Alumínio 5154: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Abrangente

O 5154 é um membro da série 5xxx de ligas de alumínio–magnésio, caracterizado pelo magnésio como principal elemento de liga e por seu comportamento de endurecimento não sensível a tratamento térmico. Ele faz parte da família Al–Mg que equilibra resistência moderada a alta com excelente resistência à corrosão e boa soldabilidade, tornando-o adequado onde uma combinação de conformabilidade, resistência e durabilidade marinha é exigida.

Os principais elementos de liga típicos são magnésio (primário), com adições controladas de manganês e traços de cromo, ferro, silício e outros elementos para controlar a estrutura do grão e a resposta ao encruamento. A resistência é desenvolvida principalmente por endurecimento por solução sólida proveniente do magnésio e por encruamento (deformação a frio); não responde a tratamento térmico de solubilização e envelhecimento da mesma forma que as ligas das séries 6xxx ou 7xxx.

As características principais do 5154 incluem resistência superior a alumínios comercialmente puros e muitas ligas 3xxx, excelente resistência à corrosão em água do mar e atmosférica, ótima soldabilidade com ligas de adição apropriadas, e boa conformabilidade em estados recozidos. Indústrias típicas de aplicação incluem carroceria e componentes estruturais automotivos, naval e construção naval, vasos de pressão e tubulações, fabricação geral de chapas metálicas e certas estruturas secundárias aeroespaciais.

Engenheiros escolhem o 5154 em vez de alternativas quando a especificação exige um material resistente à corrosão, conformável, que mantenha resistência prática após soldagem e encruamento moderado. É selecionado quando uma liga não sensível a tratamento térmico que evita ciclos de envelhecimento pós-soldagem e oferece desempenho consistente em placas/chapa é vantajosa.

Variantes de Têmpera

Têmpera	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto	Excelente	Excelente	Estado totalmente recozido para máxima conformabilidade
H111	Médio	Moderado	Bom	Excelente	Levemente encruado, controle de propriedades em um único passo
H14	Médio-Alto	Baixo-Moderado	Regular	Excelente	Condição de um quarto de encruamento por trabalho a frio
H16	Alto	Baixo	Pobre-Moderado	Excelente	Condição de meio encruado por trabalho a frio
H32	Médio-Alto	Moderado	Bom	Excelente	Encruado e estabilizado por leve tratamento térmico
H34 / H36	Alto	Baixo	Limitado	Excelente	Níveis mais elevados de trabalho a frio, usado onde se requer maior resistência

O têmpera do 5154 é obtido por trabalho a frio (têmperas H) ou recozimento (O), em vez de por endurecimento por precipitação. A têmpera escolhida define o equilíbrio entre resistência, ductilidade e conformabilidade; o recozido O oferece alongamento máximo para conformação, enquanto os graus H proporcionam maior resistência à custa de menor dobrabilidade.

As transições de têmpera são normalmente controladas por laminação e resfriamento controlado, ou por estabilização térmica leve para prevenir efeitos de envelhecimento natural; a entrada de calor na soldagem pode reverter localmente têmperas H para amolecimento ao nível O na ZTA, portanto a seleção da têmpera deve considerar etapas posteriores de soldagem e fabricação.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤ 0,40	Desoxidante e impureza; mantido baixo para preservar ductilidade
Fe	≤ 0,40	Elemento impureza; forma intermetálicos afetando estrutura granular
Mn	0,20–0,80	Controle de estrutura granular, melhora resistência e resistência à corrosão
Mg	3,1–4,3	Principal elemento de endurecimento; proporciona endurecimento por solução sólida
Cu	≤ 0,10	Conteúdo baixo para limitar perda de resistência à corrosão
Zn	≤ 0,25	Elementos menores; controlado para limitar perda de resistência por formação de intermetálicos
Cr	≤ 0,30	Adicionado em pequenas quantidades para controlar crescimento de grãos e recristalização
Ti	≤ 0,15	Refinador de grão; presente em quantidades vestigiais
Outros (cada)	≤ 0,05–0,15	Elementos traço e resíduos; limite total para outros elementos

O magnésio é o principal condutor de desempenho no 5154: maiores teores de Mg elevam os limites de escoamento e resistência à tração por endurecimento por solução sólida, porém aumentam o risco de sensibilização relacionada ao magnésio se a soldagem ou ciclos térmicos forem inadequados. Manganês e cromo são usados para estabilizar a microestrutura contra recristalização e refinar o tamanho do grão; ferro e silício são impurezas controladas que influenciam partículas intermetálicas e a distribuição de fases secundárias afetando tenacidade e fadiga.

Propriedades Mecânicas

O 5154 apresenta um amplo espectro de comportamento à tração dependendo da têmpera e da espessura, com condições recozidas entregando alta ductilidade e têmperas de trabalho a frio demonstrando resistência ao escoamento e resistência última muito maiores. O limite de escoamento em placa recozida é moderado, permitindo operações significativas de conformação, enquanto as têmperas H aumentam o limite de escoamento em dezenas de MPa via acumulação de discordâncias. O alongamento na têmpera O comumente excede 20–30% em chapas finas, enquanto condições fortemente encruadas reduzem o alongamento para porcentagens de um dígito.

A dureza correlaciona-se com a têmpera e o trabalho a frio; valores de dureza Vickers ou Brinell aumentam com têmperas H e redução a frio. O desempenho em fadiga é influenciado pelo acabamento superficial, espessura e tensões residuais introduzidas por conformação ou soldagem; como em muitas ligas Al–Mg, superfícies preparadas adequadamente e projeto pós-soldagem reduzem efeitos de concentração de tensões. Os efeitos de espessura são notáveis: bitolas mais finas normalmente mostram resistência à tração medida maior para uma dada têmpera devido a maior trabalho a frio e deformação da laminação no processamento.

Propriedade	O / Recozido	Têmpera Chave (H14 / H111)	Observações
Resistência à Tração (MPa)	190–240 MPa	250–330 MPa	Valores variam com espessura e processamento; têmperas H elevam a resistência máxima
Limite de Escoamento (0,2% offset, MPa)	70–140 MPa	150–260 MPa	Têmperas H comumente dobram ou mais o limite recozido
Alongamento (%)	20–35%	6–18%	Alongamento diminui conforme aumenta dureza/resistência
Dureza (HV)	40–60 HV	70–110 HV	Dureza aumenta com trabalho a frio; dureza correlaciona-se com limite de escoamento

Projetistas devem utilizar certificados do fornecedor e corpos de prova para obter valores precisos de resistência e alongamento para a têmpera e espessura específicas em questão, pois cronogramas de laminação, exposição térmica e pós-processamento alteram significativamente os dados mecânicos.

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	~2,66 g/cm³	Típica para ligas Al–Mg; usada para cálculo de massa e rigidez
Faixa de Fusão	~570–650 °C	Temperatura de líquido/sólido da liga ligeiramente abaixo do alumínio puro (660 °C)
Condutividade Térmica	~120–150 W/m·K	Inferior ao alumínio puro; suficiente para muitas aplicações de dissipação térmica
Condutividade Elétrica	~30–45 %IACS	Reduzida pela liga; menor que alumínio puro ou séries de baixa liga
Calor Específico	~900 J/kg·K	Típico para ligas de alumínio; útil para análise térmica transitória
Coeficiente de Dilatação Térmica	~23–24 µm/m·K	Coeficiente linear próximo ao de outras ligas de alumínio; relevante para deformações térmicas

As propriedades físicas do 5154 são típicas de ligas de alumínio de resistência média: boa condutividade térmica e baixa densidade tornam-no atraente onde peso e desempenho térmico são importantes. As condutividades elétrica e térmica são reduzidas em relação ao alumínio comercialmente puro devido ao magnésio e outras adições de liga, mas permanecem favoráveis para muitas aplicações estruturais e de dissipação de calor onde condutividade é requerida junto com resistência mecânica.

Projetistas devem levar em conta o coeficiente de dilatação térmica da liga ao unir materiais dissimilares; diferenças diferenciais de dilatação e potenciais galvânicos podem controlar a seleção de fixadores e requisitos de isolamento em ambientes de serviço.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tratamentos Comuns	Observações
Chapa	0,3–6,0 mm	A resistência varia com o tratamento térmico e laminação	O, H111, H14	Forma mais comum para painéis de carroceria, vasos de pressão e fabricação geral
Placa	6–150 mm	Menor ductilidade em seções mais espessas; têmpera limitada pela laminação	O, H32, H34	Usada para elementos estruturais e peças fabricadas mais espessas
Extrusão	Espessura da parede 1–25 mm, perfis variáveis	A resistência é influenciada pela estabilização T4 e trabalho a frio	H112, H32	Seções complexas para estruturas e componentes marítimos
Tubo	Diâmetro externo 6–200 mm	Comportamento depende dos ciclos de trefilação e recozimento	O, H32	Tubulação soldada e sem costura para sistemas de fluidos e estruturas
Barra/Tarramento	Ø 3–100 mm	Tipicamente resistências maiores em estado trabalhado	H14, H16	Usado para componentes usinados e acessórios

Chapas e espessuras finas são as formas mais amplamente utilizadas e produzidas com cronogramas de laminação controlados para fornecer os tratamentos térmicos requeridos. Placas e extrusões exigem históricos térmicos diferentes e podem ser mais difíceis de trabalhar a frio; seções mais pesadas frequentemente requerem recozimento ou controle de recristalização durante a fabricação.

A escolha da forma do produto deve considerar etapas de fabricação como trefilação, estampagem, dobra ou soldagem, já que cada forma impõe diferentes estruturas de grão iniciais e estados de tensão residual que influenciam o desempenho final da peça e o pós-processamento necessário.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	5154	USA	Designação padrão da Aluminum Association
EN AW	5154	Europa	Comumente citado como EN AW-5154 nas normas europeias
JIS	A5154	Japão	JIS geralmente segue composição e usos similares
GB/T	5154	China	Designação padrão chinesa alinhada com a série internacional

A designação 5154 é frequentemente preservada entre as normas, com pequenas diferenças nos limites de impurezas permitidas e requisitos de certificação. Normas europeias e asiáticas podem impor limites ligeiramente diferentes para elementos traço ou especificar nomenclaturas e protocolos de testes diversos, portanto especificar a norma e tratamento no documento de compra evita ambiguidades.

Pequenas diferenças regionais podem afetar aplicações sensíveis à corrosão intergranular ou que demandem propriedades mecânicas específicas; engenheiros de compras devem solicitar certificados de fábrica e esclarecer a norma aplicável.

Resistência à Corrosão

5154 oferece muito boa resistência geral à corrosão atmosférica e é amplamente usado em ambientes marítimos e costeiros devido ao seu alto teor de magnésio combinado com elementos menores controlados. Resiste melhor à corrosão uniforme em água do mar e ambientes salobros do que muitas ligas tratáveis termicamente e muitas ligas com cobre, desde que as zonas soldadas e interfaces de fixadores sejam adequadamente projetadas e protegidas.

Em ambientes com cloretos, pode ocorrer corrosão localizada (pitting) em locais específicos como bordas, riscos ou acoplamentos galvânicos; boa preparação superficial, revestimentos e proteção catódica podem mitigar essa corrosão localizada. Sensibilização (precipitação da fase β nos limites de grão) é uma preocupação para ligas Al–Mg com maiores teores de Mg se expostas a temperaturas entre aproximadamente 65–180 °C por períodos prolongados; tal sensibilização pode aumentar a suscetibilidade à corrosão intergranular, especialmente próximo às ZTA (zonas termicamente afetadas) de soldagens.

5154 apresenta melhor resistência à fadiga sob corrosão por trincas do que muitas ligas da série 2xxx e 7xxx, mas não é imune: sob tensões trativas sustentadas em ambientes cloretados corrosivos, o risco de SCC existe embora seja relativamente baixo comparado a ligas tratáveis termicamente de alta resistência. Ao unir a materiais mais nobres, a corrosão galvânica é uma preocupação de projeto; camadas isolantes e seleção criteriosa de fixadores reduzem o potencial para ataque acelerado.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

5154 é soldável com processos comuns de fusão como GTAW (TIG) e GMAW (MIG), produzindo soldas sólidas quando metais de adição e procedimentos pré/pós são adequados. As ligas de adição recomendadas são do tipo Al–Mg como 5356 ou 5183 para igualar resistência e desempenho anticorrosivo e minimizar trincas a quente; a escolha do metal de soldar deve considerar exigências de serviço e regimes de soldagem pulsada versus convencional. O risco de trincas a quente é baixo comparado a algumas ligas de alta resistência, mas o amolecimento da ZTA e a potencial sensibilização em teores maiores de Mg requerem atenção ao controle do calor e proteção pós-soldagem.

Usinabilidade

A usinabilidade do 5154 é moderada e geralmente inferior à das ligas da série 6xxx com tratamento pistol temper para facilitar o corte. Ferramentas de carboneto ou carboneto revestido com ângulo positivo e geometria de corte reforçada são preferidas, e aplicação de fluido de corte melhora a evacuação de cavacos e acabamento superficial. Velocidades de corte costumam ser conservadoras em relação a ligas de fácil usinagem; avanço e profundidade de corte devem ser otimizados para evitar criação de borda aderida e controle na formação de rebarbas.

Conformabilidade

A conformabilidade é excelente no tratamento recozido O e permanece prática em tratamentos H moderados; os raios de dobra no estado O podem ser tão reduzidos quanto 1–2T para muitos perfis, dependendo da espessura e do ferramental. O trabalho a frio aumenta o limite de escoamento e reduz a conformabilidade, assim operações complexas de estampagem e estamparia profunda preferem tratamentos O ou com encruamento leve. O retorno elástico é típico para ligas de alumínio e deve ser compensado no projeto do ferramental, particularmente em tratamentos H onde o aumento do limite de escoamento eleva a recuperação elástica.

Comportamento ao Tratamento Térmico

Como liga da série 5xxx, 5154 não é tratável termicamente; a resistência é obtida por fortalecimento por solução sólida e encruamento. Não existe ciclo de envelhecimento por precipitação benéfico comparável às ligas 6xxx. Portanto, tratamentos térmicos focam em recozimento e estabilização em vez de soluções e envelhecimentos.

O recozimento completo (O) restaura a ductilidade permitindo recristalização e pode ser realizado em temperaturas na faixa comum para ligas Al–Mg (tipicamente 350–420 °C por tempos apropriados), seguido por resfriamento controlado. O trabalho a frio é usado para obter tratamentos H; tratamentos de estabilização (aquecimento leve) podem ser usados para minimizar efeitos de envelhecimento natural e definir o tratamento desejado. Estruturas soldadas podem ser tratadas termicamente apenas para recozimento ou alívio de tensões; tais operações reduzirão a resistência obtida pelo trabalho a frio prévio.

Desempenho em Alta Temperatura

5154 mantém propriedades mecânicas utilizáveis em temperaturas moderadamente elevadas, mas a resistência diminui com o aumento da temperatura devido à redução da eficácia do fortalecimento por solução sólida e aumento do movimento de discordâncias. Temperaturas de serviço contínuo são tipicamente recomendadas abaixo de cerca de 100–150 °C para evitar perda notável de resistência e prevenir potenciais efeitos de sensibilização se exposto a determinadas janelas de temperatura/tempo.

A oxidação é mínima devido à película protetora de óxido de alumínio, e não há escalonamento rápido em altas temperaturas típico de ligas ferrosas. No entanto, exposição a ciclos térmicos e soldagem pode criar regiões locais na ZTA com propriedades amolecidas e desempenho de corrosão alterado. Para aplicações estruturais em alta temperatura, designers costumam optar por ligas resistentes ao calor ou reduzem tensões permitidas para 5154.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o 5154 é Utilizado
Automotiva	Painéis de carroceria, componentes estruturais internos	Boa conformabilidade, resistência à corrosão, resistência aceitável para peças não estruturais primárias
Marinha	Placas do casco, superestruturas, tubulação	Excelente resistência à corrosão em água do mar e soldabilidade para fabricação naval
Aeroespacial	Acessórios secundários, forros aerodinâmicos	Alta resistência relativa ao peso para estruturas secundárias e boas características de fabricação
Eletrônica	Gabinetes, dissipadores térmicos	Baixa densidade e boa condutividade térmica para invólucros leves
Vasos de Pressão / Tanques	Reservatórios, componentes para GLP	Resistência à corrosão e soldabilidade combinadas com resistência adequada em geometrias conformadas

O 5154 é escolhido nessas aplicações onde um conjunto balanceado de propriedades mecânicas, resistência à corrosão e flexibilidade de fabricação reduz custos do ciclo de vida e simplifica a manufatura. Sua característica não tratável termicamente simplifica o processamento, enquanto ainda fornece resistência superior a muitas alternativas de baixa liga.

Insights para Seleção

O 5154 é uma escolha prática quando se necessita de um alumínio resistente à corrosão com resistência melhor que o alumínio comercialmente puro, mantendo boa conformabilidade e soldabilidade. Comparado ao 1100 (comercialmente puro), o 5154 troca alguma condutividade elétrica e térmica e a conformabilidade máxima por um aumento substancial nos limites de escoamento e resistência à tração, tornando-o preferível para chapas estruturais e peças marítimas.

Em comparação com ligas comuns que endurecem por trabalho como 3003 ou 5052, a 5154 geralmente oferece maior resistência enquanto mantém resistência à corrosão similar ou ligeiramente superior; escolha a 5154 quando o projeto exigir essa resistência adicional e permanecer dentro da família Al–Mg. Em comparação com ligas tratáveis termicamente, como 6061 ou 6063, a 5154 apresenta melhor comportamento à corrosão pós-soldagem e evita a complexidade do tratamento térmico; selecione a 5154 quando a soldagem e a resistência à corrosão consistente forem mais importantes que os picos de resistência superiores das ligas tratáveis termicamente.

Para aquisição, equilibre custo e disponibilidade com os requisitos de estado de têmpera e espessura, e verifique certificados de fornecimento com o teor de Mg e testes de propriedades mecânicas especialmente quando fadiga, soldagem ou exposição marítima forem fatores críticos no projeto.

Resumo Final

A 5154 continua sendo uma liga Al–Mg amplamente utilizada porque combina de forma única desempenho mecânico fortalecido por solução sólida com excelente resistência à corrosão e versatilidade de fabricação; sua facilidade de soldagem, boa conformabilidade na condição recozida e comportamento confiável em diversas formas de produto mantém sua relevância para aplicações automotivas, marítimas e de engenharia estrutural geral.