Alumínio AlSi12: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

AlSi12 faz parte da família de ligas alumínio-silício e é classificado entre as ligas fundidas Al-Si, ao invés das séries laminadas 1xxx–7xxx; é comumente referenciado sob designações de fundição, e não pelos números das séries laminadas. A liga contém nominalmente aproximadamente 11–13% de silício, com níveis residuais de ferro, manganês, cobre e elementos-traço como titânio e cromo, usados para refinamento de grão e controle de propriedades.

O principal mecanismo de endurecimento do AlSi12 é microestrutural: uma fase de silício quase eutética distribuída em uma matriz de alumínio fornece rigidez inerente e resistência ao desgaste. AlSi12 não é uma liga laminada clássica endurecível por precipitação (tratável termicamente); melhorias nas propriedades mecânicas são obtidas pelo controle da morfologia do silício (modificação, esferoidização) e por tratamentos térmicos limitados, ao invés de processos de envelhecimento baseados em Mg/Cu.

Entre as características chave estão excelente fluidez na fundição, baixa contração por solidificação, boa estabilidade dimensional na forma fundida e resistência razoável à corrosão devido ao filme protetor de óxido de alumínio. A liga apresenta resistência à tração moderada, alongamento modesto na condição as-cast e boa condutividade térmica em relação a outras ligas fundidas. Indústrias típicas que usam AlSi12 são: automotiva (componentes de motor por fundição sob pressão, carcaças), máquinas industriais (corpos de bombas, carcaças de válvulas), equipamentos marítimos e algumas aplicações de gerenciamento térmico.

Engenheiros escolhem AlSi12 quando a fundibilidade, baixa contração e equilíbrio entre resistência e condutividade térmica são priorizados em relação aos maiores picos de resistência à tração possíveis. Seu teor de silício o torna atraente para fundições complexas de paredes finas e componentes que exigem boas características de desgaste e estabilidade durante ciclos térmicos.

Variantes de Tratamento

Tratamento	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
F (Como fabricado)	Baixo–Médio	Baixo–Médio	Limitada	Moderada	Condição típica as-cast de fundição por molde ou areia
O (Recozido)	Baixa	Médio–Alto	Melhorada	Boa	Recozimento para alívio de tensões e melhorar ductilidade, reduzindo tensões residuais
T5	Média	Baixa	Limitada	Moderada	Resfriado após fundição e envelhecido artificialmente para estabilização de propriedades
T6	Médio–Alto	Baixa	Limitada	Moderada	Tratamento de solução + envelhecimento artificial que podem esferoidizar o Si e aumentar modestamente a resistência quando a química permitir
T4 (solucionado)	Média	Baixo–Médio	Limitada	Moderada	Tratamento de solução com envelhecimento natural; usado seletivamente após modificação
H14 (encruamento)	Não típico	Não típico	Não típico	Não típico	Endurecimento por deformação geralmente não aplicável para AlSi12 fundido; incluído para referência

O tratamento térmico tem forte influência no desempenho do AlSi12 porque a morfologia do silício e defeitos de fundição são os principais controladores de propriedade. Tratamentos térmicos como solução e envelhecimento artificial (T6/T5) podem refinar a distribuição das partículas de silício e reduzir a microsegregação, promovendo mudanças modestas na resistência ou ductilidade em relação à condição as-cast.

A seleção prática do tratamento depende da rota de fundição e da função da peça; recozimento e envelhecimento controlado são usados para melhorar usinabilidade e reduzir tensões internas, enquanto abordagens termomecânicas agressivas usadas em ligas laminadas geralmente não se aplicam às fundições de AlSi12.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	11,0–13,0	Elemento principal da liga; controla estrutura eutética, fluidez e resistência ao desgaste
Fe	0,3–1,3	Impureza comum; níveis elevados promovem intermetálicos que tornam a liga frágil e reduzem ductilidade
Mn	0,1–0,6	Controla a morfologia dos intermetálicos de ferro; melhora fundibilidade e propriedades mecânicas
Mg	0,05–0,5	Pode estar presente em traços ou pequenos teores; permite algum endurecimento por precipitação se em quantidade suficiente
Cu	0,05–0,5	Geralmente baixo; aumento de Cu eleva resistência mas reduz resistência à corrosão
Zn	0,05–0,5	Traço; tipicamente residual e controlado para evitar trincas por cal
Cr	0,05–0,25	Adição menor para controle da estrutura de grão e para imobilizar Fe em fases benignas
Ti	0,02–0,20	Refinador de grão usado para controlar a estrutura do grão primário do alumínio
Outros	Equilíbrio Al com impurezas residuais	Elementos residuais (Ni, Pb, Sr da modificação) são controlados para atender desempenho da fundição

O silício é o principal fator de desempenho no AlSi12: ele reduz a faixa de fusão, aumenta a fluidez e diminui a contração, além de fornecer resistência ao desgaste devido às partículas duras de Si. Ferro e manganês controlam fases intermetálicas deletérias formadas durante a solidificação. Elementos traço como Ti e Sr são usados para refinar grãos e modificar a forma do silício de lamelar para fibroso ou esferoidal, melhorando tenacidade e usinabilidade.

Propriedades Mecânicas

As fundições de AlSi12 apresentam comportamento à tração dominado pela morfologia do silício eutético e pela qualidade da fundição (porosidade, contração e taxa de solidificação). A resistência as-cast é moderada e o alongamento é limitado; propriedades direcionais nas fundições podem variar conforme a espessura da seção devido a gradientes de solidificação. A resistência pode ser modestamente aumentada por tratamento de solução e envelhecimento quando a química da liga e microestrutura são devidamente modificadas.

O limite de escoamento é geralmente inferior ao de ligas laminadas endurecíveis de alta resistência; no entanto, a liga oferece desempenho estável entre diferentes técnicas de fundição quando contração e porosidade são bem controladas. A dureza se correlaciona com a distribuição das partículas de silício: silício fino e esferoidizado proporciona maior tenacidade e dureza superficial ligeiramente inferior que silício grosso em forma de flocos.

O desempenho à fadiga do AlSi12 é sensível a defeitos de fundição como porosidade gasosa e inclusões de óxido, que servem como pontos de iniciação; fundições sem defeitos significativos podem alcançar vida à fadiga respeitável para componentes rotativos não críticos. A espessura da seção afeta a taxa de resfriamento e, portanto, a morfologia do silício: seções finas resfriam rapidamente, produzindo microestrutura fina e maior resistência que seções grossas, que resfriam lentamente formando silício mais grosseiro.

Propriedade	O/Recozido	Tratamento Principal (T6/T5)	Observações
Resistência à Tração (UTS)	90–140 MPa (típico)	150–240 MPa (típico, dependente de liga e processo)	Ampla variação devido ao método de fundição, controle da porosidade e modificação da microestrutura
Limite de Escoamento (offset 0,2%)	40–90 MPa	100–170 MPa	Melhora do limite de escoamento após solução/envelhecimento é modesta comparada a ligas com alto teor de Mg/Cu
Alongamento	2–10%	1–6%	Ductilidade diminui após envelhecimento; fundições de parede fina apresentam maior alongamento
Dureza (Brinell)	35–70 HB	60–110 HB	Dureza aumenta com silício fino e tratamento térmico; valores dependem de seção e processamento

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,68 g/cm³	Densidade típica para ligas fundidas Al-Si; ligeiramente superior ao alumínio puro devido ao teor de silício
Faixa de Fusão	~577–600 °C	Liga quase eutética tem baixo ponto de fusão comparado ao Al puro; reação eutética próxima de ~577 °C
Condutividade Térmica	~110–140 W/m·K	Inferior ao alumínio puro, mas ainda boa para dissipação térmica em componentes fundidos
Condutividade Elétrica	~30–40% IACS	Reduzida comparado ao alumínio puro devido ao silício e dispersão causada por intermetálicos
Calor Específico	~0,88–0,92 kJ/kg·K	Próximo ao alumínio puro; útil para cálculos de massa térmica
Coeficiente de Dilatação Térmica	~21–24 µm/m·K	Ligeiramente inferior ao do alumínio puro em alguns estados termicamente tratados devido ao teor de Si

As propriedades físicas do AlSi12 o tornam atraente para componentes onde o gerenciamento térmico ou a estabilidade dimensional durante ciclos de aquecimento/resfriamento são importantes. O ponto de fusão mais baixo e a boa fluidez auxiliam na produção de geometrias complexas de paredes finas com bom preenchimento do molde.

A condutividade elétrica é reduzida em relação ao alumínio puro e deve ser considerada quando o desempenho elétrico é requerido. A densidade e o calor específico são próximos aos de outras ligas fundidas de alumínio, o que é benéfico para aplicações estruturais leves e térmicas.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tratamentos Comuns	Observações
Peças fundidas em areia	Espessura de parede 3–50 mm	Variável; microestrutura mais grosseira em seções espessas	F, O, T5	Usado para componentes grandes e complexos; microestrutura controlada pela taxa de resfriamento
Fundição sob pressão (molde permanente)	Paredes finas 1–10 mm	Maior resistência devido ao resfriamento mais rápido; Si fino	F, T5, T6	Comum para carcaças automotivas e peças de precisão
Fundição por gravidade / molde permanente	2–20 mm	Resistência e acabamento superficial intermediários	F, T5, T6	Boa repetibilidade e propriedades mecânicas para lotes médios de produção
Massas/lingotes de areia	Variável	Matéria-prima base	F	Matéria-prima bruta ou material remontado para fundições
Barra / Vareta fundida	Diâmetros até 200 mm	Similar às fundições; forjamento ou laminação limitados	F, O	Usado para blanks de usinagem e algumas pequenas peças estruturais

Diferentes formas de produto derivam da aplicação pretendida e das tolerâncias mecânicas/geométricas requeridas. A fundição sob pressão produz a microestrutura mais fina e melhor controle dimensional, tornando-a adequada para peças automotivas de parede fina e alto volume. A fundição em areia suporta seções maiores e geometrias internas complexas, mas requer controle cuidadoso de defeitos.

A forma de fornecimento afeta o processamento secundário: peças fundidas sob pressão tipicamente requerem menor folga para usinagem e possuem melhor acabamento superficial, enquanto peças fundidas em areia podem exigir mais usinagem e tratamento térmico para atingir tolerâncias desejadas.

Grades Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	AlSi12 (fundição)	EUA	Designação genérica para liga Al-Si fundida com ~12% Si
EN	EN AC-AlSi12 / AlSi12	Europa	Designação padronizada para fundição (antigo AlSi12); grau EN frequentemente inclui “F” para condição de fundição
JIS	ADC12 (similar)	Japão	ADC12 é amplamente usado em fundição sob pressão e é próximo em composição, mas geralmente contém níveis mais elevados de Cu e Zn
GB/T	AlSi12	China	Norma chinesa para ligas fundidas Al-Si amplamente equivalente; tolerâncias de composição podem variar

Diferenças sutis entre os graus regionais estão principalmente nos níveis permitidos de Cu, Zn e elementos traço, bem como nos níveis tolerados de ferro e manganês. ADC12 (JIS) frequentemente possui maior teor de cobre para melhorar propriedades mecânicas em fundições sob pressão, mas sacrifica um pouco da resistência à corrosão. EN AC-AlSi12 tende a ser controlado para baixo teor de Fe e é amplamente especificado para fundições de alta qualidade na Europa.

Resistência à Corrosão

AlSi12 apresenta boa resistência geral à corrosão atmosférica devido à formação de filme protetor de óxido de alumínio. Em ambientes neutros e levemente agressivos a liga se comporta bem, mas pode ocorrer dissolução anódica localizada em defeitos de fundição, porosidade ou onde há presença de fases intermetálicas. Acabamentos superficiais e sistemas de pintura de vedação melhoram substancialmente a performance de longo prazo em ambientes expostos.

Em ambientes marinhos e contendo cloretos, a liga pode sofrer corrosão por pite e por frestas, especialmente onde defeitos ou superfícies ásperas retêm meios corrosivos. O teor relativamente baixo de cobre do AlSi12 típico melhora a resistência à corrosão sob tensão comparado com ligas ricas em Cu, mas projetistas devem considerar as interações catódicas/anódicas ao unir a metais mais nobres.

A fissuração por corrosão sob tensão não é um modo de falha principal para AlSi12 devido ao seu conteúdo limitado de solutos que causam fragilização intergranular, porém a corrosão-fadiga combinada com defeitos de fundição pode levar a falhas prematuras em ambientes marinhos ou industriais cíclicos. Interações galvânicas com aços e ligas de cobre devem ser mitigadas com barreiras isolantes ou folgas de corrosão adequadas para evitar ataques acelerados.

Comparado com ligas forjadas da série 5xxx para serviço marítimo, AlSi12 tem tenacidade intrínseca menor e é mais sensível a defeitos de fundição, mas oferece vantagens em fundibilidade e estabilidade dimensional para formas complexas. Projetistas devem avaliar a exposição ambiental e detalhar a integridade da fundição ao selecionar AlSi12 para aplicações corrosivas.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

A soldagem de fundidos AlSi12 é viável com processos TIG e MIG quando são usados ligas de adição apropriadas e preparação prévia adequada. Eletrodos de alumínio-silício como ER4043 (Al-5Si) e ER4047 (Al-12Si) são comumente recomendados para corresponder ao teor de silício do metal base e reduzir o risco de trinca a quente. Pré-aquecimento e desgasificação são frequentemente usados para diminuir porosidade relacionada a hidrogênio; entretanto, a soldagem pode alterar localmente a morfologia do silício na ZTA e gerar concentrações de encolhimento/tensões que requerem tratamento térmico pós-soldagem ou retífica para remoção de defeitos.

Usinabilidade

A usinabilidade de AlSi12 é geralmente boa para alumínio fundido, porém as partículas duras de silício aceleram o desgaste abrasivo das ferramentas em comparação com alumínio puro. Ferramentas de carboneto com revestimentos de nitreto de titânio ou similares e geometria de corte positiva são recomendadas para usinagem em alta velocidade; o controle de cavacos é tipicamente aceitável, mas a vida útil da ferramenta deve ser monitorada para operações longas. Parâmetros de usinagem devem considerar a espessura da seção e variações locais de dureza causadas pela morfologia do silício e histórico de tratamento térmico.

Formabilidade

A conformabilidade do AlSi12 é limitada porque a liga é tipicamente usada em forma fundida e tem ductilidade baixa em relação a ligas forjadas de alumínio. Dobragem a frio ou estampagem profunda não são práticas para componentes fundidos típicos de AlSi12; os projetistas dependem do desenho de molde, núcleos e insertos para alcançar a geometria requerida. Para melhorar a conformabilidade, o processamento semicristalino ou modificação para uma microestrutura de silício esferoidizado via tratamento térmico pode melhorar a ductilidade local, mas não alcança a conformabilidade das ligas forjadas 5xxx ou 6xxx.

Comportamento ao Tratamento Térmico

AlSi12 não é uma liga de alumínio endurecível principalmente por precipitação, pois carece de magnésio e cobre significativos para fortalecimento clássico T6. No entanto, tratamentos térmicos afetam a morfologia do silício e tensões residuais. Solução térmica em temperaturas próximas a 520–540 °C seguida de têmpera rápida pode homogenizar parcialmente a microestrutura e esferoidizar as partículas de silício; envelhecimento artificial subsequente (T5/T6) pode estabilizar a microestrutura e proporcionar pequenos ganhos de resistência.

Para muitas fundições AlSi12, os tratamentos térmicos mais valiosos são o recozimento e a homogeneização para aliviar tensões de fundição e reduzir microsegregação. Estes tratamentos melhoram a usinabilidade e reduzem a incidência de trincas a quente durante operações secundárias. Como encruamento não é prático para componentes fundidos, os projetistas dependem do controle microestrutural, tratamento térmico e modificação da liga (ex.: tratamento Sr) para ajustar propriedades.

O controle do processo durante o tratamento térmico é crítico: sobreenvelhecimento ou solução inadequada podem coarsar o silício e reduzir a ductilidade, enquanto desgasificação insuficiente ou taxas lentas de têmpera levam a porosidade retida e desempenho mecânico pobre. Para ligas contendo pequenas adições de Mg ou Cu, programas controlados de solução e envelhecimento proporcionam maior benefício; caso contrário, os tratamentos térmicos focam no alívio de tensões e otimização da morfologia do silício.

Desempenho em Alta Temperatura

Em temperaturas elevadas, AlSi12 sofre perda progressiva de resistência à medida que a ativação térmica permite o movimento de discordâncias e o coarsening dos elementos microestruturais. Temperaturas práticas de serviço são frequentemente limitadas abaixo de ~150–200 °C para aplicações estruturais para evitar fluência significativa e perda de rigidez. Exposições de curto prazo até 250 °C são possíveis para componentes térmicos não estruturais, mas a confiabilidade mecânica de longo prazo se degrada.

O comportamento de oxidação é típico do alumínio: forma-se um óxido estável que protege o núcleo, mas a formação e crescimento da camada de óxido podem degradar a resistência térmica de contato em aplicações de transferência de calor. A ZTA gerada pela soldagem ou tratamentos térmicos locais pode apresentar distribuições alteradas de silício que reduzem o desempenho em alta temperatura localmente e aceleram a fluência ou trincas induzidas por oxidação. Para componentes destinados ao serviço em temperatura elevada, é essencial o projeto cuidadoso para minimizar concentrações de tensões e evitar seções finas em áreas estruturais.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o AlSi12 É Usado
Automotiva	Caixas de transmissão, carcaças de câmbio, corpos de válvulas	Excelente fundibilidade em molde e estabilidade dimensional para componentes complexos com paredes finas
Marinha	Carcaças de bomba, fundições estruturais não críticas	Resistência à corrosão e fundibilidade para geometrias complexas
Aeroespacial & Defesa	Suportes, carcaças para estruturas não primárias	Boa relação resistência-peso para componentes fundidos e boa estabilidade térmica
Máquinas Industriais	Carcaças de engrenagens, carcaças de rolamentos, corpos de válvulas	Baixa contração, boa resistência ao desgaste e resistência mecânica adequada
Eletrônica / Gestão Térmica	Carcaças para dissipadores de calor e componentes de massa térmica	Condutividade térmica razoável combinada com capacidade de fundição complexa

O AlSi12 tem bom desempenho quando as vantagens do processo de fabricação por fundição (formas complexas, nervuras integradas, paredes finas) superam a necessidade da mais alta resistência à tração ou da extrema conformabilidade. Sua combinação de precisão dimensional, condutividade térmica e resistência adequada o torna amplamente utilizado em componentes de alta produção por fundição em molde e fundições econômicas de médio porte.

Insights para Seleção