Aluminum Alloys for Casting: A Practical Guide to Grades, Properties, and Selection

Un desen aterizează pe biroul tău cu un bloc de material pe care scrie doar „aliaj de aluminiu”. Acea linie unică poate însemna A356 pentru un suport structural, A380 pentru o carcasă turnată sub presiune de volum mare sau B390 pentru un cilindru de compresor care trebuie să supraviețuiască ani de contact alunecat. Alegeți calitatea greșită și primele prototipuri pot arăta impecabile — apoi apar fisuri după prelucrare, scăpări la suprafața testului de presiune într-un lot de 2.000 de piese sau finisajele anodizate ies neregulate și întunecate.

Iată răspunsul direct înainte de detaliu. Pentru turnarea sub presiune la înaltă presiune, valorile implicite practice sunt A380 şi A383 , cu ADC12 ca denumire asiatică pentru un aliaj similar. Pentru turnarea la presiune joasă, gravitațională și nisip, alegerile stşiard sunt A356 şi 356 . Dacă uzura de alunecare domină designul - căptușele cilindrilor, cilindrii compresorului, suprafețele lagărelor - B390 merita evaluare. Dacă rezistența la coroziune și finisajul cosmetic depășesc rezistența brută, 518 este aliajul de testat. Restul acestui articol explică acele concluzii cu numere pe care le puteți aduce într-o conversație cu furnizorul.

Cum funcționează denumirile din aliajul de aluminiu turnat

Aliajele de aluminiu turnate din America de Nord urmează sistemul de patru cifre al Asociației Aluminiului cu virgulă zecimală. Prima cifră identifică elementul de aliere principal și numai acea cifră vă spune cele mai multe despre ceea ce trebuie să știți despre comportamentul aliajului într-o matriță și în funcțiune.

• 1xx.x — 99,0% sau mai mult aluminiu, utilizat în principal pentru conductorii electrici și echipamente chimice.
• 2xx.x — cuprul ca element principal. Această familie produce cea mai mare rezistență dintre toate aliajele de aluminiu turnate după tratamentul termic, dar rezistența la coroziune are de suferit.
• 3xx.x — siliciu cu adaos de cupru și/sau magneziu. Aceasta este familia calului de muncă atât pentru turnarea sub presiune, cât și pentru turnarea gravitațională.
• 4xx.x — siliciu ca element principal, oferind fluiditate excelentă și etanșeitate la presiune pentru piesele critice pentru scurgeri.
• 5xx.x — magneziu, oferind cea mai bună rezistență la coroziune și cel mai consistent finisaj anodizat.
• 7xx.x — zinc, întăribil prin îmbătrânire, cu rezistență ridicată la turnare, dar mai puțin frecvent în lucrările de turnare comerciale.

Ce înseamnă de fapt numerele, literele și zecimale

A doua cifră indică o modificare a aliajului de bază; ultimele două cifre identifică aliajul specific din cadrul familiei. De asemenea, zecimala contează: x.x este formă de turnare, x.xx este formă de lingot. Prefixul literei, cum ar fi A din A356, înseamnă limite de impurități mai stricte decât aliajul de bază fără litere. În practică, o specificație precum A356-T6 este o instrucțiune completă: familia de aliaje 3xx.x, compoziție 356 modificată, impurități mai strânse și tratament termic T6.

Denumirile temperamentului explicate pe scurt

Temperul se scrie după aliaj, separat printr-o cratimă. T6 înseamnă tratament termic în soluție urmat de îmbătrânire artificială - temperatură cel mai adesea specificată atunci când o turnare structurală trebuie să suporte sarcină. T5 înseamnă că piesa este răcită de la turnare și apoi îmbătrânită artificial, sărind peste etapa de soluție, care este folosită în mod obișnuit pentru turnarea sub presiune pentru a evita deformarea și formarea de vezicule. F înseamnă ca fabricat, care este modul în care sunt furnizate majoritatea pieselor turnate sub presiune. Aceste distincții afectează direct limita de curgere: A356-T6 atinge aproximativ Limita de curgere de 186 MPa , în timp ce as-cast A356 stă în jur 125 MPa .

Cele mai comune aliaje de aluminiu pentru turnare

Potrivit Institutului de turnare a metalelor, cele mai comune aliaje pentru turnarea cu nisip, turnarea gravitațională și turnarea la presiune joasă sunt 356 și 357 , conținând aproximativ 6% și respectiv 7% siliciu. O prezentare generală a științei materialelor publicată pe ScienceDirect confirmă modelul, menționând că A319 (Al-6Si-3Cu-1Fe-1Zn) și A356 (Al-7Si-0,25Cu-0,2Fe-0,4Mg) reprezintă majoritatea aplicațiilor industriale în turnarea gravitațională. Pentru turnarea sub presiune la înaltă presiune, ghidul de selecție a aliajului arată seria 3xx.x dominantă, urmată de 4xx.x, 5xx.x și 2xx.x.

Valorile proprietăților de mai sus urmează datele publicate ASM International pentru barele de testare turnate separat. Tratați-le ca punct de plecare pentru evaluarea inginerească, nu ca o garanție pentru geometria unei piese specifice.

Cum procesul de turnare restricționează alegerea aliajului

Procesul de turnare este primul filtru în selecția aliajului. Fiecare proces umple matrița în mod diferit, iar aliajul trebuie să tolereze condițiile de umplere.

Turnare sub presiune de înaltă presiune: viteză și pereți subțiri

The proces de turnare sub presiune a aluminiului injectează metal topit într-o matriță de oțel întărit la presiuni între 10 și 175 MPa. Timpii de umplere sunt măsurați în milisecunde, astfel încât aliajul trebuie să fie extrem de fluid la temperatura de turnare. A380 și A383 sunt alegerile dominante, deoarece conținutul lor de siliciu oferă fluiditatea necesară pereților subțiri și nervurilor complexe. A356 poate fi turnat sub presiune, dar conținutul său mai scăzut de siliciu face mai dificilă umplerea curată a secțiunilor subțiri și crește riscul de lipire a matriței.

Turnare la presiune joasă: umplere curată și mai puțini pori

Turnarea la presiune joasă umple matrița dintr-un cuptor de dedesubt, împingând topitura în sus printr-un tub de ridicare sub presiune controlată a gazului. Debitul este constant și laminar în comparație cu injecția de înaltă presiune. Nivelurile de porozitate tind să fie mai scăzute, iar proprietățile mecanice sunt mai repetabile - motiv pentru care roțile, brațele de suspensie și suporturile structurale sunt realizate în acest fel. A356 în T6 este combinația standard pentru aceste componente. Când porozitatea este principalul motiv de respingere, merită să verificați la un furnizor că turnarea sub presiune la joasă presiune poate reduce găurile de gaz suficient pentru a îndeplini standardul dvs. de testare a scurgerilor.

Turnare prin gravitație și nisip: versatilitate cu secțiuni mai groase

Turnarea cu matriță permanentă gravitațională utilizează geometrie simplă de umplere de jos sau turnare înclinată, în timp ce turnarea cu nisip oferă cea mai largă libertate de formă. Ambele procese sunt mai îngăduitoare cu o fluiditate mai scăzută, astfel încât A356, 356, 319 și 357 văd cea mai mare utilizare. Deoarece răcirea este mai lentă decât în ​​turnarea sub presiune, microstructura este mai grosieră și compensați prin specificarea unui tratament termic, mai degrabă decât încercarea de a păstra proprietățile turnate strâns.

Ce proprietăți ale aliajului contează în componentele reale

Dincolo de rezistența la tracțiune, un aliaj de turnare trebuie să supraviețuiască procesului de turnare în sine și să funcționeze în mediul final. Aceste șase proprietăți decid majoritatea selecțiilor din lumea reală.

Rezistenta la fisurare la cald

Crăpăturile se formează în timpul solidificării atunci când aliajul are o gamă largă de îngheț și o alimentare insuficientă cu metal lichid între dendrite. Aliajele 2xx.x bogate în cupru sunt cele mai grave infractori aici. A356 se solidifică într-un interval îngust, ceea ce îi conferă o rezistență puternică la fisurare la cald și explică de ce domină turnările structurale gravitaționale.

Tendința de lipire a matriței

Aluminiul topit poate reacționa cu suprafețele matrițelor din oțel, sudându-se pe scule. Fierul din aliaj atenuează acest lucru prin formarea de faze intermetalice bogate în fier care reduc umezirea. Prin urmare, aliajele de turnare sub presiune specifică fier până la 1,3%, în timp ce aliajele turnate prin gravitație precum A356 mențin fierul la 0,20%, deoarece nu există matriță la care să lipiți. Dacă luați un aliaj turnat prin gravitație și încercați să-l turnați sub presiune, așteptați-vă la probleme de lipire.

Etanșeitate la presiune

Corpurile supapelor hidraulice, carcasele pompelor și carcasele transmisiei se confruntă cu cerințe de testare a etanșeității. A413 cu aproximativ 12% siliciu are o etanșeitate excelentă la presiune. A356 și A380 au, de asemenea, rezultate bune. B390, cu 16-18% siliciu, este mai puțin fiabil pentru piese turnate etanșe la presiune, deoarece particulele primare de siliciu perturbă continuitatea matricei și pot crea rețele de micro-porozitate.

Rezistenta la coroziune

518 este cel mai puternic candidat în majoritatea mediilor în aer liber sau cu apă sărată printre aliajele de turnare sub presiune, datorită conținutului său de magneziu de 7,5–8,5%. Aliajele cu purtări de cupru precum A380 și 319 se corodează mai repede în aerul încărcat cu sare. A356 se află în mijloc și este acceptabil pentru majoritatea aplicațiilor sub capotă de mașini și autovehicule dacă se aplică o protecție adecvată a suprafeței.

Prelucrabilitate

A380 și 319 mașină bine, producând așchii scurte sparte și oferind o durată bună de viață a sculei la viteze mari de așchiere. Conținutul ridicat de magneziu al lui 518 produce așchii stringoase care se pot încurca în jurul sculei, astfel încât sunt necesare inserții mai ascuțite și geometrie de spargere a așchiilor. Dacă piesa dvs. va avea nevoie de găurire și filetare extinse, luați în considerare acest lucru în decizia privind aliajul.

Conductivitate termică

Părțile de management termic, cum ar fi radiatoarele și carcasele motorului, depind de cât de repede se răspândește căldura prin metal. A356 în T6 ajunge aproximativ 151 W/(m·K) , în timp ce A380 măsoară aproximativ 96 W/(m·K) . Dacă o piesă elimină căldura de la un motor electric sau electronică de putere, acea diferență de aproximativ 55 W/(m·K) modifică semnificativ temperatura joncțiunii.

Selecția aliajului bazată pe aplicații

Selecția aliajului este de obicei o intersecție între cerințele structurale și economia procesului de turnare. Tabelul de mai jos prezintă componentele comune cu clasele pe care atelierele de turnare le execută de fapt.

Pentru sisteme de propulsie și aplicații structurale, furnizorii produc în mod obișnuit carcase de cutie de viteze din aluminiu turnat sub presiune în A380 sau A383, deoarece aceste aliaje oferă rigiditatea și etanșeitatea la presiune necesare în serviciul de transmisie. Atunci când carcasa cutiei de viteze trebuie să supraviețuiască, de asemenea, oboselii vibrațiilor, A356 cu temperatură T6 merită luat în considerare chiar dacă timpul de ciclu este mai lung.

Carcasa cutiei de viteze de turnare sub presiune din aluminiu - Ningbo Beilun Youyuan Machinery Manufactur Carcasa cutiei de viteze din aluminiu turnat sub presiune reprezintă un apogeu în excelența inginerească, îmbinând perfect durabilitatea, precizia și... Vizualizare produs →

În categoria motoare de automobile, piese din aluminiu pentru cilindri auto motor sunt de obicei specificate în A356-T6 când integritatea structurală și performanța de răcire contează, sau A380 când volumul de producție necesită cel mai mic cost posibil pe bucată. B390 este selectat atunci când zona alezajului cilindrului necesită o rezistență ridicată la uzura prin alunecare fără o căptușeală separată.

Producători de piese personalizate pentru cilindri auto din aluminiu. Furnizori OEM - Ningbo Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd este un producător de piese pentru cilindri auto din aluminiu OEM/ODM din China și producător de aluminiu auto... Vizualizare produs →

Pentru componente de putere fluidă, supapă hidraulică din aluminiu turnat sub presiune corpurile sunt de obicei turnate în A380, deoarece se prelucrează curat în fețele de etanșare plate și menține presiunea fără macro-porozitate. Pentru seriile moderate cu cerere mai mare de oboseală, A356 în T6 rămâne reperul.

Producători de supape hidraulice personalizate din aluminiu turnat sub presiune. Furnizori OEM - Ningb Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd is a China OEM/ODM Aluminum Die Casting Hydraulic Valve manufacturers and Aluminum Die Ca... Vizualizare produs →

Design Considerations That Affect Alloy Choice

The alloy is only half the decision. Part geometry, tolerance expectations, and downstream surface treatment all influence which grade is realistic to produce at the quoted price.

Wall thickness

• Die casting — minimum walls of 0.8–1.5 mm for small components; 2–3 mm is the practical floor for medium housings with ribs and bosses.
• Low-pressure casting — minimum walls of 2.5–4 mm depending on the alloy's freezing range.
• Gravity and sand casting — minimum walls of 3–5 mm to avoid misruns and shrinkage defects.

Dimensional tolerances

• Die casting holds about ±0.1 mm on small dimensions and ±0.3–0.5 mm across 100 mm. This is why most precision housings and brackets are die-cast.
• Low-pressure and gravity casting typically run ±0.5 mm over 100 mm. A356-T6 structural parts are machined after heat treatment if tighter accuracy is required.
• Sand casting gives ±0.8 mm or more, and machining is almost always necessary on functional faces.

Draft angle

Die casting needs at least 1–2 degrees of draft on external walls and 1.5–2.5 degrees on internal cores to extract the part cleanly. Low-pressure and gravity tools also need draft, but slightly less because filling and ejection forces are lower. If your design allows zero draft because of assembly requirements, expect a conversation about machining allowances or slide actions that add cost.

Heat treatment and distortion

T6 heat treatment raises yield strength substantially, but it also leads to distortion from the quench step. On thin-walled castings, a straightening operation is often required after T6. Die-cast aluminum alloys are usually used in the F temper because the gas content trapped by high-pressure injection can cause surface blistering during solution heat treatment. Confirm whether your part really needs T6; upgrading from F to T6 can add both process cost and scrap rate.

Surface treatment compatibility

Powder coating and painting work on every alloy in this article. Anodizing is the exception. Silicon levels above about 7% produce a darker, patchy anodic coating, and die-cast skins often contain a fine porosity layer that looks bad after anodizing. If you need a decorative anodized finish, either specify a low-silicon alloy like 518, or plan to machine off the as-cast surface before anodizing. The example references for a clean production finish show how aluminum die-casting applications increasingly rely on surface-prep steps to meet cosmetic standards.

Frequently Asked Questions About Aluminum Alloys for Casting

What grade of aluminum is best for casting?

There is no single best grade. Use A356 or 356 for low-pressure, gravity, and sand casting when strength and ductility matter. Use A380 or A383 for high-pressure die casting when production volume, thin walls, and cost efficiency dominate the decision. The best grade is the one that matches your process first, then your load case and surface requirements.

Is ADC12 the same as A383?

They are close but not identical. ADC12 is the Japanese JIS designation for a die-casting alloy with roughly 9.5–11.5% silicon and 1.5–3.5% copper. A383 is the Aluminum Association designation for a similar alloy with tight iron and manganese limits. In practice, many Asian die casters use ADC12 nomenclature even when exporting parts drawn to A383, so confirm the exact chemistry on the material certificate rather than assuming they are interchangeable.

Can die-cast aluminum parts be anodized?

Yes, but the result depends on silicon content. A380 and A383 anodize to a dark, patchy finish that does not match architectural specifications. Low-silicon die-casting alloys such as 518 produce a much better anodic coating. For consistent appearance, machine or grind the surface before anodizing, and test pre-production samples from the actual die before committing to a finish spec.

What does T6 mean in A356-T6?

T6 is the temper designation for solution heat treatment, quenching, and artificial ageing. For A356, this raises yield strength from roughly 125 MPa in the as-cast condition to about 186 MPa, while retaining 5–10% elongation. It is the default temper for structural castings that will face significant mechanical load.

Which aluminum casting alloy has the best pressure tightness?

A413, with around 12% silicon, is widely cited as the most pressure-tight die-casting alloy. A356 also performs well for gravity and low-pressure castings that need to hold oil or hydraulic fluid. Avoid 2xx.x copper alloys for pressure-tight applications, and design the part with uniform wall thickness to prevent shrinkage porosity regardless of alloy.

Why is B390 used for compressor and engine cylinder applications?

B390 contains 16–18% silicon and 4–5% copper. The high silicon content forms hard primary silicon particles that give exceptional sliding wear resistance, which is essential in cylinder bores and compressor cylinders. The trade-offs are lower ductility, more difficult machining, and poorer pressure tightness, so it is selected only when wear is the dominant failure mode.

A Practical Closing Recommendation

Put the alloy decision on the table before the die is cut. Ask your casting supplier which alloys they run regularly on their equipment—a foundry that produces A380 parts every day will quote them with tight cycle times and predictable scrap rates, while a first-time A356 die-cast part carries development risk that the buyer eventually pays for. On the other hand, if your part gets certified for fatigue or leak-tightness, shifting from your supplier's preferred alloy to a closer fit for the application could reduce field failures enough to justify the higher piece price. Verify the chemical composition through a certified material test report, machine a test batch under production conditions, and check that the mechanical properties from the actual part geometry meet the drawing requirements. That sequence will always be cheaper than discovering an alloy mismatch during a customer audit.