Alumínio AlSi10: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Abrangente

AlSi10 é uma liga fundida de alumínio-silício pertencente à família Al-Si, comumente referenciada como uma composição hipoeutética a quase eutética de Al-Si com aproximadamente 10 wt% de silício. Geralmente é classificada dentro de normas para ligas fundidas, em vez das séries trabalhadas 1xxx–7xxx; usos comuns de catalogação incluem EN AC-AlSi10 ou equivalentes regionais de fundição, ao invés das designações trabalhadas AA 2xxx/6xxx.

O elemento de liga dominante é o silício, que controla o comportamento de solidificação, fluidez e características de desgaste; adições menores de Fe, Cu, Mn, Mg, Ti e elementos traço ajustam a resistência, a fundibilidade e a resposta ao tratamento térmico. O endurecimento é uma combinação do controle da microestrutura no estado fundido (partículas eutéticas de Si e morfologia da matriz de Al), com potencial para endurecimento por precipitação caso haja Mg suficiente presente (por exemplo, variantes AlSi10Mg) e sejam aplicados ciclos adequados de solubilização + envelhecimento.

Características principais do AlSi10 incluem excelente fundibilidade e baixa retração, boa condutividade térmica entre as ligas de alumínio, resistência à corrosão moderada a boa em muitos ambientes, e geralmente boa soldabilidade em muitas formas, quando a porosidade está controlada. É amplamente usado na indústria automotiva, ferramentaria, fundição sob baixa e alta pressão, manufatura aditiva (SLM/EBM) e produtos de consumo onde seja necessário equilibrar fidelidade de fundição, estabilidade dimensional e desempenho mecânico razoável.

Engenheiros escolhem o AlSi10 quando são prioridades a fluidez, capacidade de fundir paredes finas, gerenciamento térmico e baixo índice de defeitos em fundição, ou quando peças fabricadas por manufatura aditiva requerem uma matriz rica em silício para estabilidade térmica e distorção mínima. Ele é selecionado sobre ligas trabalhadas de maior resistência quando geometrias complexas próximas da forma líquida, menores custos de ferramentaria ou melhor comportamento térmico compensam a exigência por maior resistência à tração máxima ou conformação extensiva.

Variantes de Revenido

Revenido	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O (Recozido)	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Alívio de tensões, condição mais macia para variantes tratáveis termicamente
Como fundido	Baixo–Moderado	Baixo–Moderado	Limitado	Bom (com controle)	Condição típica de entrega da fundição; depende da microestrutura
T5 (Envelhecido artificialmente após resfriamento)	Moderado	Baixo	Limitado	Bom	Comum para fundidos e peças de manufatura aditiva para ganho de resistência sem solução completa
T6 (Tratado em solução + envelhecido artificialmente)	Alto	Baixo–Moderado	Ruim	Bom	Aplica-se principalmente quando Mg está presente; aumento significativo de resistência
T7 (Passe superenvelhecido / estabilizado)	Moderado	Moderado	Limitado	Bom	Melhora a estabilidade dimensional e tenacidade ao custo de alguma resistência

O estado de revenido modifica fortemente o equilíbrio entre resistência e ductilidade para o AlSi10, com tratamentos do tipo T6 (quando Mg está disponível) aumentando os limites de escoamento e resistência última à custa do alongamento. A microestrutura como fundido, a taxa de resfriamento e o subsequente tratamento térmico (ou sua ausência) são os principais fatores para ajustar o desempenho; a presença e quantidade de Mg determinam o quão efetivamente o endurecimento por precipitação pode ser utilizado.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	9,0 – 11,0	Elemento principal de liga que controla fração eutética, fluidez e condutividade térmica
Fe	0,2 – 0,8	Impureza que forma intermetálicos (β-Al5FeSi) que podem reduzir ductilidade
Mn	0,05 – 0,45	Controla a morfologia dos intermetálicos de Fe quando presente em pequenas quantidades
Mg	0,0 – 0,45	Se presente (>0,2) permite endurecimento por precipitação (resposta T6)
Cu	0,02 – 0,3	Aumenta a resistência, mas pode reduzir a resistência à corrosão se em altos teores
Zn	0,02 – 0,2	Minoritário; mantido baixo para evitar efeitos deletérios
Cr	0,01 – 0,2	Modificador da estrutura de grão em algumas especificações
Ti	0,01 – 0,2	Refinador de grão para fundidos e metalurgia do lingote
Outros	Balanceamento Al; traços residuais	Impurezas residuais (Ni, Co, Pb) mantidas ao mínimo pela especificação

O silício determina a microestrutura (tamanho, morfologia e distribuição das partículas eutéticas de Si) e afeta diretamente o comportamento de fundição, a resistência ao desgaste e as propriedades térmicas. Ferro e manganês influenciam a formação de intermetálicos frágeis; níveis controlados e modificações (por exemplo, Sr para modificação do Si) melhoram a ductilidade e a usinabilidade. A presença de magnésio converte o AlSi10 em uma variante tratável termicamente (AlSi10Mg), onde o tratamento em solução e envelhecimento permitem resistências muito maiores via precipitação de Mg2Si.

Propriedades Mecânicas

O comportamento à tração do AlSi10 depende fortemente do método de fundição, da espessura da seção e do tratamento térmico. O material como fundido exibe tipicamente um equilíbrio dúctil-frágil controlado pelo tamanho e morfologia do silício eutético e pela porosidade; variantes AlSi10Mg tratadas T6 ganham substancialmente em limite de escoamento e resistência última, mas perdem algo em alongamento. O desempenho à fadiga é limitado por defeitos de fundição e condição superficial; a presença de porosidade, cavidades de retração ou intermetálicos grosseiros de Fe reduz drasticamente a vida à fadiga em relação a ligas trabalhadas.

O limite de escoamento em condições como fundido é moderado e muito sensível à seção; seções mais finas resfriam mais rápido e geralmente apresentam maior limite e resistência à tração. Os valores de dureza refletem o revenido: condições recozidas/como fundido possuem dureza baixa, enquanto envelhecimentos artificiais T5/T6 aumentam significativamente a dureza. Tratamentos superficiais, prensagem isostática a quente (HIP) ou usinagem para remoção de defeitos próximos à superfície melhoram a fadiga e a tolerância à deformação cíclica.

Propriedade	O/Recozido	Revenido Chave (ex: T6)	Observações
Resistência à Tração (UTS)	120 – 200 MPa	240 – 320 MPa (AlSi10Mg T6)	Amplas faixas devido ao método de fundição, tamanho da seção, porosidade e teor de Mg
Limite de Escoamento (0,2% de prova)	60 – 130 MPa	150 – 250 MPa	T6 aumenta marcadamente o limite; limite como fundido depende da seção
Alongamento (A%)	3 – 12%	2 – 8%	Ductilidade menor em T6; melhor em recozido/como fundido quando a microestrutura é fina
Dureza (HB)	40 – 80 HB	70 – 120 HB	Dureza correlaciona com grau de endurecimento por precipitação e morfologia do Si

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,68 g/cm³	Típico para ligas fundidas de Al–Si; ligeiramente maior que alumínio puro devido ao teor de Si
Faixa de Fusão	~577 – 640 °C	Solidificação eutética inicia perto de 577 °C; faixa de fusão depende da composição local
Condutividade Térmica	~120 – 150 W/m·K	Menor que alumínio puro; partículas de Si reduzem a condutividade, mas ainda é boa para dissipadores térmicos/peças térmicas
Condutividade Elétrica	~30 – 38 % IACS	Reduzida em comparação com alumínio puro; útil para componentes fundidos condutores, mas não como condutor de alta pureza
Calor Específico	~0,90 J/g·K (900 J/kg·K)	Calor específico típico do alumínio próximo à temperatura ambiente
Expansão Térmica	22 – 24 µm/m·K	Coeficiente de expansão similar a outras ligas de alumínio; considerar teor de Si para comportamento em compósitos

O AlSi10 mantém a condutividade térmica útil e as vantagens de baixa densidade do alumínio, enquanto o teor de silício reduz a condutividade em relação ao alumínio puro, mas melhora a estabilidade térmica e o desgaste. O comportamento de fusão/solidificação — reações eutéticas — governa a prática de fundição e influencia estratégias de controle de microestrutura como modificação e refinamento de grão. A condutividade elétrica é suficiente para muitas aplicações auxiliares condutoras, porém não competitiva com alumínio de alta pureza para transmissão de energia.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Receitas Típicas	Observações
Chapa	Raro; fundições finas limitadas	Comportamento no estado fundido ou envelhecido	Como fundido / T5	Chapa fina fundida possível por fundição sob pressão ou fabricação aditiva; não comum como produto laminado
Placa	2 – 200 mm (fundido)	Sensível à seção; seções mais espessas apresentam menor resistência	Como fundido / T6 (se Mg presente)	Placas de molde de areia e permanente usadas para fundições estruturais
Extrusão	Limitada	Não típica; extrusões trabalhadas disponíveis apenas em ligas especiais	N/D	AlSi10 é principalmente uma liga para fundição; extrusões usam outras ligas como 6063
Tubo	Seções fundidas ou por fundição sob pressão	Depende da técnica de fundição	Como fundido / T5	Tubulação fina fundida possível por fundição sob pressão ou fundição em molde permanente; AM permite canais complexos
Barra/Bastão	Barras ou lingotes fundidos	Usadas para matéria-prima e forjamento	Como fundido	Frequentemente remeltidas ou processadas para rotas específicas de fabricação

AlSi10 é predominantemente fornecido e usado em formas de fundição: fundição em areia, sob pressão, em molde permanente, fundição por cera perdida e, cada vez mais, como pó para manufatura aditiva. As propriedades mecânicas e a sensibilidade a defeitos variam significativamente entre essas formas porque as taxas de resfriamento diferem; peças fundidas sob pressão e por AM resfriam mais rápido e produzem microestruturas mais finas, conferindo maiores resistências no estado como construído. Formas trabalhadas (extrusões/placas laminadas) são incomuns; projetistas devem preferir outras ligas trabalhadas se for necessária conformação a frio extensiva.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
EN	AC-AlSi10	Europa	Designação padrão para alumínio fundido com aproximadamente 10% de Si
AA / ASTM	AlSi10 (aprox.)	EUA	Não é uma designação AA exata; A356 e A357 são variantes similares com baixo Si e presença de Mg
JIS	ADC10 (aproximado)	Japão	ADC10 e ADC12 são ligas para fundição sob pressão com conteúdo similar de Si, mas diferentes níveis de Cu/Mg
GB/T	AlSi10	China	Normas chinesas listam graus de fundição AlSi10 com janelas composicionais comparáveis

Os equivalentes são aproximados porque as normas regionais ajustam elementos-traço e impurezas permitidas para processos específicos de fundição (fundição sob pressão versus fundição em areia). As ligas de fundição sob pressão da série ADC e EN AC-AlSi10 são próximas em conteúdo de Si, mas podem diferir em níveis de Cu ou Mg; essas diferenças alteram a tratabilidade térmica e o comportamento à corrosão. Sempre consulte a ficha técnica específica para limites químicos e mecânicos ao substituir entre graus regionais.

Resistência à Corrosão

AlSi10 geralmente oferece boa resistência à corrosão atmosférica devido à película protetora de óxido de alumínio; o silício em si é inerte e não acelera significativamente a corrosão uniforme. Corrosão localizada pode ocorrer onde intermetálicos ricos em Fe e defeitos de fundição introduzem sítios micro-galvânicos; superfícies com porosidade ou acabamento inadequado são mais suscetíveis à corrosão por pite, especialmente em ambientes cloretados.

Em ambientes marinhos ou ricos em cloretos, AlSi10 apresenta comportamento moderado, mas não tão robusto quanto ligas sacrificialmente resistentes da série 5xxx contendo magnésio; a corrosão por pite induzida por cloretos é a principal preocupação e revestimentos protetores ou anodização são comumente aplicados. A suscetibilidade à corrosão sob tensão (SCC) é baixa comparada a ligas Al-Zn-Mg de alta resistência, mas tensões residuais de tração e pites podem se combinar para iniciar trincas de fadiga; bom projeto e tratamentos pós-fundição reduzem o risco.

Interações galvânicas seguem o comportamento típico do alumínio: AlSi10 corroerá anodicamente quando em contato elétrico com metais mais nobres como aço inoxidável ou cobre em eletrólitos condutivos. Comparado com ligas trabalhadas endurecidas por deformação das séries 3xxx/5xxx, AlSi10 troca um pouco de tenacidade à corrosão por benefícios específicos de fundição; comparado com ligas de alta resistência tratáveis termicamente (7xxx), AlSi10 é mais resistente à corrosão e menos sujeito a SCC, mas tipicamente apresenta resistência mecânica máxima inferior.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem de AlSi10 é viável com processos TIG e MIG para reparo ou união de fundidos, mas porosidade e trincas por calor são preocupações principais. O pré-aquecimento a temperaturas moderadas, controle de fontes de hidrogênio e uso de metais de adição apropriados (comuns ligas base Al-Si como ER4043 ou AlSi5) reduzem trincamento e melhoram a integridade do cordão. O amolecimento na zona afetada pelo calor (ZAC) é geralmente limitado comparado a ligas fortemente endurecíveis, mas alterações locais na morfologia de silício e porosidade podem afetar o desempenho mecânico da região soldada.

Usinabilidade

A usinabilidade do AlSi10 é moderada: a presença de partículas duras de silício eutético aumenta o desgaste das ferramentas e promove condições abrasivas de corte em relação ao alumínio puro. Ferramental de carboneto com flautas polidas, geometria de gume positivo e uso de fluido refrigerante são recomendados para vida útil confiável e acabamento superficial. A formação de cavacos tende a ser descontínua; avanços e velocidades estáveis que evitem aresta construída e minimizem vibrações melhoram a integridade da superfície e o controle dimensional.

Conformabilidade

A conformação a frio do AlSi10 é muito limitada porque é uma liga de fundição com baixa ductilidade na maioria dos estados; dobra, estampagem profunda e estampo são tipicamente impraticáveis. As melhores abordagens para conformação são fundição próximo à forma final, usinagem ou conformação térmica localizada em peças fundidas especialmente preparadas. Quando alguma deformação é requerida, condições mais suaves (aneladas) e métodos de conformação em temperatura elevada podem ser usados, mas projetistas geralmente preferem outras ligas trabalhadas para conformação extensiva.

Comportamento ao Tratamento Térmico

Quando presente Mg acima dos níveis-limite (AlSi10Mg), AlSi10 responde a sequências de tratamento térmico clássico: solubilização a aproximadamente 520–540 °C dissolve fases contendo Mg e homogeneíza a microestrutura, seguida de têmpera rápida e envelhecimento artificial (tipicamente 150–200 °C) para precipitar Mg2Si e alcançar níveis de resistência T6 ou T5. A rede de silício e as partículas grosseiras de eutético limitam a resistência máxima alcançável comparada a ligas trabalhadas Al-Mg-Si, mas o tratamento T6 melhora de forma confiável limite de escoamento e resistência à tração para peças fundidas e fabricadas por AM.

Variantes no estado como fundido e não tratáveis termicamente dependem da microestrutura de solidificação e possível endurecimento por deformação para resistência. Ciclos de recozimento são usados para aliviar tensões residuais e amolecer o material para processamento limitado pós-fundição, tipicamente por recozimento subcrítico ou tratamentos de alívio de tensões. Sobreenvelhecimento (T7) é utilizado para melhorar estabilidade dimensional e tenacidade em componentes que requerem resistência à temperatura de serviço.

Os ciclos de solubilização e envelhecimento devem ser cuidadosamente ajustados ao tamanho das seções fundidas e à presença de porosidade; resfriamento lento ou têmpera inadequada podem deixar precipitados grosseiros e reduzir a resposta ao endurecimento. Prensagem isostática a quente (HIP) é frequentemente usada antes do envelhecimento em componentes de alta integridade para fechar poros internos e melhorar resistência à fadiga antes do têmpera final.

Desempenho em Altas Temperaturas

AlSi10 apresenta perda progressiva de resistência com o aumento da temperatura; limites práticos para serviço contínuo costumam estar na faixa de 100–150 °C para aplicações estruturais, com exposições de curto prazo até ~200 °C dependendo do estado. A microestrutura rica em silício oferece melhor estabilidade dimensional em temperaturas elevadas que muitas ligas de alumínio mais macias, mas a resistência por precipitação (se presente) degradará com exposição térmica prolongada e sobreenvelhecimento.

A oxidação no ar é limitada à superfície devido à camada protetora de Al2O3, portanto as taxas de oxidação são pequenas nas temperaturas comuns de serviço, mas exposição prolongada a temperaturas elevadas acelera o crescimento da microestrutura e amolecimento. O comportamento da zona afetada pelo calor durante soldagem ou excursões locais de pico de temperatura pode apresentar fragilização ou redução da ductilidade devido ao crescimento do silício e evolução de poros.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o AlSi10 é Utilizado
Automotiva	Suportes de motor, coletores de admissão, carcaças	Excelente capacidade de fundição, possibilidade para parede fina, desempenho térmico
Marítima	Carcaças não estruturais, componentes de bomba	Boa resistência à corrosão atmosférica e facilidade de fundição para formas complexas
Aeroespacial	Suportes, dutos, carcaças de baixa carga	Baixa densidade e estabilidade dimensional para geometrias complexas fundidas ou por manufatura aditiva
Eletrônica	Dispositivos dissipadores de calor, difusores térmicos	Boa condutividade térmica e facilidade de produção de canais de resfriamento complexos
Manufatura Aditiva / Ferramentaria	Inserções com resfriamento conformal, protótipos	Alta fidelidade em SLM/EBM, microestrutura fina, boa resposta ao tratamento térmico pós-produção

O AlSi10 é preferido quando são necessárias peças complexas próximas da forma final com requisitos térmicos e resistência mecânica razoável. Sua ampla adoção em manufatura aditiva e fundição sob pressão é impulsionada pela microestrutura repetível, bom comportamento térmico e capacidade de produzir componentes leves de forma econômica.

Orientações para Seleção

Para uma seleção geral, escolha AlSi10 quando a capacidade de fundição, controle dimensional e condutividade térmica forem os principais fatores de projeto e quando a geometria da peça favoreça a produção próxima da forma final. Espere resistência estática moderada e conformabilidade limitada; especifique o tratamento T6 (se variante AlSi10Mg) quando for requerida maior resistência e controle de porosidade para peças críticas à fadiga.

Comparado com o alumínio comercialmente puro (1100), o AlSi10 sacrifica parte da condutividade elétrica e térmica e conformabilidade em troca de resistência substancialmente maior na condição fundida e muito melhor capacidade de fundição. Em relação às ligas encruadas como 3003 ou 5052, o AlSi10 geralmente oferece resistência específica para fundição superior e produção facilitada de formas complexas, ao custo de conformação a frio limitada e tolerância variável à corrosão em ambientes cloretados agressivos. Comparado com ligas forjadas endurecíveis por tratamento térmico como 6061/6063, o AlSi10 (especialmente variantes sem Mg) pode apresentar resistências máximas à tração menores, mas capacidade de fundição e comportamento térmico superiores, tornando-o a escolha preferida em componentes fundidos ou produzidos por manufatura aditiva, mesmo com resistência última inferior.

Resumo Final

O AlSi10 permanece uma liga de engenharia relevante por combinar excelente capacidade de fundição e desempenho térmico com propriedades mecânicas suficientes para muitas aplicações industriais, principalmente em fundição sob pressão e manufatura aditiva. Sua química rica em silício e processamento adaptável (fundição, tratamento térmico, HIP, manufatura aditiva) oferecem aos projetistas uma alternativa prática entre fabricabilidade e desempenho em serviço para componentes leves e complexos.