Alumínio 7068: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

7068 é uma liga de alumínio da série 7xxx, pertencente à família de alta resistência Al-Zn-Mg-Cu. Foi desenvolvida para fornecer a maior resistência possível entre ligas de alumínio forjadas, por meio de uma química equilibrada de Zn–Mg–Cu e adições microaleantes que controlam a recristalização e a distribuição dos precipitados.

Os principais elementos de liga são zinco (elemento principal de endurecimento), magnésio (forma precipitados MgZn2 com Zn), cobre (aumenta a resistência e possibilita a resposta ao envelhecimento) e elementos microaleantes como zircônio e cromo para refinar a estrutura de grão e limitar a recristalização. A liga é tratável termicamente; a resistência máxima é obtida por solubilização, têmpera e envelhecimento artificial (temores T), com reforço secundário de dispersoides controlados que conferem resistência ao creep e à fratura.

As características principais incluem resistência à tração e ao escoamento extremamente altas em comparação com outras ligas comerciais, desempenho competitivo em fadiga para um alumínio de alta resistência quando devidamente envelhecido, além de usinabilidade razoável. A resistência à corrosão é moderada — melhor do que algumas ligas ricas em Zn de alta resistência quando sobrematuradas, mas inferior às ligas 5xxx à base de Mg e a muitos aços inoxidáveis; a soldabilidade é limitada devido ao amolecimento da zona afetada pelo calor (ZAC) e à suscetibilidade a trincas a quente, a menos que procedimentos especiais e materiais de adição sejam empregados. Indústrias típicas incluem aeroespacial, defesa, artigos esportivos de alto desempenho e aplicações automotivas especiais onde a relação última resistência/peso é crítica.

Engenheiros escolhem o 7068 quando o projeto do componente exige o máximo limite de escoamento e resistência à tração praticáveis em uma liga de alumínio, mantendo as vantagens de um material leve e não ferroso. É preferido em relação a ligas como 7075 quando um pequeno aumento absoluto em resistência e controle microestrutural mais rigoroso proporcionam ganhos de desempenho em fixadores, conexões ou peças estruturais sujeitas a cargas estáticas ou cíclicas elevadas.

Variantes de Tempera

Tempera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto (≥15%)	Excelente	Excelente	Totalmente recozido; mais fácil de conformar e usinar
T6 / T651	Muito Alto	Moderado (6–10%)	Limitado	De fraca a moderada	Solubilizado e envelhecido artificialmente; T651 inclui alívio de tensões por alongamento
T6511 / T651A	Muito Alto	Moderado (6–10%)	Limitado	De fraca a moderada	Variação do T651 com alívio de tensões controlado ou endireitamento adicional
T7 (sobrematurado)	Alto	Moderado a maior (8–12%)	Melhor que T6	Moderada	Sobrematuração troca resistência máxima por maior resistência à corrosão sob tensão e corrosão geral
Hx (enformado a frio)	Moderado	Variável	Moderada	Moderada	Menos usada; resistência máxima inferior aos temperos T, porém melhor conformabilidade

A tempera tem influência dominante nas propriedades do 7068 devido à forte tratabilidade térmica da liga. A solubilização e envelhecimento artificial produzem precipitados finos, coerentes e ricos em MgZn2 que elevam o limite de escoamento e a resistência final, enquanto a sobrematuração coarsifica esses precipitados e melhora a resistência à fissuração por corrosão sob tensão às custas da resistência máxima.

Na prática, variantes T6/T651 são especificadas quando resistência absoluta e rigidez são prioritárias, enquanto temperas T7 ou intermediárias são escolhidas quando resistência à corrosão, tenacidade à fratura e durabilidade em serviço são mais importantes. Temperas recozidas (O) ou enformadas a frio são usadas para conformação e usinagem antes do tratamento térmico final.

Composição Química

Elemento	Faixa em %	Observações
Si	≤0,12	Impureza; controlado para evitar intermetálicos frágeis
Fe	≤0,30	Impureza; níveis elevados formam fases grosseiras que reduzem tenacidade
Mn	≤0,10	Menor; pode melhorar ligeiramente a microestrutura
Mg	2,0–3,0	Coendurecedor primário com Zn para formação de precipitados MgZn2
Cu	1,6–2,4	Aumenta resistência e dureza, afeta corrosão e tenacidade
Zn	7,0–8,5	Elemento principal de endurecimento; chave para alta resistência máxima
Cr	≤0,20	Refino de grão e controle de recristalização
Ti / Zr	0,05–0,25 (combinados)	Microaleações para formar dispersoides, controlar crescimento de grão e melhorar tenacidade
Outros (cada)	≤0,05	Elementos traço controlados para limpeza; balanceado com Al

O balanço da liga é otimizado para maximizar a fração volumétrica e estabilidade dos precipitados finos Mg–Zn que proporcionam endurecimento primário por envelhecimento, enquanto o Cu ajusta a estrutura dos precipitados e proporciona endurecimento secundário. Elementos microaleantes como Zr e Cr formam dispersoides finos que inibem o crescimento de grão durante o tratamento de solução e têmpera, melhorando a tenacidade, reduzindo a sensibilidade à têmpera e controlando a recristalização durante o processamento termomecânico.

Propriedades Mecânicas

7068 apresenta diferença marcante entre condições recozidas e envelhecidas ao pico. Nas temperas T6/T651, a liga atinge algumas das maiores resistências à tração e ao escoamento disponíveis para alumínio forjado, com valores de UTS e limite de escoamento que permitem redução significativa de peso em projetos estruturais. O alongamento nas temperas ao pico é moderado, e a tenacidade à fratura costuma ser inferior às ligas de alumínio de menor resistência, mas aceitável quando a geometria do componente e os concentradores de tensão são controlados.

O desempenho em fadiga do 7068 pode ser muito bom para um sistema Al–Zn–Mg–Cu quando a microestrutura está otimizada e o acabamento superficial é controlado; entretanto, ligas de alumínio de alta resistência continuam sensíveis a defeitos superficiais e ambientes corrosivos que podem nucleares trincas de fadiga. A espessura e o tamanho da seção afetam as propriedades alcançáveis devido à sensibilidade à têmpera e à cinética de precipitação; seções finas atingem resistência máxima mais facilmente após têmpera do que seções grossas, que podem requerer resfriamento mais lento ou ciclos de tratamento térmico modificados.

A dureza segue as tendências de resistência: o material recozido apresenta valores baixos em Brinell/Vickers, condizentes com alumínio macio, enquanto os temperos tipo T6 produzem valores elevados de dureza que correspondem à alta resistência ao escoamento. O amolecimento localizado da ZAC durante a soldagem e o potencial para tensões residuais devem ser considerados no projeto.

Propriedade	O / Recozido	Tempera Principal (T6 / T651)	Observações
Resistência à Tração	200–300 MPa (típico)	700–780 MPa (faixa típica)	Resistência máxima ao pico entre as maiores para alumínio forjado; valores dependem da espessura e do envelhecimento exato
Limite de Escoamento	100–250 MPa	640–700 MPa	Limites de escoamento próximos a valores usualmente associados a alguns aços em temperas específicas
Alongamento	≥15%	6–10%	Ductilidade reduzida nos estados ao pico; modo de fratura torna-se mais transgranular/intergranular dependendo do envelhecimento
Dureza (HB)	~60–90 HB	~150–180 HB	Dureza correlacionada com fração volumétrica e distribuição de precipitados

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	~2,78–2,81 g/cm³	Levemente superior a alguns alumínios de baixa liga, mas ainda baixa considerando alta resistência
Faixa de Fusão	~475–635 °C (faixa solidus/liquidus típica para Al–Zn–Mg–Cu)	Solidus/liquidus exatos dependem da composição e elementos menores
Condutividade Térmica	~120–150 W/m·K (a 20 °C, valor típico da liga)	Inferior ao alumínio puro devido a dispersão por elementos de liga; varia com tempera e composição
Condutividade Elétrica	~30–45 %IACS	Elemento de liga reduz a condutividade relativa ao alumínio puro
Calor Específico	~0,88–0,90 J/g·K	Semelhante a outras ligas de alumínio
Coeficiente de Dilatação Térmica	~23–25 ×10⁻⁶ /K	Comparável a outras ligas de alumínio forjado; projete para incompatibilidade térmica com compósitos/ aço

As propriedades físicas do 7068 são geralmente similares a outras ligas de alumínio de alta resistência; a liga mantém a densidade e o calor específico favoráveis do alumínio enquanto sacrifica alguma condutividade térmica e elétrica devido ao elevado teor de solutos. A dilatação térmica e a condutividade devem ser consideradas em aplicações de gerenciamento térmico e união, sobretudo quando combinadas com materiais diferentes.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Estado de Tratamento Térmico Comum	Observações
Chapa	0,5–6 mm típico; até ~12 mm	Chapas finas atingem propriedades de pico de forma mais uniforme	T6, T651, O	Usada para painéis altamente solicitados e peças usinadas após envelhecimento
Placa	6–100+ mm	Placas grossas são sensíveis à têmpera; podem apresentar propriedades de pico reduzidas, a menos que o processo seja controlado	Variantes T6/T7; T651 para alívio de tensões	Frequentemente requer tratamento térmico especializado e dispositivos para têmpera
Extrusão	Seções transversais variáveis	Seções extrudadas podem atingir altas propriedades se tratadas por solubilização e envelhecidas	T6/T651	Perfis complexos usados para elementos estruturais e fixadores
Tubo	Diâmetro externo/interno variável	Espessura da parede influencia a resposta à têmpera e ao envelhecimento	T6/T651	Usado em tubos estruturais sensíveis ao peso; requer cuidado em soldagem e união
Barra/Tala	Diâmetros de até vários polegadas	Matéria-prima em barra pode ser produzida e endurecida por envelhecimento para alta resistência	T6, T651	Comum para fixadores, pinos e componentes usinados de alta resistência

Formas forjadas diferem em têmpera e comportamento de tensões residuais. Itens finos são mais fáceis de tratar termicamente para propriedades máximas; placas grossas e seções grandes requerem têmpera controlada ou tratamentos térmicos modificados (T7 ou envelhecimento multiestágio) para evitar subenvelhecimento prolongado no centro e reduzir distorções. Extrusões e forjas são frequentemente submetidas a tratamento por solubilização após conformação para produzir um estado homogêneo de precipitação.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	7068	EUA	Designação principal para esta liga de alta resistência nas associações de alumínio
EN AW	7068	Europa	Frequentemente referenciada como EN AW-7068 com composição semelhante; podem existir diferenças nos teores máximos de impurezas
JIS	A7068 (aprox.)	Japão	Normas locais podem apresentar químicas similares sob designações e especificações de tratamento térmico diferentes
GB/T	7068	China	Variantes padronizadas chinesas existem; composições exatas e garantias de propriedades mecânicas podem variar

Normas e designações são amplamente similares, mas práticas de fabricação e ensaio diferem entre regiões. Diferenças menores nos níveis máximos de impurezas, adições microaleantes e procedimentos de qualificação podem causar variações nas propriedades e no comportamento à fratura — engenheiros devem verificar folhas de especificação e certificados de conformidade para componentes críticos para assegurar intercambialidade.

Resistência à Corrosão

7068 é uma liga Al–Zn–Mg–Cu e herda a sensibilidade da família para corrosão localizada em ambientes com cloretos. Em condições atmosféricas com baixa exposição a cloretos, 7068 devidamente envelhecida ou tratada superficialmente apresenta desempenho aceitável; porém, material T6 nu pode ser suscetível a corrosão por pite e ataque intergranular, especialmente em locais submetidos a tensões.

Em ambientes marinhos ou com alto teor de cloretos, 7068 requer revestimentos protetores, anodização ou seleção de um estado de tratamento térmico envelhecido (estilo T7) para melhorar resistência à corrosão. Mesmo assim, normalmente apresenta desempenho inferior em comparação com ligas da série 5xxx contendo magnésio para uso marinho e aços inoxidáveis em serviço de imersão prolongada ou zona de respingos sem proteção robusta.

Trincas por corrosão sob tensão são preocupação para ligas Al–Zn–Mg de alta resistência. Estados T6 pico apresentam maior suscetibilidade a SCC; envelhecimento excessivo e dispersoides microaleantes reduzem a suscetibilidade, mas com perda de resistência máxima. Associação galvânica com materiais catódicos (cobre, aço inoxidável) acelera ataque local; associações com aço devem ser isoladas e o projeto deve evitar frestas e acúmulo de sais.

Comparado com outras famílias de ligas, 7068 troca desempenho à corrosão por resistência: normalmente supera as ligas da série 6xxx em resistência, porém é geralmente menos resistente à corrosão que muitas ligas da série 5xxx e certas da série 3xxx usadas em aplicações marítimas. Seleção adequada do tratamento térmico e proteção superficial são alavancas essenciais no projeto.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

Soldar 7068 é desafiador devido ao amolecimento da zona termicamente afetada (ZTA) e significativa perda de resistência na zona de fusão; a microestrutura endurecida por precipitação é prejudicada pelo aporte térmico. Soldagem TIG e MIG podem ser realizados para juntas não críticas e localizadas com procedimentos de baixa geração de calor, mas o tratamento térmico pós-soldagem nem sempre restaura as propriedades do metal-base em estruturas grandes. Se a soldagem for necessária, recomendam-se ligas de adição compatíveis projetadas para resistência e resistência a SCC (ex.: ligas especiais Al‑Zn‑Mg ou ligas Al‑Si de menor resistência) e procedimentos que minimizem aporte térmico.

Usinabilidade

A usinabilidade do 7068 em tratamento térmico pico é geralmente boa comparada com aços de alta resistência devido à menor densidade e bom comportamento de quebra de cavaco, mas a alta dureza aumenta o desgaste das ferramentas. Ferramentas de carboneto, geometria de ângulo positivo e usinagem em alta velocidade com abundante fluido de corte produzem os melhores resultados. A usinagem em estado mais macio (O) antes do envelhecimento final é prática comum para reduzir desgaste de ferramentas e distorção em operações complexas.

Formabilidade

Conformação é melhor realizada em estado recozido (O) ou estados macios; material T6/T651 apresenta formabilidade a frio limitada e maior retorno elástico (springback). Raios de dobra devem ser conservadores (ex.: múltiplos maiores que a espessura) nos estados pico para evitar fissuras em concentradores de tensão. Quando é necessária conformação significativa, realize operações em condição recozida seguida de tratamento por solubilização e envelhecimento artificial para se obter resistência final.

Comportamento ao Tratamento Térmico

Como liga endurecível por tratamento térmico, 7068 segue a metalurgia clássica de endurecimento por precipitação. O tratamento por solubilização é tipicamente realizado em temperaturas na faixa necessária para dissolver elementos de liga em solução sólida (comumente ~470–500 °C dependendo do tamanho da seção e práticas do forno), seguido de têmpera rápida para manter solução sólida supersaturada. Envelhecimento artificial (ex.: envelhecimento T6) é comumente realizado em temperaturas entre 120–160 °C por tempos ajustados para alcançar dureza e resistência máximas; tempos variam conforme o tamanho da seção e tolerância a envelhecimento excessivo.

Envelhecimento excessivo para produzir estados T7 envolve temperaturas de envelhecimento mais altas ou tempos maiores para coarsening (engrossamento) de precipitados; isto reduz a resistência máxima enquanto melhora a resistência a trincas por corrosão sob tensão (SCC) e tenacidade à fratura. A designação T651 indica operação controlada de estiramento ou retificação após têmpera para reduzir tensões residuais e distorção. Devido à sensibilidade à têmpera, seções grossas podem exigir ciclos modificados ou protocolos de têmpera interrompida e uso de dispersoides microaleantes (Zr, Ti) para reduzir dependência do tratamento térmico recuperável.

Desempenho em Alta Temperatura

7068 mantém resistência elevada relativa a alumínios com menor liga em temperaturas elevadas moderadas, mas ocorre redução significativa da resistência conforme a temperatura se aproxima ou ultrapassa ~120–150 °C. Exposição prolongada acima de ~100–120 °C leva a evolução microestrutural (coarsening dos precipitados endurecedores) e perda mensurável do limite de escoamento e dureza; limites de serviço são normalmente estabelecidos bem abaixo dessas temperaturas para aplicações críticas em carga.

A oxidação é mínima comparada a ligas ferrosas, mas exposição a temperatura elevada pode alterar características da camada de óxido superficial e influenciar resistência à corrosão. Em juntas soldadas, regiões da ZTA são especialmente vulneráveis; amolecimento local e dissolução/reprecipitação de precipitados reduzem a capacidade local de carga e contribuem para fluência ou ruptura sob tensão sustentada em alta temperatura.

Aplicações

Setor	Componente Exemplo	Por que usar 7068
Aeroespacial	Fittings estruturais e pinos de alta carga	Excepcional relação resistência/peso e alto limite de escoamento permitem projetos leves
Defesa / Armamento	Receivers, portadores de ferrolho, componentes de alta resistência	Alta resistência estática e usinabilidade para peças de precisão
Motorsport / Automotivo	Links de suspensão, conectores de gaiolas de proteção	Alta resistência permite componentes mais leves sob cargas dinâmicas
Artigos Esportivos	Quadros de bicicletas de alto desempenho, ferragens	Redução de peso competitiva com alta rigidez
Eletrônica	Estruturas e suportes	Alta rigidez/peso e usinabilidade para montagens compactas

7068 é selecionado para aplicações onde resistência máxima e elevado limite de escoamento permitem projetos mais leves e rígidos e onde a cadeia de suprimentos da fabricação pode suportar tratamento térmico controlado e acabamento protetor. A liga é mais atraente onde a economia de peso se traduz em ganho de desempenho ou eficiência de combustível, e onde revestimentos protetores ou escolhas de projeto mitigam riscos de corrosão e fadiga.

Insights para Seleção

Ao selecionar 7068, priorize para projetos que exijam o máximo limite de escoamento e resistência à tração possível em alumínio forjado, e quando processos de projeto e fabricação possam acomodar tratamento térmico controlado e acabamentos protetores. Espere custo de material maior e requisitos de manuseio mais rigorosos do que ligas de alumínio comuns.

Comparado com o alumínio comercialmente puro (1100), o 7068 troca condutividade elétrica e térmica e conformabilidade à temperatura ambiente por um aumento múltiplo na resistência e rigidez; escolha o 7068 quando o desempenho estrutural for o principal fator. Em relação às ligas endurecidas por trabalho, como 3003 ou 5052, o 7068 oferece resistência estática muito maior, porém geralmente apresenta resistência intrínseca à corrosão inferior em ambientes cloretados e menor conformabilidade a frio. Comparado com ligas tratáveis termicamente comuns, como 6061 ou 6063, o 7068 supera substancialmente essas em limite de escoamento e resistência à tração; selecione o 7068 quando a maior resistência justificar o custo adicional e quando as restrições de soldagem/junção puderem ser gerenciadas.

Resumo Final

O 7068 permanece relevante quando é necessária a mais alta resistência prática em um alumínio forjado e quando projetos sensíveis ao peso se beneficiam da relação resistência/peso aprimorada. Sua química especializada e resposta ao tratamento térmico permitem soluções estruturais não alcançáveis com ligas de menor resistência, desde que estratégias de projeto, fabricação e proteção contra corrosão sejam aplicadas para mitigar as sensibilidades da liga.