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

Un dessin atterrit sur votre bureau avec un bloc de matériau qui indique uniquement « alliage d'aluminium ». Cette ligne unique peut signifier A356 pour un support structurel, A380 pour un boîtier moulé sous pression à gret volume ou B390 pour un cylindre de compresseur qui doit survivre des années de contact glissant. Choisissez la mauvaise qualité et les premiers prototypes peuvent paraître impeccables, puis des fissures apparaissent après l'usinage, des fuites lors des tests de pression font surface dans un lot de 2 000 pièces, ou des finitions anodisées apparaissent inégales et sombres.

Voici la réponse directe avant le détail. Pour le moulage sous pression à haute pression, les valeurs par défaut pratiques sont A380 et A383 , avec ADC12 comme désignation asiatique pour un alliage similaire. Pour le moulage à basse pression, par gravité et en sable, les choix standard sont A356 et 356 . Si l'usure par glissement domine la conception (chemises de cylindre, cylindres de compresseur, surfaces d'appui) B390 mérite une évaluation. Si la résistance à la corrosion et la finition esthétique l'emportent sur la résistance brute, 518 est l'alliage à tester. Le reste de cet article explique ces conclusions avec des chiffres que vous pouvez introduire dans une conversation avec un fournisseur.

Comment fonctionnent les désignations d’alliages d’aluminium moulé

Les alliages d'aluminium moulés en Amérique du Nord suivent le système à quatre chiffres de l'Aluminum Association avec un point décimal. Le premier chiffre identifie le principal élément d'alliage et ce chiffre à lui seul vous indique l'essentiel de ce que vous devez savoir sur le comportement de l'alliage dans un moule et en service.

• 1xx.x — 99,0 % ou plus d'aluminium, utilisé principalement pour les conducteurs électriques et les équipements chimiques.
• 2xx.x — le cuivre comme élément principal. Cette famille produit la résistance la plus élevée de tous les alliages d'aluminium moulés après traitement thermique, mais la résistance à la corrosion en souffre.
• 3xx.x — du silicium additionné de cuivre et/ou de magnésium. Il s’agit de la famille des bêtes de somme pour le moulage sous pression et le moulage par gravité.
• 4xx.x — le silicium comme élément principal, offrant une excellente fluidité et étanchéité à la pression pour les pièces critiques en matière de fuite.
• 5xx.x — le magnésium, offrant la meilleure résistance à la corrosion et la finition anodisée la plus homogène.
• 7xx.x — le zinc, durcissable par vieillissement avec une résistance élevée à la coulée, mais moins courant dans les travaux de fonderie commerciale.

Que signifient réellement les chiffres, les lettres et les décimales

Le deuxième chiffre indique une modification de l'alliage de base ; les deux derniers chiffres identifient l'alliage spécifique au sein de la famille. La décimale compte également : x.x est une forme de coulée, x.xx est une forme de lingot. Le préfixe de lettre, tel que le A dans A356, signifie des limites d'impuretés plus strictes que l'alliage de base sans lettre. En pratique, une spécification comme A356-T6 est une instruction complète : famille d'alliages 3xx.x, composition 356 modifiée, impuretés plus serrées et traitement thermique T6.

Désignations de tempérament expliquées brièvement

L'humeur est écrite après l'alliage, séparée par un trait d'union. T6 signifie traitement thermique de mise en solution suivi d'un vieillissement artificiel - l'état le plus souvent spécifié lorsqu'une pièce moulée structurelle doit supporter une charge. T5 signifie que la pièce est refroidie après le moulage, puis vieillie artificiellement, en sautant l'étape de mise en solution, qui est couramment utilisée pour les moulages sous pression afin d'éviter la distorsion et la formation de cloques. F signifie tel que fabriqué, c'est ainsi que la plupart des pièces moulées sous pression sont fournies. Ces distinctions affectent directement la limite d'élasticité : l'A356-T6 atteint environ Limite d'élasticité de 186 MPa , tandis que l'A356 tel que moulé se trouve autour 125 MPa .

Les alliages d'aluminium les plus courants pour le moulage

Selon le Metal Casting Institute, les alliages les plus courants pour le moulage au sable, le moulage par gravité et le moulage à basse pression sont 356 et 357 , contenant respectivement environ 6 % et 7 % de silicium. Un aperçu de la science des matériaux publié sur ScienceDirect confirme cette tendance, notant que l'A319 (Al-6Si-3Cu-1Fe-1Zn) et l'A356 (Al-7Si-0,25Cu-0,2Fe-0,4Mg) représentent la plupart des applications industrielles en coulée par gravité. Pour le moulage sous pression à haute pression, les conseils de sélection des alliages montrent que la série 3xx.x domine, suivie par les séries 4xx.x, 5xx.x et 2xx.x.

Les valeurs des propriétés ci-dessus suivent les données publiées par ASM International pour les barres d'essai coulées séparément. Considérez-les comme le point de départ de l'évaluation technique, et non comme une garantie pour une géométrie de pièce spécifique.

Comment le processus de coulée restreint le choix de l'alliage

Le processus de coulée est le premier filtre dans la sélection des alliages. Chaque processus remplit le moule différemment et l'alliage doit tolérer les conditions de remplissage.

Coulée sous pression haute pression : rapidité et parois fines

Le processus de moulage sous pression en aluminium injecte du métal en fusion dans une filière en acier trempé sous des pressions comprises entre 10 et 175 MPa. Les temps de remplissage sont mesurés en millisecondes, l'alliage doit donc être extrêmement fluide à la température de coulée. A380 et A383 sont les choix dominants car leur teneur en silicium donne la fluidité nécessaire aux parois minces et aux nervures complexes. L'A356 peut être moulé sous pression, mais sa faible teneur en silicium rend plus difficile le remplissage propre de sections minces et augmente le risque de soudure sous pression.

Coulée basse pression : remplissage propre et moins de pores

La coulée à basse pression remplit la matrice à partir d'un four situé en dessous, poussant la matière fondue vers le haut à travers un tube montant sous une pression de gaz contrôlée. Le flux est constant et laminaire par rapport à l’injection à haute pression. Les niveaux de porosité ont tendance à être plus faibles et les propriétés mécaniques sont plus reproductibles. C'est pourquoi les roues, les bras de suspension et les supports structurels sont fabriqués de cette façon. A356 en T6 est la combinaison standard pour ces composants. Lorsque la porosité est le principal motif de rejet, il convient de vérifier auprès d'un fournisseur que le moulage sous pression à basse pression peut réduire les trous de gaz suffisant pour répondre à votre norme de test d’étanchéité.

Coulée par gravité et sable : polyvalence avec des sections plus épaisses

Le moulage par gravité dans un moule permanent utilise une géométrie simple de remplissage par le bas ou d'inclinaison, tandis que le moulage au sable offre la plus grande liberté de forme. Les deux processus pardonnent mieux une faible fluidité, c'est pourquoi les A356, 356, 319 et 357 sont les plus utilisés. Étant donné que le refroidissement est plus lent que lors du moulage sous pression, la microstructure est plus grossière et vous compensez en spécifiant un traitement thermique plutôt qu'en essayant de conserver les propriétés de coulée.

Quelles propriétés d'alliage sont importantes dans les composants réels

Au-delà de la résistance à la traction, un alliage de coulée doit survivre au processus de coulée lui-même et fonctionner dans l'environnement final. Ces six propriétés déterminent la plupart des sélections du monde réel.

Résistance à la fissuration à chaud

Des fissures se forment lors de la solidification lorsque l'alliage présente une large plage de congélation et une alimentation insuffisante en métal liquide entre les dendrites. Les alliages 2xx.x riches en cuivre sont les pires contrevenants ici. L'A356 se solidifie sur une plage étroite, ce qui lui confère une forte résistance à la fissuration à chaud et explique pourquoi il domine les moulages structurels par gravité.

Tendance au soudage des matrices

L'aluminium fondu peut réagir avec les surfaces des matrices en acier et se souder à l'outillage. Le fer présent dans l'alliage atténue ce phénomène en formant des phases intermétalliques riches en fer qui réduisent le mouillage. Les alliages de moulage sous pression spécifient donc une teneur en fer jusqu'à 1,3 %, tandis que les alliages coulés par gravité comme l'A356 maintiennent la teneur en fer à 0,20 % car il n'y a pas de matrice à souder. Si vous prenez un alliage coulé par gravité et essayez de le couler sous pression, attendez-vous à des problèmes de soudure.

Étanchéité à la pression

Les corps de vannes hydrauliques, les boîtiers de pompe et les carters de transmission sont tous soumis à des exigences de test d'étanchéité. L'A413 avec environ 12 % de silicium présente une excellente étanchéité à la pression. Les A356 et A380 fonctionnent également bien. Le B390, avec 16 à 18 % de silicium, est moins fiable pour les pièces moulées étanches à la pression car les particules de silicium primaires perturbent la continuité de la matrice et peuvent créer des réseaux de microporosité.

Résistance à la corrosion

Le 518 est le meilleur candidat pour la plupart des environnements extérieurs ou d'eau salée parmi les alliages de moulage sous pression, grâce à sa teneur en magnésium de 7,5 à 8,5 %. Les alliages cuivreux comme l’A380 et le 319 se corrodent plus rapidement dans l’air chargé de sel. L'A356 se situe au milieu et est acceptable pour la plupart des applications sous le capot de machines et d'automobiles si une protection de surface appropriée est appliquée.

Usinabilité

Les A380 et 319 s'usinent bien, produisant des copeaux courts et offrant une bonne durée de vie à des vitesses de coupe élevées. La teneur élevée en magnésium du 518 produit des copeaux filandreux qui peuvent s'emmêler autour de l'outillage, des plaquettes plus tranchantes et une géométrie brise-copeaux sont donc nécessaires. Si votre pièce nécessite des perçages et des taraudages importants, tenez-en compte dans le choix de l'alliage.

Lermal conductivity

Lermal 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) , tandis que l'A380 mesure environ 96 W/(m·K) . Si une pièce élimine la chaleur d'un moteur électrique ou d'un système électronique de puissance, cette différence d'environ 55 W/(m·K) modifie considérablement la température de jonction.

Sélection d'alliages basée sur l'application

La sélection de l'alliage est généralement une intersection d'exigences structurelles et d'aspects économiques du processus de coulée. Le tableau ci-dessous mappe les composants communs aux qualités que les ateliers de moulage proposent réellement pour eux.

Pour les applications de transmission et de structure, les fournisseurs produisent généralement carters de boîte de vitesses en aluminium moulé sous pression en A380 ou A383 car ces alliages offrent la rigidité et l'étanchéité à la pression nécessaires au service de transmission. Lorsqu'un carter de boîte de vitesses doit également résister à la fatigue due aux vibrations, l'A356 avec un état T6 mérite d'être envisagé même si le temps de cycle est plus long.

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Dans la catégorie des moteurs automobiles, pièces de cylindre de moteur automatique en aluminium sont généralement spécifiés dans l'A356-T6 lorsque l'intégrité structurelle et les performances de refroidissement sont importantes, ou dans l'A380 lorsque le volume de production exige le coût par pièce le plus bas possible. Le B390 est sélectionné lorsque la zone de l'alésage du cylindre nécessite une résistance élevée à l'usure par glissement sans chemise séparée.

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Pour les composants fluidiques, valve hydraulique en aluminium moulé sous pression les corps sont généralement coulés en A380 car il s'usine proprement dans des faces d'étanchéité plates et maintient la pression sans macroporosité. Pour les séries modérées avec une demande en fatigue plus élevée, l'A356 en T6 reste la référence.

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Design Considerations That Affect Alloy Choice

Le 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?

Lere 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?

Ley 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.