Алуминијум или челик - који је најбољи за ваш следећи пројекат? Одабир ових метала може бити тешко, као и јединствене снаге. Свака нуди предности широм индустрије, од грађевине и аутомобила до електронике и ваздухопловне енергије.
У овом посту ћемо истражити кључне разлике између алуминијума и челика, фокусирајући се на снагу, тежину, отпорност на корозију и трошкове. Разумевање ових фактора ће вам помоћи да направите информисан избор за вашу посебну примену.
Својства алуминијума
Алуминијум је лагани метал познат по својим јединственим својствима. Састоји се од једноставног хемијског састава, са кристалном структуром која доприноси изразитим карактеристикама.
Физичка својства
Лагано : Алуминијум има ниску густину, што га чини лакшим од многих других метала, укључујући челик.
Отпорност на корозију : формира танак, заштитни оксидни слој када је изложен ваздуху, пружајући одличну отпорност на корозију.
Термичка и електрична проводљивост : Алуминијум је добар проводник топлоте и електричне енергије, надмашио је само бакар међу заједничким металима.
ТАЛЛЕАБЛЕАБЛИГИЈА И ДУКИТИ : Високо је превртан и дуктилан, омогућавајући да се лако обликова у различитим облицима без пробијања.
Механичка својства
Омјер снаге и тежине : Упркос лаганим, алуминијумски легури могу понудити високу коефицијент чврстоће на тежину, што их чини погодним за апликације где су снаге и смањење тежине пресудне.
Еластичност : алуминијум показује добру еластичност, што значи да може издржати стрес и вратити се у свој изворни облик када се стрес уклони.
Отпорност у умору : Поседује одличан отпор умора, омогућавајући му да издржи поновљено циклично оптерећење без квара.
Својства челика
Челик је легура гвоздене угљеника која се вековима користила због својих јединствених својстава. Његов хемијски састав и структура варирају у зависности од врсте челика, који укључује карбонски челик, нехрђајући челик и легуре челика.
Хемијски састав и структура
Легуре гвожђа и карбона : челик је пре свега састављен од гвожђа и угљеника, са садржајем угљеника у распону од 0,2% до 2,1 мас.%.
Различите врсте челика :
Угљен челик: Садржи угљеник као главни легирајући елемент, пружајући снагу и тврдоћу.
Нерђајући челик: Укључује минимум од 10,5% хрома, који формира заштитни оксидни слој, појачавајући отпорност на корозију.
Легура челика: Она укључује остале елементе попут мангана, никла или волфрана за побољшање одређених својстава.
Физичка својства
Густина и тежина : Челик има велику густину, што га чини тежим од алуминијума и многих других метала.
Термичка и електрична проводљивост : Има нижу топлотну и електричну проводљивост у поређењу са алуминијумом.
Магнетна својства : Већина челика је магнетни, што може бити корисно у одређеним апликацијама.
Механичка својства
Висока затезна и притискање чврстоће : Челик нуди одличну затезање и притиску чврстоће, што га чини погодним за подношење оптерећења.
Тврдоћа и издржљивост : Познато је по тврдоћи и трајности, издржати хабање и суза у захтевним окружењима.
Дуктилност и месавост : челик показује добру дуктилност и мерину, омогућавајући да се формира у разне облике без пробијања.
| Проперти | у карбонски челични | челик од нехрђајућег | челика |
| Садржај угљеника | 0,2% - 2,1% | 0,08% - 0,2% | Варира |
| Отпорност на корозију | Низак | Високо | Умерен |
| Магнетна својства | Да | Неке оцене | Да |
| Тензилна снага (МПа) | 400 - 1000 | 480 - 2000 | 800 - 2000 |
Поређење снага
Када је упоређивање алуминијума и челика, пресудно је размотрити њихову својства снаге. Овај одељак ће разговарати о затезној чврстоћи, чврстоћу на чврстој снази и чврстоћности приноса, као и њихов утицај на различите апликације.
Затезна чврстоћа
Дефиниција : Затезна чврстоћа је максимални стрес, материјал може издржати пре разбијања када се раздвоји.
Значај : То је кључни фактор у одређивању погодности материјала за апликације које укључују напетост или снаге повлачења.
Поређење : Челик опћенито има већу затезну чврстоћу од алуминијума. Структурни челик може имати затезне снаге у распону од 400 до 500 МПа, док алуминијумске легуре обично имају затезне снаге око 90 МПа.
Снага притиска
Дефиниција : Снага компресије је максимални стрес који материјал може издржати пре деформације или разбијања када се компримира.
Значај : Од суштинског је значаја за апликације у којима су материјали подвргнути компресијском оптерећењу, као што су у фондацијама или структурама подршке.
Поређење : Челик такође надмашује алуминијум у погледу чврстоће на притиску на притисак. Челичне конструкције могу сносити веће компресијско оптерећење без значајне деформације или неуспеха у поређењу са алуминијумским структурама.
Снага приноса
Дефиниција : Снага приноса је стрес на којем материјал почиње да се деформише пластично и трајно.
Значај : одређује максимално оптерећење које материјал може да одржи пре него што је подвргнут трајној деформацији.
Поређење : Челик има већу чврстоћу приноса него алуминијум. Структурни челик обично има снагу приноса око 250 МПа, док алуминијумске легуре имају предности приноса око 40 МПа.
| челични | челични | алуминијум |
| Тензилна снага (МПа) | 400 - 500 | ~ 90 |
| Снага притиска | Виши | Нижи |
| Снага приноса (МПа) | ~ 250 | ~ 40 |
Поређење на тежини
Приликом одабира између алуминијума и челика за различите апликације, тежина је пресудни фактор који треба размотрити. Овај одељак ће упоредити густину и разлике у тежини између ова два метала, као и њихове омјене снаге и тежине и важност тежине у различитим индустријама.
Густина алуминијума и челика
Алуминијум : Има густину од 2,7 г / цм³3;, што га чини једним од најлакших доступних структурних метала.
Челик : Има много већу густину, у распону од 7,75 до 8,05 г / цм³3;, у зависности од одређене легуре.
Тежине разлике у једнаким количинама
За структуре истог обима, алуминијум ће одмерити отприлике једну трећину еквивалентне челичне структуре. То значи да у апликацијама попут великих оквира или панела, алуминијум смањује укупну тежину, поједностављивање руковања, транспорта и уградње.
Поређење омјера снаге до тежине
Иако је челик генерално јачи, алуминијумски однос велике снаге и тежине чини га привлачном алтернативом у многим апликацијама. Овај омјер омогућава алуминијуму да обезбеди адекватну чврстоћу на делићу тежине, што га чини погодним за употребу у лаганим и трајним дизајном.
| за имовину | Алуминијумски | челик |
| Густина | 2.7 г / цм⊃3; | 7,75 - 8,05 г / цм⊃3; |
| Тежина (једнака запремина) | Светло | Тежак |
| Снага на тежини | Високо | Умерен |
Отпорност на корозију
Корозија је деструктивни процес који значајно може утицати на перформансе и дуговечност метала. Овај одељак ће истражити својства отпорности на корозију алуминијума и челика, као и њихове перформансе у различитим окружењима.
Алуминијумска природна отпорност на корозију
Алуминијум се истиче за одличну отпорност на корозију због природног оксидног слоја који се формира на изложености ваздуху. Овај слој делује као заштитни штит, спречавајући даљу оксидацију. Као резултат, алуминијум добро делује у различитим окружењима, укључујући влажне или спољне поставке, што га чини идеалним за апликације које захтевају дуготрајну издржљивост без додатних премаза.
Отпорност на корозију челика
Отпорност на корозију челика варира се широко заснива на његовом саставу. Угљен челик је високо подложан рђу и обично захтева заштитне премазе да спрече брзу деградацију. Супротно томе, нехрђајући челик садржи хромијум, што му омогућава да формира стабилан оксидни слој сличан алуминијуму, нудећи побољшану отпорност у корозивно окружење. Остали челици за легуре такође побољшавају отпорност на корозију, али често по већој цени.
| челик од | Нерђајући | челика | нерђајућег |
| Природна отпорност на корозију | Високо | Низак | Високо |
| Заштитни слој | Алуминијум оксид | Захтева премазивање | Хромијски оксид |
| Уобичајене апликације | Спољне структуре | Структурални челик | Марине, медицински |
Термална и електрична својства
Топлотна проводљивост
Дефиниција и значај : топлотна проводљивост је мерило способности материјала за вођење топлоте. Од суштинског је значаја за апликације у којима је потребан пренос топлоте или расипација.
Поређење : Алуминијум има вишу термичку проводљивост од челика. Може да води топлоту око три пута боље од челика, што га чини одличним избором за апликације које захтевају ефикасан пренос топлоте.
Апликације : Алуминијумска висока топлотна проводљивост чини га идеалним за употребу у измењивачима топлоте, радијаторима и системима хлађења. Такође се користи у кувању прибора и електронике због његове способности да равномерно дистрибуира топлоту.
електричне
Дефиниција и значај : Електрична проводљивост је мјера способности материјала за спровођење електричне енергије. Кључно је за апликације које укључују проток електричне струје.
Поређење : Алуминијум је одличан електрични проводник, са проводљивошћу око 60% од бакра, најуперотивнији метал. С друге стране, челик има много нижу електричну проводљивост, што је чини лошим избором за електричне апликације.
Апликације : Алуминијумска висока електрична проводљивост чини га погодним за употребу у електричним далеководима, ожичењем и електричним компонентама. Његова лагана и корозијска отпорност такође то чини пожељним избором за надземне снаге.
| челик | Алуминијумски | проводљивости |
| Термичка проводљивост (В / МК) | 205 | 50 |
| Електрична проводљивост (% ИАЦС) | 61 | 3-15 |
* ИАЦС: Међународни обновљени бакар
Израда и обрада
Својства израде и обраде, као што су израда, заваривост и облика, утицај како се алуминијум и челик користе широм индустрија. Ево ближе гледања како се сваки метал наступа у овим областима.
Обрада
Алуминијум је генерално лакши за строје од челика због своје мекше природе и ниже тачке топљења. Ова једноставност обраде чини алуминијум погодан за сложене облике и прецизне компоненте, са мање хабања алата у поређењу са челиком.
Завабилност
И алуминијум и челик су заваривали, али представљају различите изазове. Челик, посебно карбонски челик, лакше је заварити због већег топљења и стабилног оксидног слоја. Алуминијум, међутим, има нижу тачку топљења и анностран оксидни слој који захтева посебне технике.
Изазови и технике : алуминијумски заваривање често захтева специјализоване методе, као што су ТИГ или МИГ заваривање, а понекад и контролисано окружење да би се избегло оксидација. Челично заваривање, посебно нехрђајући челик, користи од ширег спектра техника попут АРЦ заваривања, што је једноставније за многе апликације.
Обликавост
Алуминијум је више кобила од челика, што омогућава да се лако формира у разне облике без пуцања. Челик, док теже, ипак се може ефикасно формирати, мада ће можда захтевати вишке температуре или силе.
| за имовину | Алуминијумски | челик |
| Обрада | Високо | Умерен |
| Завабилност | Умерен | Високо |
| Обликавост | Високо | Умерен до високо |
| Погодни процеси | Екструзија, котрљање, ковање | Котрљање, ковање |
Поређење трошкова
Трошкови сировина
Фактори који утичу на цене : трошкови сировина за алуминијум и челик зависе од трошкова глобалне понуде, потражње и екстракције. Алуминијум, добијен од боксита, често има веће трошкове екстракције због свог енергетски интензивног процеса рафинирања. Челик, добивен првенствено од гвожђа, генерално је јефтиније.
Трендови цена : Историјски, челик је приступачнији по килограмима од алуминијума. Док на тржиште флуктуације утичу на метале, алуминијумске цене имају тенденцију да буду нестабилније, делимично због трошкова енергије у производњи.
Трошкови обраде и израде
Енергетски захтеви : Алуминијска производња је енергетски интензивна, захтева значајно више струје од челика. Овај високи захтев за енергију подиже трошкове производње, посебно у регионима са скупим изворима енергије.
Трошкови рада и опреме : Трошкови израде варирају. Алуминијска обрада може смањити трошкове рада и опреме за замршене дизајне, док челични тегне композиција може повећати трошење алата и трошкове рада, посебно у сложеној обради.
Утицај сложености : Једноставност алуминијума за формирање и обраду може смањити трошкове обраде за сложене облике, док би челична трајност могла да захтева специјализовану опрему, повећавајући укупне трошкове.
Трошкови животног циклуса
Почетна инвестиција насупрот одржавању : Иако алуминијум често има веће трошкове унапред, његов отпорност на корозију смањује трошкове одржавања и замјене током времена. Челик, посебно карбонски челик, можда ће требати заштитни премази и редовно одржавање, додајући дугорочне трошкове.
Издржљивост и вредност животног циклуса : Алуминијска отпорност на рђе даје јој нижи животни циклус у корозивним окружењима, док челична чврстоћа нуди дужи животни век у високосродне апликације.
Утицај на животну средину
Потрошња енергије током производње
Енергетски захтеви : Алуминијска производња је високо енергетична интензивна, пре свега због процеса вађења алуминијума од бокситног руде, која захтева значајна струја. Супротно томе, производња челика, иако енергетски захтеван, углавном троши мању енергију од алуминијума на полној тони.
Напори за смањење употребе енергије : Обе индустрије активно раде на смањењу њихових отисака угљеника. Произвођачи алуминијума улажу у обновљиве изворе енергије, док челични програми истражују процесе попут производње на бази водоника како би се смањила емисија угљеника и смањење ослањања на угаљ.
за
Рециклабилност оба метала : алуминијум и челик су и високо рециклирани. Алуминијум се може рециклирати више пута без губитка квалитета, што га чини одрживим избором. Челик је највише рециклирани материјал широм света, посебно корисно у изградњи.
Уштеда енергије и бенефиције за заштиту животне средине : Рециклирање алуминијума штеди до 95% енергије потребне за нову производњу, док рециклирање челика штеди око 60-70%. Ове уштеде увелике смањују емисију и чувају природне ресурсе.
Стопе рециклирања и будући циљеви : Тренутна стопа рециклирања су висока, са челиком прелази 85% и алуминијум на преко 65%. Циљеви индустрије имају за циљ да ове стопе гурнеју још веће, са напредним технологијама усмерене на повећање ефикасности рециклирања и смањење отпада.
| животну средину | Алуминијумски | челик |
| Потрошња енергије | Високо | Умерен |
| Рециклирање уштеде енергије | До 95% | 60-70% |
| Тренутна цена рециклирања | ~ 65% | > 85% |
Апликације алуминијума и челика
Алуминијум и челик Свака имају различита својства која их чине погодним за различите апликације у више индустрија. Ево квара где се ови метали најчешће користе.
Изградња и инфраструктура
Структурне компоненте : Висока снага челика чини га врхунском избором за структурне компоненте попут греда, ступаца и појачања у мостовима и зградама.
Архитектонски елементи : алуминијум, са његовим отпорношћу на корозију и лагано, идеалан је за архитектонске елементе попут облоге, кровних и прозорских оквира, додајући трајност и естетску жалбу.
Транспорт
Аутомобилска индустрија : Алуминијум се широко користи у плочима аутомобила, оквира и компонентама мотора за смањење тежине возила и побољшају ефикасност горива, док челик остаје неопходан за издржљиве оквире и поднеске структуре.
Аероспаце индустрија : Алуминијумска лагана природа чини је од суштинског значаја за структуре ваздушних оквира и свемирске летелице, док се челично користи у дијеловима високих стреса који је потребна снага и отпорност на топлоту.
МАРИНЕ ПРИЈАВЕ : Алуминијска отпорност на корозију са сланим водом чини га савршеним за труп, надградње и морске арматуре, пружајући дуговечност у оштрим окружењима.
Паковање
Контејнери за храну и пиће : Алуминијум се обично користи у лименки због његовог отпора корозије и способности заштите садржаја.
Фолија и омот : Алуминијска фолија служи као лагана, флексибилна и сигурна амбалажна материјала, идеална за очување хране.
Електроника и уређаји
Кућишта и кућишта : алуминијумска не-магнетна и проводљива имовина чине га погодним за електронске кућишта и кућишта.
Топлери и проводници : Због своје високе топлотне проводљивости, алуминијум је пожељан да топлине тоне у електроници и уређајима за ефикасно расипање топлоте.
Остале
Медицински уређаји : Алуминијумска отпорност на корозију и лагана природа су повољна за преносну медицинску опрему, док се нехрђајући челик користи у хируршким алатима.
Спортска опрема : алуминијум и челик се такође користе у спортској опреми, а алуминијум у оквирима бицикала и челику у трајној тежини.
Индустријске машине : Снага и издржљивост челика чине га за производњу индустријских машина, посебно у деловима који захтевају високу отпорност на хабање.
| апликације | Алуминијумски | челик |
| Изградња | Облога, кровни кров, прозори | Греде, стубови, појачање |
| Аутомотиве | Каросерије, точкови, компоненте мотора | Каросерије, оквири, мотори |
| Ваздухопловство | Компоненте за ваздухопловне оквире, структуре свемирске летјелице | Грешка за слетање, компоненте са високим стресом |
| Паковање | Канте за пиће, фолија, омот | Контејнери за храну (лименке лименке) |
| Електроника | Кућишта, топлотни судопери | Трансформатори, мотори |
Резиме и завршно разматрање
У поређењу алуминијума и челика, сваки метал има јединствене снаге. Челична супериорна чврстоћа затезања одговара тешким апликацијама, док се алуминијум-омјер снаге до тежине користи лагане дизајне.
Алуминијум је лакши и скупљи у почетку, али може смањити дугорочне трошкове због отпорности на корозију. Челик, иако јефтинији, може да смањи веће одржавање.
Еколошки су и метали који се могу рециклирати, али алуминијум штеди више енергије када се рециклира, подржава одрживост.
У апликацијама, алуминијумски пречизи ваздухопловство, електронике и морске употребе, док вучу челика одговара грађевинским и индустријским машинама. Одабир правог метала зависи од одређених потреба пројекта.
Референтни извори
Челик
Алуминијум
Алуминијумски притисак умирући
Алуминијум вс челик
Често постављана питања
П: Које су главне предности алуминијума преко челика?
О: Алуминијум је лакши, више отпоран на корозију и има већи однос снаге и тежине у поређењу са челиком. Такође има бољу топлотну и електричну проводљивост.
П: У којим се апликацијама преферира челик преко алуминијума?
О: Челик је префериран у апликацијама које захтевају високу чврстоћу, као што су грађевинска, тешка машина и аутомобилске компоненте. То је такође економичнији од алуминијума.
П: Може ли алуминијум и челик користити заједно у истој апликацији?
О: Да, алуминијум и челик се могу користити заједно у апликацијама у којима се њихова јединствена својства надопуњују, као што су у аутомобилској и ваздухопловној индустрији.
П: Како трошкови алуминијума упоређују са челиком?
О: Алуминијум је углавном скупља од челика због већих сировина и трошкова производње. Међутим, дужи животни век алуминијума и нижи трошкови одржавања могу надокнадити почетну разлику у цени.
П: Који су утицаји на животну средину производње алуминијума и челика?
О: И производња алуминијума и челика имају утицаја на животну средину, а алуминијум је више интензивније током примарне производње. Међутим, оба метала су високо рециклирана, што значајно смањује њихов утицај на околину.
П: Постоје ли алтернативе у настајању алуминијуму и челику?
О: Композитни материјали, као што су полимери ојачани у карбонским влакнима и стакленим влакнима, у одређеним апликацијама се појављују алтернативе алуминијуму и челику. Ови материјали нуде високу количину снаге и тежине и отпорности на корозију.
