Alumínio 7175: Composição, Propriedades, Guia de Têmperas e Aplicações

Visão Abrangente

7175 é uma liga de alumínio de alta resistência pertencente à série 7xxx, caracterizada pelo zinco como principal elemento de liga. É projetada principalmente para aplicações aeroespaciais e estruturais de alto desempenho, onde a relação resistência/peso e a resistência à fadiga são críticas.

As principais adições de elementos de liga incluem zinco, magnésio e cobre, com adições traço de cromo, titânio ou zircônio usadas para controlar a estrutura dos grãos e a recristalização. Esses elementos produzem uma microestrutura endurecível por precipitação; o 7175 é uma liga tratável termicamente que atinge sua resistência por meio de tratamento térmico de solubilização, têmpera e envelhecimento artificial para formar precipitados finos do tipo η (MgZn2).

As características principais do 7175 incluem resistência estática muito alta e bom desempenho em fadiga para sua classe, resistência à corrosão intrínseca moderada a baixa em comparação com ligas 5xxx/6xxx, soldabilidade limitada e formabilidade reduzida nos tratamentos térmicos de pico. Indústrias típicas incluem estruturas aeroespaciais primárias e secundárias, equipamentos de defesa e fixações altamente carregadas onde a máxima eficiência estrutural é prioridade. Engenheiros escolhem o 7175 em detrimento de outras ligas quando a resistência máxima à tração e ao escoamento e a resistência ao crescimento de trincas por fadiga superam as demandas por facilidade de união, conformação ou menor custo do material.

Variantes de Tratamento Térmico

Tratamento	Nível de Resistência	Alongamento	Formabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta (20–30%)	Excelente	Excelente	Recozido completo para conformação e alívio de tensões
H112	Moderada	Moderado (10–15%)	Boa	Regular	Endurecido por trabalho a frio, usado para conformação limitada e estabilização
T6	Muito Alta	Moderado (6–12%)	Limitada	Ruim	Tratado termicamente por solubilização e envelhecimento artificial para resistência máxima
T651	Muito Alta	Moderado (6–12%)	Limitada	Ruim	T6 com alívio de tensões por estiramento; comum para chapas aeroespaciais
T73	Alta (mas inferior ao T6)	Melhorado (8–14%)	Moderada	Ruim	Tratamento sobrematurado para melhorar resistência à corrosão e SCC
T7651	Alta	Moderado	Limitada	Ruim	Pré-envelhecimento controlado e estabilização para maior tenacidade

O tratamento térmico tem efeito de primeira ordem no desempenho do 7175: os tratamentos de pico (T6/T651) maximizam a resistência à tração e ao escoamento, porém reduzem a ductilidade e a formabilidade e aumentam a suscetibilidade à corrosão sob tensão (SCC). Tratamentos sobrematurados como o T73 reduzem intencionalmente a resistência de pico para melhorar significativamente a resistência à SCC e aumentar a tenacidade à fratura, criando uma compensação entre resistência e durabilidade ambiental.

A seleção do tratamento na produção é guiada pelas propriedades finais requeridas, operações subsequentes de conformação ou usinagem e ambiente de serviço pretendido; por exemplo, chapas que devem manter alta resistência estática com tensões residuais mínimas normalmente usam T651, enquanto componentes expostos a ambientes corrosivos podem ser especificados com tratamento T73 ou acabamentos químicos.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤ 0,10	Impureza; minimiza intermetálicos e melhora a limpeza da fundição
Fe	≤ 0,15	Impureza; excesso reduz tenacidade e aumenta inclusões
Mn	≤ 0,10	Baixo; não é reforçador principal nas ligas 7xxx
Mg	2,0–2,9	Combina-se com Zn para formar precipitados de MgZn2 que reforçam
Cu	1,2–2,0	Aumenta resistência e endurecimento, pode diminuir resistência à corrosão
Zn	6,0–7,5	Principal elemento de reforço via precipitados Mg–Zn
Cr	0,10–0,30	Controla estrutura do grão e recristalização, melhora tenacidade
Ti	≤ 0,05	Refinador de grão, usado em metalurgia de lingotamento e processamento de tarugos
Outros (Zr, V, balanceamento Al)	Traço / Balanceamento	Zr ou outras microligas podem estar presentes para estabilizar a microestrutura

O sistema combinado Zn–Mg–Cu é responsável pela resposta ao endurecimento por precipitação no 7175; zinco e magnésio formam precipitados da fase η que proporcionam o reforço principal, enquanto o cobre aumenta a resistência e afeta a morfologia dos precipitados e o comportamento eletroquímico. As adições de cromo e traços de zircônio ou titânio inibem o crescimento dos grãos durante o processamento e controlam a recristalização, essencial para manter a tenacidade e a resistência à fadiga em seções espessas.

Propriedades Mecânicas

O 7175 apresenta resistências à tração e ao escoamento muito altas nos tratamentos de pico, com curvas de tração mostrando um ponto de escoamento pronunciado seguido por alongamento uniforme limitado. A liga oferece excelente resistência à fadiga e boa resistência à iniciação de trincas quando produzida com microestrutura controlada e baixo teor de inclusões, sendo adequada para componentes estruturais submetidos a cargas cíclicas.

A resistência ao escoamento e o alongamento dependem fortemente do tratamento térmico; T6/T651 alcança os maiores valores de escoamento, porém com redução da ductilidade e tenacidade, enquanto o T73 reduz um pouco o escoamento, mas aumenta a tenacidade à fratura e a resistência à corrosão sob tensão. A dureza acompanha a tendência da resistência, com condições de pico mostrando aumentos substanciais nos valores Brinell ou Rockwell em relação a condições recozidas.

A espessura e a forma do produto influenciam as propriedades devido a diferenças nas taxas de resfriamento, tensões residuais e estrutura dos grãos; chapas grossas e forjados podem requerer tratamentos termomecânicos e ciclos de envelhecimento especializados para obter propriedades uniformes na espessura e limitar distorções ou tensões residuais induzidas pela têmpera.

Propriedade	O/Recozido	Tratamento Principal (T6 / T651)	Observações
Resistência à Tração	~240–320 MPa	~540–590 MPa	Valores de tração de pico típicos para ligas 7xxx grau aeroespacial
Limite de Escoamento	~120–220 MPa	~470–520 MPa	Limite de escoamento aumenta significativamente com o envelhecimento; faixas dependem da forma do produto
Alongamento	20–30%	6–12%	Dobradura reduzida nos tratamentos de alta resistência
Dureza (HB)	~60–80 HB	~150–165 HB	Dureza correlaciona-se com o nível de endurecimento por precipitação

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,80–2,82 g/cm³	Típico para ligas de alumínio de alta resistência
Faixa de Fusão	~477–635 °C	Solidus ~477–490 °C, líquido próximo ao alumínio puro ~635 °C
Condutividade Térmica	~120–140 W/(m·K)	Inferior ao alumínio puro devido à liga; ainda alta em relação a aços
Condutividade Elétrica	~30–40 % IACS	Condutividade reduzida relativa ao alumínio pouco ligado devido a átomos em solução
Calor Específico	~0,90 kJ/(kg·K)	~900 J/(kg·K) à temperatura ambiente
Coeficiente de Dilatação Térmica	~23–24 µm/(m·K)	Coeficiente similar a outras ligas de alumínio; considerar em juntas parafusadas

Apesar da forte liga, o 7175 mantém boa condutividade térmica em comparação com aços, o que possibilita capacidades moderadas de dissipação térmica em algumas aplicações, embora o desempenho térmico seja inferior ao do alumínio puro. A condutividade elétrica é reduzida devido à dispersão causada pelos átomos em solução; o 7175 não é escolhido quando a condução elétrica é requisito primário. A combinação de densidade relativamente baixa e alta resistência proporciona uma excelente relação resistência/peso, que é o principal motivador para sua seleção em aplicações estruturais de alto desempenho.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Temperas Comuns	Observações
Chapa	0,5–6 mm	Bom desempenho em bitolas finas; pode ser limitado pela conformabilidade	O, H112, T6	Usada para estruturas secundárias; não é ideal para estampagem severa no estado T6
Placa	6–150+ mm	A resistência varia com a espessura devido à sensibilidade ao resfriamento	T651, T73	Placa estrutural aeroespacial produzida com controle de têmpera e envelhecimento
Extrusão	Limitada	Disponibilidade comercial limitada; a resistência depende da seção	T6, T73 (raro)	Extrusões 7xxx são menos comuns; exigem homogeneização cuidadosa
Tubo	Variado	Alta resistência possível em tubos desenhados/processados	T6, T651 (fabricados)	Utilizado para conexões tubulares de alta carga; soldagem e união são restritas
Barra / Vareta	Diâmetro até 200 mm	Boas propriedades axiais se tratado termicamente corretamente	T6, T73	Usado para forjados, componentes usinados e pinos ou conexões de alta carga

Diferenças no processamento alteram a microestrutura obtida: placa e chapa são tipicamente produzidas por laminação e requerem controle preciso do resfriamento para evitar sobreenvelhecimento ou zonas amolecidas, enquanto forjados e barras podem usar diferentes perfis de homogeneização e solubilização para controlar o tamanho de grão. Extrusões e perfis complexos são menos comuns para o 7175 devido à tendência a fissuração a quente e recristalização, tornando as ligas da série 6xxx preferíveis quando formas extrudadas complexas são necessárias.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	7175	EUA	Designação da Aluminum Association para a química da liga
EN AW	7175	Europa	EN AW-7175 usada em especificações europeias; origens do processamento influenciam tabelas de propriedades
JIS	A7175	Japão	Composição semelhante; JIS frequentemente inclui controles adicionais de produção
GB/T	2A7175 / 7175	China	Normas chinesas referenciam faixas composicionais e mecânicas comparáveis ao AA 7175

Diferenças sutis entre as normas regionais normalmente relacionam-se a tolerâncias permitidas na composição, temperas especificadas e procedimentos de teste de qualificação, em vez da química bruta. Rotas de fabricação (metalurgia do lingote versus tarugos fundidos continuamente e homogeneizados) e práticas nacionais de tratamento térmico podem introduzir pequenas variações em níveis de impurezas, controle da estrutura do grão e propriedades mecânicas típicas; engenheiros devem especificar desempenho mecânico e ambiental requerido em vez de confiar somente na designação nominal do grau.

Resistência à Corrosão

Em exposição atmosférica, o 7175 apresenta resistência moderada à corrosão, porém tem desempenho inferior aos 5xxx e muitas ligas 6xxx devido ao maior teor de cobre, que aumenta a atividade eletroquímica. Em ambientes limpos, pintados ou protegidos de outra forma, o desempenho é aceitável para muitos usos estruturais, mas a liga se beneficia de revestimento (alclad) ou tratamentos de conversão robustos quando se espera exposição atmosférica prolongada.

Ambientes marinhos ou de névoa salina aceleram a corrosão por picagem e intergranular em ligas 7xxx de alta resistência; o 7175 é suscetível a ataques localizados a menos que esteja sobreenvelhecido (T73) ou tratado com revestimentos protetores e selantes. O projeto de fixadores e juntas deve minimizar frestas e incorporar proteção sacrificial ou materiais isolantes quando metais diferentes estiverem presentes.

Rachaduras por corrosão sob tensão (SCC) são um risco conhecido para temperas de alta resistência das ligas 7xxx, especialmente na presença de tensões residuais trativas e meios corrosivos. Sobreenvelhecimento, tratamento térmico pós-soldagem e controle rigoroso de acabamentos superficiais e químicas são estratégias comummente adotadas para mitigação. Interações galvânicas com aços ou ligas contendo cobre são desfavoráveis; designers devem evitar contato direto com materiais mais nobres ou fornecer isolamento.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

Soldar o 7175 é desafiador; a soldagem por fusão (TIG/MIG) geralmente resulta em perda severa de resistência na zona afetada térmica e alto risco de fissuração a quente. Quando a soldagem é inevitável, ligas especiais de adição e controle térmico rigoroso pré e pós-soldagem podem ser usados, mas juntas por rebites, parafusos ou colagem adesiva são preferidas para manter a integridade estrutural. O amolecimento da zona afetada térmica frequentemente requer reforço mecânico local ou tratamentos pós-soldagem que são difíceis de aplicar sem degradar outras propriedades.

Usinabilidade

No estado de pico de tempera, o 7175 tem boa usinabilidade em relação a muitos aços devido à sua baixa densidade e bom comportamento de cisalhamento de cavacos, mas o desgaste de ferramentas é afetado pela alta dureza e endurecimento por deformação. Ferramentas de carboneto, fixação rígida e avanços conservadores com geometria de ângulo positivo são recomendados; o uso de fluido de corte é importante para manter estabilidade dimensional e reduzir acúmulo de cavacos. Índices de usinabilidade são geralmente inferiores aos de ligas de alumínio 2xxx mas competitivos com outros materiais da série 7xxx.

Conformabilidade

A conformação é mais eficaz em temperas recozidas (O) ou endurecidas por deformação (H); estampagem profunda e conformação complexa não são práticas nos estados T6/T651 sem recozimento prévio ou técnicas de conformação a quente. Raios de curvatura devem ser aumentados em relação a ligas mais macias, e o retorno elástico é mais pronunciado devido ao maior limite de escoamento. A deformação a frio aumenta ainda mais a resistência e pode ser usada para obter propriedades mecânicas específicas quando combinada com ciclos de envelhecimento apropriados.

Comportamento ao Tratamento Térmico

O tratamento térmico de solubilização para 7175 tipicamente ocorre na faixa de 470–480 °C para dissolver fases endurecedoras em solução sólida; o tempo e a espessura da seção governam a homogeneização. A têmpera rápida é necessária para reter os solutos em solução sólida supersaturada; taxas de resfriamento inadequadas geram precipitados grosseiros e reduzem a resistência e tenacidade no pico de envelhecimento.

O envelhecimento artificial para o estado T6 é comumente realizado em torno de 120–140 °C por durações ajustadas ao tamanho da seção para produzir dispersão fina dos precipitados da fase η e maximizar a resistência. Tratamentos de sobreenvelhecimento (T73) usam temperaturas de envelhecimento mais elevadas ou tempos prolongados para coarsening de precipitados, trocando parte da resistência por resistência significativamente melhorada à corrosão sob tensão e tenacidade.

As transições de tempera T são sensíveis ao trabalho a frio anterior, taxa de têmpera e níveis de impurezas; estiramento controlado (para produzir T651) reduz tensões residuais e melhora estabilidade dimensional, mas requer parâmetros rigorosos para manter as propriedades mecânicas desejadas. Estabilizações pós-tratamento térmico e programações de solubilização/envelhecimento são frequentemente especificadas para aplicações aeroespaciais críticas.

Desempenho em Alta Temperatura

O 7175 sofre perda significativa de resistência com o aumento da temperatura; temperaturas de serviço acima de aproximadamente 120 °C degradam o endurecimento por precipitação e reduzem substancialmente os limites de escoamento e resistência à tração. A resistência ao fluência em temperatura elevada é limitada em comparação com ligas resistentes a calor; cargas prolongadas em temperaturas acima de 100–125 °C devem ser validadas para estabilidade dimensional e vida útil.

A oxidação não é um modo de falha principal em temperaturas típicas de serviço, mas a exposição térmica acelera o sobreenvelhecimento e altera a distribuição de precipitados, podendo reduzir a vida à fadiga e a resistência à SCC. Em estruturas soldadas, as regiões da zona afetada térmica são particularmente vulneráveis à perda de resistência e devem ser evitadas em aplicações estruturais submetidas a altas temperaturas.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o 7175 é Usado
Aeroespacial	Conexões de fuselagem, conexões passantes de asas	Força específica excepcional e resistência à fadiga para estrutura primária
Defesa	Forjados estruturais de alta carga e suportes de armamento	Alta resistência estática e tenacidade em casos de carga exigentes
Automotivo	Componentes de chassis de desempenho (limitado)	Força-peso para aplicações de performance e competição
Marinha	Suportes estruturais e conexões (protegidos)	Boa relação força-peso onde proteções contra corrosão são aplicadas
Eletrônicos	Estruturas de suporte	Alto módulo e rigidez para estruturas leves (funções térmicas limitadas)

O 7175 é selecionado quando eficiência estrutural, vida à fadiga e tenacidade à fratura em altas tensões estáticas são os requisitos dominantes; sua aplicação é concentrada no aeroespacial e defesa, onde o custo do material é justificado pelo desempenho. Acabamentos protetores e design conservador contra SCC são práticas padrão quando a liga é usada fora de ambientes controlados.

Dicas para Seleção

Utilize o 7175 quando a máxima resistência alcançável e resistência à fadiga forem os principais drivers do projeto e quando estratégias de fabricação e proteção contra corrosão forem implementadas para gerenciar suas limitações de união e ambientais. Especifique T6/T651 para maior resistência estática e T73 ou outros temperamentos sobreenvelhecidos quando durabilidade ambiental e resistência à SCC forem críticas.

Comparado com o alumínio comercialmente puro (ex.: 1100), o 7175 troca resistência muito maior e resistência à fadiga por menor condutividade elétrica e conformabilidade; escolha o 1100 quando a condutividade e a conformabilidade para estampagem profunda forem essenciais e as cargas forem baixas. Comparado com ligas encruadas como 3003 ou 5052, o 7175 oferece resistência substancialmente maior, mas geralmente pior conformabilidade e potencialmente pior comportamento à corrosão em ambientes com cloretos; selecione 5052/3003 para peças não estruturais expostas a ambientes marinhos ou para processos de conformação intensivos. Comparado com ligas 6xxx tratáveis termicamente, como 6061/6063, o 7175 entrega resistência máxima e desempenho em fadiga maiores, porém a um custo mais alto e com soldabilidade inferior; prefira 6061 quando soldagem, economia e resistência moderada forem suficientes.

Resumo Final

O 7175 permanece como um material chave para aplicações estruturais de alto desempenho, onde se exigem alta relação resistência-peso e resistência à fadiga, e onde os processos de fabricação podem acomodar sua soldabilidade limitada e sensibilidade à corrosão. Com a seleção adequada do tratamento térmico, proteção superficial e atenção ao projeto em união e concentração de tensões, o 7175 oferece uma combinação de desempenho mecânico difícil de ser igualada por ligas de alumínio com menor liga ou não tratáveis termicamente.