Alumínio 6951: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Abrangente

6951 faz parte da série 6xxx de ligas de alumínio, amplamente classificadas como ligas Al-Mg-Si e são tratáveis termicamente por envelhecimento por precipitação. Pertence a um subgrupo das ligas 6xxx que incluem cobre em quantidade moderada e quantidades controladas de zinco e cromo para aumentar a resistência e modificar a cinética de envelhecimento, mantendo boa performance contra corrosão.

Os principais elementos de liga no 6951 incluem magnésio e silício (para a fase de fortalecimento Mg2Si), com cobre como acelerador intencional da resistência e do endurecimento. Adições em traço de cromo, titânio e quantidades controladas de ferro e manganês são usadas para controlar a estrutura do grão, a recristalização e dispersóides que afetam a tenacidade, o comportamento da ZAC (zona afetada pelo calor) e a vida à fadiga.

O principal mecanismo de fortalecimento é o endurecimento por precipitação combinado com endurecimento por deformação limitado; o tratamento solubilizante seguido de envelhecimento artificial produz precipitados finos de Mg-Si (modificados por Cu) que travam as discordâncias. As características chave incluem alta relação resistência/peso em relação às ligas padrão 6xxx, boa resistência geral à corrosão, soldabilidade razoável com algum risco de amolecimento na ZAC, e conformabilidade justa em estados mais macios.

As indústrias típicas que utilizam 6951 são subestruturas e acessórios aeroespaciais, equipamentos de defesa, componentes automotivos de alta performance e algumas peças estruturais marítimas onde se requer equilíbrio entre resistência, resistência à corrosão e processabilidade. Engenheiros escolhem o 6951 quando são necessárias maior resistência máxima e um equilíbrio favorável entre fadiga e peso, sem os custos, restrições de fabricação ou problemas de anodização das ligas da série 7xxx de maior resistência.

Variantes de Estado

Estado	Nível de Resistência	Alongamento	Formabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Totalmente recozido para conformação e estampagem
H111 / H11	Baixo-Médio	Médio-Alto	Muito Boa	Boa	Envelhecido por deformação leve, mantém alguma conformabilidade
H14	Médio	Médio	Boa	Boa	Endurecido por deformação em estágio único para aumento de escoamento
T4	Médio	Médio-Alto	Boa	Boa	Envelhecido naturalmente após solubilização; propriedades intermediárias
T5	Médio-Alto	Médio	Razoável	Boa	Resfriado após conformação e envelhecido artificialmente
T6	Alto	Baixo-Médio	Limitada	Boa (com amolecimento na ZAC)	Tratado termicamente e envelhecido artificialmente para resistência máxima
T651	Alto	Baixo-Médio	Limitada	Boa (com amolecimento na ZAC)	T6 com alívio de tensões por estiramento; comum na aeroespacial
H24/H34	Médio-Alto	Médio	Razoável	Boa	Combinação de deformação e envelhecimento artificial para propriedades controladas

O estado tem efeito principal na resistência, ductilidade e formabilidade no 6951, sendo os estados O e da série H usados para conformação pesada e estampagem profunda. T6 e T651 fornecem as maiores resistências estáticas e melhor desempenho à fadiga, mas reduzem a formabilidade e aumentam a sensibilidade ao calor aplicado durante a soldagem.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	0,4–1,0	Combina-se com Mg para formar precipitados fortalecedores de Mg2Si
Fe	0,1–0,5	Impureza que forma intermetálicos; controlado para limitar fragilização
Mn	0,05–0,3	Modificador da estrutura do grão; pequenas quantidades melhoram a tenacidade
Mg	0,6–1,3	Elemento principal de resistência via Mg2Si; controla endurecimento por envelhecimento
Cu	0,6–1,5	Aumenta resistência, acelera envelhecimento e afeta corrosão e ZAC
Zn	0,05–0,30	Adição menor para ajustar resistência e resposta ao envelhecimento
Cr	0,05–0,35	Controla recristalização, formação de dispersóides e estabilidade da ZAC
Ti	0,02–0,15	Refinador de grão usado em processos de fundição/extrusão
Outros	Balanceamento (incluindo traços de Zr, B)	Pequenas adições/impurezas para controle do processo

A química do 6951 é ajustada para favorecer a precipitação Mg-Si com Cu atuando como modificador de resistência e envelhecimento. As proporções de silício e magnésio controlam a fração volumétrica e estabilidade dos precipitados Mg2Si, enquanto o Cu modifica a sequência e estabilidade térmica dos precipitados, proporcionando maiores resistências máximas. Cromo e elementos em traço formam dispersóides que limitam o crescimento do grão e melhoram as propriedades de ZAC e fadiga.

Propriedades Mecânicas

O comportamento à tração do 6951 é característico das ligas Al-Mg-Si-Cu tratáveis termicamente: ocorre grande aumento de resistência após tratamento solubilizante e envelhecimento artificial com formação de precipitados finos. As relações de limite de escoamento para resistência à tração dependem do estado e do processamento, e condições com envelhecimento máximo apresentam limites de escoamento relativamente altos com alongamento moderado. O alongamento em condições recozidas é alto para conformação, mas cai substancialmente em T6/T651 onde o material torna-se mais suscetível à estricção localizada.

A dureza segue a mesma tendência da resistência à tração e é uma medida útil em chão de fábrica para verificação do estado; a dureza aumenta cerca de 2 a 3 vezes do estado O para T6 em materiais de mesma espessura. O desempenho à fadiga é favorecido por precipitados finos e distribuídos uniformemente e microestrutura controlada; acabamento superficial, tensões residuais e espessura influenciam fortemente o limite de fadiga. Os efeitos de espessura são significativos, já que seções maiores resultam em precipitados mais grossos e velocidades de têmpera mais lentas, o que pode reduzir a resistência máxima alcançável e alterar o comportamento de amolecimento da ZAC.

Propriedade	O/Recozido	Estado Principal (ex. T6/T651)	Observações
Resistência à Tração	110–180 MPa	320–420 MPa	Amplitude ampla dependendo da espessura, envelhecimento e composição exata
Limite de Escoamento	55–110 MPa	280–380 MPa	Limite de escoamento aumenta marcadamente com envelhecimento artificial
Alongamento	18–30%	8–15%	Ductilidade cai em estados com pico de envelhecimento; espessura influencia valores
Dureza	25–50 HB	90–140 HB	Dureza correlaciona com densidade e distribuição dos precipitados

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,78 g/cm³	Típico para ligas da família Al-Mg-Si
Faixa de Fusão	555–640 °C	Intervalo aproximado do sólido ao líquido
Condutividade Térmica	~140–160 W/m·K	Levemente reduzida em relação ao alumínio puro devido à liga
Condutividade Elétrica	~30–38 %IACS	Inferior ao alumínio puro; dependente do estado
Calor Específico	~880–910 J/kg·K	Próximo ao valor do alumínio puro
Coeficiente de Expansão Térmica	~23,5–24,5 µm/m·K	Coeficiente típico de dilatação linear para ligas de alumínio

Essas propriedades físicas tornam o 6951 atraente onde peso leve e gerenciamento térmico são requeridos, embora a condutividade seja comprometida em função da liga para obtenção de resistência. Expansão térmica e condutividade devem ser consideradas em montagens envolvendo materiais diferentes, pois incompatibilidades podem causar fadiga térmica e tensões nos conjuntos.

Formas de Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Estados Comuns	Observações
Chapa	0,4–6,0 mm	Resistência diminui levemente com espessuras maiores	O, H14, T4, T6	Usada para painéis conformados e revestimentos
Placa	>6 mm até 100 mm	Sensibilidade à têmpera mais lenta; resistência máxima menor que chapa fina	O, T6	Componentes estruturais e bases de máquinas
Extrusão	Perfis com vários metros	Boa resistência em T6/T651 após envelhecimento	T5, T6, T651	Perfis complexos para acessórios e trilhos
Tubo	Diâmetros e espessuras variadas	Soldado ou sem costura; propriedades dependem do processamento	Hx, T5, T6	Linhas de fluidos, tubos estruturais
Barra/Vareta	Diâmetros até 200 mm	Microestrutura homogeneizada necessária para propriedades uniformes	O, T6	Acessórios, componentes usinados

O formato do produto e a rota de processamento controlam as taxas de resfriamento e recristalização, que influenciam a resistência final e a tenacidade do 6951. Extrusões e chapas finas podem ser rapidamente temperadas e atingem facilmente estados de pico, enquanto placas grossas requerem controle cuidadoso do processo e potencialmente tratamentos termomecânicos para se aproximar de propriedades semelhantes.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	6951	EUA	Designação usada em literatura do fabricante/produto
EN AW	Sem equivalente direto	Europa	Alternativas comuns mais próximas: EN AW-6061 / EN AW-6082 dependendo do uso
JIS	Sem equivalente direto	Japão	Nenhum grau padronizado JIS corresponde diretamente ao 6951
GB/T	Sem equivalente direto	China	Ligas locais com químicas similares podem ser especificadas; verificar dados

Não existe uma referência cruzada sempre exata para uma única designação internacional para muitas variantes proprietárias como o 6951; os usuários devem verificar a composição química e dados de propriedades em vez de confiar somente na equivalência nominal. Na prática, 6061 ou 6082 são frequentemente usados como análogos funcionais para comparações de projeto, mas o conteúdo de cobre e a resposta ao envelhecimento no 6951 produzirão diferentes resistências máximas e sensibilidade à zona afetada pelo calor (ZAC).

Resistência à Corrosão

Em ambientes atmosféricos, o 6951 oferece resistência geral sólida à corrosão comparável a outras ligas da série 6xxx, auxiliada pela formação de uma camada estável de óxido e um teor moderado de cobre em relação às ligas das séries 2xxx ou 7xxx. A resistência à corrosão localizada é boa, mas depende do tratamento térmico e acabamento superficial; temperas envelhecidas na condição máxima que contêm cobre podem apresentar resistência reduzida à corrosão pontual em comparação com ligas de baixo teor de cobre.

A exposição marinha requer cuidados: o 6951 apresenta desempenho aceitável em condições offshore e na zona de respingos, mas pode necessitar de revestimentos, anodização ou proteção sacrificial para imersão prolongada em água do mar agressiva. A suscetibilidade à corrosão por tensão é moderada e influenciada pelo estado do material e tensões residuais; condições envelhecidas na condição máxima com tensões residuais de tração são mais vulneráveis que material solubilizado ou aliviado de tensões.

As interações galvânicas seguem o comportamento padrão do alumínio: quando em contato com metais mais nobres (aço inox, cobre/latão) o 6951 corroerá preferencialmente a menos que seja eletricamente isolado; anodização melhora a resistência superficial e reduz o acoplamento galvânico. Comparado às ligas 5xxx reforçadas com magnésio, o 6951 troca resistência marinha inata por maior resistência mecânica e melhor capacidade de endurecimento por envelhecimento.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem do 6951 pelos processos de fusão comuns (TIG, MIG) é viável, mas a liga apresenta algum amolecimento na zona afetada pelo calor devido à dissolução e coarsening dos precipitados de endurecimento. A seleção de ligas de adição com resistência compatível (ex.: 4043, 5356 dependendo dos requisitos da junta) e os tratamentos térmicos pré e pós-soldagem podem atenuar parte da perda de resistência. O risco de trinca por quente é moderado e influenciado pelo projeto da junta, velocidade de soldagem e limpeza; ajuste correto da junta e controle da composição do banho de solda são importantes.

Usinabilidade

A usinabilidade do 6951 é típica das ligas Al-Mg-Si tratáveis termicamente e é geralmente boa nas condições T6/T651 devido à dureza elevada conferindo formação estável de cavacos. Ferramentas de carboneto com ângulo positivo e resfriamento adequado proporcionam os melhores tempos de ciclo; velocidades de corte podem ser altas comparadas a aços, mas devem ser selecionadas para evitar aresta construída. Acabamento superficial e controle dimensional são excelentes, porém tensões residuais da usinagem podem afetar peças críticas para fadiga, logo planejamento de processo e operações de alívio de tensões podem ser necessárias.

Conformabilidade

O conformamento é favorecido em temperas mais suaves (O, H1x, T4), onde a capacidade de estiramento e raios de dobra são excelentes; conforme o endurecimento aumenta (H2x, H14) a conformabilidade diminui, porém o controle de retorno elástico melhora. Na condição T6/T651, a liga possui capacidade limitada para conformação a frio e é suscetível a trincas em dobras apertadas; tratamentos de solubilização e re-envelhecimento ou conformação a quente podem ser usados para obter geometria complexa com mínima ocorrência de trincas. Raios mínimos de dobra recomendados e folgas de conformação devem ser estabelecidos a partir de testes para geometrias críticas.

Comportamento ao Tratamento Térmico

Como uma liga tratável termicamente, o 6951 responde a tratamentos convencionais de solubilização e envelhecimento artificial. O tratamento de solubilização é realizado em temperaturas suficientes para dissolver fases Mg2Si e contendo Cu (tipicamente na faixa de 510–540 °C para muitas ligas 6xxx), seguido de revenimento para reter uma solução sólida supersaturada. Taxas adequadas de revenimento são críticas para maximizar o volume do soluto disponível para a precipitação posterior e força máxima.

O envelhecimento artificial (T5/T6) precipita fases finas de Mg-Si (e contendo Cu); a cinética do envelhecimento é mais rápida e a resistência máxima superior com modificação por cobre, porém estabilidade térmica e comportamento de superenvelhecimento devem ser controlados para evitar declínio excessivo das propriedades. Transições de tempera T são reversíveis dentro dos limites: peças podem ser solubilizadas e envelhecidas artificialmente para T6, ou parcialmente deformadas a frio e envelhecidas para variantes H2x/H3x visando combinações ajustadas de resistência e tenacidade. Para caminhos sem tratamento térmico, endurecimento incremental por deformação e recozimento são usados para ajustar propriedades onde aplicável.

Desempenho em Altas Temperaturas

O 6951 apresenta perda progressiva do limite de escoamento e resistência última acima das temperaturas típicas de serviço; degradação significativa da resistência é esperada acima de aproximadamente 150 °C devido à coarsening e dissolução de precipitados. A oxidação em ar é menor em temperaturas elevadas moderadas devido à camada estável de alumina, mas exposição térmica prolongada modificará a estrutura dos precipitados e reduzirá a resistência à fadiga e estática.

As zonas afetadas pelo calor da solda são particularmente suscetíveis ao amolecimento em temperaturas locais elevadas devido à dissolução e superenvelhecimento dos precipitados; projetar para menores entradas térmicas, envelhecimento pós-solda ou tratamentos térmicos localizados podem restaurar uma parcela significativa da resistência original. Para serviço contínuo em altas temperaturas, devem ser consideradas ligas de alumínio de alta temperatura alternativas ou materiais não alumínio conforme requisitos de fluência.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que Usar o 6951
Automotiva	Reforços estruturais, suportes de chassi	Alta resistência específica, bom comportamento à fadiga
Marinha	Enrijecedores e subestruturas	Equilíbrio entre resistência à corrosão e resistência mecânica
Aeroespacial	Engates, membros estruturais menores	Relação resistência/peso favorável e controle da ZAC com T651
Defesa	Suportes para armas e carcaças endurecidas	Alta resistência estática com boa usinabilidade
Eletrônica	Caixas e dissipadores térmicos	Boa condutividade térmica e usinabilidade

O 6951 é escolhido quando é necessária uma liga 6xxx de maior resistência sem avançar para séries mais pesadas ou mais sensíveis à corrosão. Sua usinabilidade e versatilidade de formas permitem que projetistas especifiquem componentes complexos que se beneficiam da maior resistência máxima mantendo desempenho aceitável à corrosão.

Orientações para Seleção

Use o 6951 quando precisar de resistência máxima mais elevada que as ligas 6xxx padrão, mantendo boa resistência à corrosão e usinabilidade. É uma escolha prática para componentes de resistência média a alta onde vida à fadiga é relevante e temperas T6/T651 são aceitáveis.

Comparado com alumínio comercialmente puro (ex.: 1100), o 6951 sacrifica condutividade elétrica e térmica e superior conformabilidade para um aumento considerável em resistência e resistência à fadiga. Comparado com ligas endurecidas por trabalho como 3003 ou 5052, o 6951 entrega resistências ao escoamento e tração muito maiores, porém com resistência marina inerente inferior e conformabilidade a frio reduzida. Comparado com ligas tratáveis térmicamente comuns como 6061 ou 6063, o 6951 pode ser preferido quando é exigido um equilíbrio ligeiramente diferente de resistência, resposta ao envelhecimento e desempenho à fadiga, apesar de não oferecer sempre maior resistência máxima que as ligas 7xxx de alto desempenho ou as especiais 2xxx.

Resumo Final

O 6951 permanece relevante para engenharia moderna onde é necessário um equilíbrio projetado de resistência por precipitação, desempenho à fadiga e resistência razoável à corrosão. Sua flexibilidade de processo em chapas, placas e extrusões combinada com usinabilidade confiável torna-o um forte candidato para aplicações aeroespaciais, defesa e automotivas de alto desempenho onde a otimização da relação resistência/peso é essencial.