Алуминиум или челик - кој е најдобар за вашиот следен проект? Изборот помеѓу овие метали може да биде незгоден, бидејќи обајцата имаат уникатни јаки страни. Секоја нуди придобивки во индустријата, од градежништво и автомобилска до електроника и воздушна вселена.
Во овој пост, ќе ги истражиме клучните разлики помеѓу алуминиумот и челикот, фокусирајќи се на јачината, тежината, отпорноста на корозијата и цената. Разбирањето на овие фактори ќе ви помогне да направите информиран избор за вашата специфична апликација.
Својства на алуминиум
Алуминиумот е лесен метал познат по своите уникатни својства. Се состои од едноставен хемиски состав, со кристална структура која придонесува за неговите различни карактеристики.
Физички својства
Лесен : Алуминиумот има мала густина, што го прави полесен од многу други метали, вклучително и челик.
Отпорност на корозија : формира тенок, заштитен оксид слој кога е изложен на воздух, обезбедувајќи одлична отпорност на корозија.
Термичка и електрична спроводливост : Алуминиумот е добар спроводник на топлина и електрична енергија, надминат само со бакар меѓу вообичаените метали.
Поддржливост и еластичност : Таа е многу податлива и еластична, дозволувајќи му да се обликува лесно во различни форми без да се крши.
Механички својства
Сооднос на јачина до тежина : И покрај тоа што се лесни, алуминиумските легури можат да понудат сооднос со голема јачина до тежина, што ги прави погодни за апликации каде што е клучно намалувањето на јачината и тежината.
Еластичност : Алуминиумот покажува добра еластичност, што значи дека може да издржи стрес и да се врати во првобитната форма кога се отстранува стресот.
Отпорност на замор : Поседува одлична отпорност на замор, овозможувајќи му да издржи повторено циклично оптеретување без неуспех.
Својства на челик
Челикот е легура на железо-јаглерод што се користи со векови заради неговите уникатни својства. Неговиот хемиски состав и структурата се разликуваат во зависност од видот на челикот, кој вклучува јаглероден челик, не'рѓосувачки челик и легура челик.
Хемиски состав и структура
Легури на железо-јаглерод : челикот првенствено е составен од железо и јаглерод, со содржина на јаглерод од 0,2% до 2,1% по тежина.
Различни видови челик :
Јаглероден челик: Содржи јаглерод како главен елемент за лекување, обезбедувајќи јачина и цврстина.
Не'рѓосувачки челик: Вклучува минимум 10,5% хром, кој формира заштитен оксид слој, подобрување на отпорност на корозија.
Алуминиумски челик: Вклучува други елементи како манган, никел или волфрам за подобрување на специфичните својства.
Физички својства
Густина и тежина : Челикот има голема густина, што го прави потежок од алуминиум и многу други метали.
Термичка и електрична спроводливост : Има помала термичка и електрична спроводливост во споредба со алуминиум.
Магнетни својства : Повеќето челици се магнетни, што може да биде поволно во одредени апликации.
Механички својства
Висока затегнување и јачина на компресија : Челикот нуди одлична затегнување и компресивна јачина, што го прави погоден за апликации што носат оптоварување.
Цврстина и издржливост : Познато е по својата цврстина и издржливост, издржувајќи го абењето и солза во околината.
Дуктивност и податливост : Челикот покажува добра еластичност и податливост, дозволувајќи му да се формира во различни форми без да се крши.
| својство на | јаглероден челик | од не'рѓосувачки челик | челик |
| Содржина на јаглерод | 0,2% - 2,1% | 0,08% - 0,2% | Варира |
| Отпорност на корозија | Ниско | Високо | Умерено |
| Магнетни својства | Да | Некои оценки | Да |
| Јачина на затегнување (МПА) | 400 - 1000 | 480 - 2000 година | 800 - 2000 година |
Споредба на сила
Кога се споредуваат алуминиум и челик, клучно е да се земат предвид нивните својства на силата. Овој дел ќе разговара за јачината на затегнување, јачината на компресијата и јачината на приносот, како и за нивното влијание врз разни апликации.
Сила на затегнување
Дефиниција : Јачината на затегнување е максималниот стрес што материјалот може да го издржи пред да се пробие кога ќе се раздели.
Важноста : Тоа е клучен фактор за утврдување на соодветноста на материјалот за апликации кои вклучуваат напнатост или влечење сили.
Споредба : Челикот генерално има поголема јачина на затегнување од алуминиум. Структурниот челик може да има јаки на затегнување од 400 до 500 MPa, додека алуминиумските легури обично имаат јаки на затегнување околу 90 MPa.
Компресивна јачина
Дефиниција : Компресивната јачина е максималниот стрес што материјалот може да го издржи пред да се деформира или да се крши кога се компресира.
Важност : Од суштинско значење е за апликации каде материјалите се подложени на компресивни оптоварувања, како што се во темелите или структурите за поддршка.
Споредба : Челикот исто така го надминува алуминиумот во однос на јачината на компресијата. Челичните структури можат да носат поголеми компресивни оптоварувања без значителна деформација или неуспех во споредба со алуминиумските структури.
Принос на јачина на
Дефиниција : Јачината на приносот е стресот со кој материјалот почнува да го деформира пластично и трајно.
Важноста : Го одредува максималното оптоварување што материјалот може да го издржи пред да претрпи постојана деформација.
Споредба : Челикот има поголема јачина на принос од алуминиум. Структурниот челик обично има јачина на принос околу 250 MPa, додека алуминиумските легури имаат јаки на принос околу 40 MPa.
| својство | на челик | алуминиум |
| Јачина на затегнување (МПА) | 400 - 500 | ~ 90 |
| Компресивна јачина | Повисоко | Пониско |
| Јачина на принос (МПА) | 250 фунти | 40 ~ |
Споредба на тежината
При изборот помеѓу алуминиум и челик за разни апликации, тежината е клучен фактор што треба да се разгледа. Овој дел ќе ги спореди разликите во густината и тежината помеѓу овие два метали, како и нивните стапки на сила до тежина и важноста на тежината во различни индустрии.
Густина на алуминиум и челик
Алуминиум : Има густина од 2,7 g/cm⊃3 ;, што го прави еден од најлесните структурни метали.
Челик : Има многу поголема густина, која се движи од 7,75 до 8,05 g/cm⊃3 ;, во зависност од специфичната легура.
Разлики во тежината во еднакви количини
За структурите со ист волумен, алуминиумот ќе тежи приближно една третина од еквивалентната челична структура. Ова значи дека во апликации како големи рамки или панели, алуминиумот ја намалува целокупната тежина, поедноставување на ракување, транспорт и инсталација.
Споредба на односот на јачина до тежина
Иако челикот е генерално посилен, високиот сооднос на јачина на тежина на алуминиум го прави привлечна алтернатива во многу апликации. Овој сооднос им овозможува на алуминиумот да обезбеди соодветна јачина на дел од тежината, што го прави погоден за употреба во лесни, но сепак издржливи дизајни.
| Имот | алуминиум | челик |
| Густина | 2,7 g/cm³ | 7,75 - 8,05 g/cm³ |
| Тежина (еднаков волумен) | Светлина | Тежок |
| Сила до тежина | Високо | Умерено |
Отпорност на корозија
Корозијата е деструктивен процес што може значително да влијае на перформансите и долговечноста на металите. Овој дел ќе ги истражи својствата на отпорност на корозија на алуминиум и челик, како и нивните перформанси во различни средини.
Природна отпорност на корозија на алуминиум
Алуминиумот се издвојува за својата одлична отпорност на корозија како резултат на природен оксиден слој формиран при изложеност на воздух. Овој слој делува како заштитен штит, спречувајќи понатамошна оксидација. Како резултат, алуминиумот се одвива добро во разни околини, вклучително и влажни или надворешни поставки, што го прави идеален за апликации за кои е потребна долготрајна издржливост без дополнителни облоги.
Отпорност на корозија на челик
Отпорноста на корозија на челик варира во голема мерка врз основа на неговиот состав. Јаглеродниот челик е многу подложен на 'рѓа и обично бара заштитни облоги за да се спречи брза деградација. Спротивно на тоа, не'рѓосувачки челик содржи хром, што му овозможува да формира стабилен оксид слој сличен на алуминиумот, нудејќи засилен отпор во корозивни средини. Другите челици на легура исто така ја подобруваат отпорноста на корозијата, но честопати со поголема цена.
| челик | од алуминиум | јаглероден челик | Не'рѓосувачки |
| Отпорност на природна корозија | Високо | Ниско | Високо |
| Заштитен слој | Алуминиум оксид | Бара облога | Хром оксид |
| Вообичаени апликации | Структури на отворено | Структурен челик | Морски, медицински |
Термички и електрични својства
Термичка спроводливост
Дефиниција и важност : Топлинската спроводливост е мерка на способноста на материјалот да спроведе топлина. Тоа е од суштинско значење за апликации каде е потребно пренесување или дисипација на топлина.
Споредба : Алуминиумот има поголема термичка спроводливост од челикот. Може да спроведе топлина околу три пати подобро од челик, што го прави одличен избор за апликации за кои е потребен ефикасен пренос на топлина.
Апликации : Високата термичка спроводливост на алуминиумот го прави идеален за употреба во разменувачи на топлина, радијатори и системи за ладење. Исто така, се користи во прибор за готвење и електроника заради неговата способност рамномерно дистрибуција на топлина.
Електрична спроводливост
Дефиниција и важност : Електричната спроводливост е мерка на способноста на материјалот да спроведува електрична енергија. Клучно е за апликациите кои вклучуваат проток на електрична струја.
Споредба : Алуминиумот е одличен електричен диригент, со спроводливост околу 60% од бакарот, најпроводниот метал. Челикот, од друга страна, има многу помала електрична спроводливост, што го прави лош избор за електрични апликации.
Апликации : Високата електрична спроводливост на алуминиумот го прави погоден за употреба во електрични преносни линии, жици и електрични компоненти. Неговата лесна и отпорност на корозија, исто така, го прави претпочитан избор за надземни електрични линии.
| својство | алуминиум | челик |
| Термичка спроводливост (w/mk) | 205 | 50 |
| Електрична спроводливост (% IACS) | 61 | 3-15 |
*IACS: Меѓународен стандард за бакар Annealed
Измислица и обработка
Карактеристики на измислица и обработка, како што се машинска обработка, заварување и формабилност, влијаат како се користат алуминиум и челик низ индустријата. Еве одблизу на тоа како секој метал настапува во овие области.
Машинска реалност
Алуминиумот е генерално полесен за машина од челикот заради неговата помека природа и долната точка на топење. Оваа леснотија на обработка го прави алуминиумот погоден за сложени форми и прецизни компоненти, со помалку абење на алатки во споредба со челикот.
Заварување
И алуминиумот и челикот се заваруваат, но тие претставуваат различни предизвици. Челикот, особено јаглеродниот челик, е полесен за заварување заради неговата поголема точка на топење и стабилен оксид слој. Сепак, алуминиумот има пониска точка на топење и умен оксиден слој за кој се потребни посебни техники.
Предизвици и техники : Алуминиумското заварување честопати бара специјализирани методи, како што е заварувањето TIG или MIG, а понекогаш и контролирана околина за да се избегне оксидација. Заварувањето на челик, особено не'рѓосувачки челик, има придобивки од поширок спектар на техники како што е заварувањето со лак, што е поедноставно за многу апликации.
Формалност
Алуминиумот е повеќе податлив од челик, што овозможува лесно да се формира во различни форми без да пука. Челикот, иако е поцврст, сè уште може да се формира ефикасно, иако може да бара повисоки температури или сила.
| Имот | алуминиум | челик |
| Машинска реалност | Високо | Умерено |
| Заварување | Умерено | Високо |
| Формалност | Високо | Умерено до високо |
| Соодветни процеси | Екструзија, тркалање, фалсификување | Тркалање, фалсификување |
Споредба на трошоците
Трошоци за суровина
Фактори кои влијаат врз цените : Трошоците за суровини за алуминиум и челик зависат од трошоците за глобална понуда, побарувачка и екстракција. Алуминиумот, добиен од боксит, често има повисоки трошоци за екстракција како резултат на неговиот енергетски интензивен процес на рафинирање. Челикот, изворен пред се од железо, е генерално поевтин.
Трендови на цени : Историски гледано, челикот е подостапен по фунта од алуминиум. Додека флуктуациите на пазарот влијаат и на металите, цените на алуминиумот имаат тенденција да бидат понестабилни, делумно како резултат на трошоците за енергија во производството.
Трошоци за обработка и измислица
Барања за енергија : Производството на алуминиум е енергетско интензивно, што бара значително поголема електрична енергија од челикот. Овој висок услов за енергија ги зголемува трошоците за производство, особено во регионите со скапи извори на енергија.
Трошоци за работна сила и опрема : Трошоците за изработка се разликуваат. Машината на алуминиумот може да ги намали трошоците за работна сила и опрема за сложени дизајни, додека построгиот состав на челик може да ги зголеми трошоците за абење на алатки и трошоците за работна сила, особено во сложената обработка.
Влијание на сложеноста : Леснотијата на формирање и обработка на алуминиум може да ги намали трошоците за обработка на сложени форми, додека издржливоста на челикот може да бара специјализирана опрема, зголемувајќи ги вкупните трошоци.
Трошоци за животниот циклус
Почетна инвестиција наспроти одржување : Иако алуминиумот често има поголема цена однапред, неговата отпорност на корозија ги намалува трошоците за одржување и замена со текот на времето. На челикот, особено јаглеродниот челик, можеби ќе треба заштитни облоги и редовно одржување, додавајќи на долгорочни трошоци.
Издржливост и вредност на животниот циклус : Отпорноста на алуминиум кон 'рѓа му дава пониска цена на животниот циклус во корозивни средини, додека јачината на челикот нуди подолг животен век во апликациите со висок стрес.
Влијание на животната средина
Потрошувачка на енергија за време на производството
Барања за енергија : Производството на алуминиум е многу енергетско интензивно, пред се заради процесот на вадење алуминиум од руда од боксит, за што е потребна значителна електрична енергија. Спротивно на тоа, производството на челик, иако енергетско барање, генерално троши помалку енергија од алуминиумот на основа на тон.
Напори за намалување на употребата на енергија : И двете индустрии активно работат на намалување на нивните отпадоци од јаглерод. Производителите на алуминиум инвестираат во обновливи извори на енергија, додека производителите на челик истражуваат процеси како производство на водород за да се намалат емисиите на јаглерод и да се намали потпирањето на јагленот.
Рециклибилност
Рециклибилноста на двата метали : алуминиумот и челикот се многу рециклирани. Алуминиумот може да се рециклира постојано без да се изгуби квалитетот, што го прави одржлив избор. Челикот е најрециклиран материјал ширум светот, особено корисен во градежништвото.
Заштеда на енергија и придобивки од животната средина : Рециклирање на алуминиум заштедува до 95% од потребната енергија за ново производство, додека рециклирање на челик заштедува околу 60-70%. Овие заштеди во голема мерка ги намалуваат емисиите и ги зачувуваат природните ресурси.
Стапки на рециклирање и идни цели : Тековните стапки на рециклирање се високи, со челик над 85% и алуминиум на над 65%. Целите во индустријата имаат за цел да ги поттикнат овие стапки уште повисоки, при што напредните технологии се фокусираат на зголемување на ефикасноста на рециклирање и намалување на отпадот.
| фактор на животната средина | Алуминиумски | челик |
| Потрошувачка на енергија | Високо | Умерено |
| Рециклирање на заштеда на енергија | До 95% | 60-70% |
| Тековни стапки на рециклирање | ~ 65% | > 85% |
Апликации од алуминиум и челик
Алуминиум и челик имаат различни својства што ги прават погодни за разни апликации низ повеќе индустрии. Еве преглед на тоа каде најчесто се користат овие метали.
Изградба и инфраструктура
Структурни компоненти : Високата јачина на челик го прави врвен избор за структурни компоненти како греди, колони и засилувања во мостови и згради.
Архитектонски елементи : Алуминиум, со својата отпорност на корозија и лесна, е идеален за архитектонски елементи како обложување, покрив и рамки за прозорци, додавајќи издржливост и естетска привлечност.
Транспорт
Автомобилска индустрија : Алуминиумот е широко користен во панелите на каросеријата на автомобили, рамки и компоненти на моторот за да се намали тежината на возилото и да се подобри ефикасноста на горивото, додека челикот останува неопходен за трајни рамки и структури на подвозје.
Воздухопловна индустрија : Алуминиумската лесна природа го прави неопходно за воздушните рамки и структурите на вселенските летала, додека челикот се користи во делови со висок стрес на кои им е потребна јачина и отпорност на топлина.
Морски апликации : Отпорноста на алуминиум на корозија на солена вода го прави совршен за трупови, надградби и морски фитинзи, обезбедувајќи долговечност во груби околини.
Пакување
Контејнери за храна и пијалоци : Алуминиумот најчесто се користи во лименки заради неговата отпорност на корозија и можноста за заштита на содржината.
Фолија и завиткување : Алуминиумската фолија служи како лесен, флексибилен и безбеден материјал за пакување, идеален за зачувување на храна.
Електроника и уреди
Оплози и куќишта : Алуминиумските не-магнетни и спроводливи својства го прават погоден за електронски куќишта и куќишта.
Топлински тоне и проводници : Поради неговата висока термичка спроводливост, алуминиумот се претпочита за тонестиот тоне во електрониката и уредите за ефикасно да се расипе топлината.
Други апликации
Медицински уреди : Отпорноста на корозија на алуминиум и лесната природа се поволни за преносна медицинска опрема, додека не'рѓосувачки челик се користи во хируршки алатки.
Спортска опрема : Алуминиумот и челикот се користат во спортска опрема, со алуминиум во рамки за велосипеди и челик во трајни тежини.
Индустриска машинерија : Јачината и издржливоста на челикот го прават главен за индустриска машинерија, особено во делови за кои е потребна голема отпорност на абење.
| Апликација | Алуминиум | челик |
| Изградба | Обложување, покрив, рамки за прозорци | Греди, колони, засилување |
| Автомобилство | Панели за каросерија, тркала, компоненти на моторот | Панели за тело, рамки, мотори |
| Воздухопловна | Компоненти на воздушната рамка, структурите на вселенското летало | Опрема за слетување, компоненти со висок стрес |
| Пакување | Конзерви за пијалоци, фолија, завиткајте | Контејнери за храна (лименки за лимени) |
| Електроника | Оплози, топлински мијалници | Трансформатори, мотори |
Резиме и конечни размислувања
Во споредување на алуминиум и челик, секој метал има уникатни јаки страни. Супериорната јачина на затегнување на челик одговара на тешки апликации, додека односот на јачина на тежина на алуминиум има придобивки од лесни дизајни.
Алуминиумот е полесен и поскап првично, но може да ги намали долгорочните трошоци како резултат на отпорност на корозија. Челикот, иако поевтин, може да претрпи поголемо одржување.
Еколошки, и двата метали се рециклираат, но алуминиумот заштедува повеќе енергија кога се рециклира, поддржува одржливост.
Во апликациите, алуминиумот се одликува со воздушна, електроника и морска употреба, додека издржливоста на челикот одговара на градежни и индустриски машини. Изборот на вистинскиот метал зависи од специфичните потреби на проектот.
Референтни извори
Челик
Алуминиум
Алуминиумски притисок умира кастинг
Алуминиум против челик
Најчесто поставувани прашања
П: Кои се главните предности на алуминиумот над челикот?
О: Алуминиумот е полесен, повеќе отпорен на корозија и има повисок однос на јачина на тежина во однос на челикот. Исто така, има подобра термичка и електрична спроводливост.
П: Во кои апликации се претпочита челик над алуминиум?
О: Челикот е најпосакуван во апликации за кои е потребна голема јачина, како што се градежништвото, тешката машинерија и автомобилските компоненти. Исто така е поекономично од алуминиумот.
П: Може ли алуминиумот и челикот да се користат заедно во истата апликација?
О: Да, алуминиумот и челикот можат да се користат заедно во апликации каде нивните уникатни својства се надополнуваат едни со други, како на пример во автомобилската и воздушната индустрија.
П: Како се споредува цената на алуминиумот со челикот?
О: Алуминиумот е генерално поскап од челикот заради неговата повисока суровина и трошоците за производство. Сепак, подолгиот животен век на алуминиумот и пониските трошоци за одржување можат да ја надоместат почетната разлика во цената.
П: Кои се влијанијата врз животната средина во производството на алуминиум и челик?
О: И производството на алуминиум и челик имаат влијанија врз животната средина, при што алуминиумот е поинтензивен за време на примарното производство. Сепак, и двата метали се многу рециклирани, што значително го намалува нивниот отпад во животната средина.
П: Дали има нови алтернативи на алуминиум и челик?
О: Композитни материјали, како што се јаглеродни влакна и стаклени влакна, армирани полимери, се појавуваат како алтернативи на алуминиум и челик во одредени апликации. Овие материјали нудат високи стапки на јачина до тежина и отпорност на корозија.
