Alumínio A3004: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

A3004 é uma liga da série 3xxx de ligas de alumínio, pertencente à família Al-Mn, onde o manganês é o principal elemento de liga. Trata-se de uma liga não submetida a tratamento térmico, endurecível por deformação, que frequentemente contém pequenas adições de cobre e silício para aumentar a resistência em relação à família básica 3003. Seu mecanismo de fortalecimento baseia-se predominantemente no trabalho a frio (endurecimento por deformação) e nos efeitos de solução sólida e dispersoides devido à micro-ligação, em vez de endurecimento por precipitação. Suas características típicas de desempenho incluem ductilidade de moderada a alta em condição recozida, resistência melhorada à temperatura ambiente em temperas endurecidas por deformação, boa resistência geral à corrosão e soldabilidade e conformabilidade convencionais do alumínio.

A3004 é escolhida por indústrias que requerem um equilíbrio entre conformabilidade e maior resistência ao trabalho a frio do que as ligas Al-Mn puras ou com baixa liga. Setores comuns incluem revestimento arquitetônico, aletas de trocadores de calor, utensílios de cozinha e eletrodomésticos, painéis de transporte e trabalhos gerais em chapa metálica onde estampagem e repuxo são necessários. É preferida em relação a ligas mais simples quando o projeto exige maior limite de escoamento e resistência à tração sem sacrificar as operações de conformação ou quando a qualidade superficial e a pintabilidade são importantes. Engenheiros optam pela A3004 quando é necessária uma liga econômica, de fácil conformação, com resistência superior às ligas 1100/3003, porém sem as penalidades de processamento das ligas que recebem tratamento térmico.

A liga está amplamente disponível em chapas, bobinas e algumas formas extrudadas, tornando-a prática para fabricação em grande volume. Razões de produção como facilidade de trabalho a frio, retorno elástico previsível e transições estáveis de tempera durante o processamento aumentam sua atratividade para projetistas e engenheiros de produção. A seleção do material tipicamente depende do equilíbrio entre geometria da peça, rotas de conformação e níveis de resistência pós-conformação requeridos.

Variantes de Tempera

Tempera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Condição totalmente recozida para máxima ductilidade
H14	Média	Moderado	Muito boa	Muito boa	Meio-endurecida, comum para conformação moderada e resistência média
H18	Alta	Baixo	Regular	Muito boa	Totalmente endurecida, usada para aplicações que exigem maior resistência e rigidez
H24	Médio-Alta	Moderado	Boa	Muito boa	Quarto-mole (endurecida por deformação e estabilizada), equilíbrio entre conformação e resistência final
H26	Alta	Baixo a Moderado	Regular	Muito boa	Tempera com maior endurecimento para maior limite de escoamento

As temperas da família 3xxx controlam diretamente o compromisso entre resistência e conformabilidade pelo grau de trabalho a frio. O recozimento (O) oferece a melhor capacidade de repuxo e alongamento, enquanto as temperas H aumentam progressivamente os limites de escoamento e resistência à tração em detrimento da ductilidade e da capacidade de repuxo profundo.

Fabricantes comumente sequenciam recozimento, pré-conformação e trabalho a frio final para alcançar conjuntos de propriedades customizadas nas peças. Temperas estabilizadas H (ex.: H24) são frequentemente usadas onde se requer controle moderado do retorno elástico e subsequentes estágios de conformação moderada.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	0,3 máx.	Desoxidante menor; pequenas quantidades melhoram a fundibilidade e o acabamento superficial
Fe	0,7 máx.	Impureza típica; influencia a estrutura do grão e pode reduzir ductilidade se em excesso
Mn	1,0–1,5	Principal elemento de resistência na série 3xxx; melhora a resposta ao endurecimento por deformação
Mg	0,10 máx.	Normalmente baixo; quantidades maiores indicam comportamento próximo à família 5xxx
Cu	0,2–0,6	Pequena adição eleva resistência e propriedades à tração comparado ao 3003
Zn	0,25 máx.	Impureza menor; efeito modesto na resistência
Cr	0,10 máx.	Adição traço para controle da estrutura do grão e estabilidade da tempera
Ti	0,15 máx.	Refinador de grão em produtos fundidos e tarugos
Outros (incluindo Zr, Be)	0,05 cada, 0,15 total máx.	Resíduos e elementos-traço; equilíbrio Al

A química do A3004 é ajustada para fornecer resistência adicional à temperatura ambiente em relação ao 3003 principalmente por meio do teor de Mn e da adição controlada de cobre. O manganês atua como elemento de liga substitucional que aumenta a taxa de endurecimento por deformação e estabiliza a estrutura do grão durante o processamento termomecânico. O cobre eleva ainda mais a resistência e pode reduzir moderadamente a resistência à corrosão; por isso seu teor é limitado para manter bom desempenho atmosférico.

Elementos-traço e baixos limites de impurezas são importantes para evitar fragilização, manter conformabilidade e garantir comportamento consistente da chapa ao longo dos lotes de produção. O alumínio é o elemento equilíbrio e domina propriedades físicas como densidade e condutividade térmica.

Propriedades Mecânicas

A3004 apresenta comportamento clássico de resistência à tração com endurecimento por deformação: a tempera O recozida apresenta baixo limite de escoamento e alto alongamento, enquanto as temperas H mostram aumento nos limites de escoamento e tração com redução na ductilidade. O limite de escoamento nas temperas H é relativamente linear com o grau de trabalho a frio; o endurecimento incremental por deformação é eficaz para ajustar o desempenho mecânico às exigências da peça. A dureza aumenta de forma previsível com a tempera e pode ser usada como métrica de controle de produção para verificações em linha.

O desempenho à fadiga é típico para ligas Al-Mn: os limites de resistência são inferiores aos dos aços, porém adequados para muitas aplicações de carregamento cíclico quando as concentrações de tensão são controladas. A vida útil à fadiga é sensível ao acabamento superficial, tensões residuais do conformamento e zonas afetadas pelo calor localizadas provenientes da soldagem. A espessura afeta diretamente a resistência e a ductilidade observadas em ensaios de tração; espessuras menores podem mostrar maior conformabilidade aparente enquanto seções mais espessas retêm maior capacidade de absorção de energia.

O retorno elástico (springback) e anisotropia são considerações práticas para estampagem e dobra; propriedades direcionais decorrentes da laminação devem ser consideradas no projeto de matrizes. Aplicações estruturais leves exploram a relação favorável entre resistência e peso da liga, mas os projetistas devem considerar margens para fadiga entalhada reduzida e menor tenacidade à fratura em comparação a ligas de alumínio endurecíveis por tratamento térmico mais resistentes.

Propriedade	O/Recozida	Tempera-chave (ex.: H14/H18)	Observações
Resistência à Tração	~120–160 MPa	~200–260 MPa	Temperas H elevam significativamente o limite último pela deformação a frio
Limite de Escoamento	~35–70 MPa	~140–190 MPa	Limite de escoamento escala com a tempera; medido em offset 0,2%
Alongamento	~30–40%	~3–15%	Grande queda na ductilidade em condições totalmente endurecidas
Dureza (HV)	~25–40	~45–85	A dureza cresce com o endurecimento por deformação e correlaciona-se à resistência

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,70–2,74 g/cm³	Densidade típica de liga de alumínio; variação leve por efeito da liga
Faixa de Fusão	~605–660 °C	Faixa sólido-líquido influenciada por pequenas adições de liga
Condutividade Térmica	~120–160 W/m·K	Inferior ao alumínio puro, porém ainda boa para aplicações de transferência de calor
Condutividade Elétrica	~30–38 % IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro devido à liga; aceitável para componentes condutores
Calor Específico	~900 J/kg·K	Típico de ligas de alumínio à temperatura ambiente
Coeficiente de Dilatação Térmica	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Comparável a outras ligas de alumínio obtidas por laminação

A3004 mantém características favoráveis de transporte térmico comparado a muitos metais estruturais, tornando-a útil para aplicações de trocadores de calor e gerenciamento térmico. A condutividade elétrica da liga é reduzida pelas adições de manganês e cobre, portanto não é a primeira escolha onde máxima condutividade é requerida, porém é aceitável para partes estruturais condutoras ou chapas condutoras com baixa demanda.

A dilatação térmica e baixa densidade suportam estabilidade dimensional e design leve em uma faixa moderada de temperatura, mas os engenheiros devem contabilizar a expansão e a redução das propriedades mecânicas em temperaturas elevadas ao projetar conjuntos.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tratamentos Térmicos Comuns	Observações
Chapa	0,2–6,0 mm	Resistência aumenta com tratamentos H	O, H14, H24	Forma mais comum para revestimentos, aletas e painéis
Placa	6–25 mm	Disponibilidade limitada; seções mais espessas são mais difíceis de conformar a frio	O, H18	Usada para peças estruturais onde a espessura é essencial
Extrusão	Seções até 200 mm	Resistência influenciada pela extrusão e posterior trabalho a frio	H14, H24	Menos comum que chapa; formas personalizadas para suportes e perfis
Tubo	0,5–6 mm de parede	Desempenho similar à chapa; processos de trefilação usados	O, H14	Usado em HVAC, núcleos de trocadores de calor e tubos de pequeno diâmetro
Barra/Vara	Ø3–50 mm	Normalmente fornecido em tratamentos H; matéria-prima para usinagem	H14, H18	Empregado para componentes usinados e fixadores onde liga é permitida

Chapa e bobina são as formas comerciais dominantes para A3004, refletindo seu uso principal em processos de estampagem, conformação por estampagem profunda e laminação. Extrusões e barras existem, mas são menos prevalentes; essas formas podem requerer controle especializado da composição do lingote e são usadas quando a geometria da seção determina o projeto.

Diferenças de processamento — laminação, ciclos de recozimento, trabalho a frio — produzem gradientes de propriedades ao longo da espessura e na largura da bobina, os quais devem ser considerados em matrizes de conformação e no projeto de soldagem. Fornecedores podem oferecer sequências de têmpera personalizadas para equilibrar conformabilidade e resistência final conforme as necessidades da produção.

Classes Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	A3004	USA	Designação comum da Aluminum Association americana
EN AW	3004	Europa	Composição do tipo AlMn1Cu conforme normas EN
JIS	A3004	Japão	Frequentemente referenciada na indústria japonesa para chapa e bobina
GB/T	3A05 / equivalente 3004	China	Designações locais podem variar; verificar composição exata

As designações cruzadas variam conforme o organismo normatizador; a família numérica (3004/3xxx) é consistente, mas os limites superiores e inferiores para elementos menores podem diferir conforme especificação e fabricante. Ao substituir entre normas, engenheiros devem verificar exatos limites químicos e propriedades mecânicas, especialmente para mínimos/máximos de cobre e manganês que influenciam resistência e comportamento à corrosão. Tratamentos superficiais, processos de coating e definições de têmpera também podem apresentar nomenclatura e requisitos diferentes entre regiões.

Resistência à Corrosão

A3004 apresenta boa resistência geral à corrosão atmosférica devido à formação de uma película estável de óxido de alumínio na superfície. Em ambientes marinhos ou com alta concentração de cloretos, a liga é suscetível à corrosão localizada por pite; recomenda-se cuidado na escolha de revestimentos, selantes e projeto para evitar acúmulo em reentrâncias. O conteúdo moderado de cobre reduz ligeiramente a resistência à corrosão em relação ao alumínio puro ou a liga 3003, mas proporciona vida útil aceitável quando aplicada proteção superficial adequada.

Fisuração por corrosão sob tensão (SCC) não é uma preocupação significativa para a composição A3004 em temperaturas normais de serviço; ligas Al-Mn da série 3xxx têm baixa suscetibilidade a SCC comparadas a ligas de alumínio de alta resistência. Interações galvânicas com metais nobres (ex.: aço inoxidável, cobre) podem acelerar corrosão da A3004 caso haja contato elétrico direto e eletrólito; isolamento e escolha correta de fixadores mitigam esse risco. Comparada às famílias 5xxx (Al-Mg) e 6xxx (Al-Mg-Si), A3004 abre mão de alguma resistência a pite marinha para melhor conformabilidade a frio e menor custo.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A3004 é facilmente soldável por métodos comuns de fusão como TIG e MIG, apresentando baixa tendência a trincas a quente comparado a ligas de alumínio de maior resistência. Arames de adição típicos incluem Al-Si (ex.: 4043) ou ligas de alumínio compatíveis com a série 3xxx; a escolha depende dos requisitos do serviço da junta e resistência à corrosão pós-soldagem desejada. Juntas soldadas mostrarão amolecimento localizado na zona afetada pelo calor (ZAC) se previamente endurecidas por deformação, portanto propriedades mecânicas pós-solda devem ser verificadas para componentes críticos. Pré-aquecimento geralmente não é necessário para seções finas, mas o controle térmico e projeto de restrições são essenciais para controlar deformações.

Usinabilidade

A usinabilidade da A3004 é moderada; ela máquina melhor que o alumínio puro, mas não tão bem quanto algumas ligas contendo Cu ou Pb projetadas para fácil corte. Ferramentas de carboneto e velocidades de avanço moderadas proporcionam controle consistente de cavacos e acabamento superficial, enquanto ferramentas de alta velocidade podem ser usadas se houver controle de refrigeração e evacuação dos cavacos. Formação de rebarbas é gerenciável, e janelas típicas de avanço e velocidade são similares a outras ligas da série 3xxx para torneamento e fresamento. Rosqueamento e trefilação exigem atenção às tendências de encruamento em tratamentos H.

Conformabilidade

A3004 oferece excelente conformabilidade no tratamento O e muito boa conformabilidade em tratamentos H leves a moderados, tornando-a adequada para estampagem profunda, dobra e conformação por laminação. Raios mínimos de curvatura dependem do tratamento e espessura; chapa recozida pode atingir raios apertados, enquanto temperas totalmente endurecidas requerem raios maiores para evitar trincas. Conformação incremental com recozimentos intermediários ou técnicas de conformação esticada podem produzir geometrias complexas sem sacrificar resistência final. Deformação elástica (springback) deve ser considerada, especialmente em temperas H onde o limite de escoamento é elevado.

Comportamento ao Tratamento Térmico

A3004 é uma liga não tratável termicamente; não responde a tratamentos de solubilização e envelhecimento artificial como as ligas 6xxx ou 7xxx. Aumentos de resistência são obtidos exclusivamente por encruamento (deformação plástica) e controle microestrutural durante o processamento termomecânico. O recozimento total (O) é realizado para restaurar ductilidade, reduzir tensões residuais e permitir operações subsequentes de conformação.

Ciclos de recozimento são tipicamente realizados em temperaturas que permitem recristalização sem crescimento excessivo de grãos; fabricantes especificam tempos de imersão e rampa para assegurar propriedades consistentes. Tratamentos térmicos de estabilização ou reversão parcial (ex.: têmpera após trabalho a frio para obter condição similar a H24) são usados para controlar tensões residuais e deformação elástica em componentes conformados. Não existe regime prático de solubilização-envelhecimento para obter endurecimento por precipitação na A3004.

Desempenho em Alta Temperatura

A3004 sofre perda progressiva de resistência com o aumento da temperatura; acima de aproximadamente 150–200 °C ocorrem reduções significativas no limite de escoamento e resistência à tração, limitando o uso estrutural prolongado em temperaturas elevadas. A oxidação é limitada pela formação de uma camada aderente de Al2O3, que proporciona certa proteção em alta temperatura, mas não impede a degradação da resistência. Para exposições de curto prazo a temperaturas moderadamente elevadas, a liga mantém ductilidade útil, mas projetistas devem realizar testes específicos para fluência e relaxamento.

Zonas afetadas pelo calor em soldas podem apresentar alteração na resistência e ductilidade após exposição a altas temperaturas, e ciclos térmicos prolongados podem acelerar o amolecimento em seções trabalhadas a frio. Para aplicações que exigem resistência sustentada acima de ~150 °C, engenheiros costumam especificar ligas resistentes ao calor ou séries especiais de alumínio com melhor retenção de propriedades em alta temperatura.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que Usar A3004
Automotiva	Painéis da carroceria, acabamentos	Boa conformabilidade para estampagem, resistência superior à 3003
HVAC / Transferência de calor	Aletas, bobinas do condensador	Condutividade térmica e conformabilidade para aletas/bobinas finas
Arquitetura	Revestimentos, forros	Acabamento superficial, capacidade de pintura e resistência à corrosão
Bens de consumo	Utensílios de cozinha, eletrodomésticos	Equilíbrio entre conformabilidade, resistência e qualidade da superfície
Eletrônica	Painéis do chassi, caixas	Painéis estruturais leves e condutivos termicamente

A3004 é preferida onde manufaturabilidade e economia se encontram com desempenho funcional: pode ser conformada em formas complexas, mantém resistência adequada após conformação e aceita tratamentos superficiais e métodos de união com comportamento previsível. A combinação de propriedades suporta peças para produção em alto volume que exigem equilíbrio entre ductilidade e resistência elevada sem necessidade de etapas de tratamento térmico.

Orientações para Seleção

Para um engenheiro decidindo especificar A3004, o foco deve ser o equilíbrio entre conformabilidade, resistência moderada e custo. Escolha A3004 em vez do alumínio comercialmente puro (1100) quando forem necessárias maior limite de escoamento e resistência à tração mantendo boa conformabilidade e soldabilidade. Ela abre mão de parte da condutividade elétrica e máxima ductilidade em relação ao 1100, mas oferece vantagens significativas de resistência para peças estampadas ou conformadas.

Comparado com outras ligas encruadas, como 3003 e 5052, o A3004 fica entre elas: é mais resistente que o 3003 devido às adições de cobre e manganês e frequentemente apresenta resistência à corrosão comparável à do 3003, enquanto o 5052 oferece resistência superior à corrosão em ambientes marinhos e maior resistência em muitos tratamentos térmicos. Selecione o 5052 quando a resistência ao cloreto for fundamental, mas opte pelo A3004 quando operações de conformação e sensibilidade a custos forem os fatores predominantes na decisão.

Quando comparado com ligas tratáveis termicamente, como 6061 ou 6063, o A3004 é escolhido quando a complexidade e o custo do processamento de solubilização/envelhecimento não são justificados. Utilize o A3004 para aplicações em chapas altamente conformáveis com necessidades moderadas de resistência final; reserve 6061/6063 para aplicações que requerem maior resistência máxima ou desempenho estrutural em temperaturas elevadas.

Resumo Final

O A3004 permanece uma liga de alumínio da série 3xxx prática e amplamente utilizada, que preenche a lacuna entre materiais comerciais altamente dúcteis e ligas tratáveis termicamente mais complexas. Sua química controlada e resposta confiável ao encruamento tornam-no uma escolha econômica para peças conformadas, pintadas e soldadas em arquitetura, HVAC, automotivo e bens de consumo. Os projetistas selecionam o A3004 quando a combinação ideal de conformabilidade, resistência intermediária e custo-benefício é exigida para a fabricação em escala produtiva.