Alumínio 5251: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

5251 é um membro da série 5xxx de ligas de alumínio, que são ligas à base de magnésio, não tratáveis termicamente, oferecendo um equilíbrio entre resistência e resistência à corrosão. Sua composição química o coloca entre as ligas Al-Mg(-Mn), onde o magnésio é o principal soluto de reforço e o manganês fornece controle secundário da estrutura dos grãos.

A resistência no 5251 é obtida principalmente por meio do endurecimento por solução sólida e por encruamento; a liga não pode ser reforçada significativamente por tratamento térmico de precipitação. As características principais incluem resistência moderada a alta para uma liga não tratável termicamente, boa resistência à corrosão atmosférica e marinha, excelente conformabilidade na condição recozida e boa soldabilidade com processos típicos de fusão do alumínio.

Indústrias típicas que utilizam o 5251 incluem painéis internos e externos automotivos, componentes estruturais marítimos, sistemas arquitetônicos e de construção, além de certas aplicações em transporte e engenharia geral. Engenheiros escolhem o 5251 quando os projetistas precisam de uma liga resistente à corrosão com resistência superior ao alumínio comercialmente puro e melhor conformabilidade comparado a muitas ligas tratáveis termicamente.

O 5251 é preferido em relação a outras ligas quando se exige combinação de capacidade de conformação a frio, resistência moderada e desempenho superficial durável, mantendo custos de fabricação baixos e evitando ciclos de endurecimento por envelhecimento. Seu perfil de serviço geralmente o torna preferível a ligas que sacrificam a resistência à corrosão para alcançar maior resistência máxima.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta (18–30%)	Excelente	Excelente	Totalmente recozido; ideal para estampagem profunda e conformação complexa
H12	Baixa–Média	Moderado (12–20%)	Muito boa	Muito boa	Levemente encruado para reforço leve
H14	Média	Moderado (10–18%)	Boa	Muito boa	Quarto endurecido; comum para aplicações em chapa
H22	Média	Moderado (10–18%)	Boa	Muito boa	Estabilizado termicamente após recozimento parcial
H24	Média–Alta	Menor (8–14%)	Regular	Boa	Encruado e parcialmente recozido
H32	Alta	Baixo (6–12%)	Limitada	Boa	Encruado e estabilizado; têmpera estrutural comum
T têmpera (T5 / T6 / T651)	N/D	N/D	N/D	N/D	5251 é uma liga não tratável termicamente; têmperas T não se aplicam

A têmpera tem efeito decisivo no envelope mecânico do 5251: O fornece máxima ductilidade para conformação enquanto as têmperas H apresentam aumento progressivo no limite de escoamento e resistência à tração à custa do alongamento. A soldabilidade permanece boa entre as têmperas porque 5251 não depende de endurecimento por envelhecimento, mas as zonas afetadas pelo calor podem amolecer localmente condições encruadas e reduzir resistência local.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤ 0,25	Impureza; baixo teor para preservar resistência à corrosão
Fe	≤ 0,40	Impureza comum que pode formar intermetálicos afetando ductilidade
Mn	0,20–0,80	Controla estrutura granular e recuperação; reduz recristalização
Mg	2,0–3,0	Elemento primário de reforço por solução sólida; melhora resistência à corrosão
Cu	≤ 0,10–0,15	Mantido baixo para evitar redução na resistência à corrosão
Zn	≤ 0,20	Presença menor; pequenas quantidades toleradas sem grandes alterações
Cr	≤ 0,25	Pode estar presente para controlar crescimento de grãos e melhorar resistência à recristalização
Ti	≤ 0,15	Refinador de grão quando adicionado intencionalmente; geralmente residual
Outros	≤ 0,05 cada / ≤ 0,15 total	Elementos-traço e resíduos limitados pelas normas

A composição do 5251 é projetada para explorar o endurecimento por solução sólida dirigido pelo magnésio, minimizando elementos que incentivam a formação de intermetálicos ou corrosão localizada. Mn e Cr atuam como estabilizadores da microestrutura e ajudam a liga a reter resistência após conformação a quente, enquanto baixos Cu e controle de Fe e Si mantêm alta resistência à corrosão e boa ductilidade.

Propriedades Mecânicas

O 5251 apresenta comportamento de tração característico da família 5xxx encruada: dúctil e tenaz na condição recozida, com aumento pronunciado no limite de escoamento e resistência à tração quando encruado. O limite de escoamento aumenta significativamente com as têmperas H enquanto a relação resistência à tração/limite de escoamento permanece moderada, produzindo características previsíveis de deformação plástica úteis para operações de conformação. O alongamento diminui com o aumento da resistência, logo as operações de conformação e conformação final devem ser feitas antes ou controladas durante o encruamento.

A dureza correlaciona-se com a têmpera; ligas recozidas apresentam baixa dureza Brinell/Vickers enquanto as têmperas H elevam a dureza a níveis úteis para aplicações estruturais. O desempenho à fadiga é geralmente favorável para exposições marinhas e atmosféricas graças ao modo de fratura dúctil e resistência à corrosão localizada; contudo, os limites de fadiga caem com o aumento da espessura e deterioração da condição superficial. A espessura afeta tanto o limite de escoamento como o comportamento de conformação: bitolas menores conformam mais facilmente, enquanto seções mais espessas retêm mais resistência ao longo da espessura e podem ser menos suscetíveis a trincas nessa direção durante a dobra.

Propriedade	O/Recozida	Têmpera Chave (H32)	Observações
Resistência à Tração	95–155 MPa	240–310 MPa	Faixa depende do trabalho a frio e espessura; H32 oferece resistência estrutural típica
Limite de Escoamento	30–80 MPa	170–220 MPa	Aumento substancial do O para H32 devido ao encruamento
Alongamento	18–30%	6–12%	O alongamento diminui conforme a dureza da têmpera aumenta
Dureza	20–45 HB	70–95 HB	Valores aproximados de dureza Brinell; varia com têmpera e processamento

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,68 g/cm³	Típica para ligas Al-Mg; boa relação resistência/peso
Faixa de Fusão	≈ 600–655 °C	Faixa solidus-liquidus típica de ligas de alumínio trabalhadas
Condutividade Térmica	≈ 120–150 W/m·K	Inferior ao alumínio puro, mas ainda alta; útil para gerenciamento térmico
Condutividade Elétrica	≈ 28–38 % IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro devido à liga; adequada para algumas aplicações condutoras
Calor Específico	≈ 0,90 J/g·K (900 J/kg·K)	Padrão para ligas de alumínio; útil para cálculos de massa térmica
Expansão Térmica	≈ 23–24 µm/m·K	Comparável a outras ligas de Al; importante em montagens multimateriais

O 5251 mantém propriedades térmicas e elétricas favoráveis em comparação a muitas ligas estruturais, o que o torna útil em aplicações onde conformabilidade e condução térmica são necessárias. A densidade e características de expansão térmica suportam projetos leves e termicamente estáveis, mas os projetistas devem considerar reduções moderadas na condutividade em relação ao alumínio puro quando desempenho térmico ou elétrico preciso for requerido.

Formas de Produtos

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Têmperas Comuns	Observações
Chapa	0,3–4,0 mm	Consistente com a têmpera; bitolas finas conformam mais facilmente	O, H14, H24, H32	Forma mais comum para painéis automotivos e arquitetônicos
Placa	4–25 mm	Maior resistência através da espessura; menos conformável	H22, H24, H32	Usada para componentes estruturais que exigem rigidez
Extrusão	Seções transversais variadas	Resistência depende do trabalho a frio pós-extrusão	O, H14	Perfis extrudados frequentemente conformados para aumentar resistência
Tubo	0,5–6,0 mm de parede	Resistência e fadiga dependem do trabalho e espessura da parede	O, H14, H32	Usados em sistemas estruturais leves e tubos marítimos
Barra/Verga	6–100 mm	Seções grossas mantêm boa usinabilidade	O, H12, H14	Utilizadas para componentes usinados, conexões e fixadores

Diferenças na forma do produto controlam as têmperas disponíveis e as propriedades mecânicas finais; chapas mais finas são produzidas e processadas para máxima conformabilidade, enquanto placas e extrusões grossas são oferecidas para componentes com capacidade de carga. Rotas de processamento tais como laminação a frio, recozimento e estabilização são usados para ajustar a ductilidade ou resistência antes da fabricação e acabamento final.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Notas
AA	5251	EUA	Designação padrão americana para liga trabalhada 5251
EN AW	5251	Europa	Versão EN alinhada de perto com composição e têmperas AA
JIS	A5251 (aprox.)	Japão	Normas japonesas referenciam graus Al-Mg comparáveis; verificar especificação local
GB/T	5251 (aprox.)	China	Designação chinesa usa numeração similar; verificar tolerâncias locais

As tabelas de equivalência são aproximadas porque as especificações regionais podem diferir nos limites permitidos de impurezas, qualificações de processo e definições de têmpera. Ao substituir ligas entre normas, os engenheiros devem verificar composição química, propriedades mecânicas e requisitos de certificação, em vez de confiar somente na correspondência numérica.

Resistência à Corrosão

O 5251 oferece boa resistência à corrosão atmosférica típica das ligas Al-Mg; uma camada natural de óxido de alumínio combinada com a presença de magnésio proporciona melhor desempenho em ambientes externos e moderadamente agressivos. Ele tem bom comportamento em cenários gerais de exposição marinha e costeira, embora a resistência localizada à corrosão por pite dependa do acabamento da superfície e do teor de Mg em comparação com ligas de maior teor de Mg.

A suscetibilidade à corrosão sob tensão no 5251 é baixa em relação a algumas ligas Al-Mg de maior resistência; por não ser endurecido por envelhecimento, evita os mecanismos de SCC assistidos por precipitados que afetam certas ligas tratáveis termicamente. Contato com metais mais nobres ou materiais catódicos pode gerar acoplamentos galvânicos; projetistas devem evitar acoplamento direto com aços inoxidáveis ou cobre sem barreiras isolantes quando há umidade contínua.

Comparado com ligas da série 6xxx, o 5251 apresenta melhor resistência geral à corrosão, porém menor resistência máxima. Em relação às ligas 3xxx e 1xxx, o 5251 troca ligeiramente menor conformabilidade e condutividade elétrica por maior capacidade estrutural e melhor resistência à corrosão em ambientes com cloretos.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

O 5251 é facilmente soldável pelos processos MIG (GMAW) e TIG (GTAW) usando arames de adição das séries 4xxx e 5xxx. Os consumíveis recomendados incluem ER4043 (silício) para redução do risco de trincas e ER5356 ou ER5183 (aditivos Al-Mg) quando o alinhamento de resistência e resistência à corrosão é importante; minimize porosidade com bom ajuste de junta e limpeza. O risco de trincas a quente é baixo comparado a ligas tratáveis termicamente, mas a ZTE em têmperas encruadas sofrerá amolecimento e redução da resistência local.

Usinabilidade

A usinabilidade do 5251 é razoável a moderada e geralmente melhor que ligas 5xxx de maior resistência devido ao seu equilíbrio entre ductilidade e resistência; não é um alumínio usinável livre. Ferramentas de carboneto com ângulo positivo e estratégias de alta alimentação e baixa velocidade proporcionam os melhores acabamentos e vida útil das ferramentas. O controle de cavacos é geralmente possível com ferramentas afiadas e refrigerante adequado; evite encruamento excessivo da zona de corte imediata.

Conformabilidade

A conformabilidade na têmpera O é excelente para estampagem profunda, dobra e operações complexas de estampagem, com retorno elástico relativamente baixo em comparação com têmperas de liga mais forte. Raios de dobra recomendados dependem da espessura e têmpera, mas em geral seguem as regras usuais para alumínio (ex.: raio interno ≥ 1–2× espessura para têmperas H e ≥ 0,5–1× espessura para têmpera O). O encruamento por trabalho a frio é o principal mecanismo de endurecimento, assim sequências de conformação e recozimentos controlados são práticas normais para alcançar geometrias complexas sem trincas.

Comportamento ao Tratamento Térmico

5251 é classificado como liga não tratável termicamente; não consegue endurecimento significativo por precipitação através de solução e envelhecimento. Tentativas de aplicar tratamento térmico do tipo T não produzem ganhos de resistência vistos nas ligas 6xxx e 7xxx e podem causar efeitos microestruturais indesejados.

O encruamento por deformação a frio é o principal mecanismo para aumento do limite de escoamento e resistência à tração. Recozimento padrão (ex.: recozimento completo para têmpera O) restaura a ductilidade por recuperação e recristalização; tratamentos de estabilização (designados H3x/H4x) são usados para minimizar alterações posteriores nas propriedades mecânicas durante fabricação ou serviço.

Desempenho em Alta Temperatura

Temperaturas elevadas reduzem progressivamente a resistência do 5251, com amolecimento apreciável frequentemente acima de 100–150 °C dependendo da têmpera e nível de tensão. Exposição contínua a temperaturas próximas à faixa de fusão da liga não é apropriada; para uso intermitente em alta temperatura, deve-se considerar redução da capacidade de carga e aceleração dos mecanismos de fluência.

A oxidação nas temperaturas de serviço limita-se à formação de camada estável de óxido de alumínio que é protetiva; não há escala significativa ou fragilização como ocorre em alguns aços. A estabilidade térmica das têmperas encruadas é moderada, assim exposição prolongada a temperaturas moderadamente elevadas pode relaxar tensões residuais e diminuir limite de escoamento em têmperas H, especialmente perto de soldas e regiões de alta deformação.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que Usar 5251
Automotiva	Painéis internos e externos da carroceria	Boa conformabilidade e resistência moderada; resistência à corrosão
Marítima	Painéis estruturais e acessórios não críticos	Resistência à água salgada e bom desempenho à fadiga
Aeroespacial	Acessórios secundários e revestimentos aerodinâmicos	Boa relação resistência-peso e resistência à corrosão para peças não críticas
Eletrônica	Chassis e dissipadores de calor	Condutividade térmica e estabilidade à corrosão
Arquitetura	Painéis de fachada e revestimentos	Conformabilidade para formas complexas e durabilidade externa a longo prazo

O 5251 ocupa um nicho prático onde conformabilidade, resistência à corrosão e resistência estrutural razoável são requeridas simultaneamente, e onde o tratamento térmico agregaria custo ou complexidade. É amplamente utilizado em chapas e extrudados que passam por operações significativas de conformação antes do uso final.

Orientações para Seleção

O 5251 é uma escolha lógica quando o engenheiro precisa de mais resistência que o alumínio comercialmente puro (ex.: 1100) mas ainda quer boa conformabilidade e resistência à corrosão. Em comparação ao 1100, o 5251 oferece maior resistência e ligeira redução na condutividade elétrica/térmica em troca de capacidade estrutural e melhor comportamento à corrosão em ambientes clorados.

Em relação a outras ligas encruadas como 3003 e 5052, o 5251 geralmente se posiciona próximo ao 5052 em resistência e resistência à corrosão, oferecendo desempenho marinho comparável, porém frequentemente melhor conformabilidade que variantes muito encruadas. Quando são necessárias ligas mais fortes e tratáveis termicamente como 6061, o 5251 é escolhido se a resistência à corrosão, soldabilidade ou conformabilidade na têmpera O forem priorizadas em detrimento da resistência máxima alcançável.

Selecione o 5251 quando as sequências de fabricação envolverem conformação a frio significativa ou soldagem e quando a exposição atmosférica ou marinha prolongada for esperada; balanceie custo e disponibilidade contra resistências máximas ligeiramente inferiores às alternativas tratáveis termicamente.

Resumo Final

O 5251 permanece uma liga Al-Mg relevante e prática para engenharia moderna porque combina conformabilidade, soldabilidade e resistência à corrosão com uma faixa de resistência útil obtida por trabalho a frio. Seu comportamento previsível entre têmperas, ampla disponibilidade em formas e desempenho comprovado em aplicações automotivas, marítimas e arquitetônicas fazem dele uma escolha confiável onde se requer alumínio durável e conformável.