Alumínio 5051: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Abrangente

5051 é um membro da série 5xxx de ligas de alumínio, que são ligas reforçadas com magnésio, não submetidas a tratamento térmico. Seu principal elemento de liga é o magnésio, geralmente na faixa percentual média a baixa, com traços de manganês e cromo para refinar a estrutura de grãos e melhorar a resistência à corrosão. O fortalecimento é obtido quase exclusivamente por meio do endurecimento por solução sólida e encruamento, em vez de tratamento térmico por precipitação, situando o 5051 na mesma classe de processamento que outras ligas 5xxx.

Características-chave do 5051 incluem um equilíbrio favorável entre resistência moderada, boa resistência à corrosão (especialmente em ambientes marinhos e cloretados) e excelente soldabilidade. A conformabilidade em temperas mais suaves é boa a excelente, e a liga responde de forma previsível ao trabalho a frio para aumentos incrementais de resistência. Indústrias típicas que utilizam o 5051 incluem construção naval, transporte (carrocerias de trailers e vans), vasos de pressão e algumas aplicações arquitetônicas onde se priorizam resistência à corrosão e resistência moderada.

Engenheiros escolhem o 5051 em vez de outras ligas quando precisam de melhor resistência comparado ao alumínio comercialmente puro, mantendo melhor resistência à corrosão marinha em comparação com muitas ligas 3xxx endurecidas por trabalho mecânico. É selecionado onde a soldagem e o desempenho pós-soldagem são importantes e onde o tratamento térmico é impraticável ou desnecessário. Custo e disponibilidade também são fatores; o 5051 frequentemente oferece uma posição custo-desempenho atraente para painéis estruturais, extrusões e conjuntos soldados.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta (20–35%)	Excelente	Excelente	Totalmente recozido, máxima ductilidade e conformabilidade
H12	Moderada	Moderado (12–20%)	Bom	Excelente	Endurecimento parcial, conformação limitada após têmpera
H14	Moderado-Alto	Moderado (8–15%)	Bom	Excelente	Um quarto endurecido, comum para conformação de chapas e resistência moderada
H18	Alta	Baixo (6–12%)	Limitada	Excelente	Totalmente endurecido, usado onde é requerida maior resistência sem recozimento
H22	Moderada (estabilizada)	Moderado	Bom	Excelente	Alívio de tensões após endurecimento parcial para estabilidade na fabricação
H32	Moderado-Alto	Moderado	Bom	Excelente	Endurecida por deformação e estabilizada, comum em estruturas soldadas
H111	Moderada	Moderado	Bom	Excelente	Condição temporária de encruamento para operações limitadas de conformação

A seleção da têmpera para o 5051 controla as compensações entre resistência e ductilidade; temperas mais frias proporcionam maior limite de escoamento e resistência à tração, ao custo de menor alongamento e capacidade de conformação. Como o 5051 não é tratado termicamente, a família H (trabalho a frio e alívio de tensões) é o mecanismo pelo qual fabricantes e usinadores ajustam o desempenho mecânico para peças específicas e métodos produtivos.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤ 0,25	Baixo silício controlado para evitar fragilização e manter soldabilidade
Fe	≤ 0,40	Elemento impureza típico; excesso reduz conformabilidade
Mn	≤ 0,20	Pequenas adições melhoram resistência e resistência à corrosão intergranular
Mg	2,2–2,8	Elemento primário de endurecimento; controla desempenho contra corrosão e resposta ao encruamento
Cu	≤ 0,10	Mantido baixo para preservar resistência à corrosão e soldabilidade
Zn	≤ 0,25	Menor quantidade; níveis maiores aumentam resistência, mas podem causar problemas galvânicos
Cr	0,05–0,25	Microligante para controlar estrutura de grãos e melhorar resistência ao envelhecimento por deformação
Ti	≤ 0,15	Refinador de grãos usado em alguns produtos fundidos ou forjados
Outros	≤ 0,15 total	Inclui V, Zr etc., mantidos baixos para propriedades consistentes

A química da liga foca no magnésio para endurecimento por solução sólida, mantendo cobre e zinco baixos para preservar resistência à corrosão e comportamento na soldagem. Pequenas quantidades de cromo e manganês auxiliam no controle da recristalização e crescimento de grãos durante o processamento, melhorando tenacidade e resistência à corrosão intergranular em peças fabricadas.

Propriedades Mecânicas

O comportamento à tração do 5051 é típico de uma liga 5xxx de resistência média: a condição recozida (O) apresenta resistência à tração e ao escoamento modestas, com alongamento relativamente alto; já as condições com têmpera H, produzidas por trabalho a frio, aumentam substancialmente resistência ao escoamento e à tração, porém reduzindo a ductilidade. A resistência aumenta progressivamente com o aumento do trabalho a frio e da designação da têmpera; H12/H14 proporcionam ganhos mensuráveis no limite de escoamento, enquanto H18 ou H32 atingem as maiores resistências possíveis sem tratamento térmico. A dureza acompanha as tendências de limite de escoamento e é comumente usada para monitorar o controle do processo em aplicações de estampagem e conformação.

O desempenho à fadiga é sensível à condição superficial, processamento e ambiente de trabalho; 5051 polido e bem soldado apresenta vida útil razoável em fadiga de alto ciclo para aplicações estruturais, mas trincas por fadiga iniciam preferencialmente em juntas soldadas e locais com concentração de tensões. O efeito da espessura é importante: chapas mais finas são mais fáceis de endurecer por trabalho a frio para níveis mais altos de resistência, enquanto placas e extrusões espessas mantêm maior ductilidade residual em temperas mais suaves e podem ser desafiadoras para obter resistência uniforme por toda a espessura sem operações de alivio de tensões.

Propriedade	O / Recozido	Têmpera-chave (ex: H14/H32)	Observações
Resistência à Tração	110–145 MPa	210–275 MPa	Valores dependem da espessura e grau de trabalho a frio
Limite de Escoamento	40–75 MPa	150–240 MPa	A têmpera H aumenta limite de escoamento substancialmente por encruamento
Alongamento	20–35%	6–15%	Ductilidade diminui com aumento da têmpera/dureza
Dureza	25–35 HB	55–85 HB	Dureza correlaciona com trabalho a frio e é usada no controle de qualidade das peças fabricadas

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,68 g/cm³	Típica de ligas de alumínio forjadas; boa relação resistência/peso
Faixa de Fusão	~605–655 °C	A liga alarga ligeiramente a faixa de fusão abaixo do ponto de fusão do alumínio puro (660 °C)
Condutividade Térmica	~130 W/m·K	Boa condutividade térmica, ligeiramente inferior ao alumínio puro
Condutividade Elétrica	~34–44 % IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro devido ao magnésio em solução sólida
Calor Específico	~900 J/kg·K	Calor específico típico para ligas de alumínio em temperaturas ambiente
Coeficiente de Dilatação Térmica	23,0–24,5 µm/m·K	Coeficiente moderado; importante para conjuntos multimateriais

O 5051 mantém muitas das propriedades físicas atraentes do alumínio: baixo peso e alta condutividade térmica em comparação com aços, tornando-o útil para gerenciamento térmico e estruturas leves. A combinação de densidade e propriedades mecânicas oferece boa resistência específica, porém projetistas devem considerar a dilatação térmica ao unir 5051 a metais dissimilares ou em ambientes com ciclos térmicos.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Temperas Comuns	Observações
Chapa	0,4–6 mm	Facilmente trabalha a frio; chapas finas obtêm maiores resistências nas têmperas H	O, H14, H18, H32	Ampliamente usada para painéis, revestimentos e caixas
Placa	6–50 mm	Menor conformabilidade a frio; frequentemente fornecida em temperas mais suaves para usinagem	O, H112, H32	Placas estruturais e componentes fabricados mais espessos
Extrusão	Perfis complexos	Resistência depende do trabalho a frio pós-extrusão; pode ser estabilizada por envelhecimento	O, H32	Comum para estruturas, trilhos e seções marinhas
Tubo	Parede de 1–12 mm	Semelhante à chapa; opções soldadas ou sem costura afetam propriedades	H14, H32	Usado em tubos estruturais e tubulações expostas à corrosão
Barra / Vara	Ø3–100 mm	Barras trefiladas aumentam resistência; estoque para usinagem geralmente mais macio	O, H18, H22	Conexões, pinos e componentes torneados

A rota de processamento (laminação, extrusão, trefilação) afeta a recristalização e anisotropia nas propriedades mecânicas; chapas e espessuras finas são as formas mais econômicas e fáceis de trabalhar a frio para têmperas H de maior resistência. Extrusões e placas são escolhidas para detalhes seccionais ou maiores espessuras, mas podem exigir alívio de tensões adicionais ou resfriamento controlado para evitar distorções em conjuntos soldados.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	5051	USA	Designação da Aluminum Association para liga 5xxx de Mg trabalhada
EN AW	5051	Europa	EN AW-5051 comumente usada; limites químicos e mecânicos similares ao AA
JIS	A5051	Japão	Variantes JIS alinhadas na composição, mas podem especificar condições de teste mecânico diferentes
GB/T	5051	China	Grau da norma chinesa com composição comparável; tolerâncias de processamento podem variar

Diferenças entre normas geralmente ocorrem em faixas de tolerância especificadas, métodos de ensaio mecânico requeridos e limites permitidos de impurezas, e não na química fundamental. Engenheiros devem verificar certificados de origem para aplicações críticas, garantindo conformidade com normas locais para propriedades, tratamentos térmicos e rotas de processamento.

Resistência à Corrosão

5051 apresenta resistência muito boa à corrosão atmosférica típica da série 5xxx, devido ao teor de magnésio e baixos níveis de cobre. A liga forma uma película protetora de óxido que confere resistência à corrosão localizada em diversos ambientes externos e moderadamente agressivos. Em exposições marinhas e atmosferas ricas em cloretos, 5051 tem desempenho superior em relação a muitas ligas 3xxx e 6xxx, embora imersão prolongada e água salgada estagnada possam causar ataque localizado caso revestimentos superficiais falhem.

A sensibilidade à trinca por corrosão sob tensão (SCC) em 5051 é menor que em ligas 5xxx com maior teor de Mg (>3,5%), porém SCC não pode ser totalmente descartada para componentes com altas tensões em ambientes agressivos. Tensões residuais de tração originadas por conformação ou soldagem elevam o risco de SCC; portanto, detalhes de projeto adequados, alívio de tensões pós-soldagem e seleção correta do material são essenciais em componentes estruturais críticos. Interações galvânicas devem ser gerenciadas quando 5051 é acoplado a metais mais nobres como aço inoxidável ou cobre; isolamento apropriado ou anodos sacrificiais são medidas comuns em montagens marinhas e arquitetônicas.

Comparado a outras famílias de ligas, 5051 oferece resistência superior à corrosão marinha em relação a muitas ligas endurecíveis por precipitação (por exemplo, série 6xxx) que contêm cobre ou maiores teores de zinco, embora apresente resistência máxima inferior às ligas 6xxx envelhecidas. Designers frequentemente escolhem 5051 quando durabilidade em ambientes cloretados e soldabilidade são priorizadas em relação à resistência máxima alcançável.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

5051 é facilmente soldada por processos comuns de fusão, incluindo TIG (GTAW) e MIG (GMAW). Soldas em 5051 normalmente apresentam boa fluidez da poça e baixa suscetibilidade à fissuração a quente devido à composição livre de cobre significativo e ao teor modesto de magnésio. Metais de adição recomendados são geralmente 5356 (Al-Mg) para maior resistência e boa resistência à corrosão, ou 4043 (Al-Si) para soldabilidade melhorada em algumas situações; a escolha depende da resistência pós-solda desejada e do comportamento à anodização. Deve-se atentar para o amolecimento da zona termicamente afetada (ZTA) se o metal base estiver em condição encruada, e seguir práticas adequadas de estabilização pós-solda ou tratamentos térmicos locais quando necessário.

Usinabilidade

A usinabilidade do 5051 é moderada; usina mais facilmente que ligas de maior resistência, porém menos facilmente que alumínio comercialmente puro. Ferramentas com pastilhas de carboneto e geometria de avanço positivo são recomendadas para controlar a formação de cavacos e evitar aresta acumulada; fluidos de corte ou lubrificantes melhoram o acabamento superficial e a vida útil da ferramenta. Velocidades de corte são moderadas e avançamentos devem ser otimizados para prevenir encruamento na superfície usinada, o que pode prejudicar passes finais. Para torneamento ou fresamento em alta produção, revestimentos de ferramenta e fixações rígidas reduzem vibrações e aumentam a vida útil.

Formabilidade

A formabilidade é excelente no estado recozido (O) e permanece muito boa em tratamentos térmicos leves como H12 e H14, tornando 5051 adequado para estampagem profunda, dobra e conformação por estiramento. Raios mínimos de curvatura devem considerar temper e espessura, mas prática geral para conformação de chapas é raio de dobra entre 1 e 3× a espessura do material em temperos mais macios; raios mais fechados requerem recozimento prévio ou uso de temperos mais suaves. Encruamento aumenta significativamente a resistência e reduz a ductilidade, portanto operações progressivas devem ser sequenciadas para evitar trincas e podem demandar recozimentos intermediários para geometrias complexas.

Comportamento ao Tratamento Térmico

5051 é uma liga não endurecível por tratamento térmico e, portanto, não responde a soluções sólidas seguidas de envelhecimento artificial para ganho de resistência; suas mudanças nas propriedades mecânicas são obtidas por trabalho a frio controlado e designações de temper. Ciclos térmicos padrão usados para ligas endurecíveis (solucionamento, têmpera e envelhecimento) não são eficazes para produzir endurecimento por precipitação em 5051, logo projetistas não devem contar com ganhos em temper T nesta liga.

Recozimento é utilizado para restaurar ductilidade após trabalho a frio intenso; recozimento total de 5051 costuma ser feito na faixa de aproximadamente 350–415 °C com resfriamento controlado para atingir o temper O. Tratamentos de estabilização (ex.: H22 ou H32) envolvem etapas de alívio de tensões ou aquecimento a baixa temperatura para minimizar o envelhecimento por deformação e assegurar estabilidade dimensional previsível para fabricação e soldagem. Cronogramas de encruamento e controle de temper fazem parte da rota de processamento da laminação para entregar material com faixas de limite de escoamento e resistência à tração adequadas para conformação ou uso estrutural.

Desempenho em Alta Temperatura

Em temperaturas elevadas, 5051 perde resistência progressivamente conforme o endurecimento por solução sólida torna-se menos efetivo e processos de recuperação aceleram; temperaturas contínuas práticas para integridade estrutural geralmente são limitadas abaixo de cerca de 100 °C para aplicações que exigem resistência nominal. Resistência à fluência em temperaturas moderadamente elevadas é limitada comparada a ligas especiais para altas temperaturas, e cargas sustentadas a temperaturas elevadas causam deformação mensurável com o tempo. Oxidação no ar é mínima pois o alumínio forma um óxido estável, mas exposição térmica elevada pode alterar a aparência da superfície e afetar tratamentos ou revestimentos subsequentes.

Juntas soldadas podem apresentar amolecimento localizado na zona termicamente afetada (ZTA) devido à exposição térmica; projetistas devem considerar isso para temperaturas elevadas de serviço, pois a ZTA pode se tornar a região limitante para retenção da resistência. Para aplicações que exigem maior capacidade térmica, ligas alternativas ou folgas de projeto devem ser consideradas.

Aplicações

Indústria	Exemplo de Componente	Por Que Usar 5051
Automotiva	Painéis de carroceria, tanques de combustível	Boa formabilidade, soldabilidade e resistência à corrosão
Marinha	Painéis do casco, estruturas de convés	Resistência superior à corrosão localizada por cloretos e boa soldabilidade
Aeroespacial	Abraçadeiras, fairings (não críticos)	Relação resistência-peso favorável e desempenho à corrosão
Elétrica/Gestão Térmica	Disipadores térmicos, invólucros	Boa condutividade térmica e facilidade de fabricação
Arquitetura	Revestimentos, fachadas	Resistência às intempéries e capacidade estética para anodização

5051 é amplamente usado quando a combinação de resistência à corrosão, soldabilidade e força razoável é requerida sem a complexidade de tratamento térmico. Seu equilíbrio de propriedades suporta aplicações diversas desde estruturas marítimas até conjuntos leves fabricados onde o ambiente de serviço e método de fabricação definem a escolha da liga.

Orientações para Seleção

Escolha 5051 quando precisar de uma liga não endurecível com maior resistência que o alumínio comercialmente puro e resistência à corrosão superior em ambientes contendo cloretos. É especialmente atrativa quando se exige soldagem e conformação e quando projetistas preferem comportamento previsível de encruamento ao invés de endurecimento por envelhecimento.

Comparado ao 1100 (Al puro comercialmente), 5051 troca um pouco de condutividade elétrica e ductilidade última por resistência substancialmente maior e melhor desempenho marinho. Comparado a ligas da série 3xxx (ex.: 3003 ou 5052), 5051 provê resistência comparável ou ligeiramente superior com resistência à corrosão similar, posicionando-se como equilíbrio entre resistência e ductilidade. Comparado a ligas endurecíveis como 6061/6063, 5051 oferece soldabilidade mais fácil e melhor resistência à corrosão por cloretos mesmo não alcançando a máxima resistência das ligas 6xxx envelhecidas; use 5051 quando resistência à corrosão em serviço e integridade da solda forem mais importantes que a máxima resistência alcançável.

• Prefira 5051 para estruturas marítimas soldadas e peças fabricadas expostas à corrosão.
• Prefira 6061 se resistência estrutural máxima e usinabilidade são críticas e a corrosão está controlada.
• Prefira 1100/3003 para máxima formabilidade ou condutividade elétrica onde alta resistência não é necessária.

Resumo Final

5051 permanece uma liga de alumínio prática e equilibrada para aplicações que demandam resistência robusta à corrosão, soldabilidade e resistência moderada sem dependência de tratamentos térmicos. Seu comportamento previsível sob encruamento e ampla disponibilidade em formas comuns de produto fazem dela uma escolha custo-efetiva para estruturas marítimas, transporte e tarefas estruturais onde durabilidade a longo prazo em ambientes agressivos é essencial.