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Metais & Ligas | Alumínio | Informações Técnicas

Ligas Al-Mg

As ligas Al-Mg (série 5XXX) constituem um importante grupo de ligas de alumínio não tratáveis termicamente, ou sejam, não são endurecíveis por tratamento térmico de solubilização e envelhecimento, mas sim por solução sólida e encruamento (trabalho mecânico). Além desse ganho de resistência mecânica, o magnésio permite a essas ligas manterem um elevado nível de dutilidade, assim como excelente resistência à corrosão e soldabilidade [3].

A temperatura eutética dessas ligas é 450 ºC e o teor de magnésio que corresponde ao ponto eutético é de 35 %. A fase em equilíbrio com o alumínio é a Al3Mg2 (37,3 % de magnésio), embora esta composição esteja um pouco fora da faixa que corresponde a essa estequiometria (34,8 a 37,1 %). A fase Al8Mg5 (36% de magnésio) corresponde à composição da fase sólida e é muito facilmente encontrada nas ligas Al-Mg. A solidificação em equilíbrio termodinâmico só pode ser obtida com taxas de resfriamento inferiores a 0,000005 ºC/h. A solidificação em condições de não equilíbrio leva à segregação, com a fase Al8Mg5 aparecendo para teores de magnésio tão baixos como 4 ou 5 %. Esta fase é frágil abaixo de 330 ºC, mas apresenta alguma plasticidade em temperaturas mais altas [3].

Entretanto, como a solubilidade do magnésio no alumínio é elevada, na maioria das vezes o alumínio permanece em solução sólida no magnésio, embora à medida que o teor de magnésio aumenta o mesmo passa a aparecer no eutético contendo Al3Mg2. Quando o teor de silício nas ligas Al-Mg é relativamente alto (cerca de 0,5 %, por exemplo), forma-se a fase Mg2Si, a mesma fase responsável pelo endurecimento por precipitação nas ligas Al-Mg-Si (série 6XXX). Nas ligas Al-Mg quando o teor de magnésio supera 3,5 % a fase Al3Mg2 pode se precipitar nos contornos de grão ou dentro dos grãos, o que geralmente ocorre mediante aquecimento a temperaturas relativamente baixas. O cromo é um elemento de liga importante e pode formar dispersóides do tipo Al18Cr2Mg3. Quando o manganês está presente as fases ricas em ferro tornam-se complexas, havendo a formação de dispersóides do tipo Al6Mn, mas que também podem conter cromo. O trabalho a frio de ligas Al-Mg produz acentuadas bandas de deformação, decoradas por precipitados ricos em magnésio [3].

As ligas Al-Mg são aquelas que possuem a melhor combinação de resistência mecânica, resistência à corrosão e dutilidade, possuindo propriedades mecânicas intermediárias entre as das ligas da série 3XXX (Al-Mn) e as ligas endurecíveis por precipitação (Al-Cu, Al-Mg-Si e Al-Zn-Mg, séries 2XXX, 6XXX e 7XXX respectivamente) [1]. São utilizadas em aplicações nas quais se exige razoável resistência mecânica com excelente resistência à corrosão. Ligas Al-Mg com teores variando entre 3 e 5 % são muito utilizadas na indústria naval, na fabricação de diversos componentes de navios [2]. As ligas 5042, 5352, 5082 e 5182 são usadas na fabricação de tampas para latas de bebidas, mais freqüentemente as ligas 5082 e 5182. A liga 5182, assim como a 5052, também é usada na indústria automobilística. As ligas 5356, 5554 e 5556 são usadas como metais de adição na soldagem [3]. 

As ligas Al-Mg de uso comercial mais antigo são a 5052, 5154 e 5056. Existem poucas ligas Al-Mg essencialmente binárias como a 5005 e a 5050, já que a maioria contém elementos formadores de dispersóides, tais como o cromo, o manganês e o titânio, em um total que pode variar de 0,25 a 1 %. A liga Al-Mg com maior resistência mecânica é a 5456 , seguida de perto pela 5083 e, num nível mais baixo, pela 5086. Outras ligas com menor resistência mecânica são a 5454, 5082 e 5182. Os mais baixos níveis de resistência mecânica correspondem às ligas binárias (5005 e 5050) [3].

Produtos trabalhados mecanicamente de ligas Al-Mg estão sempre disponíveis na têmpera O (recozido) e em uma ou mais das têmperas H1, H2 e H3 (trabalhadas com diferentes níveis de encruamento). As ligas Al-Mg combinam uma ampla faixa de níveis de resistência mecânica com a facilidade de serem conformadas e soldadas (inclusive processos de soldagem a arco), além da elevada resistência à corrosão. A resistência mecânica da solda em ligas Al-Mg eqüivale às de outras ligas recozidas, além de apresentar boa dutilidade. Ligas com teores de magnésio superiores a 3,5 % apresentam menor soldabilidade do que ligas com teores de magnésio mais elevados. Entra as ligas usadas na fabricação de eletrodos de soldagem estão a 5356, a 5554 e a 5556. Em geral as ligas usadas como metais de adição são semelhantes ao metal base que está sendo soldado, com exceção da adição de titânio necessária para o refino dos grãos da microestrutura do metal de solda [3].

Embora as ligas Al-Mg estejam classificadas como ligas não endurecíveis por precipitação, por não apresentarem ganho de dureza devido à precipitação, em ligas como a 5083, 5086, 5056 e 5456 o teor de magnésio supera o limite de solubilidade, fazendo com que, em condições termodinamicamente favoráveis como temperaturas elevadas, ou mesmo longos tempos à temperatura ambiente, ocorrer precipitação das fases Al3Mg2, Al3Mg5 ou Al8Mg5 nos contornos de grão, que, em vez de proporcionar algum ganho de dureza, causa problemas como aumento da susceptibilidade à corrosão nos contornos de grão e diminuição da resistência à corrosão sob tensão. Esse problema resultou no desenvolvimento da têmpera (grau de encruamento) H116, de modo a eliminar, ou minimizar, essa instabilidade, permitindo um melhor aproveitamento das propriedades mecânicas e outras características favoráveis dessas ligas, que fazem com que elas sejam muito usadas para aplicações nas quais se deseja maior resistência mecânica do que a do alumínio comercialmente puro (série 1XXX). A elevada resistência mecânica e a boa soldabilidade dessas ligas fizeram com que elas estejam entre as ligas preferidas para algumas aplicações estruturais, para uso na fabricação de meios de transporte, nas indústrias de processamento e também para usos militares, nos quais se deseja boas propriedades balísticas e criogênicas [3].

As ligas Al-Mg também se destacam por uma ampla faixa de resistência e capacidade de apresentar excelente qualidade de acabamento superficial, como brilho intenso e baixa rugosidade. Essa combinação favorável amplia significativamente o uso dessas ligas, que com baixos teores de ferro e tratamentos adequados podem ser usadas na fabricação de acessórios para automóveis, componentes arquitetônicos e outras aplicações decorativas. As ligas geralmente usadas nessas aplicações são as ligas 5X57 e as ligas de uso mais geral, como a 5005 e a 5050. A estreita limitação dos teores de impurezas de muitas ligas 5X57 é um importante fator que contribui para a obtenção de acabamentos uniformes e brilhantes. O melhor acabamento é obtido para os níveis de impurezas mais baixos, como nas ligas 5252 e 5657 [3]. 

As tabelas 5.1 e 5.2 apresentam respectivamente a composição química e as principais propriedades mecânicas de algumas ligas Al-Mg mais utilizadas [3]:

Tabela 5.1 - Composição química de ligas Al-Mg (% em massa).

Liga Mg Mn Cr Ti Al
5005 0,8 - - - Restante
5042 3,5 0,35 - - Restante
5050 1,4 - - - Restante
5052 2,5 - 0,25 - Restante
5252 2,5 - - - Restante
5154 3,5 - 0,25 - Restante
5454 2,7 0,8 0,12 - Restante
5654 3,5 - 0,25 0,10 Restante
5456 5,1 0,8 0,12 - Restante
5457 1,0 0,30 - - Restante
5657 0,8 - - - Restante
5082 4,5 - - - Restante
5182 4,5 0,35 - - Restante
5083 4,4 0,7 0,15 - Restante
5086 4,0 0,45 0,15 - Restante

Tabela 5.2 - Propriedades Mecânicas de ligas Al-Mg. 

Liga Têmpera Resistência à tração (MPa) Resistência ao escoamento (MPa) Alongamento em 50 mm (%) Dureza Brinell (HB) Resistência à fadiga (MPa)
5005 O 125 40 25 28 -
5005 H34 160 140 8 41 -
5005 H38 200 185 5 55 -
5042 H19 360 345 4,5 - -
5050 O 145 55 24 36 85
5050 H34 190 165 8 53 90
5050 H38 220 200 6 63 95
5052 O 195 90 25 47 110
5052 H34 260 215 10 68 125
5052 H38 290 255 7 77 140
5252 O 180 85 23 46 -
5252 H25 235 170 11 68 -
5252 H28 285 240 5 75 -
5154 O 240 115 27 58 115
5154 H38 330 270 10 80 145
5154 H112 240 115 25 63 115
5454 O 250 115 22 62 -
5454 H34 305 240 10 81 -
5454 H111 260 180 14 70 -
5454 H112 250 125 18 62 -
5056 O 290 150 35 65 140
5056 H18 435 405 10 105 150
5056 H38 415 345 15 100 150
5456 O 310 160 24 - -
5456 H112 310 165 22 - -
5456 H116 350 255 16 90 -
5457 O 130 50 22 32 -
5457 H25 180 160 12 48 -
5457 H28 205 185 6 55 -
5657 O 110 40 25 28 -
5657 H25 160 140 12 40 -
5657 H28 195 165 7 50 -
5082 H19 395 370 4 - -
5182 O 275 130 21 - -
5182 H19 420 395 4 - -
5083 O 290 145 22 - -
5083 H116 315 230 16 - 160
5086 O 260 115 22 - -
5086 H34 325 255 10 - -
5086 H112 270 130 14 - -
5086 H116 290 205 12 - -

 

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