Alumínio 7015: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

A liga 7015 é um membro da série 7xxx de ligas de alumínio, uma família dominada pelo zinco como principal elemento de liga, tipicamente complementado com magnésio e cobre para endurecimento por precipitação. Como uma liga tratável termicamente e endurecível por precipitação, a 7015 utiliza uma química Zn-Mg-Cu para alcançar alta resistência através de tratamento térmico por solubilização, têmpera e envelhecimento artificial, em vez de trabalho a frio.

As principais características da 7015 incluem alta resistência à tração e limite de escoamento, propriedades moderadas a boas de fadiga quando devidamente tratada e inspecionada, e resistência à corrosão utilizável que pode ser melhorada por sobretêmpera ou revestimento. A liga é menos soldável do que a maioria das ligas 5xxx e 6xxx e requer controle térmico e mecânico cuidadoso durante a fabricação; a conformabilidade é adequada em estados recozidos e em certos temperos H, mas reduz-se acentuadamente em temperos com envelhecimento máximo.

A 7015 é usada em componentes estruturais aeroespaciais, fixadores de alta resistência e aplicações onde a relação resistência-peso é priorizada em relação à resistência bruta à corrosão ou condutividade máxima. Engenheiros selecionam a 7015 quando é necessária uma resistência específica maior do que em 6061/6063 e quando o projeto se beneficia de vida útil e rigidez por meio de um tratamento térmico de solubilização e envelhecimento em vez de endurecimento por trabalho.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta (18–30%)	Excelente	Excelente	Recozido total, melhor para conformação e usinagem
F	Muito baixa–baixa	Alta	Excelente	Boa	Como fabricado, sem tempers controlados
H12	Média	Baixo–Médio (6–10%)	Regular	Limitada	Endurecido parcialmente por deformação, dobrabilidade limitada
H14	Média	Baixo (6–8%)	Regular	Limitada	Leve endurecimento por deformação para aumento moderado de resistência
H114	Média	Médio (8–12%)	Boa	Limitada	Têmpera estabilizada para melhor resistência à SCC
T6	Alta	Baixo–Médio (6–10%)	Fraca–Regular	Difícil	Envelhecida ao pico para máxima resistência, suscetível à SCC
T651	Alta	Baixo–Médio (6–10%)	Fraca–Regular	Difícil	Tratada termicamente, alivio de tensões por estiramento, têmpera comum na aeroespacial
T73	Médio–Alto	Médio (8–12%)	Regular	Moderada	Sobre-envelhecida para melhor resistência à corrosão e SCC
T76 / T77	Média	Médio (8–13%)	Regular	Moderada	Envelhecimento modificado para melhor tenacidade à fratura ou comportamento à corrosão sob tensão

A seleção da têmpera domina o desempenho final: tempers T6/T651 entregam máxima resistência em detrimento da ductilidade e suscetibilidade à corrosão sob tensão, enquanto tempers sobre-envelhecidos (T73/T76) sacrificam parte da resistência máxima para melhorar a resistência à corrosão e SCC. Trabalho a frio (tempera H) permite resistência intermediária sem tratamento térmico completo, mas reduz a conformabilidade e pode deixar propriedades heterogêneas através da espessura.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤ 0,40	Impureza; controlado para limitar fases de fundição e contornos de grão
Fe	≤ 0,50	Controlado para minimizar intermetálicos que reduzem a tenacidade
Cu	1,0–2,0	Contribui para resistência e cinética de envelhecimento; aumenta suscetibilidade à SCC
Mn	≤ 0,10	Minoritário; pode modificar estrutura de grão e melhorar ligeiramente a tenacidade
Mg	1,6–2,6	Elemento principal de endurecimento junto com Zn por precipitados MgZn2
Zn	5,0–6,8	Elemento principal de resistência; controla resistência ao pico de envelhecimento
Cr	0,05–0,25	Micro-liga para controlar estrutura do grão e recristalização
Ti	≤ 0,10	Refinador de grão em produtos fundidos/extrudados
Outros (Zr, V, traços)	≤ 0,20 combinado	Adições micro-ligantes para controlar recristalização e melhorar vida à fadiga

O desempenho da 7015 é governado pelo equilíbrio relativo de Zn, Mg e Cu que determinam a fração volumétrica, química e coerência dos precipitados de endurecimento após envelhecimento. Adições menores como Cr, Zr ou Ti atuam no controle da recristalização e tamanho do grão durante o processamento termomecânico, melhorando a tenacidade e reduzindo a tendência à corrosão intergranular ou exfoliação.

Propriedades Mecânicas

No comportamento à tração, a 7015 em condições de envelhecimento máximo (T6/T651) exibe alta resistência última e ao escoamento comparável a outras ligas da série 7xxx de alta resistência, mostrando resposta elástica relativamente linear até o limite de escoamento e alongamento uniforme limitado antes do escoamento plástico. A condição recozida (O) apresenta resistência muito menor, mas ductilidade substancialmente maior, tornando-a útil para conformação a frio ou estampagem profunda antes do tratamento térmico final.

A dureza segue a mesma tendência das propriedades de tração, com valores Brinell ou Vickers aumentando acentuadamente após envelhecimento e atingindo pico na condição T6; os dados de dureza devem ser interpretados em conjunto com têmpera, espessura e cronograma específico do tratamento térmico. O comportamento à fadiga é geralmente favorável para um alumínio de alta resistência se o acabamento superficial for controlado e a corrosão mitigada; no entanto, fadiga e tenacidade à fratura deterioram com o aumento da resistência e presença de picadas por corrosão sob tensão ou inclusões intermetálicas.

A espessura tem forte efeito nas propriedades atingíveis porque a eficácia do tratamento térmico de solubilização e da têmpera diminui com a espessura da chapa; seções espessas são mais difíceis de resfriar uniformemente e podem apresentar resistências ao escoamento e tração inferiores como resultado. Tensões residuais da têmpera e subsequente correção ou alívio por estiramento (T651) também impactam a estabilidade dimensional e vida à fadiga em aplicações estruturais.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera Chave (ex.: T6/T651)	Observações
Resistência à Tração	230–320 MPa (típico)	520–570 MPa (típico)	Valores variam com espessura e envelhecimento; T6 dá resistência máxima
Limite de Escoamento	110–200 MPa (típico)	470–520 MPa (típico)	Limite de escoamento aumenta marcadamente após solubilização e envelhecimento
Alongamento	18–30%	6–10%	Alongamento diminui conforme a resistência aumenta; depende da têmpera e espessura
Dureza	60–90 HB	140–160 HB	Faixas aproximadas Brinell, dependente do tratamento térmico e microestrutura

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	≈ 2,80 g/cm³	Levemente maior que alumínio puro devido aos elementos de liga
Faixa de Fusão	≈ 475–635 °C	Solidus e liquidus variam conforme composição e impurezas
Condutividade Térmica	≈ 120–140 W/(m·K)	Inferior ao alumínio puro; depende do têmpera e trabalho a frio
Condutividade Elétrica	≈ 30–40 %IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro devido à liga; varia conforme têmpera
Calor Específico	≈ 880–910 J/(kg·K)	Típico para ligas de alumínio próximas à temperatura ambiente
Coeficiente de Dilatação Térmica	≈ 23–25 µm/(m·K)	Comparável entre ligas de alumínio; importante para projetos com ciclos térmicos

Essas propriedades físicas destacam os trade-offs no gerenciamento térmico e processos de união: a condutividade térmica permanece adequada para muitas funções de dissipação de calor, mas é inferior ao alumínio puro e algumas ligas 6xxx. A condutividade elétrica é reduzida pela liga e deve ser considerada quando a 7015 é selecionada para aplicações elétricas ou onde a resistência de contato é relevante.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tempos Comuns	Observações
Chapa	0,5–6 mm	Uniforme na espessura até bitolas moderadas	O, H1x, T6, T73	Comum para painéis leves e revestimentos aeroespaciais; conformabilidade profunda limitada em T6
Placa	6–200+ mm	A resistência pode diminuir com o aumento da espessura devido a limites de têmpera	O, T6, T651, T73	Placas espessas exigem têmpera controlada e frequentemente T73 para peças críticas à corrosão
Extrusão	Espessuras variáveis de parede	Propriedades direcionais; resistência depende do tratamento térmico	O, T6, T651	Perfis complexos possíveis, mas sensibilidade à têmpera limita seções transversais muito grandes
Tubo	Parede de 0,5–20 mm	Boa resistência longitudinal; extremidades e juntas requerem tratamento térmico cuidadoso	O, T6	Usado para tubos estruturais de alta resistência após tratamento térmico adequado
Barra/Vara	6–200 mm diâmetro	Homogêneo se processado e tratado em solução corretamente	O, T6, T651	Usado para conexões, fixadores e componentes usinados

Diferenças no processamento afetam substancialmente as propriedades finais: chapas e extrusões finas são mais fáceis de temperar e envelhecer para máxima resistência, enquanto placas espessas e grandes seções frequentemente requerem dissipadores de calor especiais ou envelhecimento excessivo para garantir estabilidade dimensional e resistência à corrosão. Aplicações variam conforme o formato: extrusões para perfis complexos, placa para componentes estruturais e barra para peças usinadas de alta resistência.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	7015	USA	Designação da American Aluminum Association comumente usada em especificações aeroespaciais
EN AW	7015	Europa	Designação da norma europeia EN frequentemente acompanhada por sufixos de tratamento térmico
JIS	A7015 (aprox.)	Japão	Normas japonesas podem referenciar ligas semelhantes Zn-Mg-Cu com seus códigos locais de tratamento
GB/T	7015 (aprox.)	China	Equivalentes na norma chinesa existem, mas química/tolerâncias podem variar por fundição

Diferenças sutis entre especificações regionais geralmente envolvem níveis permitidos de impurezas, faixas exatas de Zn/Mg/Cu e as adições microaleantes permitidas (Zr/Cr/Ti), além dos limites definidos de propriedades mecânicas em determinadas espessuras. Ao substituir um grau de outra região, engenheiros devem comparar tabelas químicas e mecânicas detalhadas, práticas de envelhecimento e requisitos de certificação, e não apenas confiar na designação.

Resistência à Corrosão

A resistência à corrosão atmosférica do 7015 é moderada; em ambientes benignos a liga atua aceitavelmente, mas em atmosferas contendo cloretos ou marítimas é mais suscetível a corrosão por pite e intergranular do que a maioria das ligas da série 5xxx ou 6xxx. Medidas protetivas como anodização, revestimento com alumínio puro, revestimentos de conversão cromatada ou uso de tempos envelhecidos (T73/T76) melhoram marcadamente a durabilidade superficial.

O cracking por corrosão sob tensão (SCC) é uma consideração crítica para o 7015 em serviços altamente solicitados e corrosivos na condição envelhecida em pico (T6/T651), pois a combinação de alta resistência e certas condições de precipitados nos contornos de grão promove a iniciação de SCC. Tempos envelhecidos excessivamente e processamento termomecânico controlado reduzem a suscetibilidade ao SCC ao coarsificar ou redistribuir precipitados e reduzir tensões internas.

Interações galvânicas são típicas para ligas de alumínio: o 7015 é anódico em relação a aços inoxidáveis e algumas ligas à base de cobre, portanto isolamento ou proteção sacrificial são recomendados em montagens com metais mistos. Em comparação com ligas enduradas da série 5xxx (ex.: 5052), o 7015 oferece maior resistência, mas geralmente pior desempenho à corrosão salvo se protegido adequadamente ou envelhecido excessivamente.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

Soldar 7015 é desafiador devido ao seu alto teor de zinco/magnésio e natureza endurecida por precipitação; soldagem por fusão (TIG/MIG) frequentemente causa perda do estado de têmpera na zona termicamente afetada (ZTA) e uma zona amolecida que pode reduzir significativamente a resistência. Práticas recomendadas incluem uso de metais de adição especializados com química compatível, aplicação de tratamento em solução e envelhecimento pós-soldagem se viável, ou preferência por fixadores mecânicos e colagem adesiva em estruturas críticas. Risco de trincas a quente e porosidade é elevado em seções espessas e quando há contaminação ou entradas térmicas incorretas.

Usinabilidade

A usinabilidade do 7015 no estado recozido é boa a muito boa, com formação estável de cavacos e forças de corte favoráveis; em estados envelhecidos em pico a usinabilidade piora e o desgaste de ferramenta aumenta. Ferramentas de carboneto e máquinas rígidas são recomendadas, com velocidades de corte moderadas a altas para acabamento e baixas para remoção pesada de material. Acabamento superficial e características críticas à fadiga devem ser usinados em estados controlados para evitar indução de danos residuais.

Conformabilidade

A conformação é mais fácil nos tempos O e alguns H1x, onde a ductilidade é alta e os raios de curvatura podem ser pequenos; na condição envelhecida em pico T6 a conformabilidade é baixa e ocorre forte recuperação elástica. Raios mínimos típicos recomendados para dobras em condição T6 são de 2–4× a espessura para dobras simples, com raios menores possíveis em tempos O ou H14; conformação a quente ou ciclos de tratamento em solução e envelhecimento são usados para formar formas complexas antes do envelhecimento final. Projetistas devem planejar a conformação antes do tratamento térmico final ou usar tratamentos de estabilização pós-conformação para controlar distorções.

Comportamento ao Tratamento Térmico

7015 é uma liga clássica com tratamento térmico capaz que responde fortemente ao tratamento térmico em solução seguido por têmpera rápida e envelhecimento artificial. Temperaturas típicas de tratamento em solução variam cerca de 470–480 °C para dissolver os principais elementos de liga em uma matriz supersaturada; a têmpera rápida (têmpera em água) é necessária para reter uma solução sólida supersaturada.

Programas de envelhecimento artificial variam conforme as propriedades desejadas: T6 normalmente utiliza envelhecimento a baixas temperaturas (ex.: 120–145 °C) por várias horas para alcançar pico de resistência, enquanto envelhecimentos T73/T76 usam temperaturas maiores ou tempos mais longos para coarsificar precipitados e melhorar resistência à corrosão e SCC. Transições entre tempos requerem resfriamento controlado, possível endireitamento/estiramento (T651) e controle preciso do processo para obtenção repetível das propriedades mecânicas.

Para completude, comportamento sem tratamento térmico é limitado, pois 7015 é projetado principalmente para endurecimento por precipitação; encruamento pode fornecer aumentos modestos de resistência, mas não iguala os benefícios de solução e envelhecimento. Recozimento (O) amolece totalmente o material e é usado para conformação ou usinagem antes do tratamento térmico final.

Desempenho em Alta Temperatura

Em temperaturas elevadas, 7015 apresenta significativa redução no limite de escoamento e resistência à tração, com desempenho estrutural útil tipicamente limitado a temperaturas abaixo de aproximadamente 120–150 °C. A resistência ao fluência é limitada comparada a ligas para altas temperaturas; cargas sustentadas em temperatura elevada aceleram o envelhecimento excessivo e coarsificação de precipitados, reduzindo resistência e vida à fadiga.

A oxidação do alumínio nessas temperaturas de serviço é geralmente autolimitada devido à formação de óxido protetor, mas ambientes de alta temperatura quimicamente agressivos ou contendo cloretos podem acelerar a corrosão tanto do material bruto quanto das camadas protetivas. A zona termicamente afetada em peças soldadas é especialmente vulnerável a perda de resistência e alteração microestrutural sob exposição térmica subsequente.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que usar 7015
Aeroespacial	Conexões de fuselagem e asa, forjados estruturais	Alta resistência específica e desempenho à fadiga após tratamentos adequados
Marinha	Elementos estruturais de alta resistência, conexões	Boa tolerância a danos quando envelhecido excessivamente e revestido; benefícios força-peso
Defesa	Componentes de blindagem, suportes de armas	Alta resistência e rigidez com densidade relativamente baixa
Automotiva	Componentes de chassis de alta performance	Oferece redução de peso onde a resistência é fundamental e fabricação de baixo volume é viável
Eletrônica	Estruturas, dissipadores térmicos (limitado)	Condutividade térmica adequada e rigidez útil em montagens compactas

7015 é escolhido quando projetistas necessitam de uma liga que combine resistência específica de grau aeroespacial com desempenho aceitável à fadiga e possibilidade de customização por envelhecimento para favorecer resistência ou resistência à corrosão. Sua complexidade de processamento e custo geralmente restringem o uso a aplicações onde essas propriedades justificam controle rigoroso de fabricação.

Conselhos para Seleção

Escolha 7015 quando alta relação resistência/peso e controle de desempenho à fadiga forem prioridade maior que facilidade de soldagem ou resistência máxima à corrosão. É apropriado para peças aeroespaciais e estruturais de alta performance onde processamento termomecânico e tratamento térmico pós-soldagem podem ser aplicados.

Comparado com alumínio comercialmente puro (por exemplo, 1100), o 7015 troca condutividade e conformabilidade por resistência e rigidez substancialmente maiores, tornando-o inadequado quando condutividade elétrica ou conformabilidade extrema são requisitos primários. Comparado com ligas encruadas como 3003 ou 5052, o 7015 oferece resistência muito maior, porém geralmente apresenta pior conformabilidade nos tratamentos térmicos máximos e requer controle do envelhecimento; também tende a ser mais sensível à corrosão induzida por cloretos. Comparado com ligas comuns tratáveis termicamente como 6061 ou 6063, o 7015 proporciona maior resistência máxima e rigidez, mas frequentemente a um custo superior, menor soldabilidade e maior risco de SCC (sensibilidade à corrosão sob tensão); selecione o 7015 quando essas margens adicionais de resistência e características de fadiga forem decisivas, apesar dos trade-offs.

Resumo Final

A liga 7015 permanece uma solução relevante de alumínio de alta resistência quando são exigidas resistência específica e desempenho à fadiga de grau aeroespacial e quando as rotas de fabricação conseguem controlar o tratamento térmico e a proteção superficial. Sua química e flexibilidade de têmpera permitem aos engenheiros ajustar resistência versus resistência à corrosão, tornando-a um material especializado para aplicações estruturais exigentes.