انتخاب ماده اولیه برای پروژه شما یک تصمیم حیاتی است و شما باید گزینه ها را به دقت بسنجید. اما با وجود انتخاب های زیاد، جستجوی ماده ایده آل می تواند طاقت فرسا باشد.

اگر در حال طراحی یک محصول فلزی هستید، فولاد و آلومینیوم احتمالاً به عنوان فلزات قابل استفاده به ذهن شما خطور کرده اند. این جای تعجبی ندارد زیرا آنها دو تا از پرمصرف ترین فلزات در جهان هستند.

این مقاله برخی از خواص اساسی فولاد و آلومینیوم را مقایسه می کند و برخی از کاربردهای معمولی هر کدام را ذکر می کند.

فولاد در مقابل آلومینیوم: عواملی که باید در نظر گرفت

در حالی که انواع مختلف آلیاژهای فولادی و آلومینیومی وجود دارد که هر کدام خواص خاص خود را دارند، برخی تفاوت های کلیدی بین این دو فلز وجود دارد. این بخش برخی از مهم ترین ویژگی های فیزیکی فولاد و آلومینیوم را مقایسه می کند.

وزن

اگر از کسی بپرسید کدام فلز سبک تر است، اکثر مردم به درستی آلومینیوم را انتخاب می کنند. استحکام بالای فولاد به قیمت چگالی بسیار بالاتر تمام می شود. در واقع، برای دو قطعه با حجم مساوی، فولاد می تواند تا سه برابر سنگین تر از آلومینیوم باشد.

استحکام

استحکام اغلب یکی از اولین خواصی است که هنگام انتخاب ماده، به خصوص در کاربردهای با استرس بالا، در نظر گرفته می شود. به طور کلی، فولاد قوی تر از آلومینیوم است. با این حال، هنگامی که وزن سبک تر آلومینیوم را در معادله در نظر بگیریم، آلومینیوم با نسبت استحکام به وزن برتر ظاهر می شود.

تعیین اینکه کدام فلز استحکام بهتری برای کاربرد شما دارد به انعطاف پذیری طراحی شما بستگی دارد. به عنوان مثال، یک قطعه آلومینیومی بزرگتر ممکن است استحکام بیشتری را با وزن کمتر از جایگزین فولادی ارائه دهد.

شکل پذیری

یکی دیگر از معایب استحکام بالای فولاد این است که کار کردن با آن به اشکال مختلف نسبت به آلومینیوم، به خصوص اگر شکل پیچیده باشد، دشوارتر است. این مشکل را می توان تا حدی با گرم کردن فولاد تا دمای بسیار بالا برطرف کرد، اما این کار هزینه را افزایش می دهد و می تواند بر سایر خواص تأثیر بگذارد. از سوی دیگر، آلومینیوم چه سرد و چه گرم به طور نسبی شکل پذیر است و برای فرآیندهای تولیدی مانند اکستروژن و نورد ایده آل است.

رسانایی حرارتی

آلومینیوم به طور کلی رسانای حرارتی بسیار بهتری نسبت به فولاد است و اغلب در کاربردهایی که نیاز به اتلاف یا توزیع گرما دارند، مانند هیت سینک استفاده می شود.

مقاومت در برابر خوردگی

فولاد کربن ساده مقاومت در برابر خوردگی ضعیفی دارد. به راحتی زنگ می زند و اگر در معرض عناصر قرار گیرد به زنگ زدن ادامه می دهد. از سوی دیگر، آلومینیوم یک لایه اکسید محافظ روی سطح خود تشکیل می دهد که به عنوان یک سد بی اثر در برابر اکسیداسیون بیشتر عمل می کند. تا زمانی که آلومینیوم در معرض محیطی که باعث شکستن آن می شود قرار نگیرد، به ارائه مقاومت عالی در برابر خوردگی ادامه می دهد.

شایان ذکر است که اگر حداقل 11 درصد کروم در عناصر آلیاژی آن گنجانده شود، می توان فولاد را بسیار مقاوم در برابر خوردگی کرد و آن را به “فولاد ضد زنگ” تبدیل کرد. با این حال، فولاد ضد زنگ گران تر از فولاد کربن ساده است و ممکن است سایر خواص فیزیکی فولاد تحت تأثیر قرار گیرد.

هزینه

هزینه مواد به طور طبیعی یک عامل قابل توجه در انتخاب شما برای پروژه شما خواهد بود. از آنجایی که قیمت هر دو فلز با توجه به بازار و آلیاژ خاص نوسان دارد، گفتن اینکه کدام یک در هر زمینه ای ارزان تر خواهد بود دشوار است. با این حال، به طور کلی پذیرفته شده است که فولاد کربن به ازای هر پوند به طور کلی ارزان تر از آلیاژ آلومینیوم مشابه است.

جدول زیر مقادیر خاصی را برای خواص فیزیکی فولاد و آلومینیوم مقایسه می کند. برای این منظور، ما یک فولاد کربن متوسط و یک آلیاژ آلومینیوم معمولی را مقایسه کرده ایم.

خاصیت	فولاد کربن متوسط	آلیاژ آلومینیوم معمولی
چگالی	۷.۷۵ – ۷.۸۹ گرم بر سانتی متر مکعب	۰.۰۱۶۰ – ۳.۶۳ گرم بر سانتی متر مکعب
مقاومت تسلیم کششی	۲۴۵ – ۱۷۴۰ مگاپاسکال	۱.۲۴ – ۷۳۰ مگاپاسکال
مقاومت در برابر خوردگی	ضعیف	خوب تا عالی
رسانایی حرارتی	۲۱.۹ – ۵۲.۰ وات بر متر-کلوین	۱.۴۸ – ۲۵۵ وات بر متر-کلوین
شکل پذیری	متوسط تا خوب	خوب تا عالی

کاربردهای آلومینیوم و فولاد

هنگام تلاش برای انتخاب بین فولاد و آلومینیوم برای پروژه خاص خود، دانستن زمینه های کاربرد رایج برای هر یک از آنها می تواند بسیار مفید باشد. جدول زیر رایج ترین کاربردهای این فلزات را در صنایع مختلف نشان می دهد.

صنعت	فولاد	آلومینیوم
زیرساخت	• تقویت کننده فولادی در سازه های بتنی مانند پل ها و پارکینگ ها	• تکیه گاه ها و تیرهای فولادی • کاربردهای معماری و تکمیلی، مانند پانل های جانبی • قاب پنجره و در، ناودانی و نرده
تجهیزات مکانیکی	• تراکتور، بولدوزر و جرثقیل • آسیاب نورد	• ابزار دستی مانند چکش و بیل • لوله کشی • برخی مخازن ذخیره سازی
حمل و نقل	• شاسی خودرو	• قوای محرکه • سیستم تعلیق • بدنه و چرخ های هواپیما • بدنه و چرخ های خودرو • موتورهای خودرو
لوازم خانگی	• ماشین لباسشویی و خشک کن	• فرها • بدنه ها و قاب های لوازم خانگی • قهوه ساز و مخلوط کن
تجهیزات ورزشی	• تجهیزات سنگ نوردی	• سر چوب های گلف • زنجیر، چرخ دنده و کابل های دوچرخه سواری • تجهیزات وزنه برداری • قاب، چرخ و فرمان دوچرخه • باتوم اسکی • چوب های بیسبال

آیا باید فولاد یا آلومینیوم را برای پروژه خود انتخاب کنید؟

اینکه آیا برای پروژه خود فولاد یا آلومینیوم را انتخاب کنید، در نهایت به ویژگی های پروژه شما، فرآیند ساخت و بودجه شما بستگی دارد. به عنوان مثال، اگر استحکام و دوام مهمترین ویژگی های طراحی شما هستند و شکل خیلی پیچیده نیست، شاید یک آلیاژ فولادی گزینه بهتری باشد. از طرف دیگر، اگر به نسبت استحکام به وزن خوب، مقاومت در برابر خوردگی و توانایی ایجاد یک شکل منحصر به فرد نیاز دارید، آلومینیوم احتمالاً انتخاب بهتری است.

+منبع ترجمه:الکامهرکیمیا