Alumínio A390: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

A390 é uma liga de alumínio-silício hipereutetóide para fundição, pertencente à família de materiais fundidos Al‑Si‑Cu‑Mg estilo 3xx/4xx, em vez de uma liga trabalhada das séries 6xxx ou 7xxx. Sua composição química é dominada por um teor muito alto de silício (tipicamente ~17–19% em peso), com cobre e magnésio como elementos secundários de reforço, combinados com baixos teores de ferro, manganês e traços de titânio para controle e modificação do grão.

O principal mecanismo de fortalecimento é o endurecimento por precipitação da matriz de alumínio por intermetálicos Cu/Mg após tratamento de solubilização e envelhecimento artificial, junto com o reforço microestrutural das partículas duras de silício primário distribuídas pela matriz. Isso torna a A390 uma liga de fundição tratável termicamente, com uma microestrutura e comportamento mecânico distintos das ligas trabalhadas endurecidas por deformação.

Características-chave incluem alta resistência ao desgaste e resistência ao contato por compressão devido às grandes partículas duras de Si, boa estabilidade dimensional após o tratamento térmico, resistência à corrosão moderada que é reduzida pelas adições de cobre, e ductilidade e conformabilidade limitadas em comparação com ligas trabalhadas comuns. Os setores típicos que utilizam A390 são automotivo (pistões, camisas de cilindro, insertos de desgaste), componentes hidráulicos e pneumáticos, bombas e algumas peças de motor de alta resistência onde resistência ao desgaste e fundibilidade são críticas.

Os engenheiros escolhem A390 quando é necessária uma combinação de alta resistência ao desgaste hipereutética, fundibilidade em formas complexas e capacidade para alcançar condições semelhantes ao T6 fortalecidas; esta liga é preferida em relação a ligas fundidas com menor teor de Si quando a estabilidade superficial sob contato por deslizamento ou abrasivo e controle térmico dimensional rigoroso são prioridades.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
As‑Cast (F)	Baixa–Moderada	Baixo (1–4%)	Ruim	Limitada	Microestrutura como fundida; Si primário presente; ductilidade mínima
O / Recozido	Baixa	Moderada	Melhorada em relação a F	Limitada	Matriz amolecida por solubilização/recozimento para alívio de tensões
T5 (Envelhecida artificialmente como fundida)	Moderada	Baixo (1–3%)	Ruim	Limitada	Envelhecimento artificial rápido a partir da peça fundida resfriada, sem solubilização prévia
T6 (Tratada termicamente + envelhecimento artificial)	Alta	Baixo (0,5–3%)	Ruim	Limitada	Resistência máxima para A390; típica para pistões e peças de desgaste
T7 / Sobre-envelhecida	Moderada	Baixo (1–4%)	Ruim	Limitada	Estabilizada, maior estabilidade térmica em detrimento da resistência máxima

A têmpera tem efeito pronunciado na A390 porque a morfologia do silício e a distribuição dos precipitados Cu/Mg controlam diretamente resistência e tenacidade. O tratamento de solubilização seguido de têmpera e envelhecimento artificial (T6) maximiza a resistência da matriz, mas pouco melhora o alongamento, pois as grandes partículas primárias de Si continuam sendo um fator limitante.

Na prática, os projetistas trocam ductilidade por dureza e resistência ao desgaste: as condições como fundida e T5 são usadas quando se prefere processamento térmico mínimo, enquanto T6 é especificado quando são necessárias maiores resistências à tração e escoamento e melhor resistência à fadiga.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	17,0–19,0	Fase principal de reforço e desgaste; teor hipereutético produz partículas primárias de Si.
Fe	0,6–1,2	Formador de intermetálicos; excesso causa fases frágeis de Fe e reduz fadiga.
Mn	0,2–0,6	Auxilia a modificação dos intermetálicos de Fe; melhora ligeiramente a tenacidade.
Mg	0,3–0,6	Contribui para endurecimento por precipitação com Cu como Mg2Si e precipitados complexos.
Cu	3,5–4,5	Principal endurecedor por precipitação; aumenta resistência mas reduz resistência à corrosão.
Zn	≤0,25	Presença menor; geralmente impureza, pouco efeito no endurecimento.
Cr	≤0,2	Captura Fe e estabiliza microestrutura em algumas fusões.
Ti	0,02–0,12	Refinador de grão para fundidos, controla nucleação da matriz Al.
Outros (Ni, Sr, modificadores Sr)	≤0,5 acumulado	Ni pode ser adicionado para estabilidade em alta temperatura; Sr usado para modificação de Si em algumas fusões.

O alto teor de silício produz uma microestrutura bifásica de matriz de Al e partículas duras de Si que domina o desgaste e rigidez. Cobre e magnésio formam precipitados após tratamento térmico que elevam significativamente resistência e dureza, enquanto ferro e manganês controlam intermetálicos frágeis que influenciam fadiga e fratura. Pequenas adições de Ti ou Sr são usadas durante a fundição para refinar a estrutura do grão e modificar a morfologia das partículas de silício, melhorando as propriedades da peça fundida.

Propriedades Mecânicas

A390 apresenta combinação de alta resistência compressiva e ao desgaste com ductilidade à tração limitada devido à sua fase hipereutética de silício. Na condição T6, a matriz de alumínio contribui com resistência significativa ao escoamento e tração via precipitados Cu/Mg, mas o alongamento permanece baixo e a fratura tende a ser controlada pelas partículas frágeis de silício e intermetálicos. O desempenho em fadiga depende fortemente da qualidade da fundição, porosidade e tamanho/distribuição das partículas primárias de Si; acabamentos superficiais lisos e tratamento térmico podem melhorar a vida em fadiga, mas não eliminam o comportamento de início de trinca controlado por Si.

A espessura e tamanho da seção têm efeito marcante porque a taxa de resfriamento durante a solidificação determina o tamanho e distribuição do Si primário e o espaçamento eutético; seções mais espessas resfriam mais lentamente, produzindo Si mais grosseiro e propriedades mecânicas inferiores. A dureza correlaciona com a têmpera e microestrutura: a dureza como fundida é moderada e aumenta substancialmente após solubilização e envelhecimento artificial para condições T6, onde os valores HB se aproximam dos requeridos para componentes resistentes ao desgaste.

Propriedade	Como Fundida / Recozida (F/O)	Têmpera Chave Típica (T6)	Observações
Resistência à Tração (UTS)	140–220 MPa	280–360 MPa	Valores em T6 dependem do tempo/temperatura do tratamento; variação ampla devido à porosidade e morfologia do Si.
Limite de Escoamento (offset 0,2%)	70–140 MPa	220–320 MPa	Limite de escoamento aumenta acentuadamente com T6; muito baixo e variável como fundida.
Alongamento (A%)	1–6%	0,5–3%	Ductilidade baixa típica; alongamento maior possível em fundidos finos e refinados.
Dureza (HB)	70–110 HB	110–160 HB	Dureza aumenta com envelhecimento; alta dureza correlaciona com resistência ao desgaste.

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	~2,75 g/cm³	Um pouco maior que alumínio puro devido ao Cu; alto Si reduz densidade marginalmente.
Faixa de Fusão (solidus–líquidus)	~520–585 °C	Liga hipereutética com ampla faixa de solidificação; Si primário cristaliza cedo.
Condutividade Térmica	~90–120 W/m·K	Inferior ao alumínio puro e ligas com baixo teor de Si; condutividade reduzida por Cu e partículas de Si.
Condutividade Elétrica	~25–35 %IACS	O aporte de elementos e intermetálicos reduz a condutividade em comparação com o alumínio comercial puro.
Calor Específico	~0,88–0,95 kJ/kg·K	Típico para ligas de alumínio; varia ligeiramente com temperatura e composição.
Coeficiente de Expansão Térmica (20–200 °C)	~21–23 µm/m·K	Coeficiente influenciado pelo alto teor de Si; CTE globalmente reduzido em relação ao alumínio trabalhado.

A microestrutura tipo compósito da A390 (matriz Al com partículas duras de Si) reduz condutividade térmica e elétrica em relação ao alumínio puro, mas melhora a estabilidade ao desgaste e estabilidade dimensional térmica em contatos por deslizamento. O comportamento de fusão e solidificação é importante para o projeto do processo de fundição, pois a cristalização do Si primário pode impactar alimentação, comportamento de retração e desgaste das ferramentas durante fundição sob pressão e fundição em molde permanente.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tratamentos Comuns	Observações
Chapa	Não típico	Não aplicável	Não aplicável	A390 não é produzida como chapa laminada fina; inadequada para laminação/formação.
Placa	Limitado / Fundidos espessos (≥10 mm)	Variável conforme a seção	F, T5, T6	Placas fundidas espessas podem ser produzidas por fundição por gravidade ou em molde permanente para peças pesadas.
Extrusão	Não aplicável	Não aplicável	Não aplicável	A390 é uma liga de fundição e não é usada para extrusão.
Tubo	Raro como tubo fundido	Variável	F, T6	Tubos fundidos são possíveis para componentes hidráulicos especializados; não é comum.
Barra/Vareta	Barras de lingote/blancos forjados	Variável	F, T6	Normalmente fornecido como fundidos ou lingotes para usinagem posterior; barra laminada é incomum.

A390 é principalmente fornecido e usado em formas fundidas — fundição sob pressão de alta pressão, fundição por gravidade/molde permanente e fundição precisa em areia são as rotas normais de produção. O alto teor de silício da liga promove baixa dilatação térmica e redução de encolhimento, mas aumenta o desgaste das ferramentas e moldes, portanto a prática de fundição e os materiais dos equipamentos são considerações importantes. Os projetistas devem planejar formas próximas ao net shape para minimizar usinagem posterior e selecionar os processos de fundição compatíveis com as espessuras de seção exigidas para controlar a morfologia do silício e a porosidade.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	A390	USA	Designação da Aluminium Association para liga Al‑Si‑Cu‑Mg hipereutética para fundição.
EN AW / EN AC	AlSi17Cu4 / EN AC‑43400 (aprox.)	Europa	Simplificações aproximadas na EN existem; verificar especificação química e mecânica conforme a norma específica.
JIS	ADCxx (aprox.)	Japão	Não há equivalente JIS exato; algumas ligas ADC são similares, mas diferem no balanço Cu/Si.
GB/T	A390 (ou AlSi17Cu4)	China	Normas chinesas podem usar designações análogas; verificar especificação local para limites exatos.

As referências cruzadas entre normas internacionais são aproximadas porque as normas de fundição usam diferentes tolerâncias, limites de impurezas e requisitos de testes mecânicos. Engenheiros devem comparar tabelas completas de composição química e condições de teste de propriedades mecânicas (processo de fundição, tratamento térmico, limites de porosidade) ao substituir graus entre regiões.

Resistência à Corrosão

A390 possui resistência moderada à corrosão atmosférica típica de ligas Al‑Si para fundição, porém o teor relativamente alto de cobre reduz sua resistência em comparação com ligas de baixo teor de cobre. Em atmosferas industriais ou rurais levemente corrosivas, a liga forma uma película protetora de óxido, mas partículas de cobre e intermetálicos podem atuar como cátodos locais e aumentar o risco de corrosão por pite e localizada, especialmente se a matriz não estiver bem passivada.

A exposição marítima é mais desafiadora: ambientes com cloretos aceleram a corrosão por pite e frestas, e a presença de cobre agrava o ataque localizado. Para serviço marítimo ou ambientes agressivos com cloretos, revestimentos protetores, anodização (quando aplicável) ou medidas de projeto sacrificial geralmente são necessárias.

A ocorrência de trincas por corrosão sob tensão (SCC) é menos comum em ligas fundidas fortemente reforçadas com Si do que em ligas forjadas Al‑Cu de alta resistência e alta tensão, mas tensões residuais da fundição e tratamento térmico combinadas com ambientes corrosivos podem promover trincas em locais com defeitos como porosidade ou grandes partículas de Si. Interações galvânicas são importantes; A390 é anódico em relação a muitos aços inoxidáveis e ligas de níquel e irá corroer preferencialmente, portanto isolamento ou sistemas de revestimento adequados são recomendados. Em comparação com ligas forjadas 5xxx e 6xxx, A390 troca parte da resistência à corrosão por maior resistência ao desgaste e resistência mecânica em peças fundidas.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem do A390 é difícil e tipicamente desaconselhada porque o silício primário e intermetálicos causam fissuração a quente e zonas de fusão deficientes. O derretimento localizado durante soldagem TIG ou MIG pode gerar metal de solda frágil e amolecimento significativo da ZAC; ligas de adição devem ser selecionadas para balancear ductilidade e resistência à corrosão, e tratamentos térmicos pré e pós-soldagem têm eficácia limitada. Para soldagem de reparo, são necessários aditivos Al‑Si‑Cu especialmente formulados e controle rigoroso da entrada térmica da solda, temperatura entre passes e limpeza, mas reparos usinados e parafusados são frequentemente preferidos.

Usinabilidade

O comportamento na usinagem é bom em muitos casos porque a fase dura de silício atua como abrasivo durante o corte em serviço, aumentando o desgaste da ferramenta, mas proporcionando alta taxa de remoção de material; ferramentas de carboneto são recomendadas e fluidos de corte devem ser usados para controlar o calor e evacuar cavacos. Índices típicos de usinabilidade excedem muitas ligas forjadas devido à matriz quebradiça e partículas frágeis de Si, mas a vida útil da ferramenta é largamente influenciada pela morfologia das partículas de silício e pela porosidade da fundição. Usinagem em alta velocidade com fixações rígidas, pastilhas PCBN ou carboneto revestido, e estratégias de corte interrompido funcionam bem para componentes A390.

Conformabilidade

A conformação a frio e dobra convencional são muito limitadas devido à baixa ductilidade e presença de grandes fases primárias de Si que promovem fissuras. Pequenas deformações locais são possíveis em fundições recozidas ou tratadas especialmente, mas conformação típica deve ser planejada por fundição próxima da geometria final. Técnicas de conformação a quente e semi-sólida existem para ligas Al‑Si fundidas, mas exigem processos dedicados e não são comuns para componentes padrão A390 fundidos.

Comportamento ao Tratamento Térmico

A390 é uma liga fundida hipereutética tratável termicamente em que o tratamento de solução controlada e envelhecimento artificial geram a estrutura desejada de precipitados na matriz de alumínio. Temperaturas típicas para tratamento de solução estão na faixa de 500–540 °C por tempos dependentes da espessura da seção para dissolver componentes solúveis de Cu e Mg, seguido de resfriamento rápido para manter uma solução sólida supersaturada. O envelhecimento artificial é comumente realizado a 150–200 °C por períodos que podem variar de 2 a 10 horas para alcançar a resistência máxima T6; tempos e temperaturas são otimizados para o tamanho do componente e propriedades desejadas.

Como as partículas primárias de Si são estáveis nas temperaturas do tratamento térmico, o tratamento modifica as propriedades da matriz sem alterar significativamente o teor de Si frágil; por isso as melhorias na elongação são limitadas. O sobreenvelhecimento (T7) produz o crescimento dos precipitados para maior estabilidade térmica e relaxamento de tensões com perda da resistência máxima, sendo uma compensação útil para estabilidade dimensional em altas temperaturas. Para fundições, controlar a severidade do resfriamento e minimizar deformações e tensões residuais induzidas pelo resfriamento são preocupações práticas; algumas fundições requerem dispositivos de fixação para tratamento de solução ou meios de resfriamento modificados para controlar deformações.

Desempenho em Alta Temperatura

As propriedades mecânicas do A390 se degradam com o aumento da temperatura devido ao crescimento dos precipitados e redução da resistência da matriz; a resistência estrutural útil geralmente cai acima de ~150–200 °C. Para serviço contínuo em temperaturas elevadas, as condições T7 ou sobreenvelhecida oferecem melhor estabilidade, embora com menor resistência à temperatura ambiente, enquanto exposições curtas a temperaturas mais altas podem causar reversão parcial do envelhecimento e perda de resistência. A oxidação do alumínio é mínima em comparação com metais ferrosos, mas a presença de intermetálicos ricos em cobre pode afetar o comportamento de corrosão em alta temperatura em ambientes oxidantes ou com cloretos.

A zona afetada pelo calor durante aquecimento localizado (soldagem, atrito) pode experimentar amolecimento e fragilização; o projeto deve considerar fluência, relaxamento de tensões e deriva dimensional em aplicações de alta temperatura. Para exposição térmica cíclica, a expansão térmica diferencial entre a matriz de Al e as partículas duras de Si pode gerar microfissuras ao longo do tempo, portanto a geometria do componente e suportes devem mitigar concentrações de tensões térmicas.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o A390 É Usado
Automotiva	Pistões e saia de pistão	Silício hipereutético proporciona resistência ao desgaste e baixa dilatação térmica; boa estabilidade dimensional.
Automotiva / Trem de força	Camisas de cilindro, anéis de desgaste	Alta dureza superficial e propriedades lubrificadas para contatos deslizantes.
Hidráulica / Pneumática	Corpos de válvula, carcaças de bomba	Fundibilidade em geometrias complexas e boa resistência após tratamento T6.
Máquinas Industriais	Rolamentos e buchas	Resistência ao desgaste e resistência à compressão para cargas repetidas por contato.
Eletrônica / Térmica	Carcaças resistentes ao calor (limitado)	Boa estabilidade térmica e usinabilidade para peças de precisão.

A390 é escolhido quando os componentes exigem alta resistência ao desgaste, estabilidade dimensional sob ciclos térmicos e capacidade de fundir formas próximas da geometria final. Sua combinação de microestrutura de silício hipereutético e matriz endurecida por precipitação é particularmente adequada para componentes de movimento alternado e deslizante onde a vida útil sob carga de contato é crítica.

Insights para Seleção

A liga A390 é adequada quando a resistência ao desgaste e a capacidade de fundição são priorizadas em detrimento da ductilidade e condutividade elétrica; escolha A390 para pistões, camisas e inserções de desgaste onde o silício hipereutetético fornece superfícies de deslizamento duráveis. Em comparação com o alumínio comercialmente puro (1100), a A390 apresenta condutividade elétrica e conformabilidade substancialmente menores, em troca de dureza muito maior, resistência ao desgaste e resistência à compressão sob cargas de contato.

Em relação às ligas endurecidas por trabalho como 3003 ou 5052, a A390 oferece resistência ao desgaste muito superior e maior resistência alcançável após tratamento T6, mas geralmente apresenta resistência à corrosão pior e conformabilidade muito inferior; essas ligas deformadas são mais indicadas quando a conformação e a resistência à corrosão são as principais preocupações. Comparada com as ligas deformadas comumente tratáveis termicamente, como 6061/6063, a A390 proporciona resistência abrasiva e à apreensão superior, além de melhor estabilidade dimensional térmica em componentes fundidos, sendo preferida quando a complexidade quase final da fundição e o desgaste são mais importantes do que a maior ductilidade de tração máxima das ligas deformadas séries 6xxx.

Resumo Final

A A390 permanece uma liga de fundição de engenharia importante onde a morfologia do silício hipereutetético, a capacidade de fundir em geometrias complexas e as propriedades da matriz fortalecida por precipitação se combinam para fornecer alta resistência ao desgaste e estabilidade dimensional. Suas forças específicas a tornam uma escolha frequente para componentes deslizantes e reciprocantes de alta exigência em aplicações automotivas e industriais, desde que os projetistas considerem sua ductilidade limitada e os compromissos em resistência à corrosão.