Alumínio 5150: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Abrangente

5150 é uma liga de alumínio pertencente à série 5xxx, uma família definida pelo magnésio como principal elemento de liga. Essa série é caracterizada por ligas não tratáveis termicamente e fortalecidas principalmente por endurecimento por solução sólida e encruamento, em vez do endurecimento por precipitação usado pelas ligas 6xxx e 7xxx.

Os principais elementos de liga no 5150 são o alumínio com uma fração significativa de magnésio, junto com pequenas quantidades de manganês, cromo e ferro como resíduos típicos. O mecanismo de fortalecimento é predominantemente o encruamento (endurecimento por deformação) e o fortalecimento por solução sólida de Mg; não há resposta significativa ao endurecimento por envelhecimento sob tratamentos convencionais do tipo T-temper.

As principais características do 5150 incluem alta resistência elevada para uma liga não tratável termicamente, excelente resistência à corrosão em muitas condições atmosféricas e marinhas, e geralmente boa conformabilidade em tratamentos mais moles. A soldabilidade é favorável com processos MIG/TIG quando usados metais de adição adequados, e o 5150 é frequentemente selecionado quando se requer um equilíbrio entre resistência, soldabilidade e resistência à corrosão, tais como em aplicações marinhas, transporte e algumas estruturas.

Comparado com outras famílias de alumínio, o 5150 é escolhido quando os projetistas precisam de melhor resistência do que alumínio puro ou ligas 3xxx encruadas suaves, mas desejam evitar o custo, sensibilidade à distorção ou menor resistência à corrosão das ligas tratáveis termicamente de alta resistência. Sua combinação de desempenho mecânico e resistência à água do mar o torna atraente para cascos, elementos estruturais e componentes que devem ser conformados e posteriormente soldados.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta (20–35%)	Excelente	Excelente	Totalmente recozido, máxima ductilidade
H111	Moderada	Boa (15–25%)	Muito boa	Muito boa	Levemente enrijecido a frio, uso geral
H14	Moderada-Alta	Moderado (10–20%)	Boa	Muito boa	Endurecido por deformação em etapa única, têmpera comum para chapa
H22	Alta	Moderado (8–15%)	Razoável	Boa	Endurecido por deformação e termicamente estabilizado
H32	Alta	Moderado (8–12%)	Razoável	Boa	Endurecido por deformação e depois estabilizado para soldagem
H116	Alta	Baixo (6–12%)	Limitado	Boa	Endurecido por deformação e aliviado de tensões para uso marinho
H321	Alta	Baixo (6–12%)	Limitado	Boa	Enrijecido a frio e estabilizado por tratamentos de baixa temperatura

O têmpera tem forte influência no desempenho mecânico e comportamento na conformação do 5150. Temperas mais moles (O, H111) oferecem a melhor conformabilidade para estiramento e repuxo profundo, enquanto temperas mais altas (H) aumentam a resistência pela densidade de discordâncias às custas do alongamento e da flexibilidade.

Ao selecionar a têmpera, considere operações subsequentes como dobra, repuxo e soldagem: escolha temperas mais moles para conformações extremas ou H32/H116 para conjuntos soldados que exijam maior resistência na condição fabricada e menor distorção pós-soldagem.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	0,10–0,40	Elemento impureza; aumento de Si reduz ductilidade e aumenta ligeiramente resistência
Fe	0,40–1,00	Resíduo típico; forma intermetálicos que podem afetar acabamento superficial
Mn	0,10–0,50	Aumenta resistência e controle da estrutura de grão
Mg	3,0–5,5	Principal elemento de fortalecimento; aumenta resistência e resistência à corrosão
Cu	0,00–0,20	Mantido baixo para preservar resistência à corrosão; pequenas quantidades aumentam resistência
Zn	0,00–0,25	Baixos níveis; aumento de Zn pode reduzir resistência à corrosão
Cr	0,05–0,30	Controla estrutura de grão e melhora resistência à recristalização
Ti	0,00–0,10	Refinador de grão; usado em pequenas quantidades para processamento fundido ou forjado
Outros	0,05–0,15	Elementos-traço e impurezas; saldo Al

O teor de Mg é o fator dominante que estabelece o comportamento mecânico e corrosivo do 5150: com o aumento de Mg, o fortalecimento por solução sólida cresce e o comportamento de sacrifício em ambientes marinhos melhora. Elementos menores como Mn e Cr são controlados deliberadamente para refinar a estrutura de grão, estabilizar discordâncias durante o processamento e reduzir a susceptibilidade a falhas relacionadas a contornos de grão.

Propriedades Mecânicas

O 5150 apresenta comportamento à tração típico de ligas 5xxx com teor elevado de Mg: curva de encruamento relativamente plana após o limite de escoamento e bom alongamento uniforme em temperas mais moles. O limite de escoamento e a resistência à tração aumentam com o encruamento e estabilização, enquanto ductilidade e alongamento total caem; assim, os trade-offs são previsíveis e repetíveis para controle de produção.

A dureza correlaciona-se com a têmpera e o encruamento; o 5150 recozido é relativamente mole e muito usinável, enquanto os temperas Hxx podem atingir níveis de dureza adequados para componentes estruturais moderadamente carregados. A resistência à fadiga é geralmente boa para uma liga não tratável termicamente, mas é sensível à condição superficial e amolecimento da ZAC induzido pela solda, portanto o projeto deve controlar acabamento superficial, entalhes e perfis de solda.

A espessura influencia as propriedades: com a redução da bitola, o encruamento alcançável durante a conformação muda, e as taxas de resfriamento durante qualquer estabilização térmica afetam as tensões residuais. Para formas de placas grossas, o tamanho de grão e a resposta ao encruamento podem diferir, exigindo verificação das propriedades específica para cada têmpera.

Propriedade	O/Recozido	Têmpera Chave (H116/H32)	Observações
Resistência à Tração	120–170 MPa	280–350 MPa	Grande variação devido ao teor de Mg e encruamento; valores dependem do fornecedor e bitola
Limite de Escoamento	40–90 MPa	180–300 MPa	Limite de escoamento aumenta fortemente com o encruamento e estabilização
Alongamento	20–35%	6–15%	Ductilidade cai conforme aumenta a resistência; depende da bitola
Dureza	25–45 HB	80–120 HB	Dureza Brinell correlaciona-se com têmpera e encruamento

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,66 g/cm³	Típica para ligas alumínio-magnésio laminais
Faixa de Fusão	570–645 °C	Faixa solidus–líquidus influenciada por elementos de liga
Condutividade Térmica	120–150 W/m·K	Inferior ao alumínio puro, mas ainda alta para uso como dissipador térmico
Condutividade Elétrica	28–40 % IACS	Reduzida por Mg e outros solutos comparado ao alumínio puro
Calor Específico	~0,90 J/g·K	Valor aproximado à temperatura ambiente
Coeficiente de Dilatação Térmica	23–24 ×10^-6 /K	Semelhante à maioria das ligas de alumínio; importante considerar em projetos de juntas

O 5150 mantém a condutividade térmica favorável e a capacidade calorífica das ligas de alumínio, tornando-o útil para componentes que requerem dissipação razoável de calor. Sua condutividade elétrica é menor que o alumínio puro, mas aceitável para muitas aplicações estruturais ou em barramentos onde a condutividade não é o requisito primário.

O coeficiente de dilatação térmica deve ser considerado quando se combina o 5150 com materiais diferentes, especialmente em montagens marítimas ou automotivas sujeitas a ciclos térmicos. Densidade e faixa de fusão são compatíveis com ligas laminares Al-Mg, influenciando a escolha para processos de fundição e soldagem.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Temperas Comuns	Observações
Chapa	0,3–6,0 mm	Responde bem ao trabalho a frio (endurecimento por deformação)	O, H111, H14, H32	Usada para painéis de carroceria, invólucros e peças formadas
Placa	6–100+ mm	Ductilidade menor na condição laminada; seções mais espessas	O, H111, H22	Chapa estrutural para aplicações marítimas e de transporte
Extrusão	Seções transversais de vários mm até 200+ mm	A orientação afeta limite de escoamento e resistência à tração direcionalmente	O, H112, H32	Perfis para estruturas, trilhos e extrusões estruturais
Tubo	Diâmetro externo 10–300 mm	Trabalho a frio afeta circularidade e propriedades mecânicas	O, H111, H32	Tubos soldados ou sem solda para uso estrutural
Barra/Varão	Diâmetro 5–200 mm	Propriedades típicas de barras forjadas	O, H111	Usado para componentes usinados e fixadores

As chapas são comumente usadas quando formação e posterior soldagem são necessárias; chapas de calibre fino podem atingir altas deformações em operações de conformação antes que o envelhecimento se torne um problema. Placas são produzidas para componentes estruturais; seções mais espessas requerem controle cuidadoso da laminação e da estabilização por solução ou pulso para manter propriedades uniformes através da espessura.

Extrusões permitem seções complexas onde a anisotropia da laminação é aceitável ou pode ser projetada; barras e varões são tipicamente fornecidos em temperas mais macias para usinagem e depois endurecidos por deformação se for necessária maior resistência.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	5150	EUA	Designação da Aluminium Association para esta liga forjada contendo Mg
EN AW	5150	Europa	Designação EN normalmente corresponde à série AA, mas verifique as fichas técnicas do fornecedor
JIS	A5150	Japão	Equivalentes japoneses existem com níveis similares de Mg; valide especificações mecânicas
GB/T	5150	China	Os números normativos chineses podem variar ligeiramente; faixas químicas são geralmente alinhadas

A equivalência entre normas é geralmente próxima para ligas forjadas da série 5xxx, mas fabricantes e órgãos normativos podem aplicar limites diferentes para elementos traço e requisitos mecânicos. Engenheiros devem verificar certificados de fábrica dos fornecedores e revisões das normas regionais para garantir que as tolerâncias químicas e mecânicas atendam ao projeto.

Diferenças sutis frequentemente aparecem nos resíduos permitidos de Fe/Si/Mn, definições de tempera e faixas de espessura permitidas; estes podem afetar conformabilidade, desempenho da solda e limiares de corrosão em aplicações críticas.

Resistência à Corrosão

5150 oferece excelente resistência à corrosão atmosférica, representativa das ligas 5xxx com maior teor de Mg, com desempenho aprimorado em ambientes marinhos e costeiros em comparação com ligas Al-Cu. Sua resistência à corrosão por picadas e corrosão geral é favorável quando a liga está limpa e adequadamente acabada, especialmente com a aplicação de revestimentos protetores ou anodização.

Em ambientes marinhos, 5150 apresenta boa resistência à exposição à água do mar; entretanto, o projeto deve considerar interações galvânicas com materiais mais nobres. Acoplamento com aços inoxidáveis ou ligas ricas em cobre sem isolamento adequado pode levar à corrosão acelerada do componente em alumínio.

A suscetibilidade à trinca por corrosão sob tensão (SCC) em ligas 5xxx tende a aumentar com maior teor de Mg e temperas de maior resistência; temperas estabilizadas como H116 são formuladas para mitigar SCC sob condições de soldagem e serviço. Comparado às séries 6xxx e 7xxx, 5150 é geralmente mais resistente à corrosão intergranular em condições como-fabricadas, mas menos resistente que alumínio puro para corrosão uniforme.

Compatibilidade galvânica, revestimentos protetores e projeto de juntas são controles críticos para uso marítimo e industrial. Quando usado corretamente, 5150 oferece excelente equilíbrio entre resistência à corrosão e desempenho mecânico frente a muitas alternativas comerciais.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

5150 é soldável com métodos comuns protegidos por gás (MIG/GMAW, TIG/GTAW) quando utilizados metais de adição apropriados da série 5xxx (ex.: equivalentes ER5356 ou ER5183). O risco de fissuração a quente é baixo a moderado; controle da entrada de calor e estabilização antes/depois da solda reduzem o amolecimento da zona termicamente afetada (ZTA) e distorções relacionadas a tensões residuais.

As soldas podem apresentar redução localizada de resistência onde a ZTA está amolecida em relação ao material de base trabalhado a frio; uso de tratamentos de estabilização (estilo H116) e procedimentos de soldagem mecanizados reduzem variabilidades. Evite metais de adição com teor significativo de Cu se a resistência à corrosão for prioridade.

Usinabilidade

A usinabilidade do 5150 é moderada; a liga usina melhor que muitas ligas Al-Mg mais antigas e mais duras, mas pior que ligas de alumínio livre para usinagem projetadas para torneamento. Ferramentas de carboneto com geometria de avanço positivo e fixações rígidas são recomendadas; velocidades de corte moderadas e fluxo generoso de fluido refrigerante reduzem acúmulo de cavaco e melhoram o acabamento superficial.

A formação de cavacos tende a ser em fitas contínuas; quebra-cavacos ou cortes interrompidos podem ser necessários em peças esbeltas. O ângulo da ponta da broca e estratégias de avanço intermitente ajudam a controlar a formação de rebarbas e a qualidade dos furos em componentes de baixa espessura.

Conformabilidade

A conformabilidade a frio é excelente em temperas suaves (O, H111), permitindo operações de estampagem profunda, dobra e hidroconformação com raios apertados quando é levado em conta o retorno elástico. Conforme as temperas avançam para H32/H116, os raios de dobra devem ser aumentados e os folgas entre punção/matriz ajustadas devido à redução da elongação.

Conformação a quente pode ampliar janelas de conformabilidade para formas complexas, e sequências controladas de pré-deformação melhoram a consistência. Para requisitos severos de conformação, especifique O ou H111 e considere estabilização pós-conformação se a peça for soldada.

Comportamento ao Tratamento Térmico

5150 é uma liga não tratável termicamente; o reforço mecânico é obtido principalmente via trabalho a frio (endurecimento por deformação) e retenção do magnésio em solução sólida. Estabilização térmica (cura em baixa temperatura ou alívio de tensões) pode ser usada após conformação ou soldagem para fixar propriedades mecânicas e reduzir tensões residuais sem o efeito de endurecimento por precipitação visto em ligas 6xxx.

Os tratamentos de solubilização e envelhecimento usados em ligas tratáveis termicamente não produzem endurecimento significativo em 5150, portanto ciclos T6/T7 não se aplicam. O recozimento restaura a ductilidade por recristalização; recozimentos controlados seguidos de resfriamento rápido produzem condição ductil O adequada para conformação extensiva.

O endurecimento por trabalho é repetível e pode ser incorporado ao fluxo de fabricação: tipicamente as peças são formadas em O ou H111, depois trabalhadas a frio até uma tempera Hxx de resistência desejada, possivelmente seguida de ciclado de estabilização para minimizar envelhecimento natural ou relaxamento de tensões durante o serviço.

Desempenho em Alta Temperatura

5150 mantém resistência moderada em temperaturas elevadas, mas apresenta perda progressiva de resistência quando a temperatura se aproxima de 150–200 °C, com amolecimento notável acima desses valores. Para exposições intermitentes até ~150 °C, a liga mantém desempenho mecânico útil; serviço contínuo em temperaturas mais altas não é recomendado para aplicações que suportem carga.

A oxidação é mínima para ligas de alumínio em temperaturas típicas de serviço, mas podem ocorrer escamas e alterações superficiais em ambientes térmicos agressivos ou em temperaturas elevadas prolongadas. A ZTA próxima às soldas pode sofrer amolecimento adicional com o aquecimento local; portanto, o controle da entrada de calor na soldagem e estabilização pós-solda é importante para ciclos térmicos.

A resistência a fluência em temperatura elevada é limitada em relação a ligas especiais resistentes ao calor; logo, 5150 deve ser evitado para componentes estruturais submetidos a altas temperaturas sustentadas. Considere ligas alternativas ou projetos para condições onde temperaturas e tensões sejam significativamente elevadas simultaneamente.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o 5150 é Usado
Marinha	Painéis do casco, estruturas de convés	Excelente resistência à corrosão em água do mar e boa conformabilidade
Automotiva & Transporte	Componentes de chassi leves, tanques	Alta relação resistência/peso e soldabilidade para montagens fabricadas
Aeroespacial (secundário)	Conexões, suportes	Boa resistência e resistência à corrosão para peças não estruturais primárias
Eletrônica & Gerenciamento Térmico	Chassis, dissipadores de calor	Condutividade térmica adequada combinada com conformabilidade
Arquitetura	Fachadas, revestimentos	Acabamento durável e resistência à corrosão em instalações costeiras

5150 é escolhido onde os projetistas precisam de alumínio soldável e resistente à corrosão com maior resistência que ligas puras ou da série 3xxx, mas sem as complicações de processamento das ligas de alta resistência tratáveis termicamente. Sua versatilidade em conformação, soldagem e usinagem moderada o torna adequado para elementos estruturais fabricados.

Insights para Seleção

Ao escolher o 5150, priorize aplicações que exigem resistência à corrosão em grau marítimo, boa soldabilidade e resistência moderada a alta obtida por encruamento. Selecione tratamentos térmicos mais suaves para conformação complexa e H32/H116 para estruturas soldadas que requerem desempenho previsível em serviço.

Comparado com alumínio comercialmente puro (ex.: 1100): o 5150 troca maior resistência por condutividade elétrica um pouco reduzida e perda modesta na formabilidade intrínseca; escolha o 1100 quando condutividade e facilidade de conformação forem os principais requisitos. Comparado com ligas comuns por encruamento (ex.: 3003 / 5052): o 5150 normalmente oferece maior resistência com resistência à corrosão similar ou melhor, porém pode ser menos formável que o 3003 nos mesmos tratamentos. Comparado com ligas tratáveis termicamente (ex.: 6061 / 6063): o 5150 não atinge a resistência máxima por envelhecimento da série 6xxx, mas oferece melhor resistência à corrosão em água do mar e fabricação mais simples (menor distorção, sem ciclos de têmpera/envelhecimento), sendo preferível para estruturas soldadas marítimas ou de transporte.

Lista prática para seleção: - Use O ou H111 para operações severas de conformação e transite para H32/H116 se soldagem e resistência em serviço forem necessárias. - Especifique metais de adição apropriados (aditivos da série 5xxx) para compatibilidade da corrosão na soldagem. - Verifique certificados de fábrica para teor de Mg e definições de tratamento para controlar susceptibilidade à SCC e propriedades mecânicas esperadas.

Resumo Final

O 5150 continua sendo uma escolha relevante e pragmática quando projetistas necessitam de um alumínio soldável resistente à corrosão com resistência elevada alcançada por trabalho a frio. Seu equilíbrio entre formabilidade (em tratamentos mais suaves), resposta previsível ao encruamento e durabilidade em grau marítimo torna a liga confiável para aplicações em transporte, marítimas e estruturas fabricadas.