Alumínio A413.0: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Abrangente

A413.0 está posicionada na família do alumínio 4xxx, uma série à base de silício que enfatiza a soldabilidade e a fluidez para fundição/forjamento em vez das maiores resistências em estados de têmpera máxima. A liga é formulada com silício como principal elemento de liga, complementado por adições controladas de magnésio e cobre para possibilitar o endurecimento por precipitação e melhorar o desempenho mecânico. O fortalecimento em A413.0 é obtido principalmente por meio de uma combinação de tratamento em solução seguido por envelhecimento artificial (endurecimento por precipitação), com resposta limitada ao encruamento para componentes formados a frio. As características típicas incluem resistência moderada a alta em têmperas tratadas termicamente, boa resistência à corrosão em muitas atmosferas, excelente soldabilidade devido ao silício, e conformabilidade adequada em têmperas mais suaves.

A413.0 é comumente utilizada em componentes estruturais e carroceria automotiva, caixas e suportes de powertrain, acessórios náuticos e componentes que exigem um equilíbrio entre usinabilidade/extrudabilidade e desempenho mecânico. A liga é escolhida quando os projetistas precisam de um alumínio que aceite soldagem facilmente, mantendo níveis intermediários de resistência tratada termicamente — um compromisso prático entre as ligas 3xxx/5xxx não tratáveis termicamente e as famílias 6xxx/2xxx, que são tratáveis termicamente e de maior resistência. Na fabricação, o teor de silício em A413.0 melhora o acabamento superficial e reduz a tendência a trincas por calor durante soldagem e fundição, simplificando a fabricação e diminuindo as taxas de sucata. Para aplicações que requerem boa usinabilidade, estabilidade dimensional após tratamento térmico e resistência à corrosão sem o custo ou a complexidade de manuseio das ligas 2xxx ou 7xxx de alta resistência, A413.0 é frequentemente selecionada.

O apelo de A413.0 vem do design metalúrgico equilibrado: o silício proporciona baixo intervalo de solidificação e compatibilidade com metal de solda, o magnésio e o cobre conferem potencial de resistência por precipitação, e elementos de transição em pequenas quantidades (Ti, Cr) refinam a microestrutura e controlam o crescimento dos grãos. A liga demonstra cinéticas de envelhecimento previsíveis e uma janela de processamento relativamente ampla para tratamento em solução e envelhecimento, em comparação com ligas de alta resistência que são mais sensíveis às taxas de têmpera. Isso torna A413.0 atrativa para OEMs e fabricantes que valorizam robustez no processo, propriedades mecânicas repetíveis e menores taxas de rejeição durante a soldagem e o tratamento térmico. A combinação de custo moderado, disponibilidade e facilidade de fabricação frequentemente inclina a escolha a favor de A413.0 para aplicações estruturais de desempenho intermediário.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Formabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto (18–25%)	Excelente	Excelente	Estado totalmente recozido para conformação e união
H14	Baixo–Moderado	Moderado (12–18%)	Bom	Excelente	Leve encruamento; bom para peças simples formadas
T5	Moderado	Moderado (8–14%)	Regular	Excelente	Resfriado após trabalho a quente e envelhecido artificialmente para alívio de tensões
T6	Alto	Baixo–Moderado (6–12%)	Reduzida	Bom	Tratado em solução e envelhecido artificialmente para resistência máxima
T651	Alto	Baixo–Moderado (6–12%)	Reduzida	Bom	Tratado em solução, aliviado de tensões por estiragem, envelhecido artificialmente

A têmpera influencia fortemente o equilíbrio entre conformação e desempenho mecânico final em A413.0. As têmperas O e H leves são usadas onde é necessária conformação a frio extensa ou estampagem profunda, enquanto as têmperas T5/T6/T651 são aplicadas onde resistência e estabilidade dimensional após tratamento térmico são as principais preocupações.

A transição entre têmperas altera a resistência à fadiga, os níveis de tensões residuais e a suscetibilidade ao retorno elástico (springback); portanto, os projetistas devem escolher a têmpera compatível com as operações de conformação e as cargas de serviço previstas. O desempenho em soldagem é melhor nas têmperas suaves, embora partes em condição T6 possam ser soldadas com metal de adição apropriado e tratamento pós-soldagem para restaurar a resistência na ZTA (zona termicamente afetada).

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	6,0–12,0	Principal elemento de liga; melhora a fluidez, reduz a faixa de fusão e aumenta a soldabilidade
Fe	0,2–1,2	Elemento impureza que forma intermetálicos; controlado para limitar fragilização
Mn	0,05–0,6	Modificador de estrutura granular e contribuidor de resistência em algumas têmperas
Mg	0,3–1,4	Proporciona endurecimento por precipitação (Mg2Si) em combinação com Si
Cu	0,2–1,5	Melhora a resistência via precipitação, porém pode reduzir a resistência à corrosão se em excesso
Zn	0,05–0,5	Elemento menor; pode influenciar levemente a resistência e o comportamento à corrosão
Cr	0,05–0,3	Controla a estrutura granular e limita a recristalização durante o processamento térmico
Ti	0,02–0,2	Refinador de grãos para fundidos e extrudados; melhora a confiabilidade mecânica
Outros (incluindo o restante Al)	Balance	Adições-traço (B, Zr) podem ser especificadas para controle especial de processamento

A química visa uma matriz dominada por silício com magnésio e cobre suficientes para permitir endurecimento por envelhecimento previsível via precipitados contendo Mg–Si e Cu. O silício reduz a temperatura solidus da liga e minimiza mudanças de forma na solidificação, beneficiando processos de fundição e soldagem. Pequenas quantidades de elementos de transição, como Cr e Ti, atuam como refinadores de grãos e inibidores de recristalização, melhorando a tenacidade e a estabilidade dimensional após entrada de calor.

O controle de ferro e outras impurezas é importante porque excesso de Fe gera intermetálicos frágeis que reduzem a ductilidade e a vida em fadiga. O equilíbrio entre Mg e Si é crítico para garantir a fração volumétrica e composição corretas dos precipitados fortalecedores, enquanto as adições de Cu elevam a resistência, exigindo estratégias de mitigação da corrosão em ambientes marinhos ou com alto teor de cloretos.

Propriedades Mecânicas

A413.0 em condição recozida apresenta limites de escoamento e resistência à tração relativamente baixos com alta ductilidade, permitindo estampagem profunda e operações de conformação complexas sem trincas. Nas condições tratadas termicamente (T5/T6/T651), a liga desenvolve resistência ao escoamento e resistência última significativamente maiores pela formação de precipitados finos, em detrimento do alongamento e da dobrabilidade reduzida. O desempenho em fadiga é altamente sensível ao processo; espécimes em têmpera T6 apresentam melhor resistência à iniciação de trincas sob cargas estáticas elevadas, mas a presença de defeitos de fundição ou usinagem e intermetálicos grosseiros pode dominar o comportamento da propagação de trincas.

A espessura e a forma do produto influenciam fortemente a resposta mecânica porque as taxas de resfriamento durante a têmpera afetam a dispersão dos precipitados e o amolecimento na zona termicamente afetada (ZTA) em componentes soldados. Seções finas podem ser completamente fortalecidas pelo envelhecimento T6, enquanto seções grossas podem apresentar gradientes nas propriedades mecânicas devido ao resfriamento mais lento e diferenças no crescimento microestrutural. A dureza correlaciona-se bem com as propriedades de tração em A413.0; medições de dureza Rockwell ou Brinell são comumente usadas no controle de produção para garantir a têmpera e a resposta ao envelhecimento.

Propriedade	O/Recozido	Temperas Principais (T6/T651)	Observações
Resistência à Tração	120–170 MPa	280–360 MPa	T6 oferece até ~2,5× aumento em relação ao O; faixa depende da composição exata e espessura
Limite de Escoamento	60–100 MPa	220–300 MPa	Limite de escoamento se aproxima da resistência à tração em condições de sobreaçamento; projeto deve usar valores conservadores de escoamento
Alongamento	18–25%	6–12%	Ductilidade reduz com o aumento do envelhecimento por precipitação e intermetálicos ricos em Si
Dureza	40–60 HB	90–130 HB	Dureza correlaciona-se com a resposta do envelhecimento; usada para CQ da condição de têmpera

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,68–2,74 g/cm³	Levemente dependente da liga; próximo ao alumínio puro
Faixa de Fusão	Sólido ≈ 555–575 °C; Líquido ≈ 615–645 °C	O Si reduz a temperatura do sólido comparado ao Al puro; janelas de fundição/soldagem afetadas
Condutividade Térmica	100–140 W/m·K	Inferior ao alumínio puro mas ainda alta comparada a aços; influenciada por Si e elementos de liga
Condutividade Elétrica	28–42 % IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro devido a solutos e precipitados
Calor Específico	0,85–0,92 J/g·K	Semelhante a outras ligas de alumínio; útil para cálculos de gerenciamento térmico
Expansão Térmica	22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Típico para ligas de alumínio; considerar expansão diferencial em montagens bimetálicas

A413.0 mantém a favorável baixa densidade e alta condutividade térmica típicas do alumínio, tornando-a uma escolha atraente quando são necessárias redução de peso e dissipação de calor. O teor de silício reduz a condutividade elétrica e térmica em relação ao alumínio puro, mas não a ponto de impedir a utilização em aplicações de dissipação térmica para eletrônicos de potência moderada. A faixa de fusão e a temperatura sólida reduzida exigem controle rigoroso dos parâmetros de soldagem e fundição para evitar trincas a quente e gerenciar os efeitos na ZAC.

A expansão térmica é significativa em comparação com aços ou compósitos, portanto montagens combinando materiais diferentes requerem folgas para movimento térmico diferencial. A combinação de calor específico e condutividade suporta análises térmicas transientes para componentes expostos a cargas térmicas pulsadas.

Formas de Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento à Resistência	Temperas Comuns	Observações
Chapa	0,5–6,0 mm	Espessura uniforme permite fortalecimento confiável no T6	O, H14, T5, T6	Usada onde acabamento superficial e conformabilidade são necessários
Placa	6–100 mm	Seções espessas podem ficar subestimadas devido a limitações de têmpera	O, T5, T6	Requer controle de resfriamento para evitar zonas moles no núcleo
Extrusão	Perfis de 1–100 mm	Boa resistência longitudinal e controle de fluxo de grãos	O, T5, T6	Aditivos de Ti e Cr ajudam na estabilidade da extrusão em alta temperatura
Tubo	Parede de 1–20 mm	Comportamento similar a chapa/extrusão; juntas soldadas viáveis	O, T5, T6	Usado em tubulações estruturais, hidráulicas e marítimas
Barra/Haste	Ø3–200 mm	Hastes podem ser trefiladas e envelhecidas; seção afeta o têmpera	O, T6	Utilizado para componentes usinados e fixadores em alguns casos

Chapa e placa são comumente laminadas e recebem tratamentos subsequentes de solubilização e envelhecimento para atingir temperas desejadas, enquanto extrusões se beneficiam do melhor fluxo proporcionado pelo silício para produzir abas finas e seções transversais complexas. A produção de tubos e barras deve considerar a interação entre o tamanho da seção transversal e a taxa de têmpera; seções grandes frequentemente requerem técnicas especiais de têmpera ou envelhecimento interrompido para produzir propriedades mecânicas uniformemente distribuídas. Estoques para usinagem (barras/haste) são frequentemente fornecidos em estados macios e endurecidos após o desbaste para reduzir o desgaste da ferramenta e distorção.

Operações de conformação são mais econômicas em estados O ou com leve encruamento; o tratamento térmico final é usado para definir propriedades mecânicas quando a estabilidade dimensional é crítica. Montagens soldadas podem ser projetadas para minimizar a distorção pós-soldagem e permitir restauração local ou global das propriedades por tratamento térmico.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	A413.0	EUA	Designação da Aluminum Association usada nas especificações norte-americanas
EN AW	Sem equivalente direto	Europa	Nenhum código EN AW corresponde exatamente; EN AW-4032 ou EN AW-4047 são análogos próximos dependendo do balanço Si/Mg/Cu
JIS	Sem equivalente direto	Japão	Existem ligas similares para fundição/extrusão, mas a composição exata varia entre fabricantes
GB/T	Sem equivalente direto	China	Ligas domésticas comparáveis podem ser usadas; verificação rigorosa das propriedades requerida

Não existe um único equivalente internacional universalmente idêntico ao A413.0, pois padrões regionais frequentemente subdividem ligas à base de silício em diversos graus mais restritos. Normas europeias e asiáticas oferecem ligas com conteúdos similares de Si e Mg (ex.: família 4032 ou variantes modificadas do 4047) que aproximam o equilíbrio entre soldabilidade e resistência tratável termicamente do A413.0, porém diferenças em Cu, Ti e elementos traço geram diferenças mensuráveis na cinética do envelhecimento e resistência à corrosão. Na substituição, engenheiros devem comparar faixas reais de composição, curvas de resposta ao tratamento térmico e propriedades mecânicas certificadas ao invés de basear-se somente em nomes nominais dos graus.

O cruzamento de referências deve ser realizado usando relatórios de ensaio de materiais certificados e testes mecânicos comparativos para componentes críticos, especialmente quando vida à fadiga, tenacidade à fratura ou resistência à corrosão são fatores de projeto. Onde certificação regulatória ou aprovação aeronáutica for requerida, o uso do grau especificado exato ou equivalente validado é obrigatório.

Resistência à Corrosão

A413.0 apresenta resistência geral boa à corrosão atmosférica semelhante a muitas ligas Al–Si, beneficiando-se da camada passiva de óxido de alumínio e do impacto moderado do silício na estabilidade eletroquímica. Em ambientes marinhos ou ricos em cloretos, a liga tem desempenho aceitável, mas é mais suscetível à corrosão localizada por pites do que ligas 5xxx ricas em magnésio; revestimentos protetores ou anodização são comumente aplicados para serviço de longo prazo. A suscetibilidade à corrosão sob tensão (SCC) é baixa a moderada, dependendo da têmpera; condições T6 com tensões residuais de tração e ambientes agressivos requerem cautela e podem demandar tratamento térmico pós-soldagem ou alterações no projeto para mitigar risco de SCC.

Interações galvânicas seguem o comportamento padrão do alumínio; quando acoplado a metais mais nobres (aço inoxidável, ligas de cobre), o A413.0 corroerá preferencialmente a menos que haja isolamento elétrico ou medidas sacrificiais. Comparado às ligas 5xxx (Al–Mg), o A413.0 troca uma resistência ligeiramente menor à corrosão por frestas e pites por melhor soldabilidade e resistência tratável termicamente. Em comparação às ligas série 6xxx, o A413.0 pode ter desempenho atmosférico comparável, mas pode tolerar melhor a soldagem sem incompatibilidade do material de adição devido ao efeito favorável do silício na solidificação.

Tratamentos de superfície como anodização, conversão cromatada e revestimentos orgânicos prolongam dramaticamente a vida útil e são rotineiros em aplicações marítimas e externas. Projetistas devem avaliar a química local da liga e têmpera, pois pequenas diferenças em Cu e Mg influenciam materialmente o desempenho corrosivo em ambientes agressivos.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A413.0 solda bem com processos padrão TIG e MIG graças ao efeito benéfico do silício que reduz o risco de trincas a quente e promove piscinas de fusão fluidas. Ligas de adição recomendadas incluem ER4043 (Al–Si) para soldas gerais e ER5356 (Al–Mg) quando se requer maior resistência na junta e compatibilidade aceitável com a liga base. O risco de trincas a quente é baixo comparado a muitas ligas 6xxx e 2xxx, mas atenção ao ajuste das juntas, purga e controle do aporte térmico é necessário para minimizar porosidade e inclusões de óxidos.

Zonas afetadas pelo calor (ZAC) pós-soldagem podem amolecer se o metal base estiver em condição de pico de envelhecimento; nesses casos, pode-se usar re-solubilização local ou envelhecimento artificial para recuperar propriedades se a geometria e a economia da produção permitirem. Pré-aquecimento raramente é necessário, mas controle da temperatura entre passes e técnicas de alívio de tensões podem ser aplicadas para conjuntos grandes para controlar distorção.

Usinabilidade

A usinabilidade do A413.0 é moderada e geralmente melhor que ligas 2xxx de alta resistência devido ao efeito abrasivo e fragmentador do silício; ferramentas de corte devem ser selecionadas para resistência ao desgaste abrasivo, tipicamente pastilhas de carboneto ou carboneto revestido. Práticas recomendadas incluem altas taxas de avanço com velocidades de corte moderadas para favorecer a segmentação do cavaco e controle da temperatura da ferramenta; uso de fluido refrigerante é aconselhável para remover cavacos presos e reduzir cargas térmicas. Acabamento superficial e vida útil da ferramenta dependem fortemente do tamanho e da distribuição das partículas de Si; silício fino e uniformemente distribuído gera melhores acabamentos e menor desgaste das ferramentas.

Para componentes com tolerâncias apertadas, o desbaste em revenimentos mais macios seguido por uma têmpera por envelhecimento final e passagem de usinagem de acabamento pode reduzir distorções e melhorar o controle dimensional. Rosqueamento, trefilação e furação profunda requerem lubrificação adequada e frequentemente taxas de penetração reduzidas para evitar encruamento ou quebra da ferramenta.

Conformabilidade

A conformabilidade é excelente nos estados O e H14, permitindo profundos repuxos e dobras complexas com raios internos relativamente pequenos comparados às condições T6. Os raios mínimos típicos de dobra em chapa recozida são da ordem de 0,5–1,0× a espessura para dobras simples, aumentando para condições com envelhecimento T6 e geometrias complexas. O trabalho a frio aumenta a resistência, mas reduz a ductilidade; quando é necessário conformamento pesado, forme no estado recozido e depois aplique o tratamento térmico final para restaurar ou aumentar a resistência.

O retorno elástico (springback) na condição T6 é mais acentuado e deve ser considerado no projeto e validação das matrizes. Onde o conformamento por estiramento ou trabalho a frio severo for necessário, a lubrificação e passos progressivos de conformação reduzem o risco de trincas em sítios de intermetálicos ricos em Si.

Comportamento ao Tratamento Térmico

O tratamento de solubilização para A413.0 normalmente é realizado em temperaturas na faixa de 510–540 °C para dissolver as fases contendo Mg e Cu em uma matriz de alumínio supersaturada. A têmpera rápida até a temperatura ambiente é necessária para reter o soluto em solução sólida; o controle da taxa de têmpera é crítico para seções espessas para evitar a formação de precipitados grossos e a redução da resposta ao envelhecimento. O envelhecimento artificial é realizado a 150–190 °C para respostas T5/T6, com dureza e resistência máximas alcançadas após tempo controlado à temperatura, dependendo da composição exata.

O sobreenvelhecimento reduz a resistência, mas melhora a tenacidade e a resistência à corrosão sob tensão, podendo ser selecionado intencionalmente para componentes que exigem equilíbrio entre propriedades. O revenimento T651 adiciona uma operação controlada de estiramento ou alívio de tensões após a solubilização para minimizar tensões residuais e distorção, melhorando a estabilidade dimensional para peças usinadas. O A413.0 apresenta janelas de envelhecimento relativamente amplas em comparação com ligas 2xxx mais sensíveis à têmpera, tornando o controle do processo menos crítico, mas ainda importante para desempenho repetitivo.

Para processos sem tratamento térmico ou onde o tratamento térmico é impraticável, o encruamento via conformação a frio oferece fortalecimento incremental, mas não alcança os níveis máximos disponíveis através do endurecimento por precipitação. Ciclos de recozimento são usados para