Alumínio 6151: Composição, Propriedades, Guia de Têmpera e Aplicações

Visão Geral Abrangente

6151 é um membro da série 6xxx de ligas de alumínio (classe Al-Mg-Si) e é classificado como uma liga tratável termicamente e endurecível por precipitação. Sua composição química é dominada por magnésio e silício, que formam precipitados de Mg2Si durante a envelhecimento artificial, proporcionando endurecimento significativo.

A liga combina resistência moderada a alta com boa resistência à corrosão e razoável conformabilidade quando fornecida em revenimentos mais suaves. Usos industriais típicos incluem extrusões arquitetônicas, acabamentos automotivos e componentes estruturais, acessórios náuticos e perfis de engenharia geral onde é necessário um equilíbrio entre resistência, acabamento superficial e anodização.

O 6151 é selecionado onde se requer uma combinação de resistência superior ao alumínio puro ou ligas encruadas, sem o custo ou restrições de união das ligas 7xxx de maior resistência. Frequentemente é escolhido em detrimento de famílias de menor resistência para extrusões estruturais ou suportes de carga e onde está previsto anodização ou pintura após a fabricação.

Variantes de Revenimento

Revenimento	Nível de Resistência	Alongamento	Conformabilidade	Soldabilidade	Observações
O	Baixa	Alta	Excelente	Excelente	Estado totalmente recozido; ideal para conformação e usinagem.
H14	Média	Moderado	Bom	Bom	Endurecido por deformação a uma resistência específica; endurecimento limitado.
T4	Média	Moderado	Bom	Bom	Tratado termicamente em solução e envelhecido naturalmente; boa base para envelhecimento artificial.
T5	Médio-Alto	Moderado	Regular	Bom	Resfriado após conformação e envelhecido artificialmente; comumente usado para extrusões.
T6	Alta	Moderado-Baixo	Regular	Bom	Tratado termicamente em solução e envelhecido artificialmente até a resistência máxima; revenimento estrutural padrão.
T651	Alta	Moderado-Baixo	Regular	Bom	Tratado termicamente em solução, aliviado de tensões por estiramento, envelhecido artificialmente; usado para chapa/extrusão com estresse residual reduzido.

O revenimento altera significativamente o equilíbrio do 6151 entre resistência, ductilidade e conformabilidade, pois o tamanho e a distribuição dos precipitados governam a resposta mecânica. Revenimentos mais suaves (O, H1x) permitem estampagem profunda e raios de curvatura apertados, enquanto T5/T6 produzem resistência máxima e reduzem o alongamento, exigindo projeto cuidadoso para conformação e união.

Composição Química

Elemento	Faixa %	Observações
Si	0,4 – 0,9	Silício combina-se com Mg para formar precipitados Mg2Si; controla resistência e características de fundição/fluidez.
Fe	≤ 0,50	Ferro é impureza que forma intermetálicos e pode reduzir ductilidade e resistência à corrosão se em níveis elevados.
Mn	≤ 0,15	Manganês refina a estrutura granular e pode aumentar ligeiramente a resistência sem grande perda de ductilidade.
Mg	0,6 – 1,2	Magnésio é o principal elemento de endurecimento quando combinado com silício; controla a resposta ao envelhecimento.
Cu	≤ 0,15 – 0,30	Cobre pode estar presente em pequenas quantidades para ajustar resistência e cinéticas de endurecimento; excesso reduz resistência à corrosão.
Zn	≤ 0,25	Zinco é tipicamente baixo; níveis maiores deslocam propriedades para comportamento tipo 7xxx e aumentam suscetibilidade a SCC.
Cr	≤ 0,25	Cromo ajuda a controlar a estrutura granular e limita a recristalização durante o processamento termomecânico.
Ti	≤ 0,15	Titânio é usado em traços como refinador de grão durante fundição ou processamento de lingotes.
Outros	≤ 0,15 total	Resíduos pequenos (e.g. Sr, B) são controlados para manter comportamento mecânico e superficial consistente.

A relação Mg–Si e os conteúdos absolutos controlam a sequência de precipitação (zonas GP → β″ → β′ → β) e, portanto, determinam resistência máxima, cinética de envelhecimento e resposta ao tratamento em solução. Elementos traço e impurezas influenciam tamanho de grão, comportamento de recristalização e suscetibilidade à corrosão intergranular ou fragilização.

Propriedades Mecânicas

O 6151 exibe comportamento clássico de endurecimento por precipitação na tração, onde os limites de escoamento e resistência à tração aumentam marcadamente após envelhecimento para as condições T5/T6. A condição recozida (O) oferece bom alongamento e absorção de energia, mas aplicações estruturais normalmente especificam T6 ou T651 para obter valores estáveis e mais altos de limite de escoamento.

Os valores de limite de escoamento e resistência à tração dependem da espessura e do revenimento; seções extrudadas finas atingem níveis máximos de propriedades de forma mais uniforme que chapas grossas devido à uniformidade maior nas taxas de solução e resfriamento. A dureza acompanha a resistência à tração; os revenimentos T6 costumam apresentar aumentos significativos na dureza Brinell ou Vickers em comparação a estados O ou H1x.

O desempenho à fadiga do 6151 é geralmente aceitável para aplicações estruturais e melhora com acabamento superficial e tensões residuais compressivas induzidas por trabalho a frio ou jateamento de esferas. A presença de partículas intermetálicas grosseiras (fases ricas em ferro) e defeitos superficiais são locais comuns de iniciação de fadiga, portanto o controle da limpeza da fundição e extrusão é importante.

Propriedade	O/Recozido	Revenimento Chave (e.g., T6)	Observações
Resistência à Tração	~100 – 150 MPa	~260 – 320 MPa	Valores variam com espessura da seção e prática de envelhecimento; T6 proporciona resistência máxima para uso estrutural.
Limite de Escoamento	~40 – 90 MPa	~220 – 280 MPa	Aumento substancial do limite na maturação; o projeto deve usar propriedades mensuradas específicas para cada revenimento.
Alongamento	~15 – 25%	~8 – 15%	A ductilidade diminui conforme a resistência aumenta; seções menores tipicamente mostram maior alongamento.
Dureza (Brinell)	~30 – 60 HB	~90 – 130 HB	Dureza correlaciona-se com estado dos precipitados; tratamentos de superfície e trabalho a frio influenciam as medições.

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor	Observações
Densidade	2,70 g/cm³	Típica para ligas Al–Mg–Si; usada para cálculo de estruturas leves.
Faixa de Fusão	~582 – 652 °C	Faixa solidus/liquidus depende dos conteúdos exatos de Si/Mg e impurezas.
Condutividade Térmica	~160 – 180 W/m·K	Inferior ao alumínio puro devido à liga, mas ainda alta em comparação a aços; boa para dissipação térmica.
Condutividade Elétrica	~28 – 38 % IACS	Liga reduz a condutividade relativamente ao alumínio puro; revenimento tem influência modesta.
Calor Específico	~0,90 J/g·K (900 J/kg·K)	Calor específico típico usado para modelagem térmica e cálculos de calor transitório.
Expansão Térmica	~23 – 24 µm/m·K	Coeficiente de expansão térmica similar a outras ligas de alumínio; importante para juntas bimetais.

Essas propriedades físicas tornam o 6151 atraente onde se necessitam alta relação resistência-peso e boa condução térmica em conjunto. Condutividades térmica e elétrica são reduzidas em relação ao alumínio puro, mas permanecem favoráveis para transferência de calor e aplicações como condutor leve onde existam demandas mecânicas.

Formas do Produto

Forma	Espessura/Tamanho Típico	Comportamento de Resistência	Tratamentos Térmicos Comuns	Observações
Chapa	0,3 – 6 mm	Uniforme em espessuras finas; facilmente tratada termicamente após a fabricação	O, T4, T5, T6	Usada para acabamentos, painéis e suportes; excelente acabamento superficial para anodização.
Placa	6 – 50+ mm	Seções grossas requerem solução térmica prolongada e podem apresentar propriedades máximas reduzidas	O, T6, T651	Placas grossas podem ser limitadas pela velocidade de têmpera; usadas para elementos estruturais.
Extrusão	Seções transversais complexas, até vários metros	Muito responsiva ao envelhecimento T5/T6; paredes finas atingem propriedades rapidamente	T5, T6	Comum em perfis para janelas, perfis arquitetônicos e extrusões estruturais.
Tubo	Ø pequeno a grande, espessura de parede variável	Produzido por extrusão ou trefilação; propriedades similares a chapa/extrusão	O, T6	Usado para tubos estruturais, dutos para aplicações não pressurizadas.
Barra/Verga	Ø alguns mm a 200+ mm	Homogêneo; barras maciças permitem propriedades mecânicas consistentes após tratamento térmico	O, T6	Utilizado para conexões usinadas, fixadores e perfis extrudados posteriormente conformados.

A rota de fabricação (extrusão vs laminação de placa) influencia fortemente a microestrutura e anisotropia; perfis extrudados tipicamente apresentam estrutura de grão alongada e resistência direcional. A capacidade de tratamento térmico e taxas de têmpera alcançáveis limitam as propriedades para seções grossas, portanto o projeto deve considerar o tamanho da seção, o tratamento térmico e etapas subsequentes de fabricação como estiramento ou usinagem.

Graus Equivalentes

Norma	Grau	Região	Observações
AA	6151	USA/Internacional	Reconhecido no sistema Aluminum Association; especificações detalhadas definem os limites.
EN AW	6151 (AlMgSi)	Europa	Frequentemente referido como EN AW-6151 na prática europeia; limites químicos e mecânicos seguem normas EN.
JIS	A6151/A6061*	Japão	Normas japonesas podem referenciar os graus mais próximos Al–Mg–Si; verificar a designação JIS específica e o tratamento térmico.
GB/T	6151	China	Designações chinesas GB/T geralmente utilizam a mesma família numérica, mas tolerâncias podem variar.

A equivalência exata entre normas é complexa: tolerâncias de especificação química, dados de ensaio exigidos e definições de tratamento térmico podem variar conforme o órgão normativo e a forma do produto. Engenheiros devem cruzar informações de relatórios certificados de fábrica e tabelas de propriedades mecânicas ao substituir graus entre regiões.

Resistência à Corrosão

6151 apresenta boa resistência geral à corrosão atmosférica comparável a outras ligas Al–Mg–Si devido ao filme passivo protetor de Al2O3 e aos teores relativamente baixos de cobre e zinco. Em ambientes pouco agressivos, seu desempenho é satisfatório, e a anodização melhora ainda mais a aparência e a proteção da superfície.

Em ambientes marítimos, 6151 oferece desempenho aceitável para aplicações acima da linha d’água e na zona de respingos, mas requer cuidado no projeto; corrosão por pontos e em fendas pode ocorrer em água salgada estagnada, especialmente ao redor de fixadores e acoplamentos galvânicos. Preparação superficial adequada, revestimentos anódicos ou orgânicos e seleção de fixadores compatíveis são importantes para durabilidade a longo prazo.

A suscetibilidade à trinca por corrosão sob tensão (SCC) é baixa a moderada para 6151 e geralmente muito inferior à das ligas de alta resistência da série 7xxx. Entretanto, sob tensões de tração e ambientes cloretados agressivos existe algum risco, principalmente se houver envelhecimento localizado excessivo ou microestrutura heterogênea. Interações galvânicas favorecem o uso cuidadoso de metais semelhantes ou mais nobres; o alumínio corroerá preferencialmente quando em contato com aços ou cobre, a menos que haja isolamento ou ânodos sacrificiais.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

6151 é facilmente soldado por processos convencionais de fusão como MIG (GMAW) e TIG (GTAW) quando o projeto leva em conta o amolecimento da zona termicamente afetada (ZTA). Ligantes como ER4043 (AlSi) ou ER5356 (AlMg5) são comumente usados dependendo da resistência e resistência à corrosão requeridas; ligantes com silício melhoram a fluidez e reduzem trincas. Tratamento térmico pós-soldagem não restaura completamente as propriedades T6 na ZTA, e precauções contra porosidade e trincas a quente durante preparação de junta e parâmetros de soldagem são necessárias.

Usinabilidade

A usinabilidade do 6151 em tratamentos térmicos mais macios é boa e se aproxima das normas da família 6xxx, permitindo faixas razoáveis de avanço e velocidade com ferramentas modernas de metal duro. A formação de cavacos é tipicamente contínua a segmentada dependendo do tratamento térmico e seção; uso de ferramentas com ângulo de corte positivo, fluido refrigerante e fixação estável melhora o acabamento superficial. Tratamentos de maior resistência (T6) impõem maior desgaste de ferramenta; recomenda-se profundidades de corte reduzidas e maior rigidez.

Conformabilidade

A conformabilidade a frio é excelente nos tratamentos O e H1x, suportando estampagem profunda, dobras fechadas e perfis complexos. Nos tratamentos T5/T6, a conformabilidade é reduzida e o efeito mola aumenta; esses tratamentos são mais indicados para conformação antes do envelhecimento final ou com tratamento térmico de solução intermediário. Raios mínimos de curvatura recomendados dependem do tratamento e da espessura, mas comumente variam de 1–3× a espessura em condições recozidas e maiores em T6.

Comportamento ao Tratamento Térmico

Como uma liga 6xxx tratável termicamente, o 6151 segue a típica sequência de têmpera de solução, têmpera e envelhecimento por precipitação. O tratamento de solução é efetuado a temperaturas suficientes para dissolver Mg2Si (tipicamente na faixa usada para ligas Al–Mg–Si), seguido de têmpera rápida para reter uma solução sólida supersaturada; o envelhecimento artificial subsequente em temperaturas moderadas precipita fases endurecedoras.

O envelhecimento natural (T4) produz ganho inicial de resistência ao longo do tempo, mas não atinge os valores máximos do envelhecimento artificial. Os ciclos de envelhecimento artificial (T5, T6) são escolhidos para balancear resistência máxima contra tenacidade e controlar distorção; envelhecimento excessivo coarsifica precipitados e reduz resistência máxima, melhorando ductilidade e resistência à SCC.

Para projetistas, a variante T651 indica tratamento de solução com estiramento para remover tensões residuais antes do envelhecimento artificial, sendo importante para extrusões de tolerâncias apertadas e seções grossas onde distorção e tensões residuais podem ser problemáticas.

Desempenho em Alta Temperatura

6151 perde uma fração significativa de sua resistência à temperatura ambiente conforme a temperatura de serviço ultrapassa as temperaturas típicas de envelhecimento, com amolecimento notável acima de ~150–200 °C. A exposição prolongada a temperaturas elevadas acelera o coarsening dos precipitados e reduz o limite de escoamento e resistência à fadiga, restringindo as temperaturas de serviço contínuo para fins estruturais.

A oxidação em ar a temperatura elevada é mínima em comparação a ligas ferrosas devido ao filme estável de alumina, mas ambientes agressivos e ciclos térmicos podem favorecer desprendimento de escamas e corrosão localizada. Regiões da ZTA adjacentes a soldas são particularmente vulneráveis à perda de resistência e crescimento de grão quando expostas ao calor, portanto gestão térmica e tratamentos pós-soldagem são necessários para aplicações em altas temperaturas.

Aplicações

Indústria	Componente Exemplo	Por que Usar 6151
Automotiva	Acabamentos, extrusões estruturais, suportes leves	Boa relação resistência/peso, acabamento superficial e conformabilidade para peças estampadas/extrudadas.
Marinha	Fixações de convés, corrimãos, elementos arquitetônicos	Resistência à corrosão equilibrada e anodizabilidade para ferragens visíveis.
Aeroespacial	Ferragens secundárias, estruturas internas	Relação resistência/peso favorável e boa usinabilidade para estruturas secundárias.
Eletrônica	Dispersores de calor, chassis	Alta condutividade térmica combinada com capacidade estrutural para carcaças.

6151 é comumente especificado quando projetistas precisam de um alumínio de resistência média-alta que possa ser anodizado ou pintado e que aceite processos convencionais de junção e usinagem. Sua versatilidade em formas de produto e tratamentos térmicos o torna uma liga preferida para elementos arquitetônicos extrudados e peças estruturais de carga moderada.

Considerações para Seleção

Para peças estruturais leves que precisam de resistência superior a ligas comercialmente puras como 1100, 6151 oferece melhora clara no limite de escoamento e resistência à tração em troca de alguma condutividade elétrica e conformabilidade. Escolha 6151 quando a capacidade mecânica e o acabamento superficial (anodização) forem prioridades, e a condutividade não for o requisito principal.

Comparado a ligas encruadas como 3003 ou 5052, 6151 oferece resistência superior alcançável por envelhecimento enquanto mantém resistência à corrosão comparável em muitos ambientes. Opte por 6151 quando resistência máxima e capacidade de envelhecimento térmico forem desejáveis; prefira 5052/3003 quando conformabilidade e resistência à corrosão marinha em condições severas forem fatores predominantes.

Em comparação com ligas próximas e tratáveis termicamente, como 6061 ou 6063, o 6151 pode ser escolhido por desempenho específico na extrusão, acabamento superficial ou questões de fornecimento, apesar de geralmente apresentar resistências máximas similares ou ligeiramente diferentes. Engenheiros devem avaliar dados mecânicos específicos do tratamento térmico, comportamento de anodização e disponibilidade ao escolher entre 6151 e outras ligas Al–Mg–Si.

Resumo Final

O 6151 permanece uma liga Al–Mg–Si relevante e versátil para aplicações de engenharia que exigem uma combinação prática de resistência, resistência à corrosão e qualidade superficial. Sua natureza tratável termicamente e ampla disponibilidade em formas extrudadas e laminadas o tornam uma escolha prática para componentes arquitetônicos, automotivos e marítimos onde desempenho equilibrado e possibilidade de acabamento são necessários.