Alumínio 5454: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

5454 é um membro da série 5xxx (Al-Mg) de ligas de alumínio forjadas, caracterizada pelo magnésio como principal elemento de liga. Frequentemente especificada como AlMg3 na nomenclatura europeia, ocupa a faixa de resistência média das ligas de magnésio, equilibrando desempenho mecânico com excelente resistência à corrosão.

Os principais elementos de liga são o magnésio e adições controladas de manganês para melhorar a resistência e a estrutura do grão. O 5454 é uma liga não sujeita a tratamento térmico; seu reforço é obtido principalmente por endurecimento por solução sólida do magnésio e por encruamento durante o trabalho a frio, em vez de tratamentos térmicos por precipitação.

Características chave do 5454 incluem boa resistência à tração para uma liga não temperável, forte resistência à corrosão marinha e atmosférica, excelente soldabilidade por processos comuns de fusão e boa conformabilidade em condições recozidas ou pouco trabalhadas mecanicamente. Indústrias típicas que utilizam o 5454 incluem o setor marítimo, transporte, vasos de pressão e fabricados estruturais gerais onde resistência à corrosão e resistência moderada são requeridas.

Engenheiros escolhem o 5454 em relação a outras ligas quando necessitam de uma combinação de maior resistência que o alumínio comercialmente puro e melhor resistência à corrosão que algumas ligas de maior resistência. Ele é frequentemente selecionado quando a soldabilidade, desempenho pós-soldagem e durabilidade em serviço em ambientes cloretados têm mais importância do que alcançar a mais alta relação resistência/peso disponível em ligas temperáveis.

Variante de Têmper

Têmper	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixo	Alto (20–35%)	Excelente	Excelente	Condição totalmente recozida para máxima ductilidade
H111 / H112	Baixo–Moderado	Alto–Moderado	Muito Bom	Excelente	Levemente encruado ou trabalhado; fornecido comumente para fácil conformação
H14	Moderado	Moderado (8–15%)	Bom	Excelente	Quarto-dureza, comum para chapas com resistência aprimorada
H16	Moderado–Alto	Reduzido	Regular–Bom	Excelente	Meia-dureza, compromisso entre maior resistência e perda de ductilidade
H18	Alto	Baixo	Limitado	Excelente	Totalmente endurecido, usado onde são necessárias maior resistência e rigidez
H24	Moderado	Moderado	Bom	Excelente	Encruado e parcialmente recozido; equilíbrio entre conformabilidade e resistência
T5 / T6 / T651	Não típico	Não típico	Não típico	Não típico	Designações de têmper para ligas temperáveis; geralmente não aplicável ao 5454

O têmper tem influência direta e previsível nas propriedades do 5454 porque é uma liga não temperável. Os têmper recozidos (O) maximizam a ductilidade e a resistência à corrosão, tornando-os a melhor escolha para estampagem profunda e operações severas de conformação a frio.

À medida que o encruamento aumenta (H14 a H18), as resistências à tração e escoamento sobem enquanto o alongamento e o desempenho na dobra diminuem. Como o 5454 não responde a tratamentos de solução + envelhecimento, o controle do têmper é obtido por processos mecânicos e recozimentos controlados em vez de tratamentos por precipitação.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	≤ 0,30	Impureza; mantida baixa para preservar a performance contra corrosão e ductilidade
Fe	≤ 0,40	Formador de intermetálicos; controlado para limitar degradação da tenacidade
Mn	0,40–1,20	Melhora a resistência e a estrutura do grão; ajuda no controle da recristalização
Mg	2,6–3,6	Principal elemento de endurecimento; proporciona endurecimento por solução sólida e resistência à corrosão
Cu	≤ 0,10	Mantida baixa para evitar redução da resistência à corrosão e efeitos galvânicos
Zn	≤ 0,20	Elemento minoritário; excesso pode reduzir a resistência à corrosão
Cr	≤ 0,25	Adicionado em pequenas quantidades em algumas variantes para controlar a estrutura do grão e recristalização
Ti	≤ 0,15	Refinador de grão em variantes fundidas; efeito menor em produtos forjados
Outros	≤ 0,15 cada, ≤ 0,35 total	Resíduos e adições traço; controlados para manter propriedades da liga

O conteúdo relativamente alto de magnésio (cerca de 3% em peso) é o fator dominante no comportamento mecânico e de corrosão do 5454. As adições de manganês são intencionais e moderadas; ajudam a compensar o enfraquecimento dos contornos de grão e contribuem para a resistência sem prejudicar a resistência à corrosão. Baixos teores de cobre e silício garantem que o filme natural de óxido permaneça protetor em atmosferas marinhas e industriais.

Propriedades Mecânicas

O 5454 apresenta um perfil de resistência à tração/escoamento característico das ligas da série 5xxx de resistência média, com ductilidade significativa em têmperes recozidos e ganhos progressivos de resistência por encruamento. A resistência ao escoamento aumenta substancialmente entre os têmperes O e meia/totalmente endurecido, enquanto a resistência à tração também sobe, porém normalmente com redução mais acentuada do alongamento. A liga demonstra boa tenacidade e absorção de energia em comparação com muitas ligas temperáveis de alumínio de maior resistência.

O desempenho à fadiga é razoável em ambientes sem cloretos, mas sensível à condição superficial, soldas e concentradores de tensão. Juntas soldadas geralmente apresentam amolecimento na zona afetada pelo calor (HAZ) em relação ao metal base encruado; o projeto deve considerar reduções locais na resistência ao escoamento e no limite de fadiga. A espessura e a forma do produto influenciam os valores mecânicos — chapas mais espessas frequentemente apresentam resistência ao escoamento ligeiramente menor devido à heterogeneidade microestrutural e possível presença de tensões residuais.

Os incrementos de dureza acompanham o encruamento; a liga recozida apresenta valores baixos de dureza Brinell/Vickers enquanto os têmperes H16–H18 atingem números substancialmente maiores. A correlação entre dureza e resistência à tração é suficientemente robusta para inspeções rápidas em fábrica, mas ensaios completos de tração são recomendados para componentes críticos e conjuntos soldados.

Propriedade	O/Recozido	Têmper Chave (ex.: H16/H18)	Observações
Resistência à Tração (UTS)	~95–150 MPa	~200–310 MPa	Amplitude ampla dependendo do têmper e forma do produto; diferenças entre chapa e placa
Limite de Escoamento (offset 0,2%)	~30–70 MPa	~120–240 MPa	Amolecimento da HAZ de soldagem pode reduzir a resistência local ao escoamento em conjuntos soldados
Alongamento (A50 ou A5)	~20–35%	~4–15%	Recozido apresenta maior ductilidade; totalmente endurecido tem alongamento limitado
Dureza (HB)	~25–45 HB	~60–110 HB	Dureza correlaciona-se com o nível de trabalho a frio e é útil para controle de processo

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,66–2,70 g/cm³	Típica para ligas forjadas Al-Mg, usada em cálculos de massa e rigidez
Faixa de Fusão	~590–645 °C	Solidus e liquidus variam conforme composição exata e impurezas
Condutividade Térmica	~120–150 W/m·K	Inferior ao alumínio puro, mas ainda alta; importante para dissipação de calor e projeto térmico
Condutividade Elétrica	~32–38 %IACS	Reduzida em relação ao alumínio puro devido às adições de liga
Calor Específico	~880–910 J/kg·K	Útil para cálculos térmicos transitórios e capacidade térmica
Coeficiente de Expansão Térmica	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Coeficiente típico de expansão térmica para ligas de alumínio

A densidade e as propriedades térmicas tornam o 5454 atraente para estruturas onde a massa e a dissipação de calor são importantes, como cascos marítimos e cabeçotes de trocadores de calor. Sua condutividade térmica permanece alta o suficiente para muitas tarefas de gerenciamento térmico, embora não tão alta quanto o alumínio puro ou algumas ligas 6xxx com microestruturas diferentes.

A condutividade elétrica é moderada; o 5454 não é escolhido para condutores onde alta IACS é requerida, mas pode ser usado onde desempenho mecânico/corrosivo combinado e adequação da condutividade são necessários. Considerações sobre expansão térmica são padrão no projeto com alumínio e devem ser consideradas em estruturas com materiais mistos.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Estado Típico	Observações
Chapa	0,3–6 mm	Uniforme; sensível à direção de laminação	O, H111, H14, H16	Amplamente usada para painéis, invólucros e revestimentos marítimos
Placa	6–150 mm	Limite de escoamento ligeiramente menor em seções mais espessas	O, H111	Utilizada para componentes estruturais e partes que suportam pressão
Extrusão	Perfis de seção pequena a grande	Resistência varia com a seção e resfriamento	O, H111, H14	Boa para estruturas e trilhos; requer controle de processo para distribuição de Mg
Tubo	Diâmetros até várias centenas de mm	Boa resistência axial e circunferencial quando trabalhado a frio	O, H16, H18	Comum em tubulação marítima e de transporte e tubos estruturais
Barra / Verga	Diversos diâmetros	Alta uniformidade na seção transversal	H14–H18	Usadas para conexões usinadas, fixadores e peças fabricadas

A rota de processamento e a forma do produto alteram o comportamento mecânico e os estados temperados alcançáveis. Chapas laminadas finas a médias respondem de forma previsível ao encruamento e à recozimento, enquanto placas mais espessas necessitam de laminação mais agressiva e resfriamento controlado para obter propriedades uniformes.

Extrusões e tubos exigem atenção à homogeneização e controle de porosidade interna, pois ligas ricas em magnésio podem apresentar segregação em seções espessas. A escolha do estado temperado no estágio do produto é fundamental para compatibilizar as operações de conformação e os requisitos finais de serviço.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	5454	EUA	Designação da Aluminum Association frequentemente usada em especificações norte-americanas
EN AW	5454	Europa	Designação europeia comum (AlMg3); padronizada nas EN 573/754 para produtos forjados
JIS	A5454	Japão	Variante da Japanese Industrial Standard com conteúdo de Mg e requisitos mecânicos similares
GB/T	5454	China	Grau padrão chinês alinhado com faixas químicas e mecânicas internacionais

A equivalência entre normas é geralmente próxima, mas não idêntica; limites permissíveis de impurezas e métodos de ensaio de propriedades mecânicas podem variar. Engenheiros devem conferir certificados de laminagem e normas nacionais para limites de propriedades dependentes da espessura, temperos e rotas de processamento permitidas antes de finalizar critérios de aceitação do material.

Resistência à Corrosão

O 5454 apresenta forte resistência à corrosão atmosférica e é particularmente adequado para ambientes marítimos porque a matriz rica em magnésio forma uma película tenaz e auto-regenerativa de óxido/hidróxido. Em condições estagnadas ricas em cloretos, pode ocorrer pite localizada se as películas superficiais forem danificadas ou se existir acoplamento galvânico agressivo, mas o 5454 tem desempenho superior a várias ligas contendo cobre nessas condições.

A suscetibilidade à trinca por corrosão sob tensão (SCC) no 5454 é baixa comparada a ligas de alumínio de maior resistência, porém o risco de SCC pode aumentar sob tensão de tração em ambientes quentes com cloretos, combinado com tensões residuais induzidas por soldagem. Práticas de projeto recomendam evitar sobrecarga por tração, controlar tensões residuais de solda e usar tratamentos pós-solda ou proteção catódica em serviços severos.

Interações galvânicas devem ser gerenciadas quando o 5454 estiver em contato com metais mais nobres que o alumínio (ex.: aço inoxidável, cobre), especialmente em exposições marítimas. O uso de fixadores compatíveis, camadas isolantes ou ânodos de sacrifício reduz o ataque galvânico e prolonga a vida útil em relação a combinações de materiais descontroladas.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

O 5454 é facilmente soldado com métodos comuns de fusão, como MIG (GMAW) e TIG (GTAW). As ligas de adição recomendadas são tipicamente ER5356 ou ER5183 para soldas com maior resistência ou resistência à corrosão, escolhidas para combinar com a química base da liga e controlar porosidade e ductilidade. O risco de fissuração a quente é baixo em relação a algumas ligas da série 2xxx e 7xxx, mas é comum amolecimento da zona afetada pelo calor (ZAC) e perda de encruamento; estruturas soldadas devem ser projetadas para tolerar reduções locais no limite de escoamento da ZAC.

Usinabilidade

A usinabilidade do 5454 é moderada a razoável em comparação com ligas de alumínio fundido livre para usinagem ou ligas alumínio-silício; usina melhor que muitas ligas forjadas de alta resistência, mas menos facilmente que alumínios puros. Recomenda-se o uso de ferramentas de carboneto ou aço rápido afiadas, avanços moderados a altos, velocidades de corte mais baixas com boa refrigeração/lubrificação para gestão de cavacos contínuos e evitar aresta acumulada. Acabamento superficial e precisão dimensional são geralmente bons, se as ferramentas e velocidades forem otimizadas para ligas de alumínio.

Conformabilidade

A conformabilidade é excelente no estado recozido e permanece boa em temperas levemente trabalhadas; repuxo profundo e estampagem complexa favorecem estados O ou H111. Raios mínimos de dobra dependem do temper e espessura; prática típica de oficina usa raios internos de 2–3 vezes a espessura para H14/H16 e entre 1–2 vezes a espessura na chapa totalmente recozida. O trabalho a frio aumenta o limite de escoamento e tração, mas reduz a alongamento e pode introduzir retorno elástico (springback), que deve ser considerado no projeto da matriz.

Comportamento ao Tratamento Térmico

O 5454 é uma liga não tratável termicamente e não responde aos ciclos convencionais de tratamento térmico por solubilização e envelhecimento usados para ligas das séries 6xxx ou 7xxx. Tentativas de solubilização e envelhecimento não produzem os mecanismos de endurecimento por precipitação eficazes nessas famílias tratáveis termicamente.

As propriedades mecânicas são controladas pelo encruamento e por processos térmicos como o recozimento. As temperaturas para recozimento total de ligas forjadas 5xxx situam-se tipicamente na faixa de 300–415 °C, dependendo da forma do produto e da espessura da seção; recozimentos controlados em forno, seguidos de têmpera ou resfriamento lento, são usados para restaurar ductilidade e amaciar o material.

Recozimentos intermediários ou parciais (ex.: para produzir estados H24 ou temperas estabilizadas) são usados para obter equilíbrios particulares entre resistência e conformabilidade. Ciclos de estabilização ou alívio de tensões a baixa temperatura podem reduzir tensões residuais sem alterar significativamente a resistência da liga.

Desempenho em Alta Temperatura

A resistência do 5454 diminui com o aumento da temperatura e é moderadamente reduzida mesmo em temperaturas de serviço elevadas moderadas (acima de ~100 °C). A exposição prolongada a temperaturas próximas de 150–200 °C degrada ainda mais as propriedades mecânicas por recuperação e alterações microestruturais, portanto temperaturas contínuas de serviço geralmente são limitadas a valores bem inferiores a esses.

A oxidação em alta temperatura não é um problema severo para ligas de alumínio devido à camada protetora de óxido, mas temperaturas elevadas aceleram o crescimento do óxido e podem afetar acabamentos superficiais e revestimentos. Zonas soldadas e regiões afetadas pelo calor podem apresentar amolecimento aumentado sob exposição a temperaturas elevadas; o projeto deve considerar fluência e relaxamento se cargas sustentadas e temperaturas estiverem envolvidas.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que o 5454 É Usado
Automotiva	Linhas de combustível, painéis de carroceria não estruturais	Boa conformabilidade, soldabilidade e resistência à corrosão
Marinha	Revestimento do casco, painéis da superestrutura	Excelente resistência à corrosão marítima e alta relação resistência/peso
Aeroespacial	Estruturas secundárias, painéis de acesso	Resistência à corrosão e resistência razoável para estruturas não principais
Eletrônica	Invólucros, dissipadores de calor	Condutividade térmica adequada com durabilidade à corrosão
Vasos de Pressão / Tanques	Tanques de armazenamento, tubulações	Boa soldabilidade e resistência à água do mar e atmosferas industriais

A combinação de soldabilidade, resistência à corrosão e resistência média do 5454 o tornam uma escolha versátil para múltiplas indústrias. Ele é especialmente valorizado em componentes expostos a atmosferas corrosivas onde se deseja a vantagem de custo e peso do alumínio sem sacrificar a durabilidade em serviço.

Considerações para Seleção

Escolha o 5454 quando precisar de uma liga que equilibre resistência à corrosão, soldabilidade e resistência moderada sem depender de tratamento térmico. É particularmente indicado para aplicações marítimas, transporte e estruturas gerais onde o desempenho pós-solda e resistência a ambientes com cloretos são prioritários.

Em comparação com alumínio comercialmente puro (ex.: 1100), o 5454 oferece resistência à tração e limite de escoamento substancialmente maiores, à custa de condutividade elétrica e térmica modestamente reduzidas. Em relação a ligas comuns encruadas como 3003 ou 5052, o 5454 geralmente fornece maior resistência e resistência à corrosão marinha equivalente ou superior, sendo preferido para uso em placas estruturais e de casco.

Comparado a ligas tratáveis termicamente como 6061 ou 6063, o 5454 não alcançará a mesma resistência máxima, mas é frequentemente escolhido quando resistência à corrosão superior, fabricação mais simples (soldagem sem pós-tratamento térmico) e melhor ductilidade em certos temperos são mais importantes que a resistência máxima.

Resumo Final

O 5454 continua sendo uma liga relevante e amplamente utilizada por oferecer uma combinação robusta de resistência à corrosão, soldabilidade e desempenho mecânico de nível médio, sem a complexidade do tratamento térmico. Sua adequação para ambientes marítimos e corrosivos, juntamente com um comportamento de fabricação previsível em chapas, placas e formas extrudadas, mantém essa liga como uma opção prática para projetistas e fabricantes que buscam soluções de alumínio duráveis e custo-efetivas.