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

Un disegno arriva sulla tua scrivania con un blocco di materiale su cui si legge solo "lega di alluminio". Quella singola linea può significare A356 per una staffa strutturale, A380 per un alloggiamento pressofuso ad alto volume o B390 per un cilindro del compressore che deve sopravvivere ad anni di contatto strisciante. Scegli la qualità sbagliata e i primi prototipi potrebbero sembrare impeccabili, poi compaiono delle crepe dopo la lavorazione, le perdite emergono tramite test di pressione in un lotto di 2.000 parti o le finiture anodizzate risultano irregolari e scure.

Ecco la risposta diretta prima dei dettagli. Per la pressofusione ad alta pressione, i valori predefiniti pratici sono A380 e A383 , con ADC12 come designazione asiatica per una lega simile. Per la colata a bassa pressione, gravità e in sabbia, le scelte steard sono A356 e 356 . Se l’usura da scorrimento domina il progetto – canne dei cilindri, cilindri del compressore, superfici dei cuscinetti – B390 merita valutazione. Se la resistenza alla corrosione e la finitura estetica superano la resistenza grezza, 518 è la lega da testare. Il resto di questo articolo spiega queste conclusioni con i numeri che puoi inserire in una conversazione con un fornitore.

Come funzionano le designazioni delle leghe di alluminio pressofuso

Le leghe di alluminio pressofuso nel Nord America seguono il sistema a quattro cifre dell'Aluminium Association con un punto decimale. La prima cifra identifica il principale elemento legante e quella cifra da sola dice la maggior parte di ciò che è necessario sapere sul comportamento della lega nello stampo e in servizio.

• 1xx.x — Alluminio al 99,0% o superiore, utilizzato principalmente per conduttori elettrici e apparecchiature chimiche.
• 2xx.x — rame come elemento principale. Questa famiglia produce la resistenza più elevata tra tutte le leghe di alluminio pressofuso dopo il trattamento termico, ma la resistenza alla corrosione ne risente.
• 3xx.x — silicio addizionato di rame e/o magnesio. Questa è la famiglia del cavallo di battaglia sia per la pressofusione che per la fusione a gravità.
• 4xx.x — silicio come elemento principale, che offre eccellente fluidità e tenuta alla pressione per le parti critiche in termini di perdite.
• 5xx.x — magnesio, che offre la migliore resistenza alla corrosione e la finitura anodizzata più uniforme.
• 7xx.x — zinco, indurente per invecchiamento con elevata resistenza allo stato grezzo ma meno comune nei lavori di fusione commerciale.

Cosa significano effettivamente numeri, lettere e decimali

La seconda cifra indica una modifica della lega base; le ultime due cifre identificano la lega specifica all'interno della famiglia. Anche i decimali sono importanti: x.x è la forma di fusione, x.xx è la forma del lingotto. Il prefisso della lettera, come la A in A356, indica limiti di impurità più severi rispetto alla lega di base senza lettere. In pratica, una specifica come A356-T6 è un'istruzione completa: famiglia di leghe 3xx.x, composizione 356 modificata, impurità più strette e trattamento termico T6.

Le designazioni del temperamento spiegate brevemente

La tempra è scritta dopo la lega, separata da un trattino. T6 indica il trattamento termico di solubilizzazione seguito da invecchiamento artificiale: lo stato d'animo più spesso specificato quando un getto strutturale deve sopportare un carico. T5 significa che la parte viene raffreddata dalla fusione e quindi invecchiata artificialmente, saltando la fase di soluzione, comunemente utilizzata per le pressofusioni per evitare distorsioni e formazione di bolle. F significa "as-fabricated", ovvero come viene fornita la maggior parte dei pezzi pressofusi. Queste distinzioni influiscono direttamente sul limite di snervamento: A356-T6 raggiunge all'incirca Resistenza allo snervamento 186 MPa , mentre l'A356 as-cast resta in giro 125MPa .

Le leghe di alluminio più comuni per la fusione

Secondo il Metal Casting Institute, le leghe più comuni per la fusione in sabbia, la fusione a gravità e la fusione a bassa pressione sono 356 e 357 , contenenti rispettivamente circa il 6% e il 7% di silicio. Una panoramica sulla scienza dei materiali pubblicata su ScienceDirect conferma il modello, rilevando che A319 (Al-6Si-3Cu-1Fe-1Zn) e A356 (Al-7Si-0,25Cu-0,2Fe-0,4Mg) rappresentano la maggior parte delle applicazioni industriali nella fusione a gravità. Per la pressofusione ad alta pressione, le linee guida per la selezione delle leghe mostrano che prevale la serie 3xx.x, seguita da 4xx.x, 5xx.x e 2xx.x.

I valori delle proprietà sopra riportati seguono i dati ASM International pubblicati per le barre di prova colate separatamente. Trattateli come il punto di partenza per la valutazione ingegneristica, non come una garanzia per una geometria della parte specifica.

Come il processo di fusione limita la scelta della lega

Il processo di fusione è il primo filtro nella selezione della lega. Ogni processo riempie lo stampo in modo diverso e la lega deve tollerare le condizioni di riempimento.

Pressofusione ad alta pressione: velocità e pareti sottili

Il processo di pressofusione dell'alluminio inietta il metallo fuso in uno stampo di acciaio temprato a pressioni comprese tra 10 e 175 MPa. I tempi di riempimento sono misurati in millisecondi, quindi la lega deve essere estremamente fluida alla temperatura di fusione. A380 e A383 sono le scelte dominanti perché il loro contenuto di silicio fornisce la fluidità necessaria per pareti sottili e nervature complesse. L'A356 può essere pressofuso, ma il suo contenuto inferiore di silicio rende più difficile riempire in modo pulito le sezioni sottili e aumenta il rischio di saldatura dello stampo.

Colata a bassa pressione: riempimento pulito e meno pori

La colata a bassa pressione riempie lo stampo da un forno sottostante, spingendo la massa fusa verso l'alto attraverso un tubo montante sotto una pressione di gas controllata. Il flusso è costante e laminare rispetto all'iniezione ad alta pressione. I livelli di porosità tendono ad essere più bassi e le proprietà meccaniche sono più ripetibili, motivo per cui ruote, bracci di sospensione e staffe strutturali sono realizzati in questo modo. A356 in T6 è la combinazione standard per questi componenti. Quando la porosità è il motivo principale dello scarto, vale la pena verificarlo con un fornitore la pressofusione a bassa pressione può ridurre i fori di gas abbastanza per soddisfare lo standard del test di tenuta.

Colata a gravità e in sabbia: versatilità con sezioni più spesse

La fusione per gravità in stampo permanente utilizza una semplice geometria di riempimento dal basso o di colata inclinata, mentre la fusione in sabbia offre la più ampia libertà di forma. Entrambi i processi perdonano maggiormente la fluidità inferiore, quindi A356, 356, 319 e 357 vedono il maggior utilizzo. Poiché il raffreddamento è più lento rispetto alla pressofusione, la microstruttura è più grossolana e si compensa specificando un trattamento termico anziché cercare di mantenere le proprietà del pezzo fuso.

Quali proprietà della lega sono importanti nei componenti reali

Oltre alla resistenza alla trazione, una lega da colata deve sopravvivere al processo di fusione stesso ed essere performante nell'ambiente finale. Queste sei proprietà determinano la maggior parte delle selezioni del mondo reale.

Resistenza alla fessurazione a caldo

Si formano crepe durante la solidificazione quando la lega ha un ampio intervallo di congelamento e un'alimentazione insufficiente di metallo liquido tra i dendriti. Le leghe 2xx.x ricche di rame sono i peggiori trasgressori in questo caso. L'A356 solidifica in un intervallo ristretto, il che gli conferisce una forte resistenza alle fessurazioni a caldo e spiega perché domina i getti strutturali a gravità.

Tendenza alla saldatura dello stampo

L'alluminio fuso può reagire con le superfici dello stampo in acciaio, saldandosi all'utensile. Il ferro nella lega mitiga questo fenomeno formando fasi intermetalliche ricche di ferro che riducono la bagnatura. Le leghe per pressofusione quindi specificano ferro fino all'1,3%, mentre le leghe fuse per gravità come A356 mantengono il ferro fino allo 0,20% perché non c'è uno stampo su cui saldare. Se prendi una lega fusa per gravità e provi a pressofonderla, aspettati problemi di saldatura.

Tenuta alla pressione

I corpi delle valvole idrauliche, gli alloggiamenti delle pompe e le scatole della trasmissione devono tutti affrontare requisiti di test di tenuta. L'A413 con circa il 12% di silicio ha un'eccellente tenuta alla pressione. Anche l’A356 e l’A380 si comportano bene. B390, con il 16-18% di silicio, è meno affidabile per le fusioni a tenuta di pressione perché le particelle primarie di silicio interrompono la continuità della matrice e possono creare reti di microporosità.

Resistenza alla corrosione

518 è il candidato più forte nella maggior parte degli ambienti esterni o di acqua salata tra le leghe per pressofusione, grazie al suo contenuto di magnesio pari al 7,5–8,5%. Le leghe contenenti rame come A380 e 319 si corrodono più velocemente in aria carica di sale. A356 si trova nel mezzo ed è accettabile per la maggior parte dei macchinari e delle applicazioni sotto il cofano delle automobili se viene applicata un'adeguata protezione superficiale.

Lavorabilità

A380 e 319 lavorano bene, producendo trucioli corti e rotti e offrendo una buona durata dell'utensile a velocità di taglio elevate. L'alto contenuto di magnesio del 518 produce trucioli filamentosi che possono aggrovigliarsi attorno agli utensili, quindi sono necessari inserti più affilati e geometria del rompitruciolo. Se la tua parte avrà bisogno di forature e maschiature estese, consideralo nella decisione sulla lega.

Ilrmal conductivity

Ilrmal management parts such as heat sinks and motor housings depend on how quickly heat spreads through the metal. A356 in T6 reaches roughly 151 W/(m·K) , mentre l'A380 misura circa 96 W/(m·K) . Se una parte rimuove calore da un motore elettrico o da un'elettronica di potenza, la differenza di circa 55 W/(m·K) modifica significativamente la temperatura di giunzione.

Selezione delle leghe in base all'applicazione

La selezione della lega è solitamente un'intersezione tra i requisiti strutturali e gli aspetti economici del processo di fusione. La tabella seguente mappa i componenti comuni ai gradi che i centri di fusione effettivamente eseguono per loro.

Per i gruppi propulsori e le applicazioni strutturali, i fornitori comunemente producono alloggiamenti del cambio in alluminio pressofuso in A380 o A383 perché queste leghe forniscono la rigidità e la tenuta alla pressione necessarie nel servizio di trasmissione. Quando la scatola del cambio deve resistere anche alla fatica dovuta alle vibrazioni, vale la pena prendere in considerazione l'A356 con tempra T6, anche se il tempo di ciclo è più lungo.

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Nella categoria dei motori automobilistici, parti del cilindro del motore automatico in alluminio sono solitamente specificati in A356-T6 quando l'integrità strutturale e le prestazioni di raffreddamento sono importanti, o A380 quando il volume di produzione richiede il costo per pezzo più basso possibile. B390 viene selezionato quando l'area dell'alesaggio del cilindro richiede un'elevata resistenza all'usura da scorrimento senza una camicia separata.

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Per i componenti oleodinamici, valvola idraulica in pressofusione di alluminio i corpi sono generalmente fusi in A380 perché viene lavorato in modo pulito nelle facce di tenuta piatte e mantiene la pressione senza macroporosità. Per le serie moderate con maggiore richiesta di fatica, l’A356 in T6 rimane il punto di riferimento.

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Design Considerations That Affect Alloy Choice

Il 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?

Ilre 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?

Ily 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.