Propriedades do alumínio 5052: composição, temperamento, resistência e usos no mundo real

Pergunte a cinco engenheiros o que eles gostam no alumínio 5052 e você ouvirá cinco respostas ligeiramente diferentes: ele dobra sem rachar, evita a névoa salina, solda de forma limpa e mantém sua resistência quando uma peça vibra por anos. Peça a esses mesmos engenheiros para citarem os números e a conversa fica mais lenta, porque as propriedades do alumínio 5052 não são um conjunto fixo de números. Eles se movem com temperamento, espessura e forma do produto.

Este guia reúne os valores mais importantes, explica o que eles significam no chão de fábrica e mostra onde o 5052 está próximo das ligas com as quais os projetistas costumam compará-lo. Quer você esteja especificando um tanque de combustível, um painel marítimo ou um gabinete elétrico, o objetivo é o mesmo: escolher a liga e o formato que permitam que a peça faça seu trabalho sem excesso de engenharia.

O que realmente é o alumínio 5052

5052 pertence à família 5xxx, as ligas de alumínio-magnésio. Não é tratável termicamente, o que significa que ganha força através do trabalho a frio, e não através do tratamento com solução e envelhecimento. Dois elementos fazem a maior parte do trabalho: o magnésio, que aumenta a resistência e a resistência à corrosão, e o cromo, que refina a estrutura do grão e ajuda a liga a resistir à fissuração por corrosão sob tensão.

Os limites de composição típicos para a liga são:

• Magnésio (Mg): 2,2-2,8%, nominal 2,5%
• Cromo (Cr): 0,15-0,35%, nominal 0,25%
• Ferro (Fe): 0,40% no máximo
• Silício (Si): 0,25% no máximo
• Cobre (Cu): 0,10% no máximo
• Manganês (Mn): 0,10% no máximo
• Zinco (Zn): 0,10% no máximo
• Alumínio: restante

Por não poder ser reforçado por tratamento térmico, o 5052 é fornecido nas têmperas O (recozido) e H. Em uma têmpera H, como H32, H34, H36 ou H38, o metal é endurecido por laminação e depois estabilizado com um tratamento de baixa temperatura para que não continue a envelhecer na prateleira. O dígito após o H informa aproximadamente quanto trabalho a frio foi realizado e, portanto, quanta força você ganha e quanta ductilidade você abre mão.

Propriedades Mecânicas por Têmpera

A tabela abaixo lista os valores típicos de temperatura ambiente para folhas 5052. Trate-os como um ponto de partida do projeto e não como uma garantia: medidores mais pesados, diferentes formatos de produtos e variações normais de fábrica para fábrica mudam um pouco os números, e o relatório de teste certificado do seu fornecedor é sempre a palavra final.

Leia a tabela como uma curva de trade-off. Passar de O para H38 proporciona cerca de 50% mais resistência à tração, mas o alongamento cai de cerca de 25% para cerca de 7%, que é a diferença entre uma peça que você pode formar livremente e outra que você deve formar suavemente. Seu módulo de elasticidade fica próximo a 70 GPa em todos os temperamentos, portanto a rigidez não melhora com o trabalho a frio. Os limites de resistência à fadiga publicados para a chapa H32 ficam na região de 110-120 MPa em 5 x 10 ^ 8 ciclos, o que é um dos motivos pelos quais o 5052 aparece em peças que sofrem vibração em vez de carga estática.

Propriedades Físicas: Densidade, Calor e Eletricidade

Os valores físicos são estáveis entre os temperamentos e geralmente são os primeiros números que um cálculo de peso ou térmico precisa:

• Densidade: 2,68 g/cm³, cerca de 0,0975 lb/in³
• Faixa de fusão: 607-650 °C
• Condutividade térmica: cerca de 138 W/m·K a 25 °C
• Coeficiente de expansão térmica: 23,8 µm/m·K acima de 20-100 °C
• Condutividade elétrica: cerca de 35% IACS
• Capacidade de calor específico: 880 J/kg·K
• Módulo de elasticidade: cerca de 70 GPa

Comparado com 6061 a 2,70 g/cm³, 5052 é ligeiramente mais leve, o que é mais importante em um painel grande ou em uma longa tiragem de chapa do que em um suporte pequeno. Sua condutividade térmica é inferior à das ligas de extrusão, como a 6063, portanto, onde a transferência de calor é a função principal, os engenheiros costumam pesar as duas com cuidado. Mesmo assim, o 5052 continua sendo um material comum para núcleos de resfriamento soldados e placas de trocadores de calor, porque combina condutividade razoável com excelente conformabilidade e resistência à corrosão úmida.

Resistência à corrosão e soldabilidade

5052 conquistou grande parte de sua reputação em locais úmidos e salgados. Na exposição à água do mar e à névoa salina, ele geralmente supera o 6061 e resiste à corrosão sob tensão e à corrosão sob tensão que encurtam a vida útil de outras ligas em serviço marítimo. É por isso que aparece em cascos de barcos, tanques de combustível, estruturas de pontões e ferragens de docas.

É também uma das ligas de alumínio mais tolerantes para soldar. TIG e MIG funcionam bem, com enchimento 5356 normalmente recomendado para metal base 5052, e a soldagem por resistência é amplamente utilizada para montagens de chapas. O único cuidado é a zona afetada pelo calor: a soldagem amolece o metal ao lado da junta, portanto, em vasos de pressão e peças de suporte de carga, é melhor permitir uma resistência localmente reduzida do que assumir que as figuras do metal base se mantêm em todos os lugares. A anodização é outro ponto que vale a pena planejar. O 5052 anodiza de forma confiável, mas o acabamento geralmente parece um pouco mais opaco e um pouco mais acinzentado do que o revestimento transparente e brilhante associado ao 6061 ou 6063, e é por isso que o acabamento decorativo geralmente segue um caminho diferente.

O alumínio 5052 pode ser tratado termicamente?

Não, e este é um dos mal-entendidos mais comuns sobre a liga. Ao contrário de 6061 ou 6063, 5052 não pode ser fortalecido por tratamento com solução e envelhecimento. Aqueça e ficará mais macio, não mais duro. Seguem-se três consequências práticas.

1. O temperamento é escolhido na fábrica, não na sua própria oficina. Especifique H32 para um equilíbrio entre resistência e conformabilidade, ou H34 a H38 quando a resistência é mais importante do que a ductilidade.
2. Dobra e conformação profunda endurecem o metal. Se uma peça precisar de várias etapas de conformação severas, planeje um recozimento intermediário ou comece com uma têmpera mais suave.
3. A soldagem suaviza a zona afetada pelo calor. Desenhe em torno da faixa amolecida em vez de tentar restaurar a força depois, pois não existe tratamento de envelhecimento que a traga de volta.

5052 versus 6061 versus 6063

Os designers raramente olham para o 5052 isoladamente. A comparação geralmente se resume a 6061, a liga tratável termicamente de uso geral, e 6063, o padrão de extrusão.

Como ler a comparação

O 6061-T6 é mais resistente e usinado de maneira muito mais limpa, mas é mais difícil de dobrar e perde mais resistência na zona afetada pelo calor após a soldagem. O 6063-T6 extrusa em formas complexas com acabamento superficial fino, razão pela qual domina perfis arquitetônicos e estruturais. O 5052 vence quando a peça é formada, soldada e exposta à umidade, e quando uma chapa um pouco mais leve é ​​bem-vinda.

O gerenciamento de falhas mostra a rapidez com que a decisão pode abandonar completamente o mundo das chapas metálicas. As caixas de colisão e as vigas dos pára-choques que absorvem energia são quase sempre extrudadas a partir de ligas 6xxx ou 7xxx, porque a extrusão dá ao projetista a espessura da parede, as nervuras internas e o comportamento de colapso previsível que a aplicação exige. A folha 5052 não tem nenhuma função real aí.

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Onde 5052 ganha seu sustento

A lista de aplicações é longa, mas agrupa-se em torno de alguns temas: peças moldadas que vivem ao ar livre, conjuntos soldados que devem conter líquidos e componentes que sofrem vibração. Os usos típicos incluem tanques de combustível e linhas de combustível, cascos marítimos e componentes de convés, vasos de pressão e armazenamento de produtos químicos, núcleos de trocadores de calor, painéis de carroceria de caminhões, reboques e RV, sinalização e revestimento arquitetônico, eletrodomésticos e gabinetes elétricos, e rebites e fixadores.

Os veículos elétricos adicionaram um novo capítulo. As tampas do gabinete da bateria, as placas frias e as proteções da parte inferior da carroceria são frequentemente especificadas na folha 5052 porque ela se molda bem, conduz o calor de maneira razoável e resiste à corrosão causada pelo sal da estrada. A bandeja estrutural abaixo é uma história diferente: geralmente é um perfil extrudado, onde a espessura da parede e os recursos integrados podem ser controlados ao longo do comprimento da peça. Abordamos essa divisão com mais detalhes em nosso guia para Estruturas de alumínio EV e peças de veículos leves , e é um lembrete útil de que a chapa e a extrusão geralmente resolvem duas metades do mesmo problema de projeto.

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Notas de usinagem, conformação e fabricação

A formação é onde 5052 se sente em casa. A folha H32 terá uma curvatura apertada, geralmente na faixa de uma a duas vezes a espessura do material, onde 6061-T6 tende a rachar se você empurrá-la. A estampagem profunda é possível, mas a liga endurece rapidamente, portanto planeje recozimento entre operações severas.

A usinagem é o lado mais fraco do caráter da liga. Ele é classificado apenas como razoável, com cavacos macios e pegajosos e tendência a arrastar nas ferramentas, o que significa velocidades de corte mais baixas, arestas vivas e inclinação generosa em comparação com 6061. Os acabamentos anodizados também são menos brilhantes do que nas ligas 6xxx. Se um projeto precisar de uma estrutura rígida em vez de um painel moldado, os perfis extrudados cortam de forma mais limpa e montam mais rapidamente do que as chapas soldadas, razão pela qual os sistemas de ranhura em T são tão comuns na automação e na construção de equipamentos.

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Uma regra de decisão rápida

Se a peça for plana, moldada, soldada e exposta à umidade, a chapa 5052 geralmente é a resposta certa e H32 é a têmpera inicial sensata. Se a peça for longa com seção transversal constante, precisar de rigidez, usinagem com tolerâncias estreitas ou um acabamento anodizado brilhante, um perfil extrudado 6xxx quase sempre será mais rápido e barato de produzir.

Como fabricante que trabalha com perfis de alumínio para construção, fotovoltaicos e industriais, passamos muito tempo nessa segunda categoria, incluindo peças automotivas leves, onde a extrusão faz o que a folha não consegue. Se você estiver pesando um design de folha 5052 contra um extrudado, vale a pena fazer a comparação antecipadamente, enquanto a geometria ainda é flexível. Você pode ver a gama de peças que produzimos em nosso perfis de alumínio leves automotivos linha, e teremos prazer em conversar sobre qual rota combina com sua parte.