Alumínio 7071: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

7071 é um membro da série 7xxx de ligas de alumínio, uma família caracterizada pelo zinco como principal elemento de liga, complementado por magnésio e cobre para obter resistência muito alta. Como outras ligas 7xxx, o 7071 é principalmente uma liga de alumínio tratável termicamente que obtém sua resistência por meio de tratamento térmico por solubilização seguido de têmpera e envelhecimento artificial para precipitar fases de endurecimento finas e dispersas.

Os principais elementos de liga no 7071 são zinco (Zn), magnésio (Mg) e cobre (Cu), com adições traço de cromo (Cr) ou zircônio (Zr) para controlar a estrutura do grão e a recristalização durante o processamento. Esses elementos combinam-se para fornecer ao 7071 uma alta relação resistência-peso, resistência moderada à fadiga e usinabilidade razoável, enquanto normalmente sacrificam alguma conformabilidade e soldabilidade em comparação com famílias mais macias de alumínio.

Características-chave do 7071 incluem resistência à tração e limite de escoamento máximos que o colocam entre as ligas de alumínio de alta resistência, resistência moderada a baixa à corrosão atmosférica em relação às séries 5xxx e 6xxx, e soldabilidade limitada nos tratamentos térmicos em pico devido ao amolecimento da zona afetada pelo calor (ZAC) e risco de trincas. Indústrias típicas que utilizam o 7071 incluem aeroespacial, automotiva de alto desempenho, defesa e artigos esportivos especiais onde alta resistência e rigidez específicas são priorizadas.

Engenheiros escolhem o 7071 ao invés de outras ligas quando a aplicação exige alta resistência estática e rigidez com controle dimensional rigoroso, e onde o usinamento localizado ou a conformação em ritmo elevado são mínimos. A liga é selecionada em relação aos aços quando a economia de peso é crítica e em relação a graus inferiores de alumínio quando são necessários maiores esforços admissíveis ou seções transversais reduzidas.

Variantes de Tratamento Térmico

Tratamento	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Condição totalmente recozida; máxima ductilidade para conformação
H14	Moderado	Moderado	Bom	Bom	Endurecido por deformação; rendimento melhorado em relação ao O com conformabilidade a frio limitada
T5	Alto	Moderado	Regular	Limitada	Resfriado após trabalho a quente e envelhecido artificialmente; comumente usado para extrusões
T6	Muito Alto	Baixo a Moderado	Limitado	Ruim (aumenta risco de trincas)	Tratado termicamente por solubilização e envelhecido artificialmente ao pico; maior resistência em uso comum
T651	Muito Alto	Baixo a Moderado	Limitado	Ruim	T6 com alívio de tensões por alongamento; mantém alta resistência com redução de tensões residuais
T73	Alto (sobreenvelhecido)	Melhorado	Melhorado	Melhor que T6	Tratamento sobreenvelhecido para melhorar resistência à trinca sob corrosão por tensão (SCC) em detrimento da resistência máxima
T76	Moderado a Alto	Moderado	Melhor	Melhor	Sobreenvelhecimento controlado para balancear força e resistência à corrosão sob tensão

O tratamento térmico tem efeito de primeira ordem no desempenho do 7071: o tratamento por solubilização e envelhecimento (tratamentos T) controla o tamanho e a distribuição dos precipitados Zn–Mg–Cu, que determinam diretamente o limite de escoamento e a resistência à tração. Tratamentos sobreenvelhecidos (T73/T76) sacrificam a resistência máxima para melhorar a resistência à trinca sob corrosão por tensão e a tenacidade, enquanto os tratamentos O e H fornecem a ductilidade necessária para operações de conformação.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	máx. 0,10	Silício em nível de impureza; minimiza fases de baixo ponto de fusão
Fe	máx. 0,50	Ferro é um elemento residual; pode formar intermetálicos que afetam a tenacidade
Mn	máx. 0,10	Menor; controla estrutura do grão quando presente
Mg	2,0 – 2,8	Parceiro principal de endurecimento com Zn; forma precipitados MgZn2 com Zn
Cu	1,0 – 2,0	Aumenta resistência e dureza, mas pode reduzir resistência à corrosão
Zn	5,5 – 7,0	Elemento primário de resistência na série 7xxx; crítico para endurecimento por precipitação
Cr	0,04 – 0,20	Micro-liga para controlar recristalização e tamanho de grão
Ti	0,02 – 0,10	Refinador de grão adicionado em produtos fundidos ou forjados
Outros	Equilíbrio Al com traços	Inclui resíduos (V, Zr) e elementos micro-ligantes deliberados

O zinco e o magnésio formam a fase principal de endurecimento por precipitação (MgZn2), com o cobre modificando a química e a cinética dos precipitados para melhorar a resistência máxima. O cromo e os elementos menores fixam os contornos de grão e suprimem a recristalização descontrolada durante o processamento termomecânico, melhorando a tenacidade à fratura e a estabilidade durante o envelhecimento.

Propriedades Mecânicas

O comportamento à tração do 7071 é caracterizado por alta resistência última à tração e limite de escoamento correspondente elevado quando nos tratamentos em pico. A liga apresenta alongamento uniforme relativamente baixo nos tratamentos T6/T651 e uma redução na ductilidade em comparação com ligas de alumínio mais macias; nos tratamentos recozidos e H o alongamento é significativamente maior e a conformação é viável. A dureza segue o mesmo padrão: baixa no O, aumentando dramaticamente após a solubilização e envelhecimento artificial.

O comportamento à fadiga do 7071 é bom para uma liga de alumínio de alta resistência, mas sensível ao acabamento superficial, tensões residuais e presença de corrosão ou danos. Seções mais finas podem geralmente ser envelhecidas para dureza mais elevada e uniforme, porém efeitos de espessura na taxa de têmpera durante o tratamento de solubilização influenciam a resistência alcançável e podem exigir ciclos de envelhecimento modificados para seções espessas. A relação limite de escoamento/resistência à tração é tipicamente menor que a dos aços, mas favorável entre as ligas de alumínio utilizadas em aplicações estruturais.

O modo de fratura depende do tratamento térmico e do processamento: partículas intermetálicas grosseiras atuam como sítios de iniciação de trincas sob carregamento cíclico, enquanto tratamentos sobreenvelhecidos podem melhorar a resistência ao crescimento de trincas de fadiga e à trinca sob corrosão por tensão (SCC). Controle do conteúdo de inclusões, controle rigoroso do processo durante o tratamento térmico e tratamentos superficiais são frequentemente necessários para obter desempenho consistente de longa vida em aplicações críticas.

Propriedade	O/Recozido	Tratamento Chave (T6/T651)	Observações
Resistência à Tração	220–280 MPa	540–610 MPa	T6 fornece resistência máxima; faixa depende da espessura da seção e cronograma de envelhecimento
Limite de Escoamento	95–150 MPa	480–540 MPa	Aumento grande no envelhecimento; limite dependente da distribuição dos precipitados
Alongamento	12–20%	6–12%	Alongamento reduzido marcadamente nos tratamentos em pico
Dureza (Brinell)	35–70 HB	145–185 HB	Dureza correlaciona-se com o estado de precipitação e homogeneidade microestrutural

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,78 g/cm³	Típica para ligas Al–Zn–Mg–Cu de alta resistência; excelente relação resistência específica
Faixa de Fusão	~477–635 °C	Grande faixa de fusão devido à liga; cuidado com eutéticos de baixo ponto durante soldagem
Condutividade Térmica	~120–140 W/m·K (25 °C)	Inferior ao alumínio puro, porém adequada para muitas aplicações de gestão térmica
Condutividade Elétrica	~30–40 %IACS	Inferior a grades de alumínio com menor teor de liga; condutividade reduz após envelhecimento
Calor Específico	~0,90 J/g·K	Próximo ao valor típico do alumínio base
Coeficiente de Dilatação Térmica	23,0–24,5 µm/m·K (20–100 °C)	Coeficiente moderado; compensação de projeto necessária ao unir com materiais diferentes

O 7071 apresenta comportamento térmico e elétrico típico das ligas 7xxx de alta resistência: condutividade térmica e elétrica reduzidas em relação a graus mais puros de alumínio devido ao alto teor de liga. A vantagem de densidade continua sendo o principal fator; as relações resistência-peso são favoráveis para projetos estruturais onde a redução de massa é crítica.

As janelas de tratamento térmico são restritas pelos compostos de baixo ponto de fusão formados por elementos residuais; operações de fabricação como soldagem, brasagem e aquecimento local devem ser controladas para evitar fusão incipiente e alterações microestruturais prejudiciais. A dilatação térmica é similar a outras ligas forjadas, de modo que devem ser consideradas as deformações térmicas diferenciais ao montar com compósitos ou aços.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento Mecânico	Temperas Comuns	Observações
Chapa	0,2 mm – 6 mm	Espessura fina permite envelhecimento mais uniforme	O, H14, T6, T73	Usada onde se necessita alta resistência em espessura fina; controle rigoroso de defeitos de superfície
Placa	6 mm – 100 mm	Seções grossas apresentam sensibilidade à têmpera; pode ser necessário T73	T6, T651, T73	Placas mais espessas podem não atingir plena resistência T6 sem processos modificados
Extrusão	Perfis com vários metros de comprimento	Boas propriedades direcionais; endurecível por envelhecimento	T5, T6	Perfis extrudados usados em elementos estruturais de alta resistência
Tubo	Ø pequeno a grande, parede dependente	Comportamento semelhante a barras/extrusões	T6, T651	Tubos soldados ou estirados requerem tratamento térmico controlado para evitar distorção
Barra/Haste	Diâmetros até 200 mm	Homogeneidade crítica; altos esforços residuais se trabalhadas a frio	O, T6	Barras usadas para componentes usinados e fixadores

As chapas são normalmente produzidas com acabamentos superficiais e controle de temperas adequados para usinagem secundária e conformação; placas requerem tratamentos térmicos para seções mais espessas e frequentemente utilizam T73 para mitigar tensões residuais e trincas. Extrusões e tubos beneficiam-se das rotas T5/T6 para estabilidade dimensional e alta resistência; contudo, perfis longos necessitam de resfriamento consistente para evitar gradientes de propriedades. Barras e forjados são comumente têmpera-solucionados e envelhecidos artificialmente ou estabilizados mecanicamente (T651) para usinagem de precisão e uso estrutural.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	7071	EUA	Designação proprietária dentro da família 7xxx; verificar certificações da usina para composição exata
EN AW	7071	Europa	EN AW-7071 pode ser referenciado; especificações europeias variam nos limites de elementos-traço
JIS	A7071	Japão	Designação japonesa às vezes usada para ligas Zn–Mg–Cu similares; comparar dados de tração/limite de escoamento
GB/T	7071	China	Normas chinesas fornecem químicas locais e práticas de processamento; conferir intercambialidade

A listagem de graus equivalentes para 7071 é indicativa: devido à variação nas proporções Zn/Mg/Cu e microaligações entre ligas 7xxx, a intercambialidade direta entre regiões exige verificação tanto da composição química quanto das propriedades mecânicas mandatórias. As especificações podem diferir em impurezas permitidas, procedimentos de tratamento térmico e requisitos de ensaio, portanto é essencial consultar certificados da usina e relatórios de ensaios mecânicos antes da substituição.

Resistência à Corrosão

A resistência à corrosão atmosférica do 7071 é moderada; o alto teor de zinco e cobre reduz a resistência natural à corrosão comparado às ligas das séries 5xxx e 6xxx. Em atmosferas típicas, a liga forma uma película de óxido, mas pites e ataques intergranulares são mais prováveis em ambientes ricos em cloretos ou industriais, a menos que sejam usados revestimentos protetores ou temperas apropriadas (e.g., T73).

Em ambientes marítimos, 7071 é menos resistente que ligas 5xxx (ricas em Mg) e certas ligas 6xxx revestidas; exposição prolongada, zonas de respingo e spray salino aceleram a corrosão localizada, podendo causar fragilização ou perda de seção. Compensações para corrosão ou revestimentos sacrificialmente protetores são usualmente empregados para serviço marinho de longo prazo, e o uso de temperas sobremaduras melhora a resistência à trinca por corrosão sob tensão (SCC).

Trincas por corrosão sob tensão são um risco conhecido para ligas 7xxx de alta resistência, especialmente em condições de pico de envelhecimento com altos esforços residuais de tração e em ambientes contendo cloretos ou substâncias cáusticas. O sobrematuramento (T73/T76) e o controle rigoroso de tensões residuais por estiramento ou recozimento atenuam a suscetibilidade à SCC. Ao unir metais galvânicamente distintos, 7071 tende a ser anódico em relação aos aços inoxidáveis, mas catódico frente a metais nobres; revestimentos isolantes ou fixadores isolantes são comumente usados para prevenir degradação galvânica.

Comparado com outras famílias de ligas, o 7071 oferece maior resistência à custa da robustez contra corrosão; projetistas frequentemente optam pela série 6xxx quando a corrosão e a soldabilidade são prioritárias, ou pela série 5xxx para desempenho marinho superior com resistência menor.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

Soldar o 7071 em temperas de pico é desafiador: soldas TIG e MIG frequentemente apresentam amolecimento da zona termicamente afetada (ZTA), perda de resistência e maior suscetibilidade a fissuração a quente e a frio devido à presença de fases de baixa temperatura de fusão nos contornos de grão. A prática recomendada é evitar soldagem em locais de esforço crítico ou aplicar tratamentos térmicos pré e pós-solda sempre que possível; o uso de ligas de enchimento que correspondam às propriedades mecânicas alvo e com fases de fusão mais elevadas pode reduzir o risco de fissuração a quente. Técnicas de soldagem por resistência e fixação mecânica são muitas vezes preferidas quando a integridade estrutural deve ser preservada.

Usinabilidade

7071 tem usinabilidade de regular a boa para uma liga de alumínio de alta resistência; usina mais facilmente que aços, porém requer conjuntos rígidos, ferramentas de carboneto afiadas e parâmetros otimizados de avanço/velocidade para evitar acúmulo de arestas e vibrações. Velocidades de corte são tipicamente maiores do que para aços, mas inferiores às de alumínios mais macios; lubrificação e evacuação eficiente de cavacos são importantes pois a liga produz cavacos resistentes, às vezes filamentosos. A vida útil da ferramenta pode ser reduzida pela alta dureza em estados T6, portanto desbastes em temperas mais macias ou condições estabilizadas T651 são práticas comuns.

Conformabilidade

A conformabilidade a frio do 7071 é limitada em temperas envelhecidas devido à baixa ductilidade e limite de escoamento elevado; raios mínimos de dobra são maiores do que para ligas 5xxx ou 3xxx, e o retorno elástico é significativo. A conformação é melhor realizada nos estados O ou H, ou por processos de conformação a quente que permitam tratamento de solubilização e envelhecimento subsequentes para restaurar resistência. Estampagem profunda e estampo severo são geralmente evitados em T6; projetistas utilizam temperas sobreamaduradas (e.g., T73) ou estratégias segmentadas de conformação para combinar conformação com ciclos finais de envelhecimento.

Comportamento ao Tratamento Térmico

7071 é tratável termicamente pela clássica sequência têmpera-solucaoamento-envelhecimento. A temperatura de solubilização normalmente situa-se entre 470–480 °C para dissolver Zn e Mg em solução sólida supersaturada, seguida por têmpera rápida para manter o soluto em estado supersaturado. O envelhecimento artificial (e.g., T6: ~120–135 °C por 24 horas, dependendo das características da liga) precipita fases finas metastáveis que maximizam a resistência; perfis de envelhecimento devem ser ajustados conforme a espessura da seção e taxa inicial de têmpera.

Tratamentos de sobrematuração (T73/T76) utilizam ciclos de envelhecimento de maior temperatura ou duração para coarsening de precipitados e redução de tensões residuais e sensibilidade à SCC, aceitando redução da resistência máxima. T651 compreende solubilização, têmpera e estiramento controlado para alívio de tensões residuais, seguido de envelhecimento para alcançar resistência próxima à T6 com melhor estabilidade dimensional.

Para variantes não tratáveis termicamente ou para formabilidade temporária, o encruamento a frio (temperas H) é usado para aumentar o limite de escoamento sem envelhecimento. O recozimento retorna a liga ao estado O com recristalização e recuperação da ductilidade; entretanto, múltiplos ciclos completos de solubilização são requeridos para restabelecer plenamente o endurecimento por precipitação após o recozimento.

Desempenho em Alta Temperatura

7071 perde resistência com o aumento da temperatura, com limites práticos de serviço geralmente abaixo de 150 °C para aplicações estruturais onde retenção significativa de resistência é necessária. Temperaturas elevadas aceleram o coarsening de precipitados, reduzindo limites de escoamento e resistência à tração, além de degradar a resistência à fadiga e fluência em comparação com propriedades à temperatura ambiente.

A oxidação superficial não é severa para exposições de curto prazo, mas serviço prolongado em alta temperatura pode levar ao coarsening intermetálico e enfraquecimento dos contornos de grão que aumentam a suscetibilidade à fluência e falhas intergranulares. A zona termicamente afetada da solda é particularmente vulnerável a amolecimento e fragilização quando exposta a temperaturas elevadas; projetos que requerem resistência ao calor ou estabilidade em alta temperatura tipicamente especificam ligas alternativas ou aplicam barreiras térmicas protetoras.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o 7071 é Usado
Aeroespacial	Fixadores estruturais, estruturas de anteparas	Alta relação resistência/peso e boa usinabilidade para peças de geometria crítica
Automotiva	Suportes de chassis de alta performance, componentes de suspensão	Permite redução de peso com alta resistência estática
Marítima	Elementos estruturais de alta resistência, fixadores	Usado onde a resistência é necessária e a corrosão pode ser mitigada com revestimentos
Eletrônica	Invólucros dissipadores de calor, estruturas rígidas	Combinação de rigidez e condutividade térmica para conjuntos compactos

7071 é frequentemente selecionado para peças usinadas de precisão onde a combinação de alta resistência, estabilidade dimensional e propriedades aceitáveis de fadiga permite redução de seções e economia de peso. Onde a proteção anticorrosiva pode ser projetada e soldas minimizadas, o 7071 proporciona desempenho difícil de igualar com graus de alumínio de resistência inferior.

Informações para Seleção

Para engenheiros que estão escolhendo um material, prefira 7071 quando alta resistência específica e rigidez forem os principais requisitos e quando o pós-processamento (usinagem, tratamento térmico) puder ser rigidamente controlado. Utilize T6/T651 para máxima resistência estática, e selecione T73/T76 quando for necessária resistência a trincas por corrosão sob tensão, apesar de alguma perda na resistência máxima.

Comparado com alumínio comercialmente puro (1100), o 7071 sacrifica condutividade elétrica e térmica, bem como conformabilidade, em troca de resistência à tração e limite de escoamento muito superiores. Comparado com ligas endurecidas por trabalho como 3003 ou 5052, o 7071 oferece resistência estática substancialmente maior, mas normalmente com resistência à corrosão e soldabilidade reduzidas; escolha 7071 quando o desempenho estrutural for prioritário em relação à conformação e durabilidade superficial. Comparado com ligas 6xxx tratáveis termicamente, como 6061/6063, o 7071 proporciona maior resistência máxima em densidades comparáveis, mas pode ser mais sensível à SCC e à soldagem; o 7071 é selecionado quando a relação resistência-peso é o critério decisivo e quando medidas protetivas adequadas contra corrosão e processos de união estão implementadas.

Resumo Final

O 7071 continua relevante como um membro de alto desempenho da família 7xxx para aplicações que exigem elevada resistência e rigidez com baixa massa, especialmente quando usinagem e tratamento térmico controlado fazem parte do fluxo de fabricação. Seu uso requer mitigação consciente das limitações relativas à corrosão, soldagem e conformação, mas quando especificado corretamente, o 7071 possibilita projetos otimizados e leves para os setores aeroespacial, automotivo e de engenharia especializada.