Alumínio 5059: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

5059 é um membro da série 5xxx de ligas de alumínio, pertencendo à família Al–Mg. É principalmente ligado com magnésio e quantidades menores de manganês e cromo para aumentar a resistência e melhorar a resistência à corrosão em comparação com ligas 5xxx de magnésio inferior.

O principal mecanismo de endurecimento do 5059 é o endurecimento por solução sólida, complementado por microligas e processamento termomecânico controlado; não é uma liga convencional tratável termicamente. A resistência é desenvolvida por trabalho a frio e pelo controle da química de precipitados e dispersoides durante o processamento, resultando em uma boa combinação de alta resistência e tenacidade mantida.

As características principais do 5059 incluem alta resistência à tração e limite de escoamento para um alumínio não tratável termicamente, superior resistência à corrosão marinha, boa soldabilidade com metais de adição adequados, e conformabilidade razoável em estados recozidos. Indústrias típicas que utilizam o 5059 são marítima e construção naval, estruturas offshore, transporte (ferroviário e automotivo especial) e fixações para aeronaves onde a resistência à corrosão e redução de peso são críticas.

Engenheiros selecionam o 5059 quando precisam de uma liga não tratável termicamente que se aproxime da resistência de ligas tratáveis térmicamente de menor desempenho, mantendo superior resistência à água do mar e à corrosão sob tensão. Essa liga é frequentemente escolhida em vez das outras da série 5000 para maior resistência, e em lugar das ligas 6xxx/7xxx quando o desempenho anticorrosivo e a soldabilidade são prioridades.

Variedades de Estado de Tratamento

Estado	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Totalmente recozido, melhor ductilidade e capacidade de conformação
H111	Baixo-Médio	Alto	Muito Bom	Muito Bom	Leve encruamento por única deformação, bom para conformações modestas
H116	Médio-Alto	Moderado	Bom	Bom	Estado encruado estabilizado amplamente utilizado em ambientes marinhos
H321	Médio-Alto	Moderado	Bom	Bom	Encruado e estabilizado termicamente por tratamento térmico leve
H34 / H36	Alto	Baixo-Moderado	Limitado	Bom	Encruamento pesado para máxima resistência em estado não tratável termicamente
T (aplicação limitada)	Variável	Variável	Variável	Variável	Alguns estados T comerciais podem existir após solução e envelhecimento limitados; não é rota principal de endurecimento

O estado de tratamento controla criticamente o equilíbrio entre resistência, ductilidade e conformabilidade do 5059. Material recozido (O) permite estampagem profunda, estampagem complexa e dobramento, enquanto os estilos H1x/H11x oferecem aumentos incrementais na resistência com perda moderada de alongamento, adequados para peças conformadas, porém não fortemente dobradas.

Estados encruados mais avançados (H3x/H34/H36) maximizam os limites de escoamento e resistência à tração para componentes estruturais, mas reduzem substancialmente a conformabilidade ao dobramento e conformação por estiramento; a soldagem normalmente reverte a ZAC para condições mais macias e deve ser considerada no projeto da junta.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤ 0,40	Silício baixo controlado para limitar intermetálicos frágeis e manter a tenacidade
Fe	≤ 0,50	Nível típico de impurezas; excesso de Fe forma fases frágeis que reduzem a ductilidade
Mn	0,2–1,0	Melhora resistência e estrutura de grão; ajuda a controlar a recristalização
Mg	4,5–6,0	Elemento principal de endurecimento, melhora resistência à corrosão em atmosferas marinhas
Cu	≤ 0,10	Mantido baixo para evitar redução da resistência à corrosão e suscetibilidade à corrosão sob tensão (SCC)
Zn	≤ 0,25	Baixo teor para evitar fissuras a quente e preservar desempenho anticorrosivo
Cr	0,20–0,50	Elemento de microliga que refina a estrutura de grão e estabiliza propriedades mecânicas
Ti	≤ 0,10	Refinador de grão quando adicionado em pequenas quantidades durante fundição/extrusão
Outros (cada)	≤ 0,05	Elementos menores e resíduos; total de outros é normalmente limitado

A química da liga é ajustada para maximizar o endurecimento por solução sólida devido ao magnésio enquanto mantém cobre e zinco baixos para preservar a resistência à corrosão. Cromo e manganês são adicionados intencionalmente para refinar a estrutura de grão, inibir a recristalização durante o processamento termomecânico e estabilizar a resistência após soldagem ou exposição térmica.

Propriedades Mecânicas

Em serviço, o 5059 apresenta perfil de resistência à tração e limite de escoamento fortemente dependente do estado de tratamento e da espessura. Material recozido apresenta resistência modesta (comparável a muitas ligas 5xxx) com alto alongamento, enquanto estados encruados e estabilizados entregam níveis altos de limite de escoamento próximos aos de ligas tratáveis térmicamente de menor categoria. Desempenho em fadiga é geralmente bom para uma liga grau marinha, desde que condição superficial e detalhes de soldagem sejam gerenciados para minimizar concentrações de tensões.

O limite de escoamento em estados de alta resistência é elevado enquanto a ductilidade retida é moderada; os engenheiros devem considerar raios de curvatura reduzidos e menor conformabilidade em temperatura ambiente ao selecionar estados H3x. A dureza correlaciona-se com o trabalho a frio; estados de alta resistência apresentam aumento substancial na dureza e redução no alongamento, e a espessura tem efeito notável, pois seções pesadas tendem a apresentar endurecimento efetivo ligeiramente inferior após processamento.

A resistência à fadiga por corrosão cíclica e à corrosão sob tensão é superior a muitas ligas com cobre, tornando o 5059 atraente em estruturas marítimas soldadas. Espessura e estado de tratamento influenciam o limite de fadiga; componentes mais espessos proporcionam melhor distribuição de carga, porém podem ser mais desafiadores para completa encruamento na produção.

Propriedade	O/Recozido	Estado Chave (H116 / H36)	Observações
Resistência à Tração	~220–300 MPa	~400–480 MPa	Grande variação dependendo do grau de encruamento e estabilização
Limite de Escoamento	~100–170 MPa	~350–420 MPa	Estados de alta resistência oferecem limite excepcional para alumínio não tratável termicamente
Alongamento	~18–26%	~6–12%	Recozido é altamente dúctil; estados endurecidos trocam ductilidade por resistência
Dureza (HB)	~55–75 HB	~120–150 HB	Dureza aumenta com o trabalho a frio e tratamento de estabilização

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	~2,66 g/cm³	Típica para ligas Al–Mg; inferior ao aço permitindo redução de peso
Faixa de Fusão	Solidus ~555–620 °C; Líquido até ~650–660 °C	Liga desloca o solidus abaixo do líquido do alumínio puro; relevante para considerações de fundição
Condutividade Térmica	~130–160 W/(m·K)	Menor que alumínio puro, mas ainda favorável para gestão térmica comparada ao aço
Condutividade Elétrica	~28–40 %IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro devido ao magnésio e ligações; adequada para muitas aplicações condutoras
Calor Específico	~900 J/(kg·K)	Semelhante a outras ligas de alumínio, eficaz para design de massa térmica
Coeficiente de Dilatação Térmica	~23–24 ×10^-6 /K (20–100 °C)	Coeficiente típico do alumínio; deve ser considerado em montagens de metais diferentes

O conjunto de propriedades físicas torna o 5059 atraente onde é necessário um metal de baixa densidade, termicamente condutivo, junto com alta resistência e resistência à corrosão. A condutividade térmica e elétrica são inferiores ao alumínio puro, mas ainda muito superiores ao aço, possibilitando projetos mais leves em aplicações de dissipação de calor e distribuição elétrica.

Características de fusão e solidus são relevantes para soldagem e junções por fusão; o comportamento de solidificação da liga e a suscetibilidade a fissuras a quente são influenciados por elementos menores e devem ser controlados pelo projeto da junta e seleção do metal de adição.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Temperas Comuns	Observações
Chapa	0,5–6,0 mm	Uniforme em espessuras menores; conformável a frio	O, H111, H116	Amplamente usada para painéis, revestimento de casco e componentes formados
Placa	6–80+ mm	Eficiência de encruamento levemente reduzida em grandes espessuras	H116, H36	Placas estruturais para uso naval e transporte onde se requer alto limite de escoamento
Extrusão	Perfis até grandes seções transversais	Resistência depende da taxa de extrusão e do estiramento pós-extrusão	O, H111, H116	Perfis complexos para estruturas e acessórios
Tubo	Diâmetros variados, espessura da parede variável	Resistência similar à chapa quando trefilado a frio	O, H116	Utilizado para tubos estruturais em ambientes corrosivos
Barra/Haste	Diâmetros até 300 mm	Boa resistência à tração e ao escoamento dependendo da tempera	O, H116, H36	Acessórios usinados e componentes forjados

O processo de fabricação afeta o equilíbrio final das propriedades: chapas e placas laminadas são comumente estabilizadas para manter resistência após soldagem, enquanto perfis extrudados podem ser homogenizados por solubilização e estirados para controlar tensões residuais. Placas e produtos de maior espessura podem ser mais difíceis de conformar homogênea e friamente, exigindo processos personalizados para alcançar as resistências-alvo.

As aplicações típicas para cada forma refletem compromissos entre fabricabilidade e desempenho final: chapas para painéis formados e revestimento de casco, placas para elementos estruturais soldados, extrusões para acessórios de precisão e trilhos, e barras/hastes para peças usinadas que aproveitam a resistência e resistência à corrosão da liga.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	5059	EUA	Designação da Aluminum Association/AA primária
EN AW	5059	Europa	EN AW-5059 é a designação comum europeia, com química e temperas similares
JIS	A95059 (aprox.)	Japão	Designações locais correspondem a UNS/AA com algumas diferenças nos limites de impurezas
GB/T	Al–Mg5.5–Cr (aprox.)	China	Normas chinesas podem usar nomes de composição nominal em vez de números AA

As normas entre regiões são amplamente harmonizadas para ligas 5xxx, mas existem diferenças sutis nos limites máximos de impurezas, faixas exatas de magnésio e condições de ensaio mecânico especificadas. Essas variações podem causar pequenas diferenças nos valores garantidos de resistência à tração/limite de escoamento e desempenho à corrosão do material fornecido.

Ao adquirir internacionalmente, verifique os certificados de fábrica e as especificações de compra para limites composicionais exatos, definições de tempera e requisitos de ensaios mecânicos para garantir intercambialidade em aplicações estruturais críticas.

Resistência à Corrosão

5059 apresenta excelente resistência à corrosão atmosférica e é particularmente robusto em ambientes marinhos e com presença de cloretos. O alto teor de magnésio promove a formação de filme protetor de óxido e ajuda a manter comportamento passivo; o cromo adicionado e o controle do cobre mantêm baixa susceptibilidade à corrosão localizada por picaduras e SCC (trinca por corrosão sob tensão).

Em testes de comportamento marinho, 5059 normalmente supera muitas ligas das séries 6xxx e 7xxx que possuem níveis mais altos de cobre ou zinco; também demonstra resistência superior em comparação com algumas ligas 5xxx de menor teor de Mg sob condições prolongadas de névoa salina e imersão. A compatibilidade galvânica é favorável quando combinada a aços inoxidáveis, titânio ou ligas de alumínio compatíveis, mas projetistas devem garantir isolamento adequado ao emparelhar com metais mais nobres como cobre ou latão.

A resistência à trinca por corrosão sob tensão (SCC) é uma vantagem significativa para o 5059 comparado a ligas de alta resistência contendo cobre; no entanto, temperas de alto encruamento e tensões corrosivas de tração ainda podem induzir SCC em ambientes severos. Montagens soldadas devem ser projetadas para evitar esforços à tração na zona termicamente afetada (ZTA) e usar metais de adição compatíveis e tratamentos pós-soldagem quando aplicável.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

5059 é facilmente soldado com processos comuns de fusão como TIG (GTAW) e MIG (GMAW), com bom desempenho das juntas quando usados metais de adição apropriados. Soldas recomendadas para muitas aplicações 5xxx incluem AlMg4.5Mn (5183) ou AlMg5 (5356, dependendo da aplicação), selecionados para controlar ductilidade e resistência à corrosão no metal de solda. O risco de trincas a quente é menor do que em muitas ligas 6xxx e 7xxx, mas ocorre amolecimento na zona termicamente afetada, devendo o projeto da junta considerar a redução local de resistência após a soldagem.

Usinabilidade

A usinabilidade é de moderada a razoável; a liga não é das mais fáceis de usinar devido à tendência de formar cavacos contínuos, às vezes pegajosos, em baixas velocidades de corte. Ferramentas de metal duro com afiação positiva e quebradores de cavaco agressivos, além de altas taxas de avanço e boa refrigeração/lubrificação, melhoram a produtividade. O acabamento superficial e a vida útil da ferramenta são sensíveis à tempera e tamanho da seção, então parâmetros de usinagem devem ser ajustados ao tipo de tempera fornecida.

Conformabilidade

A conformabilidade é excelente na tempera O e declina conforme a tempera é aumentada por encruamento. Raios de dobra devem seguir diretrizes conservadoras em temperas mais endurecidas; recozimento antes da conformação é prática comum para formas complexas. Os melhores resultados são obtidos com temperas O ou levemente encruadas, utilizando técnicas controladas de dobra e conformação por estiramento, em vez de estampagem agressiva em temperas de alta resistência.

Comportamento ao Tratamento Térmico

5059 é fundamentalmente uma liga não tratável termicamente; não desenvolve dureza máxima por tratamento de solubilização e envelhecimento artificial como as ligas da série 6xxx. Tentativas de ciclos tradicionais de solubilização e envelhecimento não produzem os mesmos mecanismos de endurecimento, pois o Mg permanece em solução sólida e o endurecimento não é dominado por precipitados.

Ajustes de resistência são conseguidos por processamento termomecânico e encruamento, seguidos de tratamentos de estabilização (por exemplo, estabilização térmica leve ou estiramento controlado) para fixar estruturas de discordâncias desejáveis. O recozimento (tempera O) retorna a liga ao estado totalmente amolecido, permitindo operações de conformação, enquanto o encruamento controlado aumenta a resistência em detrimento da ductilidade.

Para estruturas soldadas, mudanças localizadas de tempera na ZTA podem reduzir a resistência; o tratamento térmico pós-soldagem geralmente não recupera propriedades originais, devendo projetistas prever margens de projeto mecânico ou retrabalho mecânico localizado quando necessário.

Desempenho em Alta Temperatura

5059 mantém resistência útil até temperaturas moderadas, mas apresenta perda progressiva de resistência acima de aproximadamente 100 °C em serviço contínuo. Exposições de curto prazo a temperaturas elevadas (até cerca de 150 °C) são toleradas, porém exposição prolongada acelera o amolecimento e pode reduzir resistência à fluência (creep).

A oxidação é limitada devido ao filme protetor de óxido de alumínio, mas temperaturas elevadas podem alterar a química superficial e acelerar interações galvânicas com metais dissimilares. Na ZTA, temperaturas elevadas durante a soldagem podem causar amolecimento tipo sobre-envelhecimento e coarsening microestrutural que reduzem propriedades de fadiga e limite de escoamento.

Projetistas devem limitar a temperatura de serviço contínuo a valores conservadores quando se exige alta retenção de resistência, e validar o comportamento de fluência/desgaste por frouxidão nas juntas e fixadores para aplicações com cargas sustentadas em temperaturas elevadas.

Aplicações

Indústria	Exemplo de Componente	Por que o 5059 é Usado
Marinha	Revestimento de casco e estruturas de convés	Alta relação resistência/peso com excelente resistência à corrosão em água do mar
Offshore / Energia	Elementos estruturais de plataformas	Resistência a SCC e corrosão por cloretos em montagens soldadas
Aeroespacial / Defesa	Acessórios e suportes estruturais	Alto limite de escoamento e tenacidade onde resistência à corrosão é essencial
Transporte	Trilhos estruturais leves e carrocerias	Redução de peso com resistência superior e soldabilidade
Eletrônica / Térmica	Chassis e dissipadores de calor	Condutividade térmica adequada combinada com integridade estrutural

5059 é selecionado para componentes que precisam sobreviver a ambientes severos enquanto minimizam peso e permitem soldagem e fabricação em escala produtiva. Sua combinação de resistência, resistência à corrosão e fabricabilidade o torna uma liga preferida para aplicações navais e estruturais exigentes, onde longa vida útil e confiabilidade das juntas são prioridades.

Orientações para Seleção

Escolha o 5059 quando precisar de um alumínio de alta resistência, não tratável termicamente, com resistência à corrosão de grau marinho e boa soldabilidade. É ideal para componentes estruturais soldados sujeitos a exposição prolongada a cloretos.

Comparado com alumínio comercialmente puro (ex.: 1100), o 5059 abre mão da condutividade e da extrema conformabilidade em favor de resistência muito maior e superior resistência à corrosão; use 1100 somente quando a condutividade elétrica/térmica ou máxima ductilidade forem o requisito principal. Comparado com ligas comuns encruadas como 3003 ou 5052, o 5059 apresenta maior resistência enquanto oferece resistência à corrosão marinha comparável ou melhor, embora seja mais caro e menos conformável em tratamentos encruados. Comparado com ligas tratáveis termicamente, como 6061/6063, o 5059 é frequentemente preferido quando o desempenho à corrosão em soldagem e resistência à corrosão sob tensão (SCC) são mais importantes que a resistência máxima absoluta.

Ao especificar, avalie as trocas entre resistência, conformabilidade e custo: escolha tratamentos recozidos ou levemente trabalhados para conformação, e tratamentos encruados estabilizados por esforço para elementos estruturais. Verifique a disponibilidade nas siderúrgicas para as espessuras e tratamentos requeridos e confirme a qualificação do metal de adição e dos procedimentos de soldagem para juntas críticas.

Resumo Final

O 5059 permanece uma liga de alumínio relevante e tecnicamente atraente para engenharia moderna onde se exige um equilíbrio entre alta resistência não tratável termicamente, soldabilidade e superior resistência à corrosão marinha. Sua química da liga e opções de processamento oferecem aos projetistas uma forma prática de reduzir peso mantendo a integridade estrutural a longo prazo em ambientes agressivos.