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

Auf Ihrem Schreibtisch lundet eine Zeichnung mit einem Materialblock, auf dem nur „Aluminiumlegierung“ steht. Diese einzelne Zeile kann A356 für eine Strukturhalterung, A380 für ein großvolumiges Druckgussgehäuse oder B390 für einen Kompressorzylinder bedeuten, der jahrelangem Gleitkontakt stundhalten muss. Wählen Sie die falsche Sorte, sehen die ersten Prototypen möglicherweise makellos aus – dann treten nach der Bearbeitung Risse auf, Drucktestlecks treten in einer Charge von 2.000 Teilen auf oder eloxierte Oberflächen wirken fleckig und dunkel.

Hier ist die direkte Antwort vor dem Detail. Für den Druckguss gelten in der Praxis folgende Vorgaben A380 and A383 , wobei ADC12 die asiatische Bezeichnung für eine ähnliche Legierung ist. Für Niederdruck-, Schwerkraft- und Sandguss sind die Standardoptionen die folgenden A356 and 356 . Wenn Gleitverschleiß die Konstruktion dominiert – Zylinderlaufbuchsen, Kompressorzylinder, Lagerflächen – B390 verdient eine Bewertung. Wenn Korrosionsbeständigkeit und kosmetisches Finish die reine Festigkeit überwiegen, 518 ist die zu testende Legierung. Der Rest dieses Artikels erläutert diese Schlussfolgerungen anhand von Zahlen, die Sie in ein Lieferantengespräch einbringen können.

So funktionieren die Bezeichnungen für Gussaluminiumlegierungen

Aluminiumgusslegierungen in Nordamerika folgen dem vierstelligen System der Aluminium Association mit einem Dezimalpunkt. Die erste Ziffer identifiziert das Hauptlegierungselement, und allein diese Ziffer verrät Ihnen das meiste, was Sie über das Verhalten der Legierung in einer Form und im Betrieb wissen müssen.

• 1xx.x — 99,0 % oder mehr Aluminium, wird hauptsächlich für elektrische Leiter und chemische Geräte verwendet.
• 2xx.x — Kupfer als Hauptelement. Diese Familie erzeugt nach der Wärmebehandlung die höchste Festigkeit aller Aluminiumgusslegierungen, allerdings leidet die Korrosionsbeständigkeit.
• 3xx.x — Silizium mit Zusatz von Kupfer und/oder Magnesium. Dies ist die Familie der Arbeitspferde sowohl für Druckguss als auch für Schwerkraftguss.
• 4xx.x — Silizium als Hauptelement, das eine hervorragende Fließfähigkeit und Druckdichtigkeit für leckagekritische Teile bietet.
• 5xx.x — Magnesium, das die beste Korrosionsbeständigkeit und die gleichmäßigste eloxierte Oberfläche bietet.
• 7xx.x — Zink, aushärtbar mit hoher Festigkeit im Gusszustand, kommt aber bei kommerziellen Gussarbeiten seltener vor.

Was die Zahlen, Buchstaben und Dezimalstellen eigentlich bedeuten

Die zweite Ziffer gibt eine Modifikation der Grundlegierung an; Die letzten beiden Ziffern identifizieren die spezifische Legierung innerhalb der Familie. Auch die Dezimalzahl ist wichtig: x.x ist die Gussform, x.xx ist die Barrenform. Das Buchstabenpräfix, wie etwa das A in A356, bedeutet strengere Verunreinigungsgrenzwerte als die Basislegierung ohne Buchstaben. In der Praxis ist eine Spezifikation wie A356-T6 eine vollständige Anweisung: Legierungsfamilie 3xx.x, modifizierte 356-Zusammensetzung, stärkere Verunreinigungen und T6-Wärmebehandlung.

Temperamentsbezeichnungen kurz erklärt

Der Zustand wird nach der Legierung angegeben, getrennt durch einen Bindestrich. T6 bedeutet Lösungsglühen mit anschließender künstlicher Alterung – der Zustand, der am häufigsten angegeben wird, wenn ein Strukturgussstück Lasten tragen muss. T5 bedeutet, dass das Teil nach dem Gießen abgekühlt und dann künstlich gealtert wird, wobei der Lösungsschritt übersprungen wird, der üblicherweise bei Druckgussteilen verwendet wird, um Verformungen und Blasenbildung zu vermeiden. F bedeutet „as-fabrited“ (wie hergestellt), und so werden die meisten Druckgussteile geliefert. Diese Unterscheidungen wirken sich direkt auf die Streckgrenze aus: A356-T6 erreicht ungefähr 186 MPa Streckgrenze , während der A356 im Gusszustand herumsteht 125 MPa .

Die am häufigsten verwendeten Aluminiumlegierungen zum Gießen

Nach Angaben des Metal Casting Institute sind dies die gebräuchlichsten Legierungen für Sandguss, Schwerkraftguss und Niederdruckguss 356 und 357 , mit etwa 6 % bzw. 7 % Silizium. Ein auf ScienceDirect veröffentlichter Überblick über die Materialwissenschaften bestätigt das Muster und stellt fest, dass A319 (Al-6Si-3Cu-1Fe-1Zn) und A356 (Al-7Si-0,25Cu-0,2Fe-0,4Mg) die meisten industriellen Anwendungen im Schwerkraftguss ausmachen. Beim Hochdruck-Druckguss zeigt die Legierungsauswahlhilfe, dass die Serie 3xx.x dominiert, gefolgt von 4xx.x, 5xx.x und 2xx.x.

Die oben genannten Eigenschaftswerte basieren auf veröffentlichten ASM International-Daten für separat gegossene Teststäbe. Betrachten Sie sie als Ausgangspunkt für die technische Bewertung und nicht als Garantie für eine bestimmte Teilegeometrie.

Wie der Gießprozess die Legierungsauswahl einschränkt

Der Gießprozess ist der erste Filter bei der Legierungsauswahl. Bei jedem Prozess wird die Form unterschiedlich gefüllt und die Legierung muss den Füllbedingungen standhalten.

Hochdruck-Kokillenguss: Schnelligkeit und dünne Wände

Die Aluminium-Druckgussverfahren spritzt geschmolzenes Metall unter Drücken zwischen 10 und 175 MPa in eine gehärtete Stahlform. Füllzeiten werden in Millisekunden gemessen, daher muss die Legierung bei der Gießtemperatur extrem flüssig sein. A380 und A383 sind die vorherrschende Wahl, da ihr Siliziumgehalt die für dünne Wände und komplexe Rippen erforderliche Fließfähigkeit verleiht. A356 kann druckgegossen werden, aber sein geringerer Siliziumgehalt erschwert das saubere Füllen dünner Abschnitte und erhöht das Risiko von Druckverlötungen.

Niederdruckguss: saubere Füllung und weniger Poren

Beim Niederdruckgießen wird die Form aus einem darunter liegenden Ofen gefüllt und die Schmelze unter kontrolliertem Gasdruck durch ein Steigrohr nach oben gedrückt. Die Strömung ist im Vergleich zur Hochdruckinjektion gleichmäßig und laminar. Die Porosität ist tendenziell geringer und die mechanischen Eigenschaften sind reproduzierbarer – weshalb Räder, Aufhängungsarme und Strukturhalterungen auf diese Weise hergestellt werden. A356 im T6 ist die Standardkombination für diese Komponenten. Wenn Porosität der Hauptgrund für die Ablehnung ist, lohnt es sich, dies bei einem Lieferanten zu klären Niederdruck-Druckguss kann Gaslöcher reduzieren genug, um Ihren Leckteststandard zu erfüllen.

Schwerkraft- und Sandguss: Vielseitigkeit mit dickeren Abschnitten

Beim Schwerkraft-Kokillenguss wird eine einfache Bottom-Fill- oder Tilt-Pour-Geometrie verwendet, während Sandguss die größte Formfreiheit bietet. Beide Verfahren verzeihen eine geringere Fließfähigkeit besser, sodass A356, 356, 319 und 357 am häufigsten verwendet werden. Da die Abkühlung langsamer erfolgt als beim Druckguss, ist die Mikrostruktur gröber, und Sie kompensieren dies durch die Festlegung einer Wärmebehandlung, anstatt zu versuchen, die Eigenschaften im Gusszustand genau beizubehalten.

Welche Legierungseigenschaften in realen Bauteilen von Bedeutung sind

Über die Zugfestigkeit hinaus muss eine Gusslegierung den Gussprozess selbst überstehen und in der endgültigen Umgebung funktionieren. Diese sechs Eigenschaften entscheiden über die meisten Entscheidungen in der realen Welt.

Heißrissbeständigkeit

Risse bilden sich während der Erstarrung, wenn die Legierung einen großen Gefrierbereich aufweist und die Zufuhr von flüssigem Metall zwischen den Dendriten unzureichend ist. Kupferreiche 2xx.x-Legierungen sind hier die schlimmsten Übeltäter. A356 verfestigt sich in einem engen Bereich, was ihm eine starke Heißrissbeständigkeit verleiht und erklärt, warum es bei strukturellen Schwerkraftgussteilen dominiert.

Tendenz zum Chiplöten

Geschmolzenes Aluminium kann mit Stahlwerkzeugoberflächen reagieren und sich mit dem Werkzeug verschweißen. Eisen in der Legierung mildert dies, indem es eisenreiche intermetallische Phasen bildet, die die Benetzung verringern. Druckgusslegierungen geben daher einen Eisengehalt von bis zu 1,3 % an, während Schwerkraftgusslegierungen wie A356 den Eisengehalt auf 0,20 % beschränken, da keine Matrize zum Löten vorhanden ist. Wenn Sie eine im Schwerkraftgussverfahren hergestellte Legierung nehmen und versuchen, sie im Druckgussverfahren herzustellen, müssen Sie mit Lötproblemen rechnen.

Druckdichtigkeit

Hydraulikventilkörper, Pumpengehäuse und Getriebegehäuse müssen alle einer Dichtheitsprüfung unterzogen werden. A413 mit ca. 12 % Silizium weist eine hervorragende Druckdichtigkeit auf. A356 und A380 schneiden ebenfalls gut ab. B390 mit 16–18 % Silizium ist für druckdichte Gussteile weniger zuverlässig, da die primären Siliziumpartikel die Kontinuität der Matrix stören und Mikroporositätsnetzwerke erzeugen können.

Korrosionsbeständigkeit

Aufgrund seines Magnesiumgehalts von 7,5–8,5 % ist 518 unter den Druckgusslegierungen der stärkste Kandidat für die meisten Außen- oder Salzwasserumgebungen. Kupferhaltige Legierungen wie A380 und 319 korrodieren in salzhaltiger Luft schneller. A356 liegt in der Mitte und ist für die meisten Maschinen- und Automobilanwendungen unter der Motorhaube geeignet, wenn ein ordnungsgemäßer Oberflächenschutz angewendet wird.

Bearbeitbarkeit

A380 und 319 lassen sich gut bearbeiten, erzeugen kurze Bruchspäne und sorgen für eine gute Standzeit bei hohen Schnittgeschwindigkeiten. Der hohe Magnesiumgehalt von 518 erzeugt faserige Späne, die sich im Werkzeug verfangen können. Daher sind schärfere Wendeschneidplatten und eine Spanbrechergeometrie erforderlich. Wenn für Ihr Teil umfangreiche Bohr- und Gewindeschneidarbeiten erforderlich sind, berücksichtigen Sie dies bei der Legierungsentscheidung.

Diermal conductivity

Diermal 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) , während der A380 etwa misst 96 W/(m·K) . Wenn ein Teil einem Elektromotor oder einer Leistungselektronik Wärme entzieht, verändert dieser Unterschied von etwa 55 W/(m·K) die Sperrschichttemperatur erheblich.

Anwendungsorientierte Legierungsauswahl

Die Legierungsauswahl ist in der Regel eine Schnittstelle zwischen strukturellen Anforderungen und der Wirtschaftlichkeit des Gießprozesses. Die folgende Tabelle ordnet gängige Komponenten den Qualitäten zu, die Gießereien tatsächlich für sie verwenden.

Für Antriebsstrang- und Strukturanwendungen produzieren Zulieferer üblicherweise Getriebegehäuse aus Aluminiumdruckguss in A380 oder A383, da diese Legierungen die Steifigkeit und Druckfestigkeit bieten, die im Getriebebetrieb erforderlich sind. Wenn ein Getriebegehäuse auch Vibrationsermüdung überstehen muss, ist A356 mit T6-Vergütung eine Überlegung wert, auch wenn die Zykluszeit länger ist.

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In der Kategorie Automobilmotoren Zylinderteile für Automotoren aus Aluminium werden normalerweise in A356-T6 spezifiziert, wenn strukturelle Integrität und Kühlleistung wichtig sind, oder in A380, wenn das Produktionsvolumen die geringstmöglichen Kosten pro Stück erfordert. B390 wird ausgewählt, wenn der Zylinderbohrungsbereich ohne separate Laufbuchse eine hohe Beständigkeit gegen Gleitverschleiß erfordert.

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Für Fluidtechnik-Komponenten Hydraulikventil aus Aluminiumdruckguss Körper werden typischerweise aus A380 gegossen, da es sich sauber zu flachen Dichtflächen verarbeiten lässt und dem Druck ohne Makroporosität standhält. Für moderate Serien mit höherem Ermüdungsbedarf bleibt der A356 in T6 der Maßstab.

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Design Considerations That Affect Alloy Choice

Die 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?

Diere 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?

Diey 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.