Alumínio A357: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Abrangente

A357 é uma liga de alumínio-silício-magnésio para fundição, com tratamento térmico, comumente especificada como AlSi7Mg na notação europeia e como AA A357 nas listagens ASTM/ASME. Pertence à família das ligas de fundição Al–Si–Mg (frequentemente agrupadas conceitualmente com as séries 3xx/4xx de ligas laminadas pela similaridade de elementos de liga, mas formalmente identificada como liga para fundição), onde o silício é o principal elemento de liga e o magnésio é adicionado para permitir o endurecimento por precipitação.

O endurecimento do A357 é alcançado principalmente através de tratamento térmico em solução seguido de têmpera e envelhecimento artificial (endurecimento por precipitação) para produzir precipitados de Mg2Si; algum ajuste das propriedades também é possível via modificação (Sr, Na) e refinamento de grão (Ti, B). Características chave incluem uma razão favorável entre resistência e peso nas condições T6/T651, boa usinabilidade e estabilidade dimensional, resistência moderada à corrosão em ambientes atmosféricos, e soldabilidade geralmente aceitável utilizando metais de adição adequados; a conformabilidade é limitada em comparação com ligas laminadas em condições de envelhecimento máximo.

Os setores típicos incluem peças de transmissão e estruturas automotivas fundidas, componentes estruturais secundários e suportes aeroespaciais, fundições industriais gerais e alguns produtos marinhos e de consumo onde componentes fundidos são preferidos. Engenheiros optam pelo A357 para fundidos de formas complexas que exigem equilíbrio entre alta resistência estática, comportamento razoável à fadiga e bom acabamento superficial, além da necessidade de respostas ao tratamento térmico (T6/T651) sem o aumento de cobre ou zinco presentes nas ligas aeroespaciais de alta resistência.

Variantes de Tempera

Tempera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Totalmente recozido, ideal para conformação e usinagem.
T4	Médio	Médio-Alto	Bom	Bom	Tratado em solução e envelhecido naturalmente; propriedades intermediárias.
T5	Médio-Alto	Médio	Regular	Bom	Resfriado da fundição e envelhecido artificialmente; usado quando o tratamento em solução não é aplicado.
T6	Alto	Baixo-Médio	Limitada	Bom (com pós-tratamento térmico)	Tratado em solução, temperado e envelhecido artificialmente para resistência máxima.
T651	Alto	Baixo-Médio	Limitada	Bom (com pós-tratamento térmico)	T6 com alívio de tensões por estiramento; comum para fundidos dimensionalmente estáveis.
F	Variável	Variável	Variável	Variável	Conforme fabricado, propriedades dependem do processamento subsequente; não padronizado.

A tempera influencia diretamente o desempenho mecânico e a processabilidade porque o ciclo de solução/envelhecimento precipita Mg2Si para aumentar a resistência enquanto reduz a ductilidade. A condição totalmente recozida (O) otimiza a ductilidade e a facilidade para conformação ou usinagem, enquanto as condições T6/T651 maximizam a resistência à tração e limite de escoamento em detrimento do alongamento e da conformabilidade; a soldagem tipicamente requer envelhecimento local ou tratamento térmico pós-solda para recuperação das propriedades.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	6,5–7,5	Principal elemento de liga para fundibilidade, fluidez e resistência por meio do silício eutético.
Fe	≤0,20–0,30	Impureza que forma intermetálicos (fases ricas em ferro) que podem causar fragilização e reduzir a ductilidade.
Mn	≤0,10	Presença menor; auxilia na modificação da morfologia dos intermetálicos de Fe quando presente.
Mg	0,35–0,60	Possibilita o endurecimento por precipitação de Mg2Si; controla a resposta ao tratamento térmico.
Cu	≤0,20	Normalmente baixo; aumenta resistência mas pode reduzir resistência à corrosão e aumentar risco de SCC.
Zn	≤0,10	Normalmente residual; efeito limitado no endurecimento nesses níveis.
Cr	≤0,10	Controla a estrutura dos grãos e pode limitar seu crescimento durante o processamento.
Ti	0,02–0,10	Usado para refinamento de grãos durante solidificação (sistemas Ti-B comuns).
Outros (cada)	≤0,05–0,15	Resíduos e modificadores intencionais (Sr para modificação do silício, Sr ~0,01).

A química da liga é otimizada para balancear fundibilidade, resposta ao tratamento térmico e desempenho contra corrosão. O silício define a estrutura eutética e promove a fluidez, o magnésio fornece a base para o endurecimento por precipitação, e baixos teores de cobre e ferro mantêm a suscetibilidade à corrosão e fragilização por intermetálicos em níveis controlados.

Propriedades Mecânicas

A357 apresenta variação substancial no comportamento à tração e limite de escoamento, influenciada pela tempera e método de fundição. Nas condições T6/T651, a liga alcança resistência à tração e limite de escoamento relativamente altos para um material fundido Al–Si–Mg, devido à dispersão fina de precipitados Mg2Si e ao silício eutético refinado, enquanto a condição recozida apresenta alongamento muito maior e limite de escoamento inferior. A dureza acompanha a resistência à tração e aumenta consideravelmente com o envelhecimento; valores de dureza Brinell ou Vickers elevam-se de níveis baixos, fáceis de usinar na condição O, para níveis muito maiores na condição T6.

O comportamento à fadiga do A357 é geralmente superior ao de fundidos de alumínio-silício hipereutéticos mais frágeis, pois a morfologia controlada do silício e o tratamento térmico reduzem os sítios de iniciação de trincas; no entanto, a vida à fadiga é sensível a defeitos de fundição, porosidade e acabamento superficial. A espessura e o tamanho da seção influenciam a taxa de resfriamento durante a solidificação, afetando a microestrutura e, consequentemente, as propriedades mecânicas; seções mais espessas resfriam mais lentamente, favorecendo silício mais grosseiro e resistência menor após o tratamento térmico.

Condições superficiais, modificação pós-fundição e técnicas de mitigação de porosidade (fundição assistida a vácuo, desgasificação e canalização correta) melhoram diretamente a consistência mecânica e comportamento à fadiga em componentes estruturais.

Propriedade	O / Recozido	Principais Temperas (T6/T651)	Observações
Resistência à Tração (MPa)	140–190	260–320	Amplitude ampla dependendo do método de fundição e espessura da seção.
Limite de Escoamento (MPa)	60–110	200–260	O limite aumenta substancialmente após tratamento em solução e envelhecimento.
Alongamento (%)	10–18	4–8	Ductilidade reduzida em condições de envelhecimento máximo; modo de fratura usualmente mista dúctil-frágil.
Dureza (HB)	40–70	85–120	Dureza Brinell aumenta com envelhecimento e morfologia mais fina do silício eutético.

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,65–2,68 g/cm³	Típica para ligas de alumínio-silício para fundição; útil para cálculos de massa/peso.
Faixa de Fusão	~560–635 °C	Solidus e liquidus dependem dos teores exatos de Si e modificadores; eutético influencia a faixa de congelamento.
Condutividade Térmica	120–150 W/m·K	Inferior ao alumínio puro devido à liga e silício; ainda boa para dissipação de calor comparado a aços.
Condutividade Elétrica	~30–40 % IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro; condutividade diminui com trabalhabilidade a frio e liga.
Calor Específico	~0,89 kJ/kg·K	Típico para ligas de alumínio, utilizado em cálculos térmicos.
Coeficiente de Dilatação Térmica	22–24 µm/m·K	Coeficiente linear de dilatação térmica similar a outras ligas Al–Si; importante para acoplamento com materiais diferentes.

As propriedades físicas tornam o A357 atraente onde um metal de baixa densidade e boa condutividade térmica é exigido, mas a condutividade elétrica plena do alumínio puro não é essencial. Dados de dilatação e condutividade térmica são críticos no projeto de montagens com aços, compósitos ou revestimentos, pois expansões diferenciais podem causar tensões ou falhas de vedação.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Temperas Comuns	Observações
Chapa	Raro; fundições finas 1–6 mm	Variável; tipicamente inferior à chapa laminada	O, T5	Disponibilidade limitada; utilizada para processos especializados de chapa fundida.
Placa	6–100 mm (segmentos de placas fundidas)	Propriedades dependentes da seção	O, T6/T651	Fundidos em forma de placa apresentam propriedades reduzidas em seções grossas devido ao crescimento dos grãos.
Extrusão	Não comum	Não aplicável	—	A357 não é tipicamente usada para extrusão; composição e foco na fundição tornam-na inadequada.
Tubo	Fundidos ou usinados a partir de tarugos; tamanhos variáveis	Dependente da fundição e do tratamento térmico	O, T6	Tubos fundidos são menos comuns que tubos laminados; usados para seções transversais complexas.
Barra/Varão	Tarugos e forjados fundidos	Variável; passível de tratamento térmico	O, T6	Frequentemente produzidas como lingotes ou tarugos para subsequente usinagem em componentes.

A357 é principalmente uma liga para fundição, e a maioria das formas comerciais são fundições em areia, molde permanente, ou fundições por investimento, além de lingotes/tarugos. Diferenças no processamento (ex.: molde permanente versus fundição em areia) alteram as taxas de resfriamento e, assim, a microestrutura e as propriedades mecânicas finais; os projetistas devem combinar o método de fundição, a espessura da seção e a tempera ao carregamento e ambiente de fadiga pretendidos.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	A357	EUA	Designação comum ASTM para fundidos; usada em especificações aeroespaciais e automotivas.
EN AW	AlSi7Mg	Europa	Equivalente europeu geral; tolerâncias de composição e procedimentos de tratamento térmico podem variar.
JIS	ADC10/ADC12 (aprox.)	Japão	Séries ADC são ligas para fundição sob pressão com similar teor de Si; ADC12 possui maior teor de Cu e propriedades distintas.
GB/T	AlSi7Mg (ou análogo a A357)	China	Normas locais seguem EN/ASTM, mas tolerâncias químicas e mecânicas podem variar conforme o produtor.

A equivalência é aproximada porque práticas de fundição, limites de impurezas e protocolos de tratamento térmico diferem por região e órgão normativo. Engenheiros devem conferir dados de propriedades mecânicas e instruções de tratamento térmico ao substituir entre normas para garantir equivalência funcional em componentes críticos.

Resistência à Corrosão

A357 geralmente apresenta boa resistência à corrosão atmosférica para uma liga de alumínio fundido, pois a matriz rica em silício e o baixo teor de cobre reduzem tendências galvânicas em ambientes típicos. O filme natural de óxido de alumínio oferece proteção básica, porém a corrosão localizada pode iniciar em partículas intermetálicas ou defeitos da fundição onde o filme passivo é rompido.

Em ambientes marinhos ou contendo cloretos, A357 apresenta desempenho moderado, mas não tão robusto quanto ligas marinhas especializadas (ex.: séries Al–Mg 5xxx); exposição prolongada a névoa salina ou zonas de respingos exige revestimentos protetores, anodização ou isolamento catódico para evitar corrosão por pites. A suscetibilidade a trincas por corrosão sob tensão é relativamente baixa devido ao baixo teor de cobre e níveis moderados de Mg, embora tensões de tração elevadas combinadas com ambientes agressivos possam causar SCC em aplicações críticas.

Interações galvânicas requerem atenção: ao serem acopladas a metais mais nobres (ex.: aço inox, ligas de cobre), A357 atuará como anódica e corroerá preferencialmente se exposta a eletrólitos; materiais isolantes ou revestimentos protetores são comumente aplicados para evitar corrosão acelerada. Comparada a ligas laminadas da série 6xxx, A357 oferece resistência à corrosão similar, com a ressalva de que porosidade e distribuições intermetálicas relacionadas à fundição podem localizar o ataque.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A357 pode ser soldada por técnicas comuns de fusão como TIG (GTAW) e MIG (GMAW) com metais de adição adequados; para ligas fundidas Al–Si, ER4043 (Al–5Si) é um consumível amplamente utilizado por promover compatibilidade com o silício e reduzir trincas por soldagem. O risco de trinca a quente é moderado em ligas fundidas devido à solidificação restrita e estruturas eutéticas grosseiras, de modo que limpeza pré-soldagem, bom desenho de junta e controle da energia de soldagem são essenciais. Espera-se amolecimento na zona afetada pelo calor (ZAC) em material T6 pois o aquecimento local dissolve precipitados; revenimento e envelhecimento pós-soldagem ou envelhecimento artificial localizado são recomendados para recuperar propriedades mecânicas conforme necessário.

Usinabilidade

A usinabilidade da A357 é geralmente boa comparada a muitas ligas fundidas com alto teor de silício porque seu teor de silício e morfologia eutética modificada reduzem o desgaste da ferramenta em relação a ligas hipereutéticas. Ferramentas de carboneto com geometria de ângulo positivo e parâmetros de usinagem em alta velocidade proporcionam boa produtividade; refrigeração por inundação ou nebulização melhora evacuação de cavacos e vida útil da ferramenta. Usinar grandes seções de material T6 requer consideração da dureza e controle de cavacos; rebaixos e paredes finas devem ser projetados para evitar vibração e distorções.

Conformabilidade

A conformabilidade a frio é limitada nas temperas de envelhecimento máximo (T6/T651) devido à ductilidade reduzida, enquanto as condições recozida (O) ou solubilizada (T4) oferecem maleabilidade substancialmente melhor para dobra e alongamento. Raios mínimos de dobra recomendados dependem da espessura e tempera, mas geralmente são maiores que para ligas laminadas dúcteis; projetistas comumente especificam conformação em condição O seguida por tratamento térmico final para atingir geometria e requisitos mecânicos. Processos incrementais de conformação para peças fundidas são possíveis, mas exigem controle cuidadoso de calor e tensões residuais.

Comportamento em Tratamento Térmico

A357 é uma liga fundida passível de tratamento térmico e responde aos ciclos térmicos convencionais Al–Si–Mg usados para produzir temperas T6/T651. O tratamento de solubilização é tipicamente realizado em temperaturas cerca de 520–540 °C por tempo suficiente para dissolver Mg e modificar parcialmente as redes de silício; o tempo depende da espessura da seção e deve equilibrar homogenização com o risco de fusão incipiente de constituintes de baixo ponto de fusão. Resfriamento rápido à temperatura ambiente aprisiona o soluto em solução sólida supersaturada e prepara para envelhecimento artificial a 150–200 °C para precipitar finas partículas de Mg2Si e desenvolver níveis-alvo de resistência.

Tempera T5 é obtida por envelhecimento artificial após resfriamento da fundição; é usada quando o tratamento de solubilização completo é impraticável. T651 adiciona um estiramento para alívio de tensões após o resfriamento para minimizar tensões residuais e melhorar estabilidade dimensional, importante para fundições em molde ou de alta precisão. Sobreenvelhecimento em temperaturas mais altas ou tempos excessivos coarsifica precipitados e reduz a resistência máxima ao passo que melhora ductilidade.

Desempenho em Alta Temperatura

As propriedades mecânicas da A357 degradam progressivamente com o aumento da temperatura devido ao coarsening dos precipitados e à redução da eficácia do fortalecimento por soluto; a resistência estática útil é tipicamente mantida até cerca de 125–150 °C, com amolecimento significativo acima desta faixa. A resistência a fluência em temperaturas elevadas é modesta e inferior a ligas especializadas de alumínio ou níquel para altas temperaturas, portanto A357 não é recomendada para aplicações de carga contínua acima de ~150 °C.

Em temperaturas elevadas, a oxidação limita-se à formação de um filme estável de alumina, mas o escurecimento da superfície e interações com atmosferas agressivas podem ser um problema em exposições prolongadas. Soldagem ou ciclos térmicos localizados podem alterar ainda mais a microestrutura na ZAC e regiões adjacentes, produzindo zonas com resistência reduzida e susceptibilidade aumentada a fluência ou fadiga em temperaturas de serviço elevadas.

Aplicações

Indústria	Exemplo de Componente	Por que o A357 é Usado
Automotiva	Caixas de transmissão, carcaças de bombas, suportes estruturais	Boa fundibilidade, alta resistência após T6 e produção custo-efetiva para geometrias complexas.
Marinha	Carcaças de engrenagens, componentes de bombas	Resistência razoável à corrosão e boa relação resistência/peso para ambientes úmidos com revestimentos.
Aeroespacial	Conexões, suportes, carcaças estruturais não críticas	Resistência tratável termicamente e estabilidade dimensional em T651 para elementos estruturais menos críticos.
Eletrônica	Dispositivos de dissipação de calor e invólucros	Condutividade térmica e geometria de fundição para gestão térmica integrada.

A357 é preferida onde a geometria da peça se beneficia da fundição, onde são requeridas propriedades estáticas em nível T6, e onde economia de peso e desempenho térmico contribuem para vantagens ao nível do sistema. Projeto adequado para qualidade de fundição e processamento pós-fundição assegura desempenho consistente nestas indústrias.

Insights para Seleção

Ao selecionar o A357, considere-o principalmente quando um componente fundido requer resistência com tratamento térmico combinada com resistência à corrosão razoável e boa usinabilidade de fundição; é uma boa escolha para peças de forma complexa e resistência média que se beneficiam do envelhecimento T6/T651 e da estabilidade dimensional. Para aplicações que priorizam ductilidade e conformação, especifique tratamentos O ou T4 ou escolha uma liga forjada; para serviço em temperatura elevada de longo prazo ou regimes extremos de fadiga, considere alternativas.

Comparado com o alumínio comercialmente puro (1100), o A357 troca condutividade elétrica e térmica e superior conformabilidade por uma resistência muito maior e melhor estabilidade dimensional após o tratamento térmico. Comparado com ligas comuns endurecidas por trabalho a frio, como 3003 ou 5052, o A357 fornece resistência máxima substancialmente superior quando envelhecido, mas pode apresentar resistência à corrosão comparável ou ligeiramente inferior em ambientes com cloretos; use o A357 quando a complexidade da fundição e a resistência forem mais importantes do que conformação a frio extensiva. Comparado com ligas forjadas comuns e tratáveis termicamente como 6061/6063, o A357 oferece melhor usinabilidade de fundição e mecanismos de endurecimento por precipitação comparáveis; o A357 é preferido quando são exigidas geometria complexa de fundição e menor densidade, apesar da resistência máxima ser ligeiramente inferior a algumas ligas forjadas da série 6xxx.

Resumo Final

O A357 permanece uma liga de alumínio fundido relevante e amplamente utilizada porque combina excelente usinabilidade de fundição com resposta robusta ao tratamento térmico que proporciona alta resistência estática, desempenho razoável à fadiga e comportamento aceitável à corrosão para muitos componentes estruturais e mecânicos. A seleção adequada do método de fundição, tratamento e pós-processos permite aos projetistas explorar seus pontos fortes enquanto gerenciam as limitações em conformabilidade e desempenho em temperatura elevada.