Alumínio 7077: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

A liga 7077 é membro da série 7xxx de ligas de alumínio, uma família principalmente fortalecida pelo zinco com contribuições significativas de magnésio e cobre. Ela pertence à classe de ligas Al-Zn-Mg-Cu endurecíveis por precipitação e tratáveis termicamente, desenvolvidas para fornecer alta resistência combinada com tenacidade razoável para aplicações estruturais exigentes.

A principal estratégia de liga no 7077 é o envelhecimento (tratamento térmico em solução, têmpera e envelhecimento artificial) que produz uma dispersão fina de zonas Guinier-Preston e precipitados do tipo eta (MgZn2). Elementos microaleantes e processamento térmico/mecânico controlado são usados para otimizar a tenacidade e a resistência à fissuração, elevando a resistência à tração e ao escoamento acima de muitas ligas concorrentes.

Características principais do 7077 incluem resistência estática muito alta, boa resistência à fadiga quando processado adequadamente, e resistência à corrosão moderada que pode ser aprimorada pela seleção do revenimento e tratamentos superficiais. Sua soldabilidade e conformabilidade a frio são limitadas em comparação com ligas de alumínio mais macias, portanto geralmente é usado onde a relação resistência-peso é o principal fator de projeto em aeroespacial, defesa, automotivo de alta performance e estruturas industriais especiais.

Engenheiros escolhem o 7077 quando são requeridos pico de resistência e desempenho à fadiga em seções finas ou forjados e quando a redução de peso justifica maior custo de material e processamento. É selecionado sobre ligas da série 6xxx quando são essenciais maior resistência estática e à fadiga, e em alguns casos sobre o 7075 onde são necessárias químicas personalizadas ou melhor equilíbrio entre SCC e fadiga.

Variantes de Revenimento

Revenimento	Nível de Resistência	Alongamento	Formabilidade	Soldabilidade	Notas
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Condicão completamente recozida para conformação e usinagem
H14	Médio	Moderado	Regular	Ruim	Endurecido por deformação, não tratado termicamente; uso limitado para ligas 7xxx
T5	Alto	Baixo–Moderado	Limitada	Ruim	Resfriado após conformação a alta temperatura e envelhecido artificialmente
T6	Alto	Baixo	Limitada	Ruim	Tratado termicamente em solução e envelhecido artificialmente; revenimento de alta resistência comum
T651	Alto	Baixo	Limitada	Ruim	T6 com alongamento para alívio de tensões; comum para forjados aeroespaciais
T7651 / T77x	Alto	Baixo–Moderado	Limitada	Ruim	Revenimentos sobreenvelhecidos ou especialmente envelhecidos para melhorar SCC e tenacidade à fratura

O revenimento impacta principalmente a resistência, ductilidade e o estado de tensões residuais do 7077. Os revenimentos recozidos (O) proporcionam melhor formabilidade para estampagem e conformação profunda, enquanto T6/T651 entregam as maiores resistências estáticas em detrimento do alongamento e da conformabilidade a frio.

Revenimentos envelhecidos e sobreenvelhecidos (ex.: T7651) são frequentemente especificados onde resistência à trinca por corrosão sob tensão (SCC) e tenacidade à fratura são críticas, abrindo mão de parte do pico de resistência ao escoamento e tração. A soldagem geralmente é prejudicial aos revenimentos endurecidos pela precipitação, pois a zona termicamente afetada (ZTA) amolece a menos que sejam usados processos de soldagem especializados e tratamentos pós-solda.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Notas
Si	máx. 0,10	Impureza típica que influencia características de fundição e estrutura de grãos
Fe	máx. 0,30	Impureza que forma intermetálicos e pode reduzir ductilidade
Mn	máx. 0,05	Microaleação para controle da estrutura de grãos e melhoria da tenacidade
Mg	2,0–3,5	Elemento principal de endurecimento que forma precipitados MgZn2 com Zn
Cu	1,2–2,2	Aumenta a resistência, mas eleva suscetibilidade à corrosão e SCC
Zn	5,5–8,5	Elemento principal de endurecimento; governa o pico de envelhecimento
Cr	0,05–0,25	Microaleação para controle da recristalização e refino de grãos
Ti	0,02–0,10	Refinador de grãos para melhoria da estrutura do lingote e fundido
Outros	Equilíbrio / traços	Adições traço (ex.: Zr, Ni) podem ser usadas para ajuste de propriedades

A química da liga 7077 a posiciona entre as ligas de endurecimento por precipitação ricas em Zn, Mg e Cu, onde as concentrações de Zn e Mg definem as resistências máximas alcançáveis por precipitação controlada das fases Mg-Zn. O cobre aumenta a resistência e compensa parte da perda de ductilidade, mas também tende a aumentar a suscetibilidade à corrosão localizada e SCC se não mitigado por revenimento e microaleação.

Adições menores como Cr, Ti, Zr e outros microaleantes são usados para controlar a recristalização, o crescimento de grãos durante o processamento termomecânico, e para melhorar a tenacidade à fratura e resistência ao crescimento de trincas por fadiga. As tolerâncias de fabricação e normas nacionais impõem faixas e limites que podem deslocar levemente a resposta de envelhecimento ideal entre fornecedores.

Propriedades Mecânicas

O 7077 apresenta envelope amplo de propriedades mecânicas dependendo do revenimento e processamento, desde material relativamente macio e dútil na condição O até revenimentos T6/T651 de alta resistência e revenimentos sobreenvelhecidos especiais. Sob o processamento T6/T651, resistências à tração comumente excedem 500–650 MPa e limites de escoamento se aproximam de 450–600 MPa, com reduções correspondentes no alongamento uniforme. Material recozido (O) tipicamente apresenta resistência à tração na faixa de 180–300 MPa com alongamentos acima de 10–20%.

A dureza nos revenimentos em pico de envelhecimento é substancialmente maior do que nas condições recozidas; valores típicos de dureza Brinell ou Vickers refletem o estado de precipitação e caem drasticamente na ZTA após soldagem. O desempenho à fadiga do 7077 pode ser excelente se a microestrutura e condição superficial forem controladas; a vida à fadiga é sensível a defeitos superficiais, tensões residuais de tração e características microestruturais relacionadas ao revenimento.

Espessura e fator de forma influenciam as propriedades alcançáveis porque a velocidade de têmpera e tratamento em solução varia com o tamanho da seção, e grãos grosseiros ou gradientes de soluto retidos em seções espessas podem reduzir dureza e resistência máxima. Forjados e chapas espessas requerem tratamentos térmicos e estratégias de têmpera controladas para se aproximar das propriedades obtidas em produtos trefilados mais finos.

Propriedade	O/Recozido	Revenimento Principal (ex.: T6/T651)	Notas
Resistência à Tração	180–300 MPa	520–680 MPa	Faixa ampla dependente do envelhecimento, espessura da seção e processamento do fornecedor
Limite de Escoamento	80–180 MPa	450–600 MPa	O limite é fortemente dependente do revenimento; T651 é amplamente especificado na aeroespacial
Alongamento	12–25%	5–12%	A ductilidade diminui conforme a resistência aumenta; espessura também afeta o alongamento
Dureza	40–70 HB	150–190 HV (~150–180 HB)	A dureza correlaciona com o estado de precipitação e é reduzida na ZTA

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Notas
Densidade	~2,78–2,81 g/cm³	Típica para ligas Al-Zn-Mg-Cu de alta resistência; mais leve que aços
Faixa de Fusão	~500–640 °C	Solidus/liquidus varia conforme a composição; base alumínio funde perto de 660 °C
Condutividade Térmica	~120–160 W/(m·K)	Inferior ao alumínio puro devido à liga; boa para dissipação de calor em relação aos aços
Condutividade Elétrica	~30–45 % IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro comercial pela presença de elementos de liga
Calor Específico	~875–910 J/(kg·K)	Calor específico típico da família de alumínio à temperatura ambiente
Coeficiente de Dilatação Térmica	~23–24 ×10⁻⁶ /K	Coeficiente similar a outras ligas de alumínio; importante para projeto térmico

A densidade e propriedades térmicas tornam o 7077 atrativo onde são exigidos alta resistência específica e condução térmica razoável. A condutividade térmica e calor específico são suficientes para muitas funções estruturais e de gerenciamento térmico, embora a condutividade seja notavelmente inferior ao alumínio quase puro ou às séries de baixa liga.

A condutividade elétrica é reduzida pelo alto teor de liga e deve ser considerada quando são necessários caminhos elétricos; projetistas frequentemente escolhem séries com menor liga para peças críticas em condutividade. A dilatação térmica da liga é similar a outras ligas de alumínio e deve ser acomodada em conjuntos multimateriais para evitar tensões térmicas.

Formas de Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tratamentos Térmicos Comuns	Observações
Chapa	0,5–6,0 mm	Bom desempenho em bitolas finas com envelhecimento adequado	O, T5, T6, T651	Usada para revestimentos aeroespaciais e painéis de alta resistência
Placa	6–150+ mm	Resistência reduzida em placas espessas devido à sensibilidade ao resfriamento	T6, T651, sobrematurado	Seções espessas requerem prática especial de resfriamento e podem ser usadas para forjados
Extrusão	Seções transversais variáveis	Controle das propriedades depende do processo T e do resfriamento	T6, T5	Perfis complexos possíveis, atenção às taxas de resfriamento
Tubo	Parede de 1–25 mm	Comportamento semelhante a chapa quando paredes finas	T6/T651, O	Frequentemente usado em tubos estruturais e aeroespaciais
Barra/Vara	Diâmetros acima de 200 mm	Barras forjadas mantêm boas propriedades na espessura se processadas corretamente	T6, T651	Para conexões estruturais usinadas e componentes de alta resistência

Chapas e extrusões finas podem atingir respostas de envelhecimento próximo ao pico devido às taxas favoráveis de resfriamento, tornando-as adequadas para revestimentos e painéis aeroespaciais. Placas e grandes forjados são mais desafiadores, pois o resfriamento mais lento promove amolecimento local e distribuições heterogêneas de precipitados, exigindo controle rigoroso do processo.

As formas comerciais são selecionadas com base na operação final pretendida: chapa para conformação e trabalhos estruturais leves, placa e barra forjada para conexões de alta carga, e extrusões para componentes estruturais com seções transversais complexas. Cada forma requer tratamento térmico adaptado e possivelmente envelhecimento pós-usinagem para atender às especificações dimensionais e mecânicas.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	7077	USA	Designação Aluminum Association para a família de ligas
EN AW	7077	Europa	EN AW‑7077 comumente usada; tolerâncias químicas e tratamentos térmicos podem variar
JIS	A7077	Japão	Designação JIS; códigos de processamento e tratamentos seguem convenções JIS
GB/T	7077	China	Graus GB/T frequentemente acompanham químicas AA, mas podem ter limites específicos de fornecedor

Normas nacionais e regionais tipicamente adotam a designação 7077, porém tolerâncias químicas, limites de impurezas e definições de tratamento térmico podem variar ligeiramente entre as normas. Para componentes críticos aeroespaciais ou de segurança, os engenheiros devem confirmar a norma exata, certificados de usina e resultados de testes de propriedades mecânicas fornecidos pelo fornecedor.

A referência cruzada deve incluir códigos de tratamentos térmicos e quaisquer notas adicionais de processamento (ex.: T651 vs. T6511), pois pequenas diferenças no estiramento para alívio de tensão, tempos de envelhecimento ou níveis permitidos de impurezas podem impactar significativamente a resistência à SCC, fadiga e tenacidade à fratura.

Resistência à Corrosão

A resistência à corrosão atmosférica do 7077 é moderada e inferior à de muitas ligas das séries 5xxx e 6xxx devido ao alto conteúdo de Zn e Cu, que promovem mecanismos de corrosão localizada. Proteção superficial adequada, como tratamentos de conversão, anodização ou sistemas de pintura, é comumente especificada para ambientes externos ou agressivos a fim de controlar corrosão por picadas e exfoliação.

Em ambientes marinhos ou ricos em cloretos, o 7077 é mais suscetível à corrosão por picadas e trinca por corrosão sob tensão (SCC) do que ligas Al-Mg (5xxx) e algumas 6xxx, a menos que seja usado um tratamento sobrematurado com resistência aprimorada à SCC. Sobrematuração e microaliação personalizada podem reduzir a suscetibilidade à SCC, mas revestimentos protetores e isolamento catódico são frequentemente necessários para serviço prolongado em exposições em água do mar.

A trinca por corrosão sob tensão permanece uma preocupação para ligas de alta resistência da série 7xxx, podendo ser ativada por tensões residuais de tração combinadas com agentes corrosivos; práticas de projeto e fabricação como envelhecimento controlado, alívio de tensões residuais (estiramento) e evitação de tensões superficiais trativas são usadas para mitigar riscos. Interação galvânica com materiais mais nobres (ex.: aço inoxidável) pode acelerar corrosão localizada; interfaces isolantes e seleção adequada de fixadores são recomendadas.

Comparado com as famílias 6xxx e 5xxx, o 7077 troca resistência à corrosão por resistência substancialmente maior e capacidade de fadiga. Engenheiros devem equilibrar tratamentos protetores e seleção de tratamentos térmicos com o desempenho mecânico requerido e expectativas de manutenção durante o ciclo de vida.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem do 7077 por métodos de fusão é desafiadora porque a ZAT (zona afetada pelo calor) sofre amolecimento significativo e a família de ligas é propensa a trincas a quente e perda de resistência nas juntas soldadas. Soldagem convencional TIG/MIG normalmente produz juntas com resistência significativamente reduzida em comparação com o metal base, e práticas recomendadas frequentemente evitam soldagem por fusão para peças estruturais críticas. Soldagem por fricção-agitação e técnicas em estado sólido são preferidas onde a soldagem é necessária, e ligas de enchimento (ex.: certos fillers das séries 5xxx ou 6xxx) são selecionadas para reduzir risco de trinca quente e ajustar comportamento à corrosão.

Usinabilidade

A usinabilidade do 7077 é geralmente boa na condição de pico de envelhecimento graças à sua alta resistência e cavacos estáveis, porém o desgaste de ferramentas pode ser maior que em ligas mais macias devido a abrasivos e maiores forças de corte. Ferramentas de carboneto com geometria de corte positiva e refrigeração abundante são recomendadas para controlar rebarba acumulada e preservar integridade superficial. Velocidades e avanços devem ser selecionados considerando o tratamento térmico, com cortes mais pesados exigindo parâmetros conservadores para evitar vibrações e distorções da peça.

Formabilidade

A formabilidade a frio é limitada nos tratamentos envelhecidos; operações de conformação são melhores realizadas na condição O ou em condições especialmente solubilizadas e parcialmente envelhecidas para evitar fissuras. Raios mínimos típicos recomendados para dobras internas dependem do tratamento e da espessura, mas projetistas devem prever raios maiores que para ligas das séries 5xxx e 3xxx para prevenir fratura. Onde dobras apertadas são requeridas, realizar conformação em condição recozida seguida de tratamento de solubilização e envelhecimento adequados, ou considerar técnicas de conformação incremental e conformação a quente.

Comportamento ao Tratamento Térmico

Como liga tratável termicamente, o 7077 responde ao tratamento de solubilização seguido de resfriamento rápido e envelhecimento artificial controlado para precipitar fases endurecedoras. Temperaturas típicas de solubilização para ligas Al-Zn-Mg-Cu estão na faixa de 470–500 °C, seguidas de têmpera em água, embora temperaturas e tempos exatos dependam do tamanho da seção e recomendações do fornecedor para evitar fusão incipiente ou sobrematuração.

Envelhecimento artificial (estilo T6) utiliza temperaturas intermediárias (ex.: 120–180 °C) por algumas horas para desenvolver resistência máxima, enquanto sobrematuração (estilos T7x) usa temperaturas mais altas ou tempos prolongados para coarsen precipitados e melhorar resistência à SCC e tenacidade às custas da dureza máxima. Transições de tratamento T são usadas para ajustar o equilíbrio entre limite de escoamento, tenacidade e resistência a trincas ambientais; envelhecimento pós-soldagem ou pós-conformação pode restaurar parcialmente propriedades se o resfriamento e envelhecimento forem adequadamente controlados.

Para operações não tratáveis termicamente, como conformação final sem envelhecimento, encruamento não é rota prática para alta resistência no 7077 devido à classe da liga; recozimento para condição O é usado para conformação e usinagem, seguido do tratamento térmico para atingir propriedades de projeto. Controle das taxas de resfriamento e têmpera imediata em água é crítico para seções espessas para evitar zonas amolecidas e microestruturas heterogêneas.

Desempenho em Alta Temperatura

O 7077 perde uma fração significativa de sua resistência à temperatura ambiente conforme a temperatura aumenta; temperaturas de serviço acima de ~120 °C começam a comprometer a estabilidade mecânica de longo prazo e a distribuição de precipitados. Resistência à fluência em temperaturas elevadas é limitada, portanto o 7077 não é recomendado para aplicações de carga sustentada em alta temperatura; exposição térmica pode promover sobrematuração e degradação da resistência.

A oxidação do alumínio é auto-limitante e forma um filme protetor de Al2O3, portanto a corrosão superficial devido à oxidação é tipicamente menor em comparação com outros mecanismos, mas temperaturas elevadas combinadas com tensões podem acelerar danos ambientais. A zona afetada pelo calor de processos em alta temperatura (ex.: soldagem, brasagem) apresenta amolecimento distinto e precipitados coarsened, o que influencia o projeto da peça e requisitos pós-tratamento térmico.

Projetistas devem limitar exposição contínua a temperaturas elevadas e considerar ligas alternativas ou revestimentos protetores quando ambientes de operação se aproximam dos limiares de envelhecimento ou sobrematuração. Para ciclos intermitentes de alta temperatura, tratamentos de re-envelhecimento podem recuperar parcialmente algumas propriedades mecânicas, mas não restaurarão totalmente a microestrutura original em todos os casos.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o 7077 é Usado
Aeroespacial	Fixações estruturais, forjados, longarinas	Alta relação resistência‑peso e bom desempenho à fadiga
Defesa	Componentes de mísseis e veículos lançadores	Resistência, tolerâncias rigorosas e criticidade de peso
Automotivo de Alto Desempenho	Componentes de suspensão, gaiolas de proteção	Redução de massa com alta resistência estática e à fadiga
Industrial / Máquinas	Eixos e barras de alta carga	Usinabilidade para tolerâncias apertadas com alta resistência
Eletrônica / Gestão Térmica	Dispersores térmicos estruturais (limitado)	Condutividade térmica razoável e rigidez

O 7077 é utilizado quando a redução de peso estrutural e alta capacidade de carga são decisivos, particularmente em aplicações aeroespaciais e de defesa onde o custo de fabricação é justificado pelos ganhos de desempenho. Sua combinação de alta resistência estática, resistência à fadiga e capacidade de ser produzido em forjados e peças usinadas com precisão o torna atraente para fixações e componentes altamente solicitados.

Devido à sua soldabilidade limitada e comportamento de corrosão, o 7077 é associado a acabamentos protetores e estratégias de união cuidadosamente controladas, sendo frequentemente especificado quando ligas alternativas não atendem aos requisitos de carga ou fadiga sem penalidade de peso.

Considerações para Seleção

Use o 7077 quando a máxima resistência estática e à fadiga por unidade de peso for o requisito principal e quando a cadeia de suprimentos de fabricação puder fornecer tratamento térmico controlado e proteção superficial. É mais apropriado para forjados estruturais, fixações de alta carga e componentes aeroespaciais de seção fina onde o desempenho justifica o maior custo de material e processamento.

Em comparação com alumínio comercialmente puro (ex.: 1100), o 7077 sacrifica condutividade elétrica e térmica e conformabilidade em troca de resistência dramaticamente maior. Em comparação com ligas encruadas, como 3003 ou 5052, o 7077 oferece resistência muito superior, mas geralmente pior resistência à corrosão e conformabilidade; escolha o 7077 para resistência estrutural, não para facilidade de conformação ou resistência à corrosão marinha sem revestimentos.

Em comparação com ligas comuns tratáveis termicamente como 6061 ou 6063, o 7077 oferece resistência máxima significativamente maior e frequentemente melhor vida à fadiga, porém com fabricação mais desafiadora, maior sensibilidade à corrosão sob tensão (SCC) e custo de material tipicamente mais elevado. Selecione o 7077 quando carga, peso e desempenho à fadiga forem critérios determinantes e quando o projeto puder acomodar limitações específicas ao têmpera.

Resumo Final

A liga 7077 permanece um material de nicho, porém crítico para aplicações estruturais de alto desempenho onde são exigidos excepcional relação resistência‑peso e comportamento de fadiga personalizado. Com seleção cuidadosa da têmpera, controle de processo e proteção anticorrosiva, o 7077 possibilita componentes que seriam impraticáveis com ligas de alumínio de menor resistência, mantendo sua relevância na aeroespacial, defesa e outros domínios de engenharia exigentes.