Alumínio 5657: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

5657 é um membro da série 5xxx de ligas de alumínio-magnésio trabalhadas, enquadrando-se firmemente na família de aços não tratados termicamente e endurecidos por deformação, favorecida pelo equilíbrio entre resistência e resistência à corrosão. Seu principal elemento de liga é o magnésio, complementado por adições controladas de manganês e elementos-traço (cromo, ferro, silício, titânio) para controlar a estrutura de grão, resistência e conformabilidade.

O fortalecimento é obtido quase que inteiramente por endurecimento por solução sólida devido ao magnésio e por encruamento; o 5657 é projetado para responder bem à deformação a frio e a uma gama de tenacidades estabilizadas H, em vez de endurecimento por envelhecimento térmico. As características principais incluem limite de escoamento e resistência à tração elevados em relação ao alumínio puro, boa resistência à corrosão geral e por pites em atmosferas marinhas, e boa soldabilidade com ligas de adição típicas Al–Mg; a conformabilidade é boa em temperas recozidas ou levemente trabalhadas, mas diminui com maior encruamento.

Indústrias típicas incluem transporte (componentes para automóveis e caminhões pesados), equipamentos marítimos e construção naval, aplicações estruturais e arquitetônicas, e certos componentes elétricos e de transferência de calor onde a relação resistência/peso e a resistência à corrosão são valorizadas. Engenheiros escolhem o 5657 em vez de outras ligas quando se necessita de alumínio soldável de alta resistência com boa resistência à corrosão marinha, mantendo conformabilidade adequada e custo competitivo.

Variantes de Tenacidade

Tenacidade	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta (20–30%)	Excelente	Excelente	Totalmente recozida, máxima ductilidade para estampagem profunda e conformações complexas
H14	Média	Moderado (8–12%)	Bom	Excelente	Encruamento leve, comum para chapas formadas quando é necessária resistência extra
H22	Média-Alta	Moderado (6–10%)	Regular	Excelente	Endurecido por deformação e estabilizado para reduzir efeitos do envelhecimento natural
H32	Alta	Baixo (5–8%)	Regular a Bom	Excelente	Endurecido por deformação e estabilizado; comum em painéis estruturais
H111	Variável	Variável	Bom	Excelente	Tenacidade controlada em etapa única para extrusões e produtos laminados

A seleção da tenacidade orienta fortemente o trade-off entre conformabilidade e resistência; a tenacidade recozida O oferece a melhor janela para conformação, enquanto as tenacidades H elevam limite de escoamento e resistência à tração, porém reduzem o alongamento. Em soldagem ou onde há deformação local após soldagem, escolhem-se temperas estabilizadas (H22, H32) para limitar amolecimento pós-soldagem e controlar a estabilidade dimensional.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	0,10–0,40	Mantido baixo para limitar intermetálicos frágeis e melhorar a resistência à corrosão
Fe	0,20–0,60	Impureza típica; controlada para evitar fases grossas ricas em Fe que reduzem a ductilidade
Mn	0,20–0,80	Refinador de grão e estabilizador de resistência; melhora a resistência à recristalização
Mg	4,8–5,8	Elemento principal de reforço, proporcionando resistência por solução sólida e maior resistência à corrosão
Cu	0,05–0,20	Minimizado para evitar perda significativa de resistência à corrosão e manter soldabilidade
Zn	0,05–0,30	Níveis baixos limitam suscetibilidade à corrosão intergranular e mantêm ductilidade
Cr	0,05–0,25	Controla estrutura do grão e melhora resistência à sensitização e trinca por corrosão sob tensão
Ti	0,02–0,10	Refinador de grão usado principalmente em perfis ou lingotes para controle microestrutural
Outros (cada)	≤0,05	Resíduos e elementos-traço; equilíbrio Al

O teor de magnésio é o principal responsável pelo desempenho da liga, elevando a resistência à tração e ao escoamento por efeitos de solução sólida e contribuindo para maior resistência à corrosão em água do mar. Manganês e cromo atuam como microelementos de liga para controlar o crescimento do grão e mitigar recristalização e sensitização, melhorando a tenacidade e a resistência à corrosão sob tensão (SCC) em serviço.

Propriedades Mecânicas

O comportamento à tração do 5657 apresenta combinação de resistência ao escoamento alta e ductilidade moderada que dependem fortemente da tenacidade e espessura. Na condição recozida, a liga exibe alongamento substancial e limite de escoamento inferior, enquanto temperas endurecidas por deformação aumentam significativamente o limite de escoamento e reduzem a ductilidade. Limite de escoamento e resistência máxima escalam com o grau de trabalho a frio; modos típicos de falha são dúcteis com coalescência de microvazios em corpos de prova bem conformados.

A dureza segue a mesma tendência da resistência, aumentando com o nível de tenacidade H e com maior encruamento. O desempenho à fadiga beneficia-se da boa resistência à tração e modo de fratura relativamente dúctil dessa liga, mas os limites de fadiga são influenciados pelo acabamento superficial, tensões residuais de conformação ou soldagem, e espessura. Os efeitos da espessura são marcantes: calibres menores podem ser processados para ganhos efetivos maiores de resistência via encruamento, enquanto placas espessas apresentam menor conformabilidade e modos de falha distintos sob carregamento cíclico.

Propriedade	O/Recozida	Tenacidade Principal (H32)	Observações
Resistência à Tração	150–200 MPa	320–380 MPa	Valores variam com espessura e tenacidade exata; H32 fornece aumento significativo sobre O
Limite de Escoamento	65–110 MPa	260–320 MPa	Aumento forte com encruamento e estabilização
Alongamento	20–30%	5–8%	Alongamento diminui com o aumento da tenacidade endurecida; afeta calibres
Dureza	35–45 HB	80–95 HB	Valores Brinell indicativos; dureza correlaciona-se com trabalho a frio e tenacidade

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,68 g/cm³	Típica de ligas de alumínio, usada para cálculos de projeto leve
Faixa de Fusão	~570–645 °C	Faixa sólido-líquido depende do teor de liga e homogenização
Condutividade Térmica	120–140 W/m·K	Menor que alumínio puro devido ao Mg em solução sólida, mas ainda alta para aplicações de transferência de calor
Condutividade Elétrica	~30–38 %IACS	Reduzida em comparação ao alumínio puro; diminui com trabalho a frio
Calor Específico	~0,90 J/g·K	Valor típico usado em cálculo de massa térmica e aquecimento transiente
Coeficiente de Dilatação Térmica	23,5–24,5 µm/m·K	Coeficiente similar a outras ligas Al–Mg; relevante para projeto com expansão diferencial

As propriedades térmicas e elétricas do 5657 o tornam atraente para dissipadores de calor e invólucros elétricos onde também se requer resistência mecânica. A condutividade térmica é suficiente para muitas aplicações passivas de resfriamento, mas projetistas devem considerar a condutividade reduzida em relação ao alumínio puro ao especificar seções transversais e geometria de aletas.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tenacidades Comuns	Observações
Chapa	0,3–6,0 mm	Resistência aumenta com redução a frio	O, H14, H32	Ampliamente usada para painéis de carroceria, coberturas marítimas e chapas estruturais
Placa	6–200 mm	Conformabilidade inicial menor, boa resistência estrutural	O, H32	Componentes estruturais pesados e estruturas fabricadas
Extrusão	Perfis até 250 mm	Resistência mecânica depende do trabalho a frio subsequente	H111, H32	Seções complexas para quadros, trilhos e componentes estruturais
Tubo	Ø6–300 mm parede 0,5–10 mm	Resistência e conformabilidade dependem do processo de fabricação	O, H14	Tubulação para pressão e estrutura para aplicações marítimas e transporte
Barra/Bastão	Ø5–150 mm	Boa resistência em temperas com estiramento a frio	H111, H14	Fixadores, peças usinadas e material para conectores

A rota de processamento e a forma do produto influenciam fortemente as propriedades entregues do 5657. Chapas e placas laminadas geralmente passam por homogenização, laminação e resfriamento controlado para estabelecer microestrutura trabalhável, enquanto extrusões e forjados dependem da qualidade do lingote e temperas posteriores para controlar estrutura de grão e resistência. As escolhas de fabricação devem refletir a geometria da peça e o desempenho mecânico requerido.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Notas
AA	5657	EUA	Liga forjada de Al–Mg conforme especificada para uso geral em aplicações estruturais
EN AW	5xxx (aprox.)	Europa	Os equivalentes mais próximos estão dentro da família EN AW-5xxx; o número exato varia com o teor de Mg e Mn
JIS	A5xxx (aprox.)	Japão	Equivalente encontrado entre ligas JIS de Al–Mg forjado com níveis similares de Mg
GB/T	5xxx (aprox.)	China	Normas chinesas possuem designações comparáveis 5xxx; tolerâncias de composição podem diferir

Referências cruzadas diretas variam conforme a norma regional e as tolerâncias exatas de composição; os equivalentes geralmente pertencem à ampla família de ligas forjadas Al–Mg em vez de corresponderem exatamente um-por-um. As diferenças entre normas geralmente dizem respeito aos limites de impurezas, garantias das propriedades mecânicas em determinadas espessuras e condições superficiais permitidas para formas específicas de produto.

Resistência à Corrosão

5657 apresenta boa resistência geral à corrosão atmosférica típica das ligas Al–Mg, formando um filme estável de óxido que protege o substrato em ambientes rurais e industriais. Em atmosferas marinhas ou com cloretos, o teor relativamente alto de magnésio da liga melhora a resistência à corrosão por pite em comparação com as ligas das séries 1xxx e 3xxx, mas deve-se ter atenção especial ao tratamento térmico da liga, prática de soldagem e acabamento superficial para evitar corrosão localizada.

A sensibilidade à corrosão sob tensão (SCC) em ligas Al–Mg aumenta com o teor de magnésio e exposição a tensões de tração em ambientes contendo cloretos; o 5657 mitiga isso por meio de adições controladas de manganês e cromo que estabilizam a estrutura do grão e reduzem a suscetibilidade. Interações galvânicas ocorrem pelo contato com metais nobres como aço inoxidável e cobre; projetistas devem isolar metais diferentes ou usar ânodos sacrificiais em sistemas marítimos para proteção de seções finas.

Comparado com ligas 6xxx (Al–Mg–Si), o 5657 oferece resistência superior à corrosão em água do mar, mas com resistência máxima à precipitação geralmente menor; comparado com ligas 7xxx (Al–Zn–Mg) sacrifica resistência máxima em troca de características significativamente melhores de corrosão e soldabilidade. Tratamentos superficiais adequados, selantes e proteção catódica estendem a vida útil em ambientes agressivos.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

5657 solda facilmente com processos convencionais como MIG (GMAW) e TIG (GTAW), usando ligas de adição recomendadas da família Al–Mg (ex.: ER5356 ou ER5183) para compatibilizar resistência e propriedades anticorrosivas. O risco de trincas a quente é baixo, desde que parâmetros minimizem restrições e práticas de baixo teor de hidrogênio sejam usadas; o amolecimento da zona termicamente afetada (ZTA) pós-soldagem é limitado pois a liga não é tratável termicamente, embora alguma redução local na dureza e tensões residuais elevadas devam ser esperadas. Para aplicações estruturais, qualificação do procedimento de soldagem e seleção adequada do material de adição são essenciais para garantir desempenho em fadiga e ambientes suscetíveis à corrosão sob tensão.

Usinabilidade

Como liga dúctil Al–Mg, o 5657 geralmente usina com dificuldade moderada em comparação com ligas de fácil usinagem; tende a formar cavacos longos e contínuos que requerem estratégias de controle de cavacos. Ferramentas de carboneto com geometrias positivas de avanço e bordas afiadas oferecem o melhor equilíbrio entre acabamento superficial e vida útil da ferramenta; velocidades de corte são moderadas e avanços devem ser ajustados para evitar rebarbas e acúmulo na aresta. Operações secundárias como polimento ou desburramento químico são comuns para atender requisitos rigorosos de acabamento que afetam vida em fadiga e início de corrosão.

Conformabilidade

A conformabilidade é excelente no estado O, permitindo estampagem profunda, estampagem complexa e conformação por alongamento moderado; raios mínimos de dobra são pequenos em material recozido. À medida que são introduzidos tratamentos H, a liga encrua rapidamente e o efeito mola aumenta, portanto projetistas devem permitir raios de dobra maiores ou selecionar tratamentos intermediários para conformação seguidos de estabilização controlada. Técnicas de hidroconformação e conformação incremental ampliam a aplicabilidade da liga para formas complexas enquanto minimizam afinamento local e risco de fratura.

Comportamento ao Tratamento Térmico

5657 é uma liga não tratável termicamente e não ganha resistência por tratamento de solução e envelhecimento artificial; suas propriedades mecânicas são controladas por trabalho a frio e processamento termomecânico. O recozimento (estado O) é realizado por aquecimento até temperaturas adequadas de homogeneização ou recristalização seguido de resfriamento controlado para restaurar ductilidade para operações de conformação. Tratamentos de estabilização a temperaturas modestas podem ser usados para aliviar tensões residuais e temperar a microestrutura, produzindo condições H22/H32 que fornecem estabilidade dimensional e resistência ao envelhecimento natural.

Como a liga não sofre endurecimento por precipitação, os ciclos comuns da série T de tratamento solução/envelhecimento (ex.: T6) não são eficazes e não produzem os aumentos de resistência observados nas famílias 2xxx ou 6xxx. Ao invés disso, o controle de processo enfatiza a fração de trabalho a frio, caminhos de deformação controlados e tratamentos estabilizadores de baixa temperatura para definir as propriedades finais para fabricação e uso.

Desempenho em Alta Temperatura

Em temperaturas elevadas, o endurecimento por solução sólida fornecido pelo magnésio diminui conforme aumenta a mobilidade dos solutos, portanto o 5657 sofre perda progressiva de resistência acima de aproximadamente 100–150 °C. Para exposições intermitentes até cerca de 200 °C, a integridade mecânica de curto prazo pode ser mantida dependendo das condições de carga, mas serviço prolongado acima de 150 °C acelera processos de amolecimento e recuperação que reduzem limite de escoamento e vida em fadiga. A oxidação é mínima comparada a ligas ferrosas devido à camada protetora de alumina, mas temperaturas elevadas podem promover crescimento de grão e mudanças microestruturais localizadas que afetam o comportamento pós-soldagem e fadiga.

Projetistas devem evitar condições de operação que combinem temperatura elevada, tensão de tração e exposição a cloretos, pois esses fatores aumentam a suscetibilidade a corrosão sob tensão e corrosão acelerada. Quando serviço em alta temperatura é necessário, devem ser consideradas ligas alternativas com maior estabilidade térmica ou revestimentos protetores.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que usar 5657
Automotiva	Trilhos de colisão, painéis internos da carroceria	Alta relação resistência/peso, boa conformabilidade em tratamentos selecionados
Marinha	Chapas de casco, estruturas de convés	Resistência melhorada à corrosão em água do mar e soldabilidade
Aeroespacial	Estruturas secundárias, acessórios	Relação favorável entre resistência e peso e bom comportamento em fadiga para estruturas não primárias
Eletrônica	Dispersores térmicos, chassis	Condutividade térmica balanceada com rigidez mecânica para invólucros robustos

5657 é frequentemente especificado quando se busca um equilíbrio entre resistência, resistência à corrosão e facilidade de fabricação, ao invés da máxima resistência absoluta. Sua aplicabilidade abrange componentes em chapa conformada até conjuntos estruturais soldados onde desempenho anticorrosivo no ciclo de vida e manufaturabilidade são prioridades.

Orientações para Seleção

Escolha o 5657 quando o projetista precisar de um alumínio soldável com resistência superior ao alumínio comercialmente puro e boa resistência à corrosão para uso marinho ou estrutural. É valioso quando a conformação a frio é requerida inicialmente e quando a estabilização pós-conformação ou tratamentos H podem fornecer a estabilidade dimensional necessária.

Comparado com o alumínio comercialmente puro (1100), o 5657 sacrifica alguma condutividade elétrica e térmica e menor conformabilidade no estado puro em troca de limite de escoamento e resistência à tração substancialmente maiores. Comparado com ligas de encruamento comum como 3003 ou 5052, o 5657 geralmente apresenta resistência superior e muitas vezes iguala ou supera resistência à corrosão, embora possa ser ligeiramente mais caro e menos condutor. Comparado com ligas tratáveis termicamente como 6061, o 5657 não alcança a mesma resistência máxima por envelhecimento, mas é frequentemente preferido quando soldabilidade por junta e resistência à corrosão marinha superiores têm prioridade sobre a resistência máxima.

Resumo Final

O 5657 permanece uma escolha prática para engenheiros que buscam um alumínio não tratável termicamente que combine forte endurecimento por solução sólida, soldabilidade confiável e desempenho robusto contra corrosão em ambientes com cloretos. Seu equilíbrio de propriedades mecânicas e de fabricação o torna adequado para ampla gama de aplicações estruturais, marítimas e de transporte onde durabilidade no ciclo de vida e manufaturabilidade são fatores essenciais de projeto.