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

Na Twoim biurku ląduje rysunek z blokiem materiału, na którym widnieje tylko napis „stop aluminium”. Ta pojedyncza linia może oznaczać A356 dla wspornika konstrukcyjnego, A380 dla odlewanej ciśnieniowo obudowy o dużej objętości lub B390 dla cylindra sprężarki, który musi przetrwać lata kontaktu ślizgowego. Wybierz zły gatunek, a pierwsze prototypy mogą wyglądać bez zarzutu – wtedy po obróbce mechanicznej pojawią się pęknięcia, podczas próby ciśnieniowej na powierzchni pojawią się nieszczelności w partii 2000 części, a anodowane wykończenia będą niejednolite i ciemne.

Oto bezpośrednia odpowiedź przed szczegółami. W przypadku odlewania pod wysokim ciśnieniem praktyczne wartości domyślne są następujące A380 i A383 , z ADC12 jako azjatyckim oznaczeniem podobnego stopu. W przypadku odlewania niskociśnieniowego, grawitacyjnego i piaskowego stiardowymi opcjami są A356 i 356 . Jeżeli w konstrukcji dominuje zużycie ślizgowe – tuleje cylindrowe, cylindry sprężarek, powierzchnie łożysk – B390 zasługuje na ocenę. Jeśli odporność na korozję i estetyczne wykończenie przewyższają surową wytrzymałość, 518 jest stopem do przetestowania. W pozostałej części tego artykułu wyjaśniono te wnioski za pomocą liczb, które można wykorzystać w rozmowie z dostawcą.

Jak działają oznaczenia odlewanych stopów aluminium

Odlewane stopy aluminium w Ameryce Północnej są zgodne z czterocyfrowym systemem Aluminium Association z kropką dziesiętną. Pierwsza cyfra określa główny pierwiastek stopowy i sama ta cyfra mówi większość tego, co musisz wiedzieć o zachowaniu stopu w formie i podczas użytkowania.

• 1xx.x — 99,0% lub więcej aluminium, stosowanego głównie w przewodnikach elektrycznych i sprzęcie chemicznym.
• 2xx.x — miedź jako pierwiastek główny. Ta rodzina zapewnia najwyższą wytrzymałość ze wszystkich odlewanych stopów aluminium po obróbce cieplnej, ale cierpi na tym odporność na korozję.
• 3xx.x — krzem z dodatkiem miedzi i/lub magnezu. Jest to rodzina koni roboczych zarówno do odlewania ciśnieniowego, jak i grawitacyjnego.
• 4xx.x — krzem jako główny element, zapewniający doskonałą płynność i szczelność ciśnieniową części o krytycznym znaczeniu dla nieszczelności.
• 5xx.x — magnez, zapewniający najlepszą odporność na korozję i najbardziej spójne anodowane wykończenie.
• 7xx.x — cynk, utwardzalny wydzieleniowo, o wysokiej wytrzymałości w stanie odlewu, ale rzadziej stosowany w odlewniach komercyjnych.

Co właściwie oznaczają cyfry, litery i miejsca po przecinku

Druga cyfra oznacza modyfikację stopu podstawowego; dwie ostatnie cyfry identyfikują konkretny stop w rodzinie. Przecinek również ma znaczenie: x.x to forma odlewu, x.xx to forma wlewka. Przedrostek litery, taki jak A w A356, oznacza bardziej rygorystyczne limity zanieczyszczeń niż stop bazowy bez liter. W praktyce specyfikacja taka jak A356-T6 to kompletna instrukcja: rodzina stopów 3xx.x, zmodyfikowany skład 356, większe zanieczyszczenia i obróbka cieplna T6.

Krótko wyjaśniono oznaczenia temperamentu

Temper zapisuje się po stopie, oddzielając je łącznikiem. T6 oznacza obróbkę cieplną przesycającą, po której następuje sztuczne starzenie — stan najczęściej określany, gdy odlew konstrukcyjny musi przenosić obciążenie. T5 oznacza, że ​​część jest chłodzona z odlewu, a następnie sztucznie starzona, z pominięciem etapu rozpuszczania, który jest powszechnie stosowany w przypadku odlewów ciśnieniowych, aby uniknąć odkształceń i pęcherzy. F oznacza produkt w stanie gotowym, czyli w ten sposób dostarczana jest większość odlewów ciśnieniowych. Te różnice bezpośrednio wpływają na granicę plastyczności: A356-T6 osiąga mniej więcej Granica plastyczności 186 MPa , podczas gdy w pobliżu znajduje się odlany A356 125 MPa .

Najpopularniejsze stopy aluminium do odlewania

Według Instytutu Odlewów Metalowych najpopularniejszymi stopami do odlewania w formach piaskowych, odlewania grawitacyjnego i niskociśnieniowego są 356 i 357 , zawierający odpowiednio około 6% i 7% krzemu. Przegląd nauk o materiałach opublikowany w ScienceDirect potwierdza ten schemat, zauważając, że A319 (Al-6Si-3Cu-1Fe-1Zn) i A356 (Al-7Si-0,25Cu-0,2Fe-0,4Mg) stanowią większość zastosowań przemysłowych w odlewaniu grawitacyjnym. W przypadku odlewania pod wysokim ciśnieniem wskazówki dotyczące wyboru stopu wskazują, że dominuje seria 3xx.x, a następnie 4xx.x, 5xx.x i 2xx.x.

Powyższe wartości właściwości są zgodne z opublikowanymi danymi ASM International dla oddzielnie odlewanych prętów testowych. Traktuj je jako punkt wyjścia do oceny inżynierskiej, a nie jako gwarancję określonej geometrii części.

Jak proces odlewania ogranicza wybór stopu

Proces odlewania jest pierwszym filtrem w wyborze stopu. Każdy proces wypełnia formę w inny sposób, a stop musi tolerować warunki napełniania.

Odlewanie pod wysokim ciśnieniem: prędkość i cienkie ścianki

The proces odlewania ciśnieniowego aluminium wtryskuje stopiony metal do matrycy ze stali hartowanej pod ciśnieniem od 10 do 175 MPa. Czasy napełniania mierzone są w milisekundach, dlatego stop musi być wyjątkowo płynny w temperaturze odlewania. Dominującym wyborem są A380 i A383, ponieważ zawartość krzemu zapewnia płynność niezbędną w przypadku cienkich ścianek i skomplikowanych żeber. A356 można odlewać ciśnieniowo, ale jego niższa zawartość krzemu utrudnia czyste wypełnienie cienkich sekcji i zwiększa ryzyko lutowania matrycowego.

Odlewanie niskociśnieniowe: czyste wypełnienie i mniej porów

Odlewanie pod niskim ciśnieniem wypełnia formę z pieca znajdującego się poniżej, wypychając stop w górę przez rurę wznośną pod kontrolowanym ciśnieniem gazu. Przepływ jest stały i laminarny w porównaniu z wtryskiem pod wysokim ciśnieniem. Poziom porowatości jest zwykle niższy, a właściwości mechaniczne bardziej powtarzalne – dlatego koła, wahacze i wsporniki konstrukcyjne są wykonywane w ten sposób. A356 w T6 to standardowa kombinacja tych komponentów. Kiedy porowatość jest głównym powodem odrzucenia, warto to zweryfikować u dostawcy Odlewanie ciśnieniowe pod niskim ciśnieniem może zmniejszyć dziury gazowe wystarczający, aby spełnić Twoje standardy testu szczelności.

Odlewanie grawitacyjne i piaskowe: wszechstronność przy grubszych przekrojach

Odlewanie grawitacyjne w formie trwałej wykorzystuje prostą geometrię napełniania od dołu lub wlewania z pochyleniem, podczas gdy odlewanie w piasku zapewnia najszerszą swobodę kształtowania. Obydwa procesy lepiej wybaczają niższą płynność, dlatego najczęściej stosowane są A356, 356, 319 i 357. Ponieważ chłodzenie jest wolniejsze niż w przypadku odlewania ciśnieniowego, mikrostruktura jest grubsza, co kompensuje się poprzez określenie obróbki cieplnej, zamiast próbować zachować ścisłe właściwości odlewu.

Które właściwości stopu mają znaczenie w rzeczywistych komponentach

Oprócz wytrzymałości na rozciąganie stop odlewniczy musi przetrwać sam proces odlewania i działać w środowisku końcowym. Te sześć właściwości decyduje o większości wyborów w świecie rzeczywistym.

Odporność na pękanie na gorąco

Pęknięcia powstają podczas krzepnięcia, gdy stop ma szeroki zakres zamarzania i niewystarczające podawanie ciekłego metalu pomiędzy dendrytami. Stopy 2xx.x bogate w miedź są tutaj najgorszymi przestępcami. A356 twardnieje w wąskim zakresie, co zapewnia mu dużą odporność na pękanie na gorąco i wyjaśnia, dlaczego dominuje w konstrukcyjnych odlewach grawitacyjnych.

Tendencja do lutowania matrycowego

Roztopione aluminium może reagować z powierzchniami matrycy stalowej, spawając się z oprzyrządowaniem. Żelazo w stopie łagodzi to zjawisko, tworząc bogate w żelazo fazy międzymetaliczne, które zmniejszają zwilżanie. Dlatego stopy do odlewania ciśnieniowego zawierają żelazo do 1,3%, podczas gdy stopy odlewane grawitacyjnie, takie jak A356, utrzymują zawartość żelaza na poziomie 0,20%, ponieważ nie ma matrycy, do której można lutować. Jeśli weźmiesz stop odlewany grawitacyjnie i spróbujesz go odlać, spodziewaj się problemów z lutowaniem.

Szczelność ciśnieniowa

Korpusy zaworów hydraulicznych, obudowy pomp i obudowy przekładni spełniają wymagania testów szczelności. A413 z około 12% krzemu ma doskonałą szczelność ciśnieniową. Dobrze radzą sobie także A356 i A380. B390 zawierający 16–18% krzemu jest mniej niezawodny w przypadku odlewów szczelnych ciśnieniowo, ponieważ pierwotne cząstki krzemu zakłócają ciągłość osnowy i mogą tworzyć sieci mikroporowatości.

Odporność na korozję

518 jest najsilniejszym kandydatem do stosowania w większości środowisk zewnętrznych lub słonowodnych wśród stopów do odlewania ciśnieniowego, dzięki zawartości magnezu wynoszącej 7,5–8,5%. Stopy zawierające miedź, takie jak A380 i 319, korodują szybciej w zasolonym powietrzu. A356 znajduje się pośrodku i jest akceptowalny w przypadku większości maszyn i zastosowań pod maskami samochodów, jeśli zostanie zastosowane odpowiednie zabezpieczenie powierzchni.

Skrawalność

A380 i 319 dobrze obrabiają, wytwarzają krótkie, łamane wióry i zapewniają dobrą trwałość narzędzia przy dużych prędkościach skrawania. Wysoka zawartość magnezu wynosząca 518 powoduje powstawanie włókienkowatych wiórów, które mogą splątać się wokół narzędzia, dlatego konieczne są ostrzejsze płytki i geometria łamacza wiórów. Jeśli Twoja część będzie wymagała intensywnego wiercenia i gwintowania, uwzględnij to w decyzji dotyczącej stopu.

Przewodność cieplna

Części odprowadzające ciepło, takie jak radiatory i obudowy silników, zależą od szybkości rozprzestrzeniania się ciepła przez metal. A356 w T6 sięga mniej więcej 151 W/(m·K) , podczas gdy A380 mierzy ok 96 W/(m·K) . Jeśli część odprowadza ciepło z silnika elektrycznego lub elektroniki mocy, różnica wynosząca około 55 W/(m·K) znacząco zmienia temperaturę złącza.

Wybór stopu w oparciu o aplikację

Wybór stopu jest zwykle skrzyżowaniem wymagań konstrukcyjnych i ekonomiki procesu odlewania. Poniższa tabela przedstawia wspólne komponenty z gatunkami, które faktycznie oferują dla nich sklepy odlewnicze.

Do zastosowań w układach napędowych i konstrukcjach dostawcy zwykle produkują obudowy skrzyni biegów z odlewanego ciśnieniowo aluminium w A380 lub A383, ponieważ stopy te zapewniają sztywność i szczelność ciśnieniową niezbędną w pracy przekładni. Gdy obudowa skrzyni biegów również musi wytrzymać zmęczenie wibracjami, warto rozważyć zastosowanie stali A356 o stanie T6, nawet jeśli czas cyklu jest dłuższy.

Obudowa skrzyni biegów z odlewu ciśnieniowego z aluminium - Ningbo Beilun Youyuan Machinery Manufactur Odlewana ciśnieniowo aluminiowa obudowa skrzyni biegów stanowi szczyt doskonałości inżynieryjnej, płynnie łącząc trwałość, precyzję i trwałość. Zobacz produkt →

W kategorii silników samochodowych, aluminiowe części cylindrów silników samochodowych są zwykle określone w A356-T6, gdy liczy się integralność strukturalna i wydajność chłodzenia, lub A380, gdy wielkość produkcji wymaga najniższego możliwego kosztu jednostkowego. B390 wybiera się, gdy powierzchnia cylindra wymaga dużej odporności na zużycie ślizgowe bez oddzielnej tulei.

Producenci niestandardowych aluminiowych części cylindrów silnika samochodowego. Dostawcy OEM - Ningbo Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd to chińscy producenci OEM/ODM aluminiowych części cylindrów silników samochodowych i aluminiowi producenci samochodów... Zobacz produkt →

W przypadku komponentów napędzanych cieczą, zawór hydrauliczny z odlewanego ciśnieniowo aluminium Korpusy są zazwyczaj odlewane z A380, ponieważ pozwala to na czystą obróbkę płaskich powierzchni uszczelniających i utrzymuje ciśnienie bez makroporowatości. W przypadku umiarkowanych serii o większym zapotrzebowaniu na zmęczenie, A356 w T6 pozostaje punktem odniesienia.

Niestandardowi producenci zaworów hydraulicznych z odlewu ciśnieniowego z aluminium. Dostawcy OEM — Ningb Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd is a China OEM/ODM Aluminum Die Casting Hydraulic Valve manufacturers and Aluminum Die Ca... Zobacz produkt →

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.