Alumínio 7039: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

A liga 7039 pertence à série 7xxx de ligas de alumínio, uma família caracterizada pelo zinco como principal elemento de liga, frequentemente combinado com magnésio e traços de cobre. É uma liga tratável termicamente, endurecível por precipitação, projetada para oferecer alta resistência específica e tenacidade razoável, mantendo as vantagens de densidade inerentes ao alumínio.

Os principais elementos de liga normalmente incluem Zn, Mg e adições modestas de Cu, com pequenas quantidades de Cr, Mn ou Ti usados para controle do grão e limitação da recristalização. O fortalecimento é obtido principalmente através do tratamento de solução, têmpera e envelhecimento artificial controlado para formar precipitados finos metaestáveis de Zn-Mg (e Zn-Mg-Cu quando presentes) que obstruem o movimento de discordâncias.

As características principais do 7039 são a alta relação resistência/peso, boa resistência à fadiga para uma liga de alta resistência e resistência à corrosão aceitável quando devidamente tratada termicamente e protegida superficialmente. A conformabilidade e soldabilidade são moderadas: a liga pode ser conformada em revenidos mais macios e soldada com precauções, mas o sobremadurecimento e o amolecimento da ZTA (zona termicamente afetada) são compensações em relação às ligas mais macias das famílias 5xxx ou 3xxx.

Os setores típicos incluem forjados e conexões aeroespaciais, componentes estruturais de alto desempenho em automotivo e automobilismo, além de equipamentos especiais para marinha e defesa onde se exige equilíbrio entre resistência, tolerância a danos e usinabilidade. Engenheiros optam pelo 7039 quando se necessita de maior resistência que as ligas 6xxx sem avançar para a família 7075 de altíssimo custo e ultra alta resistência, ou quando se requer um equilíbrio especial entre fadiga e tenacidade localizada.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Formabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Estado completamente recozido para conformação e alívio de tensões
H14	Médio-Baixo	Baixo-Moderado	Regular	Boa	Encruado e parcialmente estabilizado para resistência moderada
T4	Médio	Moderado	Bom	Bom	Tratado termicamente em solução e envelhecido naturalmente para resistência parcial
T5	Médio-Alto	Moderado	Regular	Regular	Resfriado a partir de temperatura elevada e envelhecido artificialmente
T6	Alto	Baixo-Moderado	Limitado	Regular-Ruim	Tratado termicamente em solução e envelhecido artificialmente até resistência máxima
T62	Alto (sobremadurecido)	Melhorado	Melhorado	Melhor que T6	Envelhecido artificialmente até condição levemente sobremadurecida para melhorar resistência à corrosão sob tensão
T651	Alto	Baixo-Moderado	Limitado	Regular-Ruim	T6 com alívio de tensões por estiramento; comum para chapa e extrudados

A escolha da têmpera controla fortemente o equilíbrio entre resistência e formabilidade no 7039. Temperos mais macios como O ou T4 são usados para conformação complexa e operações subsequentes de envelhecimento, enquanto T6/T651 proporcionam resistência estática máxima em detrimento do alongamento e formabilidade.

O têmpera também afeta a suscetibilidade à corrosão sob tensão e ao amolecimento da ZTA durante a soldagem; projetistas frequentemente escolhem temperas levemente sobremadurecidas (T62) ou envelhecimento controlado pós-soldagem para trocar a resistência máxima absoluta por maior durabilidade em ambientes agressivos.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤ 0,50	Controle típico de impurezas; excesso reduz tenacidade
Fe	≤ 0,50	Impureza; forma intermetálicos que podem afetar a iniciação da fadiga
Mn	0,05–0,40	Controle da estrutura do grão e melhora da tenacidade em baixos níveis
Mg	1,0–2,0	Principal formador de precipitados com Zn para fortalecimento
Cu	0,1–1,2	Aumenta resistência e capacidade de endurecimento; pode reduzir resistência à corrosão
Zn	3,5–5,5	Elemento principal de fortalecimento na série 7xxx
Cr	0,02–0,25	Controla a recristalização e melhora a resistência à corrosão sob tensão
Ti	0,05–0,20	Refinamento de grão durante fundição/extrusão
Outros (inclui saldo Al)	Saldo	Elementos traço controlados para atender requisitos mecânicos e de corrosão

A relação Zn–Mg e as pequenas adições de Cu determinam a química dos precipitados e, portanto, a dureza máxima e a resposta ao envelhecimento. Cromo e manganês são empregados para fixar limites de grão e limitar o crescimento excessivo durante o tratamento de solução e processamento termomecânico.

Elementos impurezas como Fe e Si formam partículas intermetálicas relativamente duras; seus níveis são controlados para equilibrar usinabilidade e desempenho à fadiga. No geral, as faixas de composição acima são representativas e podem variar conforme fornecedor e especificação.

Propriedades Mecânicas

No comportamento à tração, o 7039 apresenta aumento acentuado de resistência após tratamento de solução e envelhecimento artificial, com perda de ductilidade em comparação ao estado recozido. Temperas peak-aged (T6/T651) normalmente exibem alta resistência ao escoamento e à tração com alongamento moderado; temperas mais macios fornecem ductilidade necessária para operações de conformação.

A resistência ao escoamento varia amplamente com a têmpera e espessura devido a diferenças na eficácia da têmpera e trabalho a frio. O desempenho à fadiga do 7039 é geralmente bom para uma liga de alumínio de alta resistência, especialmente quando jateada ou com alívio de tensões; entretanto, a iniciação de trincas de fadiga é sensível ao acabamento superficial e à distribuição das partículas intermetálicas.

A dureza se correlaciona com a têmpera e envelhecimento: ligas recozidas são relativamente macias e fáceis de usinar/conformar, enquanto T6/T651 atingem valores muito mais altos nas escalas Brinell ou Rockwell. Efeitos de espessura são notáveis: seções espessas podem ser difíceis de têmpera uniformemente, o que reduz a resistência máxima alcançável em comparação com chapas finas.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera Principal (T6/T651)	Observações
Resistência à Tração	~230 MPa (típico)	480–540 MPa	Resistência à tração varia com espessura e programa de envelhecimento
Limite de Escoamento	~130 MPa (típico)	430–500 MPa	Limite de escoamento aumenta significativamente com endurecimento por precipitação
Alongamento	18–25%	6–12%	Alongamento diminui conforme aumenta a resistência; depende do processamento
Dureza	60–75 HB	140–170 HB	Dureza Brinell aumenta significativamente em temperas máximas

Os valores indicados são faixas representativas e dependerão da forma do produto, espessura e processamento do fornecedor.

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	~2,79 g/cm³	Levemente maior que alumínio puro devido ao conteúdo de Zn
Faixa de Fusão	~480–640 °C	Faixa solidus–liquidus depende da liga; usar temperaturas de usinagem conservadoras
Condutividade Térmica	~140 W/m·K	Inferior ao alumínio puro, mas ainda favorável à dissipação de calor
Condutividade Elétrica	~30–40 %IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro devido à liga; varia com a têmpera
Calor Específico	~875 J/kg·K	Típico para ligas de alumínio próximas à temperatura ambiente
Coeficiente de Expansão Térmica	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Semelhante a outras ligas Al-Zn-Mg; considerar em montagens unidas

O 7039 retém a alta condutividade térmica do alumínio em relação aos aços, o que é benéfico para componentes dissipadores de calor. Sua vantagem de densidade continua proporcionando ganhos em rigidez específica e resistência específica para projetos críticos em peso.

A condutividade elétrica é reduzida em comparação com alumínio puro e algumas ligas 6xxx; a liga não é escolhida quando a condutividade elétrica máxima é prioridade. A expansão térmica está na faixa típica do alumínio e deve ser acomodada na união com materiais diferentes.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Temperos Comuns	Observações
Chapa	0,5–6,0 mm	Boa resistência na espessura para bitolas finas	T4, T5, T6	Usada para painéis formados e coberturas; sensibilidade à têmpera controlável
Placa	6–150+ mm	Redução da resistência alcançável em seções espessas	T651, T62	Placas espessas podem exigir têmpera/ageamento especializado para maximizar propriedades
Extrusão	Perfis complexos de até vários metros	Boa resistência direcional	T6, T651	O projeto do molde de extrusão e a taxa de têmpera influenciam as propriedades finais
Tubo	Diâmetro externo até várias centenas de mm	Resistência varia conforme a espessura da parede	T6, T651	Comum para tubos estruturais e estruturas de alta resistência
Barra/Haste	Diâmetros até 200 mm	Material usinável de alta resistência	T6, T61	Usado para componentes usinados e conexões

A rota de fabricação e a forma do produto influenciam significativamente o desempenho mecânico. Extrusões e chapas finas podem ser rapidamente temperadas e alcançar propriedades próximas ao pico após o envelhecimento, enquanto placas e seções espessas frequentemente apresentam gradientes de têmpera que requerem ciclos de tratamento térmico modificados ou sobreenvelhecimento para melhorar a uniformidade.

Os projetistas devem coordenar as capacidades do fornecedor do material (por exemplo, tanques de têmpera, sobrepairamento, homogeneização) com os requisitos da aplicação, pois as escolhas do processo determinam o equilíbrio das propriedades entregues nas peças finais.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	7039	EUA	Designação nos sistemas da associação de alumínio; referência padrão principal
EN AW	7039	Europa	Frequentemente referenciado como EN AW‑7039; verifique especificações químicas e mecânicas EN específicas
JIS	—	Japão	Sem equivalente JIS direto; propriedades mais próximas podem corresponder às famílias 7xxx de alta resistência
GB/T	—	China	Normas chinesas podem listar formulações 7xxx similares; verifique composição e especificações de tempera

Nem sempre existe uma correspondência exata um-para-um para o 7039 entre normas, pois as especificações regionais controlam limites de impurezas, adições de traço e temperos permitidos. Ao substituir ligas, os engenheiros devem comparar valores garantidos de resistência à tração/escoamento, tenacidade, sensibilidade à têmpera e prescrições anticorrosivas, em vez de confiar apenas nos números de grau.

Fornecedores podem oferecer variantes proprietárias vendidas sob rotulagens semelhantes ao 7039; a aquisição deve sempre requerer certificados completos químicos e mecânicos e, para aplicações críticas, corpos de prova ou verificação mecânica de lote completo.

Resistência à Corrosão

O 7039 oferece resistência moderada à corrosão atmosférica comparável a outras ligas 7xxx base Zn‑Mg quando propriamente sobreenvelhecido ou revestido. Em atmosferas neutras, seu desempenho é aceitável, mas a suscetibilidade à corrosão localizada como piteamento e esfoliação aumenta com maiores teores de Zn e Cu e com temperos em pico.

Em ambientes marinhos ou ricos em cloretos, o 7039 requer medidas protetivas — como anodização, revestimentos de conversão cromatada ou sistemas de pintura orgânica — para alcançar longa vida útil. Temperos sobreenvelhecidos (T62 ou variantes T7xx) e detalhamento adequado de projeto (drenagem, juntas vedadas) reduzem significativamente o risco de ataque intergranular.

A fissuração por corrosão sob tensão (SCC) é uma preocupação conhecida para ligas 7xxx de alta resistência: a condição T6 maximiza a resistência, mas também aumenta a suscetibilidade à SCC sob tensões de tração em ambientes corrosivos. A escolha de temperos ligeiramente sobreenvelhecidos e o controle do esforço residual por meio de alongamento ou tratamentos térmicos pós‑solda mitigam o risco de SCC e melhoram a durabilidade a longo prazo em comparação com condições de pico.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem do 7039 requer controle rigoroso: soldagem por fusão (TIG/MIG) é viável, mas a zona afetada pelo calor (ZAC) pode apresentar amolecimento e redução da tenacidade. A prática recomendada inclui o uso de materiais de adição compatíveis com uma liga 7xxx ligeiramente sobreenvelhecida ou, onde corrosão e resistência permitirem, ligas 5356/5183 para melhorar a ductilidade e resistência à corrosão na junta.

Tratamentos térmicos pré e pós‑soldagem ou alívio mecânico de tensões (alongamento) são usados comumente para restaurar o equilíbrio de propriedades após a soldagem. O risco de trinca a quente é moderado a alto em temperos de pico; portanto, o projeto da junta e parâmetros de soldagem devem minimizar restrições e evitar condições de solidificação rápida que promovam fissuração.

Usinabilidade

A usinabilidade do 7039 é favorável em relação a aços 2xxx de altíssima resistência ou ferramentas, porém é mais desafiadora que as ligas da família 6xxx devido à maior resistência e precipitados mais duros. Ferramentas de carboneto com ângulo de afiação positivo, setups rígidos e programações conservadoras de avanço/velocidade fornecem os melhores resultados; o controle de cavacos é facilitado pelo uso de fluido de corte e geometria adequada da ferramenta.

Acabamentos de superfície e formação de rebarbas são influenciados pelo tempero: condições mais macias T4/O usinam mais facilmente, mas requerem tratamento térmico subsequente para alcançar resistência de pico. Para usinagem de produção, considere pré-endurecimento (se aplicável) ou forjamento próximo da forma final para minimizar remoção de material.

Conformabilidade

A conformabilidade a frio é limitada em condições de pico; para operações de conformação use temperos O ou T4 para alcançar raios de dobra menores e perfis complexos. Raios internos mínimos típicos para chapa em temperos mais macios podem ser tão baixos quanto 1–2× a espessura para dobras simples, porém os projetistas devem validar com testes práticos devido ao comportamento variável de encruamento.

O encruamento ocorre se a conformação for feita em temperos macios e pode ser aproveitado para aumentar a resistência local após envelhecimento natural ou artificial. Para conformação severa, podem ser necessários conformação a quente ou ciclos subsequentes de solubilização/envelhecimento para alcançar geometria e propriedades mecânicas finais desejadas.

Comportamento ao Tratamento Térmico

Como uma liga que recebe tratamento térmico, o 7039 segue o caminho clássico de solubilização, têmpera e envelhecimento para endurecimento por precipitação. A solubilização é tipicamente realizada em temperaturas elevadas suficientes para dissolver os precursores de precipitados Zn‑Mg, seguida por têmpera rápida para reter uma solução sólida supersaturada. A taxa de têmpera é crítica: têmpera inadequada produz precipitados grossos que reduzem a resistência final.

O envelhecimento artificial (T6) desenvolve resistência de pico por meio de ciclos controlados de temperatura/tempo que promovem precipitados finos e dispersos. Tratamentos de sobreenvelhecimento (T62 ou variantes T7) promovem o crescimento intencional dos precipitados para melhorar a resistência à corrosão sob tensão e a estabilidade da ZAC, ao custo de alguma resistência máxima. Para componentes sensíveis a tensões residuais, aplica-se um tempero T651 ou pós-esticamento para alívio das tensões residuais após a têmpera.

Seções finas alcançam as propriedades alvo mais facilmente devido à têmpera rápida; seções espessas frequentemente necessitam de meios de têmpera especializados, têmpera interrompida ou esquemas alterados de envelhecimento para equilibrar resistência e tenacidade. Para conjuntos soldados, o tratamento térmico pós‑soldagem é limitado por preocupações com distorção, levando os projetistas a buscar propriedades aceitáveis com o mínimo de ciclos térmicos.

Desempenho em Alta Temperatura

O 7039 foi projetado para temperaturas ambientes a moderadamente elevadas; acima de ~100–150 °C, a resistência por endurecimento por precipitação começa a declinar à medida que os precipitados crescem e ocorre redistribuição do soluto. A exposição prolongada em temperatura elevada acelera o sobreenvelhecimento e reduz tanto a resistência ao escoamento quanto o desempenho à fadiga, em comparação com propriedades à temperatura ambiente.

A oxidação nas temperaturas típicas de serviço é mínima em comparação com aços, mas exposição prolongada a altas temperaturas pode afetar a condição da superfície e promover a desnzinificação dos precipitados ricos em Zn nos contornos de grão. O comportamento da ZAC em regiões soldadas é particularmente sensível a excursões térmicas; o sobreenvelhecimento local pode reduzir a resistência e aumentar a suscetibilidade à corrosão localizada.

Para aplicações estruturais em alta temperatura, os projetistas devem validar a vida útil sob ciclos térmicos e considerar ligas alternativas ou medidas protetivas de projeto; o 7039 é melhor utilizado abaixo dos limites onde a estabilidade dos precipitados é comprometida por exposição prolongada a temperaturas elevadas.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Razão do Uso do 7039
Automotiva	Travessas estruturais e elos da suspensão	Alta resistência específica e boa usinabilidade para peças críticas de segurança
Marinha	Conexões estruturais e suportes	Equilíbrio entre resistência e resistência à corrosão quando revestido/anodizado
Aeronáutica	Conexões, forjados, peças usinadas	Alta relação resistência/peso e desempenho à fadiga para estruturas primárias e secundárias
Defesa	Suportes blindados, componentes de lançadores	Alta resistência estática e tolerância a danos com processamento controlado
Eletrônica	Estruturas e dissipadores térmicos	Boa condutividade térmica combinada com alta resistência para designs compactos

O 7039 é escolhido quando se necessita de um alumínio de alta resistência, mas o custo maior ou a maior sensibilidade à SCC do 7075 são desvantagens. Ele ocupa um nicho para peças usinadas, forjadas e extrudadas que precisam de uma combinação de boa vida à fadiga, usinabilidade e resistência à corrosão adequada.

Informações para Seleção

Para um engenheiro que está escolhendo o material, o 7039 oferece uma troca clara: comparado ao alumínio comercialmente puro (1100), o 7039 sacrifica parte da condutividade elétrica e térmica e grande parte da excepcional conformabilidade, enquanto ganha várias vezes o limite de escoamento e a resistência à tração. Isso torna o 7039 adequado quando o desempenho estrutural é mais importante que a necessidade de condutividade.

Em comparação com ligas endurecidas por trabalho comuns, como 3003 ou 5052, o 7039 proporciona resistência estática substancialmente maior e melhor usinabilidade para componentes de alta performance, embora sua resistência à corrosão — especialmente em ambientes marinhos com cloretos — exija uma proteção superficial mais cuidadosa. Se a conformabilidade ou soldabilidade em condições ambientais forem prioritárias, a família 3xxx/5xxx continua sendo mais recomendada.

Em comparação com ligas tratáveis termicamente mais populares, como 6061 ou 6063, o 7039 geralmente oferece maior resistência máxima e melhor desempenho à fadiga, tornando-o preferível quando redução de peso e maior tensão de trabalho são necessárias. Contudo, 6061/6063 podem ser escolhidas quando a união, consistência da cor na anodização ou custo/disponibilidade forem mais críticos do que a resistência máxima.

Resumo Final

A liga 7039 permanece uma escolha viável em engenharia quando é necessária maior resistência específica e boa resistência à fadiga, junto a um comportamento adequado à corrosão quando devidamente protegida. Sua característica de tratabilidade térmica permite que os projetistas ajustem o equilíbrio das propriedades por meio da seleção do revenimento e do processamento controlado, tornando-a útil nos setores aeroespacial, automotivo, naval e de defesa, onde peso, resistência e usinabilidade devem ser cuidadosamente balanceados.