الفولاذ المقاوم للصدأ مقابل. الألومنيوم – الكشف عن بطل المواد

2. ما هو الفولاذ المقاوم للصدأ?

الفولاذ المقاوم للصدأ هي سبيكة مقاومة للتآكل تتكون أساسًا من الحديد, الكروم, وعناصر أخرى مثل النيكل والموليبدينوم. يوفر محتوى الكروم طبقة أكسيد طبيعية, الذي يحمي الفولاذ من الصدأ.

وهي معروفة بقوتها العالية, متانة, ومقاومة البيئات القاسية, مما يجعله الخيار الأفضل للتطبيقات التي تتطلب أداءً قويًا, كما هو الحال في البناء, طبي, وصناعات السيارات.

3. ما هو الألومنيوم?

الألومنيوم خفيف الوزن, معدن فضي اللون مع مقاومة ممتازة للتآكل وقابلية التشكيل.

معروف بكثافته المنخفضة ونسبة القوة إلى الوزن العالية, يستخدم الألومنيوم على نطاق واسع في الصناعات التي يكون فيها تقليل الوزن أمرًا بالغ الأهمية, مثل الفضاء الجوي, مواصلات, والإلكترونيات.

وهو أيضًا معدن قابل لإعادة التدوير بدرجة كبيرة, مما يساهم في شعبيتها في التصنيع المستدام.

4. أداء المواد في بيئات مختلفة

يتمتع كل من الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ بمقاومة ممتازة للتآكل, لكن أداءها يختلف حسب البيئة.

الألومنيوم يشكل طبقة أكسيد طبيعية تحميه من الأكسدة في معظم البيئات, خاصة في الظروف الرطبة أو المالحة.
لكن, يمكن أن يكون عرضة للتآكل الجلفاني عند ملامسته لبعض المعادن الأخرى.

الفولاذ المقاوم للصدأ, وخاصة الدرجات مثل 316 مع إضافة الموليبدينوم, يتفوق في البيئات التي تتعرض للمواد الكيميائية, المياه المالحة, أو ارتفاع درجات الحرارة, مما يجعلها المادة المفضلة للبحرية, صناعي, والتطبيقات الطبية.

5. قوة ومتانة الفولاذ المقاوم للصدأ مقابل الألومنيوم

قوة الشد

الفولاذ المقاوم للصدأ لديه قوة الشد 505 MPa, مما يجعلها أقوى بكثير من الألومنيوم, الذي لا يصل إلا 110 MPa.

هذه القوة تجعل الفولاذ المقاوم للصدأ مثاليًا للمكونات الهيكلية مثل الأنابيب, قضبان, والصفائح المستخدمة في الجسور والمباني.

على الجانب الآخر, إن وزن الألومنيوم الخفيف يجعله خيارًا مثاليًا لتطبيقات مثل الطائرات, حيث يعد تخفيض الوزن أمرًا بالغ الأهمية للأداء.

قوة التعب

تشير قوة التعب إلى مدى قدرة المادة على تحمل الإجهاد المتكرر. الفولاذ المقاوم للصدأ يوفر قوة التعب 250 MPa, أعلى بكثير من الألومنيوم 96.5 MPa.

وهذا يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ خيارًا ممتازًا لتطبيقات مثل النوابض والتروس, حيث تكون المتانة تحت الأحمال الدورية أمرًا ضروريًا.

الألومنيوم, مع انخفاض قوة التعب, أكثر ملاءمة للمنتجات خفيفة الوزن مثل إطارات الدراجات ومكونات سيارات السباق حيث يكون تقليل الوزن أولوية.

ارتداء المقاومة

عندما يتعلق الأمر بارتداء المقاومة, الفولاذ المقاوم للصدأ يتفوق على الألومنيوم. عشرات الفولاذ المقاوم للصدأ بين 40 ز ل 80 ز في اختبار ASTM G65, بينما الألومنيوم, حتى بأكسيد, تجربة المزيد من التآكل, مع درجات تتراوح من 150 ز ل 250 ز.

يظهر هذا الاختلاف واضحًا في أواني الطهي، حيث تدوم القدور والمقالي المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ لفترة أطول من نظيراتها المصنوعة من الألومنيوم, والتي تميل إلى التآكل بسرعة أكبر.

صلابة

الفولاذ المقاوم للصدأ, مع درجة صلابة روكويل تصل إلى 95Rb, أصعب من الألومنيوم, الذي يسجل 60Rb.

وهذا الاختلاف يفسر لماذا الساعات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ, على سبيل المثال, أكثر مقاومة للخدش مقارنة بالألمنيوم.

قوة ضاغطة

الفولاذ المقاوم للصدأ يمكنه تحمل الضغوط التي تصل إلى 220,000 رطل لكل بوصة مربعة, مقارنة بالحد الأقصى للألمنيوم 70,000 رطل لكل بوصة مربعة.

على سبيل المثال, في الأجهزة القابلة للارتداء مثل Apple Watch, يعتبر طراز الفولاذ المقاوم للصدأ أكثر قدرة على مقاومة الضغط والتشوه من إصدار الألومنيوم.

مقاومة التأثير

هيكل الفولاذ المقاوم للصدأ يمنحه مقاومة أعلى للصدمات, مما يجعلها مثالية لمكونات مثل مصدات السيارات التي تحتاج إلى تحمل قوى كبيرة.

في المقابل, تسمح مرونة الألومنيوم الأكبر بامتصاص الصدمات بشكل أكثر فعالية, ولهذا السبب يتم استخدامه غالبًا في منتجات مثل قذائف الخوذات ومعدات الحماية.

الفولاذ المقاوم للصدأ يقاوم الخدوش, بينما تؤثر وسائد الألومنيوم بشكل أفضل.

قوة القص

الألومنيوم لديه قوة القص 40,000 رطل لكل بوصة مربعة, بينما يصل الفولاذ المقاوم للصدأ 70,000 رطل لكل بوصة مربعة.

وهذا يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ هو الخيار المفضل لتطبيقات مثل الشفرات والأدوات الجراحية, والتي تحتاج إلى تحمل قوى القص العالية.

قوة العائد

تتراوح قوة إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ من 30,000 ل 90,000 رطل لكل بوصة مربعة, في حين أن الألومنيوم ينتج عادة عند 40,000 رطل لكل بوصة مربعة.

في منتجات مثل الساعات, تعتبر العلب المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أكثر مقاومة للتشوه تحت الحمل مقارنة بنظيراتها المصنوعة من الألومنيوم, مما يجعلها أكثر متانة للتطبيقات الثقيلة.

معامل المرونة

معامل مرونة الفولاذ المقاوم للصدأ هو 28,000 ksi, ما يقرب من ثلاثة أضعاف الألومنيوم, وهو 10,000 ksi.

وهذا يعني أن الفولاذ المقاوم للصدأ ينحني بشكل أقل تحت الضغط, تقديم صلابة أفضل في المنتجات التي تكون فيها السلامة الهيكلية أمرًا بالغ الأهمية.

6. قابلية التشكيل وقابلية التصنيع للفولاذ المقاوم للصدأ مقابل الألومنيوم

قابلية تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ

الفولاذ المقاوم للصدأ, وخاصة 304 درجة, قابل للتشكيل بدرجة كبيرة, مما يسمح بتشكيلها وتشكيلها بسهولة في هياكل مختلفة.

قابلية تشكيل الألمنيوم

إن خفة الألومنيوم ومرونته تجعله مادة مثالية لسهولة الانحناء.

سبائك مثل 3003 و 5052 تحظى بشعبية كبيرة في تطبيقات الصفائح المعدنية بسبب مرونتها ومقاومتها للصدأ.

6061 الألومنيوم, بمزيجه من السيليكون والمغنيسيوم, ويلاحظ لقابلية اللحام ممتازة.

لكن, يتطلب الألومنيوم لمسة حساسة لتجنب التشقق, مما يجعله خيارًا مثاليًا للمشاريع التي تتضمن منحنيات ناعمة وبنية خفيفة الوزن.

إمكانية تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ

في مجال القطع والحفر, 303 يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ بقدرته المحسنة على التصنيع, بفضل إضافة الكبريت.

لمزيد من المهام الصعبة, 416-الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الجودة فعال للغاية. فولاذ عالي السرعة (الأحرار) تُستخدم الأدوات عادةً لتصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ بكفاءة.

إمكانية تصنيع الألمنيوم

الألومنيوم, بطبيعتها الناعمة, من السهل تشكيله, وخاصة السبائك مثل 6061-T6 و 2024, والتي تسمح بالقطع السلس باستخدام أدوات الكربيد.

قابلية لحام الفولاذ المقاوم للصدأ

316يشتهر الفولاذ المقاوم للصدأ L بقابليته الممتازة للحام.

يتم استخدام عملية اللحام TIG بشكل شائع, ضمان قوي, اللحامات المقاومة للتآكل, حتى في البيئات الصعبة مثل المياه المالحة.

قابلية لحام الألومنيوم

الألومنيوم, وخاصة 6061 سبيكة, كما أنها قابلة للحام بدرجة كبيرة.

لحام MIG النبضي فعال للألمنيوم, منع ارتفاع درجة الحرارة وخلق روابط قوية. لكن, يجب تنظيف السطح جيدًا من الشوائب من أجل اللحام الناجح.

خصائص الانحناء

عند ثني الفولاذ المقاوم للصدأ, تميل إلى أن تكون أكثر صلابة. على سبيل المثال, 304-نوابض من الفولاذ المقاوم للصدأ بدرجة 3 درجات تقريبًا, لذلك هناك حاجة إلى زاوية انحناء قدرها 87 درجة لتحقيق انحناء مثالي قدره 90 درجة.

في المقابل, ينحني الألومنيوم بسهولة أكبر. 5052-ألومنيوم H32, على سبيل المثال, لديه فقط حوالي 2 درجة من الربيع الخلفي, مما يجعلها أكثر مرونة وأسهل في العمل معها, تتطلب قوة أقل.

القدرة على الرسم العميق

الرسم العميق يختبر قوة المعادن. ال 430 الفولاذ المقاوم للصدأ, مع قوة الشد في نهاية المطاف من 450 ميغاباسكال, يقف طويل القامة. يقوم الفولاذ المقاوم للصدأ بتصنيع أحواض وأواني المطبخ القوية من خلال هذه العملية.

3003 توفر سبائك الألومنيوم ليونة مع 130 قوة ميجاباسكال. لخزانات الوقود وأدوات المطبخ, يظهر الألومنيوم كمفضل ساخن.

سهولة القطع

يميل الفولاذ المقاوم للصدأ إلى مقاومة قوى القطع. درجة 440C, بسبب روعتها 700 قوة ميجاباسكال, أدوات القطع الباهتة. أصبحت الشفرات الفولاذية عالية السرعة ضرورية.

الألومنيوم, مع انخفاضه 55 قوة الشد ميغاباسكال, شرائح مثل الزبدة.

7. تطبيقات وصناعات الفولاذ المقاوم للصدأ مقابل. الألومنيوم

يتم استخدام كل من الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم على نطاق واسع في مختلف الصناعات, لكن خصائصها المميزة تجعلها مناسبة لتطبيقات مختلفة. فيما يلي مقارنة بين مكان وكيفية استخدام كل مادة بشكل شائع:

صناعة البناء

• الفولاذ المقاوم للصدأ: مفضل للتطبيقات الهيكلية التي تتطلب القوة, متانة, ومقاومة التآكل, يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل شائع في واجهات المباني, الجسور, والأطر الهيكلية.
  كما أن تشطيبها المصقول يجعلها مثالية للعناصر الزخرفية مثل الدرابزين والكسوة.
• الألومنيوم: إن طبيعة الألمنيوم خفيفة الوزن وسهولة التصنيع تجعله خيارًا شائعًا للأسقف, ويندوز, والجدران الستارية. كما أنها تستخدم في الهياكل المتنقلة مثل السقالات بسبب قابليتها للنقل.

صناعة السيارات

• الفولاذ المقاوم للصدأ: معروف بقوته ومقاومته لدرجات الحرارة المرتفعة, يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ في أنظمة العادم, مكونات المحرك, وتقليم الأجزاء. متانتها تجعلها مثالية للمركبات التي تتعرض لظروف قاسية.
• الألومنيوم: خصائص الألومنيوم خفيفة الوزن تجعله ضروريًا في ألواح هيكل السيارة, عجلات, والإطارات. يساعد الألمنيوم على تقليل الوزن الإجمالي للمركبات, تحسين كفاءة الوقود والتعامل معه, وهو أمر مهم بشكل خاص في السيارات الكهربائية والهجينة.

صناعة الطيران

• الفولاذ المقاوم للصدأ: قوتها العالية ومقاومتها للحرارة تجعل الفولاذ المقاوم للصدأ مناسبًا للمكونات المهمة مثل المثبتات, معدات الهبوط, وأنظمة العادم في الطائرات.
• الألومنيوم: لا غنى عن الألومنيوم في صناعة الطيران بسبب طبيعته خفيفة الوزن, مما يساهم في كفاءة استهلاك الوقود. يتم استخدامه على نطاق واسع في جسم الطائرة, أجنحة, وغيرها من المكونات الهيكلية.

التطبيقات الطبية والجراحية

• الفولاذ المقاوم للصدأ: بسبب نظافتها الممتازة, مقاومة التآكل, وسهولة التعقيم, يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ على نطاق واسع في الأدوات الجراحية, يزرع, والأجهزة الطبية. ويفضل بشكل خاص لزراعة العظام وأدوات طب الأسنان.
• الألومنيوم: يستخدم الألومنيوم في بعض الأجهزة الطبية حيث يكون الوزن الخفيف وقابلية النقل أمرًا مهمًا. كما أنها تستخدم في تصنيع أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي ومعدات التصوير الأخرى حيث تكون الخصائص غير المغناطيسية حاسمة.

تجهيزات المطابخ ومعدات المطبخ

• الفولاذ المقاوم للصدأ: يحظى الفولاذ المقاوم للصدأ بشعبية كبيرة في المطابخ الاحترافية للأواني, المقالي, أدوات المائدة, والكونترتوب. إنه متين, سهلة التنظيف, ويقاوم البقع والصدأ, مما يجعلها مثالية للبيئات التي تكون فيها النظافة ضرورية.
• الألومنيوم: تجهيزات المطابخ الألومنيوم, في كثير من الأحيان بأكسيد لتحسين المتانة, وتقدر قيمة الموصلية الحرارية الممتازة. يستخدم عادة في صفائح الخبز, المقالي, والأجهزة الصغيرة بسبب وزنه الخفيف وتوزيعه الفعال للحرارة.

الالكترونيات والاتصالات

• الفولاذ المقاوم للصدأ: تستخدم للأغلفة الإلكترونية, الموصلات, والمكونات الهيكلية التي تتطلب القوة والدرع الكهرومغناطيسي. يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا في بعض الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية المتطورة.
• الألومنيوم: إن التوصيل الحراري والكهربائي الممتاز للألمنيوم يجعله مثاليًا للاستخدام في المبددات الحرارية, أغلفة, والأسلاك للإلكترونيات ومعدات الاتصالات السلكية واللاسلكية. كما أنها توجد بشكل شائع في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية مثل الهواتف الذكية, أجهزة الكمبيوتر المحمولة, وأقراص.

الصناعة البحرية

• الفولاذ المقاوم للصدأ: بفضل مقاومته الفائقة للتآكل, خاصة في البيئات البحرية, يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ لتجهيزات القوارب, أنابيب تحت الماء, وأجزاء السفينة. الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة البحرية (يحب 316) يوفر حماية إضافية ضد تآكل المياه المالحة.
• الألومنيوم: ويفضل الألومنيوم لبناء السفن, وخاصة بالنسبة للسفن الصغيرة والمتوسطة والهياكل, بسبب خفة وزنه ومقاومته للتآكل في المياه العذبة. كما أنها تستخدم للصواري, هياكل سطح السفينة, والممرات.

8. خاتمة

يقدم كل من الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم فوائد فريدة اعتمادًا على التطبيق.

يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ بالقوة والمتانة, بينما يفوز الألومنيوم في تقليل الوزن وكفاءة التكلفة.

يجب أن يعتمد اختيارك على متطلبات المشروع المحددة مثل الوزن, مقاومة التآكل, قوة, والميزانية.

 

مرجع المحتوى：https://www.xometry.com/resources/materials/what-is-stainless-steel/

الأسئلة الشائعة

س: هل يمكن استخدام الألومنيوم في التطبيقات عالية الضغط؟?

أ: نعم, خاصة في الصناعات التي يكون فيها توفير الوزن أمرًا بالغ الأهمية, مثل الفضاء.

س: هل الفولاذ المقاوم للصدأ أقوى من الألومنيوم?

أ: نعم, الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل عام لديه شد أعلى, أَثْمَر, وقوة الضغط مقارنة بالألمنيوم.

س: هل الألمنيوم أغلى من الفولاذ المقاوم للصدأ؟?

أ: لا, الألومنيوم عادة ما يكون أقل تكلفة مقدما, لكن فعالية التكلفة على المدى الطويل تعتمد على متطلبات التطبيق والصيانة.