Alumínio EN AW-5251: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

EN AW-5251 é um membro da família de alumínio-magnésio da série 5xxx, definida pelo magnésio como principal elemento de liga. Esta série é conhecida por ligas não tratáveis termicamente, endurecíveis por deformação a frio, nas quais a resistência é obtida predominantemente por trabalho a frio em vez de tratamentos térmicos de solução e precipitação.

Os principais elementos de liga típicos no EN AW-5251 incluem magnésio (elemento principal para fortalecimento), traços de manganês para controle da estrutura do grão e pequenas quantidades de ferro e silício como resíduos. A liga equilibra resistência moderada com excelente resistência à corrosão, especialmente em ambientes atmosféricos e levemente marinhos, além de boa soldabilidade e conformabilidade razoável em revenimentos mais macios.

Essa liga é escolhida em diversos setores que requerem uma combinação de conformabilidade, resistência à corrosão e resistência moderada sem a necessidade de tratamento térmico, como componentes de carroceria automotiva, painéis arquitetônicos, acessórios marítimos e algumas carcaças eletrônicas. Projetistas preferem o EN AW-5251 quando se busca uma liga econômica, soldável e com resistência superior ao alumínio comercialmente puro, além de melhor desempenho marinho em comparação com algumas ligas da série 3xxx.

Comparado com ligas de alta resistência tratáveis termicamente, o EN AW-5251 oferece processamento mais simples (sem etapas de solução/envelhecimento) e comportamento mais previsível em estruturas soldadas, pois não sofre o mesmo grau de fragilização na ZAC (zona afetada pelo calor) que certas ligas endurecíveis por precipitação. Isso o torna atraente para montagens soldadas, chapas conformadas e extrudados onde a resistência à corrosão em serviço é importante.

Variantes de Revenimento

Revenimento	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta (20–35%)	Excelente	Excelente	Totalmente recozido, ductilidade máxima para estampagem profunda
H12	Baixa–Moderada	Moderado (10–20%)	Muito Bom	Muito Bom	Endurecimento leve por deformação, bom para conformação moderada
H14	Moderada	Moderado–Baixo (8–15%)	Bom	Muito Bom	Quarteado, equilíbrio entre conformabilidade e resistência
H16	Moderada–Alta	Baixo–Moderado (6–12%)	Regular	Muito Bom	Meio endurecido, típico para painéis expostos
H18	Alta	Baixo (4–10%)	Limitada	Muito Bom	Totalmente endurecido, para aplicações em chapas de alta rigidez
H22	Moderada	Moderado–Baixo	Bom	Muito Bom	Endurecido por deformação e estabilizado; estabilidade dimensional melhorada
H24	Moderada–Alta	Baixo–Moderado	Regular	Muito Bom	Endurecido por deformação e envelhecido artificialmente (estabilizado) para maior limite de escoamento
H111	Baixa–Moderada	Alta	Excelente	Excelente	Levemente trabalhado após recozimento, boa conformabilidade com alguma resistência

O revenimento nas ligas da série 5xxx é primariamente resultado do trabalho a frio, em vez das sequências clássicas de tratamento térmico. O revenimento O oferece máxima ductilidade para estampagem e conformação profunda, enquanto os números H crescentes indicam maior trabalho a frio e resistência mais alta, em detrimento do alongamento e da conformabilidade.

Revenimentos estabilizados (H22/H24 e H111) são comumente usados quando se espera conformação seguida de leve exposição térmica ou soldagem, pois fornecem propriedades mecânicas mais consistentes com menor risco de amolecimento indesejado durante a fabricação.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤ 0,25	Impureza controlada do processamento; pode reduzir ligeiramente a ductilidade
Fe	≤ 0,40	Formador típico de intermetálicos; excesso pode degradar a resistência à corrosão
Mn	≤ 0,40	Controle da microestrutura; melhora resistência e comportamento de recristalização
Mg	2,0–3,0	Principal elemento para fortalecimento por solução sólida e resistência à corrosão
Cu	≤ 0,10	Mantido baixo para evitar suscetibilidade à corrosão sob tensão
Zn	≤ 0,25	Resíduo menor; níveis mais altos não característicos da série
Cr	≤ 0,15	Adicionado em algumas variantes para controle da estrutura do grão e limitar recristalização
Ti	≤ 0,15	Refinador de grão em produtos fundidos e algumas formas forjadas
Outros (cada um)	≤ 0,05	Outros elementos presentes como impurezas ou adições controladas

O teor de magnésio é o fator dominante no controle do limite de escoamento e resistência à tração do EN AW-5251, por meio do fortalecimento sólido-solução e interação com discordâncias. Manganês e cromo em baixos níveis refinam a estrutura do grão e melhoram a retenção de resistência durante exposição térmica, enquanto ferro e silício são resíduos que formam partículas intermetálicas e podem influenciar o comportamento à fadiga e corrosão localizada.

A composição é propositalmente restrita para limitar elementos (notadamente cobre e zinco) que aumentariam a suscetibilidade à corrosão sob tensão ou reduziriam a resistência à corrosão generalizada, tornando o 5251 uma escolha confiável para aplicações expostas.

Propriedades Mecânicas

O EN AW-5251 apresenta o comportamento clássico das ligas da série 5xxx em tração: dúctil na condição recozida e progressivamente mais forte com trabalho a frio, enquanto o alongamento diminui. No revenimento O, a liga exibe grande alongamento uniforme e baixa razão limite de escoamento/tração, favorecendo operações de conformação que exigem grandes deformações plásticas. Sob revenimentos H típicos, a resistência ao escoamento aumenta substancialmente, enquanto a ductilidade à tração torna-se limitada, com início antecipado de estricção localizada.

A dureza acompanha o trabalho a frio e é um indicador útil durante o processamento para monitorar metas de revenimento após laminação ou trefilação. O desempenho à fadiga é sensível à condição da superfície, espessura e presença de partículas intermetálicas; superfícies polidas ou anodizadas melhoram significativamente a vida à fadiga em relação a acabamentos como laminação a frio. A espessura tem efeito significativo na resistência e conformabilidade — bitolas mais finas endurecem mais durante a conformação e são mais fáceis de soldar sem distorções nas bordas.

Ao projetar componentes, os engenheiros devem considerar a natureza não tratável termicamente da liga: a resistência máxima é alcançada por deformação mecânica e estabilização, não por envelhecimento térmico. Em conjuntos soldados, pode ocorrer amolecimento localizado próximo à ZAC, mas geralmente é menos severo que em ligas endurecíveis por precipitação, se o revenimento escolhido e o metal de adição forem adequados.

Propriedade	O / Recozido	Revenimento Chave (H14/H24 Típico)	Observações
Resistência à Tração	120–155 MPa	200–260 MPa	Valores dependem fortemente do trabalho a frio e da espessura
Limite de Escoamento	50–90 MPa	140–210 MPa	O limite de escoamento aumenta significativamente com o endurecimento; H24 mostra limite estabilizado
Alongamento	20–35%	6–16%	Ductilidade reduz com o aumento da dureza; revenido tem melhor conformabilidade
Dureza (HB)	30–45 HB	60–95 HB	Dureza correlaciona-se com resistência e nível de trabalho a frio

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,68–2,70 g/cm³	Típico para ligas Al–Mg forjadas
Faixa de Fusão	~570–650 °C	Intervalo entre solidus/liquidus da liga; usar margens conservadoras no projeto
Condutividade Térmica	120–150 W/m·K	Ligeiramente inferior ao alumínio puro devido às adições de liga
Condutividade Elétrica	~28–38 % IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro com aumento do magnésio
Calor Específico	~900 J/kg·K	Típico para ligas de alumínio à temperatura ambiente
Coeficiente de Dilatação Térmica	23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Importante para juntas coladas e uniões multimatéria

As constantes físicas posicionam o EN AW-5251 próximo a outras ligas Al–Mg em comportamento térmico e elétrico; o magnésio reduz a condutividade em relação ao alumínio puro, mas mantém excelente desempenho térmico geral para aplicações de dissipação de calor. Projetistas devem considerar a dilatação térmica ao combinar o 5251 com materiais diferentes, especialmente em juntas estruturais e montagens coladas.

As faixas de fusão e amolecimento indicam que soldagem e qualquer ciclo térmico pós-soldagem devem ser gerenciados para evitar amolecimento local excessivo; controle de entrada térmica e fixação para limitar distorções são práticas padrão para painéis de alta precisão.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento da Resistência	Tempos Comuns	Observações
Chapa	0,3–6,0 mm	Apresenta forte dependência do espessura; bitolas finas se deformam facilmente a frio	O, H12, H14, H24	Mais comum para painéis de carroceria, fachadas e revestimentos de conveses marítimos
Placa	6–50 mm	Menor ductilidade em placas mais espessas; usada onde a rigidez é necessária	H16, H18	Frequentemente utilizada para componentes estruturais onde a rigidez à flexão é fundamental
Extrusão	Seções transversais até alguns centenas de mm²	As propriedades dependem da razão de extrusão e do posterior trabalho a frio	O, H111, H14	Ideal para perfis com resistência moderada e geometria complexa
Tubo	Diâmetros de 6–200 mm, parede 0,5–6 mm	Opções soldadas e sem costura; propriedades variam conforme o processo de fabricação	O, H14, H16	Usado em linhas de fluido, corrimãos e elementos estruturais
Barra/Vareta	Diâmetros até 50 mm	Produzido por extrusão ou trefilação; a resistência aumenta com a trefilação	O, H12, H14	Típico para conexões fabricadas e peças usinadas

Os processos para chapas e placas diferem em calendragem e etapas subsequentes de trabalho a frio; chapas são rotineiramente processadas em bobina, cortadas e conformadas, enquanto placas são laminadas para seções mais espessas com históricos termomecânicos distintos. Extrusões requerem atenção à temperatura do tarugo e ao design da matriz para controlar o acabamento superficial e tensões residuais; estiramento e envelhecimento (estabilização) pós-extrusão são comuns para reduzir deformações.

Formas tubulares soldadas e barras usinadas geralmente são produzidas a partir da mesma liga base, mas processadas em diferentes estados de acabamento (tempos); escolher o temperamento intermediário correto e a folga para usinagem pode reduzir desperdício e retrabalho em ambientes produtivos.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA (Aluminum Association)	5251	Estados Unidos	Designação comum para material trabalhado, alinhada à química e propriedades EN AW-5251
EN AW	5251	Europa	Nomenclatura europeia padrão para liga Al–Mg trabalhada
JIS	— (mais próximo: A5052)	Japão	Não há equivalente direto JIS; A5052 é geralmente considerada a correspondência comercial mais próxima
GB/T	5251	China	Norma chinesa frequentemente lista 5251 como liga correspondente; verificar certificação do fabricante

Equivalentes diretos nem sempre são exatos, pois normas regionais permitem limites levemente diferentes de impurezas e práticas de certificação. A referência cruzada deve ser feita com base em requisitos específicos de propriedades químicas e mecânicas, e não apenas pelo número da liga.

Ao substituir, os engenheiros devem comparar faixas de resistência à tração/escoamento, tempos disponíveis e tratamentos superficiais; 5052 e 5154 são alternativas comuns, com teores de Mg ligeiramente diferentes e, portanto, compromissos distintos entre resistência e resistência à corrosão.

Resistência à Corrosão

EN AW-5251 oferece muito boa resistência à corrosão atmosférica típica de ligas Al–Mg, formando uma camada estável de óxido protetor que limita corrosão geral em ambientes urbanos e industriais. O teor de magnésio melhora a resistência à corrosão por pite em atmosferas com cloretos, em comparação a muitas ligas das famílias 1xxx e 3xxx, tornando 5251 uma escolha frequente para aplicações arquitetônicas exteriores e ambientes marinhos adjacentes.

Em ambientes de imersão marinha ou salpico, a liga tem bom desempenho, mas pites localizados podem ocorrer em superfícies ásperas ou danificadas e em fendas estagnadas. Detalhes de projeto como drenagem, evitar fendas e acabamentos de superfície apropriados (anodização, tratamentos de conversão ou pintura) melhoram significativamente a vida útil.

O risco de trinca por corrosão sob tensão para ligas Al–Mg aumenta com altos teores de magnésio e tensões de tração elevadas; no teor de Mg típico do 5251, o risco é moderado e pode ser mitigado pela seleção de tempos de resistência mais baixa em conjuntos soldados altamente solicitados. Devem ser avaliadas interações galvânicas: quando acoplado eletricamente a materiais mais nobres (aços inoxidáveis, ligas de cobre), o 5251 atua anodicamente e requer isolamento ou revestimentos protetores para evitar corrosão acelerada. Comparado a ligas 6xxx e 7xxx tratáveis termicamente, EN AW-5251 geralmente apresenta resistência superior à corrosão generalizada, porém menor resistência máxima alcançável.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

EN AW-5251 é altamente soldável por processos comuns de fusão como TIG e MIG, apresentando boas características de fusão e baixa tendência à fissuração a quente quando metais de adição apropriados são utilizados. Escolhas típicas de metal de solda são ligas Al–Mg com 4–5% Mg (e.g., ER5356), para manter resistência à corrosão e minimizar amolecimento na zona afetada pelo calor. A entrada térmica deve ser controlada para limitar amolecimento na ZAC, e tratamentos pré ou pós-soldagem (e.g., leve trabalho a frio ou alívio de tensões) podem ser aplicados para estabilizar propriedades.

Usinabilidade

A usinagem do EN AW-5251 apresenta dificuldade moderada; é mais fácil de usinar que ligas com endurecimento por envelhecimento de alta resistência, porém menos fácil que ligas antigas com chumbo. Ferramentas de metal duro com geometria de ângulo positivo, controle de quebra de cavaco e velocidades moderadas resultam em bons acabamentos superficiais. Pode ocorrer encruamento próximo ao corte se as velocidades de avanço forem muito baixas, portanto utiliza-se avanço constante e aplicação de fluido refrigerante para evitar borda acumulada e vibração da ferramenta.

Formabilidade

A formabilidade no estado recozido (O) é excelente, permitindo estampagem profunda, conformação por rolo e operações complexas de estampagem com pequenos raios de curvatura. À medida que os tempos aumentam (H12–H18), os raios de dobra precisam ser maiores e o retorno elástico (springback) se torna mais pronunciado, exigindo compensação na ferramentaria. Para conformação a frio, recomenda-se começar com o temperamento mais maleável disponível, prático para a aplicação, e usar etapas progressivas de conformação para minimizar risco de fratura.

Comportamento ao Tratamento Térmico

EN AW-5251 é uma liga não tratável termicamente; a resistência mecânica é obtida por trabalho a frio e controle microestrutural, e não por têmpera e envelhecimento. O recozimento completo para restaurar ductilidade é realizado aquecendo entre 350–415 °C e mantendo tempo suficiente para recristalização, seguido de resfriamento lento para evitar tensões residuais. Transições de temperamento são descritas então em termos de níveis de trabalho a frio e ciclos de estabilização (H22/H24) ao invés das sequências típicas de tempera T.

O envelhecimento artificial não é eficaz para aumentar a resistência nas ligas 5xxx, mas exposição térmica controlada em temperaturas moderadas pode alterar ductilidade e reduzir tensões residuais. Os projetistas devem evitar temperaturas de serviço e processos que inadvertidamente requelem ou envelheçam excessivamente partes endurecidas a frio, a menos que um amolecimento controlado seja desejado. Para componentes submetidos a soldagem, selecionar um temperamento que tolere exposição térmica parcial (H22/H24, H111) reduz risco de alterações indesejadas nas propriedades pós-fabricação.

Desempenho em Alta Temperatura

EN AW-5251 mantém propriedades mecânicas úteis até temperaturas elevadas moderadas, mas perdas de resistência tornam-se significativas acima de aproximadamente 100–150 °C, e exposição prolongada acima de ~200 °C não é recomendada para aplicações sob carga. A oxidação é limitada pela camada protetora de óxido de alumínio, mas exposições prolongadas a altas temperaturas podem acelerar a difusão do magnésio e o crescimento de microconstituintes, reduzindo o desempenho mecânico.

Regiões soldadas e zonas afetadas pelo calor (ZAC) são sensíveis a ciclos térmicos; entrada excessiva de calor durante fabricação ou uso pode reduzir resistência local ao escoamento e aumentar susceptibilidade à fluência sob cargas sustentadas. Para aplicações com cargas térmicas ou mecânicas cíclicas em temperaturas elevadas, é prudente selecionar ligas com maior estabilidade térmica ou projetar com margem adicional.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o EN AW-5251 é Usado
Automotiva	Painéis internos de carroceria, acabamentos	Boa formabilidade nos temperamentos O/H12; soldabilidade e resistência à corrosão
Marinha	Convés, conexões	Composição rica em Mg proporciona melhor resistência à corrosão por pite em atmosferas marinhas
Aeroespacial	Estruturas secundárias, carenagens	Boa relação resistência-peso e bom comportamento à fadiga para peças não primárias
Eletrônica	Gabinetes, painéis dissipadores de calor	Boa condutividade térmica e resistência à corrosão para gabinetes externos

EN AW-5251 ocupa um meio-termo útil onde são necessárias resistência moderada, excelente resistência à corrosão e boas características de fabricação. Sua combinação de propriedades suporta amplo uso nas indústrias de transporte, arquitetura e marítima, onde se busca material econômico, soldável e formável.

Projetistas frequentemente escolhem o 5251 para componentes fabricados por processos convencionais de chapas metálicas e expostos a ambientes exteriores ou costeiros, sem a complexidade do processamento por têmpera e envelhecimento.

Informações para Seleção

O EN AW-5251 deve ser selecionado quando você precisa de melhor resistência mecânica e à corrosão do que o alumínio comercialmente puro (1100), mantendo boa conformabilidade e soldabilidade. Em comparação com o 1100, o 5251 troca alguma condutividade elétrica e térmica por uma resistência ao escoamento e à tração significativamente maior, o que possibilita projetos com chapas mais finas para a mesma rigidez.

Em comparação com ligas endurecidas por trabalho como 3003 e 5052, o 5251 normalmente oferece maior resistência com resistência à corrosão similar ou melhorada em serviços marítimos e atmosféricos. Se você necessita da máxima resistência à corrosão relacionada ao Mg ou uma disponibilidade específica de têmpera, compare cuidadosamente o 5251 com os 5052/5154, pois diferenças na composição química e no processamento alteram o equilíbrio das propriedades.

Em comparação com ligas tratáveis termicamente como 6061 ou 6063, o EN AW-5251 é preferido quando a fabricação envolve soldagem extensa ou conformação sem a possibilidade ou interesse em realizar os processos de solubilização/envelhecimento. Embora o 6061 alcance maiores resistências máximas após o tratamento térmico, o 5251 oferece desempenho de junta soldada mais previsível e processamento mais simples para estruturas grandes e conformadas.

Resumo Final

O EN AW-5251 permanece uma liga Al–Mg forjada prática e amplamente utilizada, que entrega um equilíbrio entre resistência à corrosão, soldabilidade e resistência moderada sem necessidade de tratamento térmico. Sua versatilidade nas formas de chapa, placa e extrusão, juntamente com comportamento previsível na fabricação, mantém sua relevância para aplicações automotivas, marítimas, arquitetônicas e engenharia geral, onde soluções em alumínio duráveis e econômicas são requeridas.