Tabla Comparativa de Aleaciones de Aluminio para Fundición: A356 vs 380 vs 413

Por qué comparar aleaciones de aluminio para fundición

La selección de la aleación de aluminio es una de las decisiones más críticas en cualquier proyecto de fundición. Una elección incorrecta puede resultar en piezas con porosidad excesiva, propiedades mecánicas insuficientes, problemas de llenado del molde o costos de producción innecesariamente elevados. En la industria automotriz, aeroespacial y de manufactura general, la diferencia entre una aleación A356 y una 380 no es simplemente una cuestión de composición química: implica diferencias fundamentales en el proceso de fundición requerido, los tratamientos térmicos aplicables, las propiedades mecánicas resultantes y el costo final de la pieza.

Esta guía comparativa está diseñada para ingenieros de fundición, gerentes de compras y diseñadores de producto que necesitan tomar decisiones informadas sobre aleaciones de aluminio. Presentamos datos técnicos reales, verificados contra las normas ASTM B108, ASTM B85 y EN 1706, para las siete aleaciones más utilizadas en fundición de aluminio a nivel mundial.

Tabla comparativa de composición química y propiedades

La siguiente tabla resume la composición química nominal, las propiedades mecánicas típicas y la aplicación primaria de cada aleación. Los valores de resistencia corresponden a la condición más común de cada aleación: T6 para las aleaciones tratables térmicamente (A356, A357) y condición F (as-cast) para las aleaciones de inyección (380, A383, 413).

Visualización radar de propiedades clave

La comparación numérica en tabla es útil para valores exactos, pero un gráfico radar permite visualizar rápidamente el perfil de cada aleación en múltiples dimensiones simultáneamente. El siguiente diagrama compara las siete aleaciones en cinco ejes: resistencia mecánica, elongación, colabilidad, soldabilidad y resistencia a la corrosión.

Comparación por barras de propiedades individuales

Para analizar una propiedad específica de forma aislada, las barras comparativas ofrecen una lectura más directa. Seleccione la propiedad de interes para ver como se posiciona cada aleación.

Compatibilidad con procesos de fundición

No todas las aleaciones son adecuadas para todos los procesos de fundición. La compatibilidad entre aleación y proceso es crítica: una aleación optimizada para inyección a presión puede dar resultados mediocres en fundición por gravedad, y viceversa. Los factores determinantes incluyen el rango de solidificación, la fluidez del metal líquido, la tendencia a la contracción y la susceptibilidad al agrietamiento en caliente.

Fundición por gravedad (molde permanente y arena)

La fundición por gravedad se caracteriza por velocidades de llenado moderadas y tiempos de solidificación más largos que la inyección. Esto requiere aleaciones con buena alimentación y baja tendencia a la microporosidad por contracción. Las aleaciones del sistema Al-Si-Mg son las preferidas.

• A356.0: La aleación de referencia para fundición por gravedad. Su rango de solidificación corto (aproximadamente 60 grados C entre liquidus y solidus) minimiza la porosidad. El contenido de silicio del 7% proporciona buena fluidez sin fragilizar la pieza. Responde excelentemente al tratamiento T6.
• A357.0: Versión de mayor resistencia que la A356, con contenido de magnesio más alto (0.45-0.70% vs 0.25-0.45%). Requiere control más estricto de la desgasificación y la velocidad de solidificación. Se justifica en aplicaciones donde se necesita resistencia a la tracción superior a 290 MPa.
• 319.0: Aleación Al-Si-Cu con buena colabilidad y excelente maquinabilidad. El cobre mejora la resistencia pero reduce la resistencia a la corrosión. Ideal para bloques de motor y componentes de transmisión donde la maquinabilidad es prioritaria.

Fundición a presión (inyección / die casting)

La fundición a presión inyecta metal a velocidades de compuerta de 30-60 m/s y presiones de 50-120 MPa. Estas condiciones extremas requieren aleaciones con excelente fluidez, baja tendencia al pegado al molde (die soldering) y tolerancia a contenidos de hierro más altos. El hierro, que es perjudicial en fundición por gravedad, se agrega deliberadamente en aleaciones de inyección (hasta 1.3%) para prevenir el pegado del aluminio al acero del molde.

• 380.0: La aleación de inyección más utilizada en el mundo. Representa aproximadamente el 85% de la producción de fundición a presión en Norteamérica. La combinación de Si (8.5%) y Cu (3.5%) proporciona excelente fluidez y buena resistencia. Su contenido de hierro permitido (1.3%) la hace tolerante al proceso.
• A383.0: Similar a la 380 pero con mayor contenido de silicio (10.5%) y menor cobre (2.5%). Ofrece mejor resistencia al agrietamiento en caliente y superior fluidez, lo que la hace preferida para piezas de pared delgada y geometrías complejas.
• 413.0: Aleación eutéctica (12% Si) con la mejor fluidez de todas las aleaciones comerciales. Su punto de solidificación único (vs. un rango) minimiza la porosidad por contracción. Ideal para piezas estancas y aplicaciones hidráulicas.

Squeeze casting y mega casting

El squeeze casting combina la presión de la inyección con velocidades de llenado lentas, produciendo piezas con densidad cercana al 100% y propiedades mecánicas superiores a cualquier otro proceso de fundición. Las mega-celdas de inyección (6,000-9,000 toneladas de fuerza de cierre) utilizan una nueva generación de aleaciones diseñadas específicamente para estructuras automotrices de gran tamaño.

• AlSi10MnMg (Silafont-36, Castasil-37, Aural-2): Familia de aleaciones desarrolladas para mega casting estructural. Su contenido ultra-bajo de hierro (max 0.15%) y ausencia de cobre permiten elongación excepcional (hasta 15% en condición F) sin necesidad de tratamiento térmico. Tesla, Volvo y otras OEMs las utilizan para piezas estructurales de carroceria fundidas en una sola operación.
• A356 / A357 en squeeze casting: Estas aleaciones clásicas alcanzan propiedades mecánicas un 15-25% superiores cuando se procesan por squeeze casting en comparación con la gravedad, gracias a la eliminación casi total de la porosidad.

Cómo interpretar la tabla comparativa

Entender que significa cada columna de la tabla es esencial para tomar decisiones correctas. A continuación explicamos cada propiedad y su relevancia práctica.

Silicio (Si %)

El silicio es el elemento de aleación principal en todas las aleaciones de fundición de aluminio. Mejora la fluidez del metal líquido, reduce la contracción de solidificación y aumenta la resistencia al desgaste. El punto eutéctico del sistema Al-Si está en aproximadamente 12.6% Si (aleación 413 está cerca de este punto). Las aleaciones hipoeutecticas (< 12.6% Si, como A356 con 7% y 380 con 8.5%) solidifican con una estructura de dendritas de aluminio primario rodeadas de eutéctico Al-Si. Las aleaciones cercanas al eutéctico (413, A383) solidifican con un rango más estrecho, lo que mejora la alimentación y reduce la porosidad.

Cobre (Cu %)

El cobre aumenta significativamente la resistencia mecánica y la dureza, especialmente después de tratamiento térmico. También mejora la maquinabilidad al producir virutas más cortas y frágiles. Sin embargo, el cobre reduce drásticamente la resistencia a la corrosión: las aleaciones con Cu > 1% (380, 319) no son adecuadas para aplicaciones en ambientes marinos o con exposición a la intemperie prolongada sin recubrimiento protector. Las aleaciones libres de cobre (A356, AlSi10MnMg) ofrecen mucho mejor resistencia a la corrosión y son preferidas para piezas estructurales de carroceria automotriz.

Magnesio (Mg %)

El magnesio es el elemento que habilita el endurecimiento por precipitación (tratamiento T6) en aleaciones Al-Si. Durante el tratamiento térmico, el Mg forma precipitados de Mg2Si que bloquean el movimiento de dislocaciones, incrementando la resistencia a la tracción y el límite elástico. Un contenido de 0.30-0.45% Mg (como en A356) es óptimo para un buen balance entre resistencia y ductilidad. Contenidos mayores (A357 con 0.45-0.70%) dan mayor resistencia pero menor elongación. En las aleaciones de inyección (380, 413), el Mg se mantiene bajo (< 0.10%) porque el tratamiento T6 no es viable en piezas de inyección convencional debido a la formación de ampollas por gas atrapado.

Resistencia a la tracción y elongación

La resistencia a la tracción (UTS) indica la carga máxima que soporta el material antes de fracturarse. La elongación indica la capacidad de deformación plástica antes de la fractura. Para piezas estructurales de seguridad (soportes de motor, componentes de suspensión, nodos de carrocería), la elongación es tan importante o más que la resistencia: una pieza con alta resistencia pero baja elongación fracturará de forma frágil y catastrófica. Las especificaciones automotrices modernas típicamente exigen un mínimo de 7% de elongación para componentes estructurales, lo que descarta las aleaciones con alto cobre (380, 319) en favor de A356-T6 o AlSi10MnMg.

Colabilidad

La colabilidad es una medida cualitativa de la facilidad con que la aleación llena el molde completamente sin defectos. Depende de la fluidez (capacidad del metal líquido de fluir por canales estrechos), el rango de solidificación (diferencia entre liquidus y solidus) y la tendencia a la contracción. Las aleaciones cercanas al eutéctico (413, A383) tienen la mejor colabilidad. La A356 tiene buena colabilidad pero requiere sistemas de alimentación más generosos que las aleaciones de inyección.

Preguntas frecuentes

Puedo usar aleación 380 para piezas estructurales de seguridad?

Generalmente no se recomienda. La aleación 380 tiene buena resistencia a la tracción (317 MPa), pero su elongación es limitada (3.5%) y su alto contenido de hierro genera fases frágiles que actúan como puntos de inicio de grietas bajo carga ciclica. Además, su contenido de cobre la hace susceptible a la corrosión intergranular. Para piezas estructurales de seguridad (soportes, nodos, barras de impacto), las OEMs automotrices especifican aleaciones como AlSi10MnMg o A356/A357, que ofrecen elongación superior al 5% y mejor resistencia a la fatiga.

Cuál es la diferencia práctica entre A356 y A357?

Ambas aleaciones tienen la misma base de composición (Al-7Si) y son tratables térmicamente a T6. La diferencia principal es el contenido de magnesio: A357 tiene 0.45-0.70% Mg vs. 0.25-0.45% de la A356. Esto le da a la A357 aproximadamente 15-20% mayor resistencia a la tracción y límite elástico después de T6, pero con una reducción en elongación (3% vs. 5%). La A357 también es más sensible a la velocidad de solidificación y requiere un control más estricto de la desgasificación (los niveles de hidrógeno deben estar por debajo de 0.10 mL/100g). Se justifica solo cuando las especificaciones mecánicas no pueden alcanzarse con A356-T6.

Qué es AlSi10MnMg y por qué se usa en mega casting?

AlSi10MnMg es una familia de aleaciones (marcas comerciales: Silafont-36 de Rheinfelden, Castasil-37, Aural-2 de Rio Tinto) diseñada específicamente para fundición a presión estructural. Sus características clave son: contenido de hierro ultra-bajo (< 0.15%) que elimina las fases beta frágiles; ausencia de cobre que mejora la resistencia a la corrosión y la soldabilidad; y un balance de Si-Mg que proporciona alta elongación (8-15%) en condición F (as-cast) sin necesidad de tratamiento térmico T6. Esto último es crítico para mega casting: las piezas de 1-1.5 metros de largo sufrirían distorsión dimensional inaceptable durante el temple del T6. Tesla popularizó este enfoque con las piezas traseras del Model Y fundidas en celdas de 6,000 toneladas.

¿Qué aleación tiene mejor maquinabilidad?

La aleación 319 es la de mejor maquinabilidad entre las aleaciones de fundición, gracias a su contenido de cobre (3-4%) que produce virutas cortas y frágiles. La 380 también ofrece buena maquinabilidad por la misma razón. En contraste, las aleaciones sin cobre (A356, AlSi10MnMg) producen virutas más largas y continuas que pueden enredarse en la herramienta. Para mejorar la maquinabilidad de A356, algunos fundidores agregan pequeñas cantidades de estaño (0.05-0.10%) o bismuto. La selección de herramientas de corte con diamante policristalino (PCD) es estándar para todas las aleaciones de aluminio de fundición.