimento e crescimento dos precipitados) reduzem resistência estática e à fadiga. A ZTA da soldagem pode ser particularmente suscetível à degradação de propriedades quando exposta a temperaturas elevadas, exigindo cautela para serviços com ciclos térmicos ou calor sustentado.

Aplicações

Indústria	Exemplo de Componente	Motivo do Uso do 7012
Aeroespacial	Conexões, suportes	Alta relação resistência-peso e bom desempenho à fadiga
Marítima	Suportes estruturais	Equilíbrio entre resistência e práticas reparáveis de corrosão
Automotiva	Componentes estruturais leves	Resistência estática aprimorada para peças sensíveis ao peso
Defesa	Suportes para armamentos, pequenas peças estruturais	Alta resistência com tenacidade customizada
Eletrônica	Estruturas, dissipadores de calor	Rigidez estrutural e condutividade térmica aceitável

O 7012 é aplicado onde projetistas exigem combinação de alta resistência estática e boas propriedades à fadiga, aceitando compromissos em conformabilidade e soldabilidade. Seu uso é frequentemente direcionado para componentes onde a redução de peso impulsiona o desempenho e onde tratamento térmico pós-conformação pode ser aplicado economicamente.

Considerações para Seleção

O 7012 deve ser selecionado quando se requer alumínio tratável termicamente de alta resistência com resistência razoável à fadiga e quando projetistas podem controlar o processamento e a proteção contra corrosão. É uma opção para componentes que se beneficiam do endurecimento por envelhecimento e onde a estabilidade dimensional pode ser obtida por tratamentos do tipo T651.

Comparado ao alumínio comercialmente puro (ex.: 1100), o 7012 troca condutividade elétrica e térmica significativamente reduzidas e conformabilidade menor por resistência estática e capacidade à fadiga muito maiores. Contra ligas endurecidas por trabalho comuns (ex.: 3003, 5052), o 7012 fornece resistência muito superior mas frequentemente necessita de revestimentos ou revestimento cladding para igualar resistência à corrosão. Em relação a ligas tratáveis termicamente amplamente usadas como 6061 ou 6063, o 7012 oferece maior resistência máxima em muitos tempers, mas pode ser menos escolhido quando resistência máxima à corrosão, soldabilidade ou extrudabilidade simples são prioridades.

Engenheiros devem ponderar necessidades de resistência, vida à fadiga, estratégias de mitigação de corrosão, capacidade produtiva para tratamento térmico e custo/unidade/disponibilidade ao escolher 7012 sobre famílias de ligas vizinhas.

Resumo Final

O 7012 permanece relevante como uma liga de alumínio especializada de alta resistência que entrega uma atraente relação resistência-peso e comportamento sólido à fadiga quando processada sob práticas controladas de tratamento térmico e fabricação. Seu uso é justificado em aplicações onde o desempenho estrutural supera os compromissos em conformabilidade, soldabilidade e exposição à corrosão, e onde controle metalúrgico cuidadoso pode ser aplicado para otimizar tanto propriedades mecânicas quanto durabilidade.