Alumínio AlSi10Mg: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Abrangente

AlSi10Mg é uma liga de alumínio para fundição e manufatura aditiva pertencente à família Al-Si-Mg, diferente das séries clássicas forjadas 1xxx–7xxx. Sua composição química nominal gira em torno de 9–11% de silício com pequenas adições de magnésio (tipicamente 0,25–0,45%) e níveis controlados de Fe, Cu, Mn e Ti para equilibrar a fundibilidade e o desempenho mecânico.

O principal mecanismo de fortalecimento é o endurecimento por precipitação com tratamento térmico: o tratamento de solubilização dissolve as fases contendo Mg, seguido de uma têmpera rápida e envelhecimento artificial controlado que precipitam aglomerados de Mg2Si e estruturas modificadas de silício que aumentam a resistência. Em muitas aplicações de manufatura aditiva e fundição, as microestruturas formadas e a solidificação rápida promovem uma dispersão fina do silício que pode se aproximar ou superar a resistência na têmpera convencional T6.

Características principais incluem uma relação resistência/peso favorável, boa fundibilidade e condutividade térmica em comparação com muitas ligas de alumínio, além de resistência à corrosão aceitável na maioria das atmosferas após tratamento superficial adequado. A soldabilidade e usinabilidade são geralmente boas para ligas Al-Si, embora o teor de silício aumente o desgaste das ferramentas e reduza a ductilidade nos estados temperados de pico.

Indústrias típicas incluem automotiva (fundidos estruturais, carcaças), automobilismo e aeroespacial (suportes e carcaças leves), eletrônica (dissipadores e carcaças) e prototipagem e produção em pequena série via manufatura aditiva. Engenheiros escolhem AlSi10Mg quando é necessária uma combinação de baixa densidade, boa fundibilidade ou compatibilidade com AM e resistência com tratamento térmico, aceitando menor conformabilidade em relação a ligas forjadas de baixo silício.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Formabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Recozido / alivio de tensões, melhor ductilidade para conformação
F / As-cast / As-built	Baixo–Moderado	Moderado	Bom	Bom	Estado típico de fundição ou AM antes do tratamento térmico
T5	Moderado–Alto	Moderado–Baixo	Razoável	Bom	Resfriado de temperatura elevada e envelhecido artificialmente; comum em peças AM
T6	Alto	Baixo	Ruim–Razoável	Bom	Tratado por solubilização, têmpera e envelhecimento artificial; resistência máxima
T651	Alto	Baixo	Ruim–Razoável	Bom	T6 mais alívio de tensões por estiramento; usado para estabilidade dimensional crítica
T7	Moderado	Moderado	Razoável	Bom	Sobreenvelhecido para maior estabilidade, tenacidade e resistência à corrosão sob tensão (SCC)

A têmpera influencia fortemente o equilíbrio entre resistência e ductilidade: o tratamento de solubilização seguido de envelhecimento (T6) maximiza a resistência à tração/escorregamento em detrimento do alongamento e da conformabilidade. O envelhecimento em temperaturas mais baixas (T5) é frequentemente usado para componentes AM para reduzir distorções enquanto recupera resistência, e o recozimento (O) é aplicado quando a conformação ou usinagem requer máxima ductilidade.

O histórico de tratamento térmico também afeta a resistência à fadiga e a homogeneidade microestrutural; em muitas aplicações de fundição e AM, ciclos otimizados T6 ou T5 são especificados para minimizar a segregação de fundição e estabilizar a morfologia do silício visando propriedades mecânicas e térmicas específicas.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	9,0–11,0	Principal elemento de liga; reduz a faixa de fusão e melhora fluidez e resistência ao desgaste
Fe	0,4–0,8	Elemento impureza; forma intermetálicos que reduzem ductilidade e podem afetar usinabilidade
Mn	0,05–0,45	Controla morfologia dos intermetálicos de Fe e melhora modestamente a resistência
Mg	0,25–0,45	Elemento de endurecimento por envelhecimento (forma Mg2Si); controla o fortalecimento por precipitação
Cu	0,05–0,20	Tipicamente baixo; aumenta resistência mas pode reduzir resistência à corrosão se elevado
Zn	≤0,2	Elemento minoritário, geralmente residual; efeito limitado no fortalecimento
Cr	≤0,05	Adição traço para refinar estrutura de grão e controlar intermetálicos
Ti	≤0,15	Refinador de grão para microestruturas de fundição e AM
Outros / Resíduos	≤0,15 total	Elementos traço e impurezas; controlados para desempenho consistente

O silício é o principal elemento de liga deliberado e governa o comportamento de fundição, a composição eutética e a dureza das fases ricas em Si. O magnésio é a espécie ativa do endurecimento por envelhecimento que forma precipitados finos contendo Mg durante o envelhecimento, permitindo os regimes de têmpera T6/T5. Adições controladas de Mn, Ti e baixos níveis de Fe e Cu são usadas para ajustar a morfologia dos intermetálicos, reduzir a suscetibilidade a fissuras a quente e otimizar a microestrutura fundida/AM para o tratamento térmico posterior e desempenho mecânico.

Propriedades Mecânicas

Em carregamento à tração, AlSi10Mg apresenta resistência à tração final relativamente alta nos estados T6/T5, ao passo que geralmente mostra alongamento reduzido comparado a ligas forjadas de baixo teor de silício. A resistência ao escoamento aumenta substancialmente após o tratamento de solubilização e envelhecimento artificial devido à precipitação de fases finas contendo Mg e à interação com as partículas de silício. O alongamento até a fratura depende fortemente da têmpera e da microestrutura; condições O ou as-cast fornecem a maior ductilidade, enquanto T6 proporciona a máxima resistência, porém com redução do alongamento.

A dureza segue a mesma tendência: materiais recozidos e as-cast apresentam valores Brinell/HRB mais baixos, enquanto valores T6/T5 aumentam significativamente devido ao endurecimento por precipitação e fortalecimento pela dispersão de silício. O desempenho à fadiga é influenciado pela condição superficial, porosidade (crítica para peças fundidas e AM) e têmpera; materiais tratados em T6 podem apresentar boa resistência à fadiga de alto ciclo se porosidade e defeitos de superfície forem minimizados. Espessura e tamanho da seção impactam a resposta mecânica por meio de taxas diferenciais de solidificação e históricos de resfriamento; seções finas tipicamente possuem microestrutura mais fina e maior resistência as-cast, enquanto seções grossas podem ser mais macias e mais propensas a porosidade de contração.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera Principal (ex.: T6)	Observações
Resistência à Tração (UTS)	160–220 MPa	300–380 MPa	Valores T6 dependem da espessura da seção e detalhes do tratamento térmico
Limite de Escoamento (0,2% prova)	80–140 MPa	240–320 MPa	Limite de escoamento cresce acentuadamente com o envelhecimento; AM as-built pode alcançar limites intermediários
Alongamento (A%)	8–15%	2–8%	Ductilidade diminui nos estados temperados de pico; modo de fratura frequentemente transgranular através das partículas de Si
Dureza (HB)	40–65 HB	90–140 HB	Dureza correlaciona com densidade precipitada e morfologia do Si

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,67–2,70 g/cm³	Comparável a outras ligas de alumínio; excelente resistência específica
Faixa de Fusão	~570–585 °C	Influenciada pela eutética devido a ~10% de Si; depressão do solidus/liquidus em relação ao alumínio puro
Condutividade Térmica	100–140 W/m·K	Inferior ao alumínio puro mas ainda boa para dissipação de calor; depende da temperatura e porosidade
Condutividade Elétrica	~30–40% IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro devido às adições de liga e dispersão microestrutural
Calor Específico	~900 J/kg·K	Típico para ligas de alumínio próximo à temperatura ambiente
Coeficiente de Expansão Térmica (20–200°C)	~22–24 ×10⁻⁶ /K	Coeficiente semelhante a outras ligas de alumínio; deve ser considerado em montagens multi-material

A condutividade térmica e a capacidade calorífica do AlSi10Mg o tornam atraente para componentes que requerem gerenciamento térmico combinado com baixo peso, embora sua condutividade seja inferior à do alumínio puro e ligas com menor teor de liga. A faixa de fusão reduzida em comparação ao alumínio puro é vantajosa para fundição e AM, permitindo temperaturas de fundição mais baixas e gradientes térmicos reduzidos em muitos processos. A expansão térmica e condutividade devem ser consideradas em montagens que combinam materiais díspares para evitar distorções e tensões térmicas em serviço.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento da Resistência	Temperas Comuns	Observações
Fundidos (areia, gravidade)	Seções de alguns mm até >100 mm	Variável; grosseira em seções grossas	Como fundido, T6	Amplamente usado em carcaças automotivas e industriais
Fundição sob pressão	Seções finas a moderadas (1–10 mm)	Boa, microestrutura fina em paredes finas	Como fundido, T5/T6	A fundição sob pressão proporciona melhor acabamento superficial e estrutura eutética mais fina
Manufatura aditiva (fusão em leito de pó)	Geometrias complexas, espessura de parede 0,5–10 mm	Microestrutura fina, alta resistência no estado como construído	Como construído, T5, T6	A solidificação rápida gera comportamento mecânico único; tratamento térmico é comumente aplicado
Extrusão (limitada)	Perfis até várias dezenas de mm	Limitada devido ao foco em fundição	T4/T6-like	Raro; produzido principalmente em forma de fundido ou pó
Barra/Haste	Pequenos diâmetros a partir de consolidação de pó	Depende do processamento	T6	Tipicamente produzida por processamento secundário ou metalurgia do pó

AlSi10Mg é predominantemente fornecido como fundidos (gravidade, fundição sob pressão) ou como pó para manufatura aditiva, em vez de produtos grandes em chapas laminadas. A fundição e o processamento AM condicionam a microestrutura e o conteúdo de defeitos; fundição sob pressão e solidificação rápida na AM promovem dispersão mais fina do silício e melhoram a resistência no estado "como construído". A forma do produto determina as temperas viáveis, os tamanhos de seção alcançáveis e os passos de processamento secundário, como usinagem, tratamento térmico e acabamento superficial.

Grau Equivalente

Norma	Grau	Região	Observações
EN / ISO	AlSi10Mg / EN AC-AlSi10Mg	Europa / Internacional	Denominação comum europeia para fundidos conforme EN 1706 e normas ISO
AA / ASTM	(sem equivalente AA direto)	EUA	A356 é semelhante, porém com menor teor de Si (≈7%) e Mg diferente; sem número exato de liga AA para AlSi10Mg
JIS	A3560/A357?*	Japão	Normas japonesas para fundidos têm grades similares Al-Si-Mg, porém com limites ligeiramente diferentes
GB/T	AlSi10Mg	China	Norma chinesa equivalente para fundidos, amplamente usada nas cadeias domésticas de suprimento

As normas entre regiões podem variar quanto a limites máximos de impurezas, requisitos de tração e práticas permitidas de tratamento térmico; a denominação EN/ISO AlSi10Mg é uma referência comum para Europa e muitos fornecedores globais. Graus comparativos como A356 (AlSi7Mg) ou AlSi12Cu (ADC12) ilustram os trade-offs composicionais e de desempenho: A356 tem menos Si e portanto diferente usinabilidade e balanço resistência/ductilidade, enquanto ADC12 tem maiores teores de silício e cobre que alteram o comportamento mecânico e corrosivo. Ao adquirir peças internacionalmente, verifique a norma precisa e os critérios mecânicos de aceitação, e não apenas o nome comum.

Resistência à Corrosão

AlSi10Mg apresenta boa resistência geral à corrosão atmosférica devido principalmente ao filme passivo de óxido de alumínio e ao teor relativamente baixo de cobre na liga. Em atmosferas típicas continentais e levemente industriais, seu desempenho é similar a outras ligas fundidas Al-Si de baixo cobre, e frequentemente se beneficia de tratamentos superficiais como anodização ou revestimentos de conversão para maior durabilidade.

Em ambientes marinhos ou contendo cloretos, a liga é moderadamente suscetível à corrosão localizada por pites e frestas; proteção superficial adequada, revestimentos sacrificiais ou isolamento catódico são recomendados para exposições prolongadas. A suscetibilidade à trinca por corrosão sob tensão (SCC) é menor que em ligas de alta resistência Al-Zn-Mg, mas pode ocorrer sob tensões trativas combinadas com ambientes cloretos agressivos, especialmente em temperas de pico se não forem devidamente sobreenvelhecidas para resistência à SCC.

Interações galvânicas com materiais catódicos (aços inoxidáveis, cobre) podem acelerar a corrosão localizada quando há contato elétrico direto e eletrólito presente; estratégias de projeto devem incluir interfaces isolantes ou metais semelhantes para mitigar correntes galvânicas. Comparado às ligas laminadas 5xxx ou 6xxx, AlSi10Mg normalmente equilibra melhor a fundibilidade com resistência à corrosão aceitável, porém não alcança a excelente resistência marinha de ligas Al-Mg cuidadosamente ligadas ou o controle de corrosão localizada de alguns produtos anodizados laminados.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

AlSi10Mg é soldável pelos processos convencionais de fusão como GTAW (TIG) e GMAW (MIG), frequentemente utilizando ligas de adição apropriadas. Aparelhos ricos em silício como ER4043 (Al-5Si) e arames de adição Al-Si-Mg são comumente usados para combinar comportamento de solidificação e minimizar fissuração a quente; ER5356 (Al-Mg) pode ser utilizado quando se deseja maior resistência e teor de Mg, porém aumenta o risco de porosidade e fissuração por retração. Porosidade, absorção de hidrogênio e encolhimento são as principais preocupações na soldagem; limpeza pré-soldagem, projeto adequado da junta e controle do calor de entrada reduzem o amolecimento da ZAC e defeitos na solda.

Usinabilidade

A usinagem de AlSi10Mg é geralmente simples em comparação com ligas ferrosas, porém partículas de silício aumentam a abrasividade e promovem desgaste da ferramenta, recomendando-se ferramentas de metal duro e revestidas por PVD. Velocidades de avanço e corte são tipicamente mais altas que em aços, com aplicação robusta de fluido de corte para controlar evacuação de cavacos e distorção térmica; os cavacos tendem a ser descontínuos devido à fase frágil de silício. O acabamento superficial depende fortemente da porosidade da fundição ou AM, por isso passes de acabamento e inspeção não destrutiva são frequentemente necessários para componentes críticos.

Conformabilidade

A conformação a frio é limitada em temperas de pico; temperas O e levemente envelhecidas proporcionam melhor conformabilidade para operações de dobra e estampagem. Raios mínimos recomendados para dobra dependem da têmpera e geometria, mas uma diretriz comum é 4–6× a espessura do material em condições recozidas, e raios maiores para material T6 para evitar trincas em agrupamentos de partículas de silício. Para formas complexas, recomenda-se fundição quase líquida ou manufatura aditiva seguida de usinagem pós-processo, em vez de conformação a frio extensa, devido à ductilidade reduzida em temperas de alta resistência.

Comportamento ao Tratamento Térmico

O tratamento de solução para AlSi10Mg geralmente visa temperaturas próximas a 540–545 °C para homogeneizar a microestrutura e dissolver fases contendo Mg, com tempos de permanência selecionados conforme a espessura da seção para evitar o início de fusão de constituintes de baixo ponto de fusão. É necessária têmpera rápida após o tratamento de solução para reter os solutos em solução sólida supersaturada; a severidade da têmpera influencia a densidade de precipitados disponíveis após envelhecimento e, assim, a resistência final. O envelhecimento artificial para respostas tipo T6 é comumente realizado a 160–180 °C por várias horas para precipitar aglomerados de Mg2Si e estabilizar a morfologia do silício para resistência máxima.

A têmpera T5, amplamente usada em componentes AM, envolve resfriamento da temperatura elevada do processamento e um passo direto de envelhecimento artificial para produzir resistência moderada com redução de distorção em relação à têmpera completa de solução. Tratamentos de sobreenvelhecimento (T7) são usados para melhorar a estabilidade dimensional e a resistência à trinca por corrosão sob tensão, ao custo de alguma resistência de pico. O recozimento e o amolecimento completo (O) são alcançados por exposição prolongada a temperaturas mais baixas para coarsening dos precipitados e esferoidização do silício, restaurando a ductilidade para conformação e usinagem.

Desempenho em Alta Temperatura

AlSi10Mg experimenta degradação progressiva da resistência à medida que a temperatura ultrapassa a ambiente, com reduções significativas no limite de escoamento e resistência à tração comumente observadas acima de 150 °C. A exposição prolongada acima de aproximadamente 125–150 °C favorece o coarsening dos precipitados e perda dos efeitos do envelhecimento de pico, de modo que os limites de temperatura de serviço são tipicamente estabelecidos de forma conservadora para aplicações estruturais. A oxidação é limitada pelo óxido protetor do alumínio, mas a exposição em alta temperatura pode promover escamação e oxidação localizada das fases ricas em silício, se revestimentos protetores não forem aplicados.

A zona afetada pelo calor durante a soldagem ou reaquecimento localizado pode amolecer a liga devido à dissolução ou sobreenvelhecimento dos precipitados; atenção ao tratamento térmico pós-soldagem ou estratégias de projeto que minimizem temperaturas locais elevadas é necessária para preservar a integridade mecânica. Para excursões de temperatura elevada de curta duração, a liga pode se comportar adequadamente, mas para serviço contínuo em altas temperaturas, os projetistas frequentemente escolhem ligas de alumínio de alta temperatura ou classes alternativas de materiais.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o AlSi10Mg é Usado
Automotiva	Capas de motor, carcaças de caixa de câmbio, suportes estruturais	Excelente capacidade de fundição, boa relação rigidez-peso e dissipação de calor
Aeronáutica & Defesa	Suportes, carcaças, pequenos componentes estruturais	Leve com boa resistência após T6, boa compatibilidade com AM para formas complexas
Marinha	Carcaças de bomba, peças estruturais não críticas	Boa resistência à corrosão com revestimentos protetores e boa capacidade de fundição
Eletrônica	Dispositivos de dissipação térmica, invólucros	Condutividade térmica somada à capacidade de formar canais integrados complexos via AM
Motorsport / Industrial	Componentes leves, prototipagem	Prototipagem rápida e boa relação resistência-peso após tratamento térmico

A adoção do AlSi10Mg é impulsionada por sua combinação de capacidade de fundição, compatibilidade com processos AM e resistência por tratamento térmico. Ele se destaca onde se exigem geometria complexa, estabilidade dimensional após tratamento térmico e resistência à corrosão razoável em um componente leve, frequentemente substituindo fundições ferrosas mais pesadas ou ligas exóticas mais caras.

Considerações para Seleção

Para peças estruturais leves que são fundidas ou fabricadas por fusão em leito de pó, escolha o AlSi10Mg quando precisar de resistência maior que o alumínio comercialmente puro, mas ainda requerer excelente capacidade de fundição e desempenho térmico. Em comparação com o 1100 (alumínio comercialmente puro), o AlSi10Mg troca condutividade elétrica/térmica e conformabilidade por resistência significativamente maior e resistência ao desgaste melhorada.

Quando comparado a ligas endurecidas por trabalho como 3003 ou 5052, o AlSi10Mg oferece resistência alcançável mais alta via tratamento térmico, mas normalmente menor ductilidade e alguma redução na resistência à corrosão em ambientes com cloretos agressivos; selecione AlSi10Mg quando a fundição e resistência pós-tratamento térmico forem prioridades superiores à estampagem ou conformação profunda. Em comparação com ligas forjadas comuns tratáveis termicamente como 6061 ou 6063, o AlSi10Mg pode apresentar resistência à tração em pico de envelhecimento inferior em algumas condições, mas é preferido onde geometria de fundição ou AM e benefícios do silício eutético superam a maior resistência ou disponibilidade de perfis forjados.

Utilize AlSi10Mg quando a geometria da peça ou restrições do processo favoreçam produção por fundição ou AM, quando o tratamento térmico pós-processo for aceitável, e quando os projetistas valorizarem um equilíbrio favorável entre fabricabilidade, propriedades térmicas e peso, em vez de conformabilidade absoluta ou desempenho contra corrosão em ambientes altamente agressivos.

Resumo Final

O AlSi10Mg continua sendo uma liga de alumínio altamente relevante para engenharia moderna devido à sua combinação única de capacidade de fundição e compatibilidade com manufatura aditiva, reforço por tratamento térmico via precipitação à base de Mg, e um equilíbrio prático de propriedades térmicas, mecânicas e de corrosão para componentes estruturais leves e de gestão térmica.