فولاد ضد زنگ در مقابل. آلومینیوم – رونمایی از قهرمان مواد

2. فولاد ضد زنگ چیست؟?

فولاد ضد زنگ یک آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی است که عمدتاً از آهن تشکیل شده است, کروم, و عناصر دیگری مانند نیکل و مولیبدن. محتوای کروم آن را با یک لایه اکسید طبیعی فراهم می کند, که از فولاد در برابر زنگ زدگی محافظت می کند.

این به دلیل استحکام بالا معروف است, دوام, و مقاومت در برابر محیط های خشن, آن را به یک انتخاب برتر برای برنامه هایی که نیاز به عملکرد قوی دارند تبدیل می کند, مانند در ساخت و ساز, پزشکی, و صنایع خودروسازی.

3. آلومینیوم چیست؟?

آلومینیوم سبک وزن است, فلز نقره ای با مقاومت در برابر خوردگی و شکل پذیری عالی.

به دلیل چگالی کم و نسبت مقاومت به وزن بالا شناخته شده است, آلومینیوم به طور گسترده در صنایعی که کاهش وزن بسیار مهم است استفاده می شود, مانند هوافضا, حمل و نقل, و الکترونیک.

همچنین یک فلز بسیار قابل بازیافت است, که به محبوبیت آن در تولید پایدار کمک می کند.

4. عملکرد مواد در محیط های مختلف

آلومینیوم و فولاد ضد زنگ هر دو دارای مقاومت در برابر خوردگی عالی هستند, اما بسته به محیط عملکرد متفاوتی دارند.

آلومینیوم یک لایه اکسید طبیعی تشکیل می دهد که در اکثر محیط ها از اکسیداسیون محافظت می کند, به خصوص در شرایط مرطوب یا شور.
با این حال, در تماس با برخی فلزات دیگر می تواند در برابر خوردگی گالوانیکی آسیب پذیر باشد.

فولاد ضد زنگ, به خصوص نمرات مانند 316 با مولیبدن اضافه شده, در محیط هایی که در معرض مواد شیمیایی قرار دارند عالی است, آب شور, یا درجه حرارت بالا, آن را به ماده ترجیحی برای دریایی تبدیل می کند, صنعتی, و کاربردهای پزشکی.

5. استحکام و دوام فولاد ضد زنگ در مقابل آلومینیوم

استحکام کششی

فولاد ضد زنگ دارای استحکام کششی است 505 MPa, به طور قابل توجهی قوی تر از آلومینیوم است, که فقط می رسد 110 MPa.

این استحکام فولاد ضد زنگ را برای اجزای ساختاری مانند لوله ها ایده آل می کند, میله ها, و ورق های مورد استفاده در پل ها و ساختمان ها.

از سوی دیگر, وزن سبک تر آلومینیوم آن را به گزینه ای عالی برای کاربردهایی مانند هواپیما تبدیل می کند, جایی که کاهش وزن برای عملکرد بسیار مهم است.

قدرت خستگی

استحکام خستگی به این اشاره دارد که یک ماده چقدر می تواند تنش های مکرر را تحمل کند. فولاد ضد زنگ استحکام خستگی را ارائه می دهد 250 MPa, بسیار بالاتر از آلومینیوم 96.5 MPa.

این امر فولاد ضد زنگ را به گزینه ای برتر برای کاربردهایی مانند فنر و چرخ دنده تبدیل می کند, که در آن دوام تحت بارهای چرخه ای ضروری است.

آلومینیوم, با قدرت خستگی کمتری که دارد, بیشتر برای محصولات سبک وزن مانند قاب دوچرخه و قطعات ماشین مسابقه که کاهش وزن در اولویت است مناسب است.

مقاومت در برابر سایش

وقتی صحبت از مقاومت در برابر سایش می شود, فولاد ضد زنگ بهتر از آلومینیوم است. فولاد ضد زنگ امتیاز بین 40 g به 80 g در آزمون ASTM G65, در حالی که آلومینیوم, حتی آنودایز شده, سایش بیشتری را تجربه می کند, با نمرات مختلف از 150 g به 250 g.

این تفاوت در ظروف آشپزی مشهود است - قابلمه ها و تابه های فولادی ضد زنگ بیشتر از همتایان آلومینیومی خود دوام می آورند., که تمایل دارند سریعتر فرسوده شوند.

سختی

فولاد ضد زنگ, با نمره سختی راکول تا 95Rb, سخت تر از آلومینیوم است, که امتیاز 60Rb را کسب می کند.

این تفاوت توضیح می دهد که چرا ساعت های فولادی ضد زنگ, به عنوان مثال, در مقایسه با نمونه های آلومینیومی در برابر خش مقاومت بیشتری دارند.

مقاومت فشاری

فولاد ضد زنگ می تواند فشار تا 220,000 psi, در مقایسه با حداکثر آلومینیوم 70,000 psi.

به عنوان مثال, در ابزارهای پوشیدنی مانند اپل واچ, مدل فولاد ضد زنگ نسبت به نسخه آلومینیومی بسیار بیشتر از فشار و تغییر شکل مقاومت می کند.

مقاومت در برابر ضربه

ساختار فولاد ضد زنگ به آن مقاومت ضربه ای بالاتری می دهد, آن را برای قطعاتی مانند سپر خودرو که نیاز به مقاومت در برابر نیروهای قابل توجه دارند، ایده آل می کند.

در مقابل, انعطاف پذیری بیشتر آلومینیوم به آن اجازه می دهد ضربه ها را به طور موثرتری جذب کند, به همین دلیل است که اغلب در محصولاتی مانند پوسته های کلاه ایمنی و تجهیزات محافظ استفاده می شود.

فولاد ضد زنگ در برابر فرورفتگی مقاوم است, در حالی که بالشتک های آلومینیومی تاثیر بهتری دارند.

مقاومت برشی

آلومینیوم دارای مقاومت برشی است 40,000 psi, در حالی که فولاد ضد زنگ می رسد 70,000 psi.

این امر باعث می شود که فولاد ضد زنگ برای کاربردهایی مانند تیغه ها و ابزارهای جراحی ترجیح داده شود, که نیاز به مقاومت در برابر نیروهای برشی بالا دارند.

قدرت تسلیم

استحکام تسلیم فولاد ضد زنگ از 30,000 به 90,000 psi, در حالی که آلومینیوم معمولاً بازدهی دارد 40,000 psi.

در محصولاتی مانند ساعت, کیس های فولادی ضد زنگ در مقایسه با نمونه های آلومینیومی خود در برابر تغییر شکل تحت بار مقاومت بیشتری دارند, آنها را برای کاربردهای سنگین بادوام تر می کند.

مدول الاستیسیته

مدول الاستیسیته فولاد ضد زنگ است 28,000 ksi, تقریباً سه برابر آلومینیوم, که هست 10,000 ksi.

این به این معنی است که فولاد ضد زنگ تحت فشار کمتر خم می شود, ارائه سفتی بهتر در محصولاتی که یکپارچگی ساختاری بسیار مهم است.

6. شکل پذیری و ماشین کاری فولاد ضد زنگ در مقابل آلومینیوم

شکل پذیری فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ, مخصوصا درجه 304, بسیار شکل پذیر است, به آن اجازه می دهد به راحتی شکل داده شود و در ساختارهای مختلف قالب گیری شود.

شکل پذیری آلومینیوم

سبک وزن و انعطاف آلومینیوم آن را به ماده ای ایده آل برای خم شدن آسان تبدیل می کند.

آلیاژهایی مانند 3003 و 5052 به دلیل انعطاف پذیری و مقاومت در برابر زنگ زدگی در کاربردهای ورق فلزی محبوب هستند.

6061 آلومینیوم, با ترکیبی از سیلیکون و منیزیم, به دلیل جوش پذیری عالی آن مورد توجه قرار گرفته است.

با این حال, آلومینیوم برای جلوگیری از ترک خوردن نیاز به لمس ظریف دارد, آن را به انتخابی مناسب برای پروژه‌هایی که منحنی‌های صاف و ساخت و ساز سبک وزن دارند تبدیل می‌کند.

ماشینکاری فولاد ضد زنگ

در حوزه برش و حفاری, 303 فولاد ضد زنگ به دلیل قابلیت ماشینکاری پیشرفته خود متمایز است, به لطف افزودن گوگرد.

برای کارهای سخت تر, 416-فولاد ضد زنگ درجه بسیار موثر است. فولاد پر سرعت (HSS) ابزارها معمولاً برای ماشینکاری کارآمد فولاد ضد زنگ استفاده می شوند.

ماشینکاری آلومینیوم

آلومینیوم, با طبیعت نرمش, ماشینکاری آسان است, به خصوص آلیاژهایی مانند 6061-T6 و 2024, که امکان برش صاف با ابزار کاربید را فراهم می کند.

قابلیت جوشکاری فولاد ضد زنگ

316فولاد ضد زنگ L به دلیل جوش پذیری عالی خود مشهور است.

فرآیند جوشکاری TIG معمولا استفاده می شود, تضمین قوی, جوش های مقاوم در برابر خوردگی, حتی در محیط های چالش برانگیز مانند آب شور.

قابلیت جوشکاری آلومینیوم

آلومینیوم, به خصوص 6061 آلیاژ, همچنین جوش پذیری بالایی دارد.

جوشکاری پالس MIG برای آلومینیوم موثر است, جلوگیری از گرمای بیش از حد و ایجاد پیوندهای قوی. با این حال, برای جوشکاری موفق، سطح باید کاملاً از ناخالصی ها تمیز شود.

ویژگی های خم شدن

هنگام خم کردن فولاد ضد زنگ, تمایل به سفت تر شدن دارد. به عنوان مثال, 304-فنرهای فولادی ضد زنگ تقریباً 3 درجه به عقب برمی گردد, بنابراین برای رسیدن به یک خم کامل 90 درجه به یک زاویه خم 87 درجه نیاز است.

در مقابل, آلومینیوم راحت تر خم می شود. 5052-آلومینیوم H32, به عنوان مثال, فقط حدود 2 درجه از بهار عقب دارد, باعث انعطاف پذیری بیشتر و کار با آن آسان تر می شود, نیاز به نیروی کمتر.

قابلیت ترسیم عمیق

طراحی عمیق قدرت فلزات را آزمایش می کند. این 430 فولاد ضد زنگ, با مقاومت کششی نهایی 450 مگا پاسکال, بلند می ایستد. از طریق این فرآیند، سینک‌ها و قابلمه‌های آشپزخانه محکم را از جنس استنلس استیل می‌سازد.

3003 آلیاژ آلومینیوم انعطاف پذیری را با 130 قدرت مگا پاسکال. برای مخازن سوخت و ظروف پخت و پز, آلومینیوم به عنوان یک مورد علاقه داغ ظاهر می شود.

سهولت برش

فولاد ضد زنگ تمایل به مقاومت در برابر نیروهای برش دارد. درجه 440C, به دلیل خیره کننده بودن آن 700 قدرت مگا پاسکال, ابزارهای برش را مات می کند. تیغه های فولادی با سرعت بالا ضروری هستند.

آلومینیوم, با پایین ترش 55 استحکام کششی مگا پاسکال, برش هایی مانند کره.

7. کاربردها و صنایع فولاد ضد زنگ در مقابل. آلومینیوم

هر دو فولاد ضد زنگ و آلومینیوم به طور گسترده ای در صنایع مختلف استفاده می شوند, اما ویژگی های متمایز آنها آنها را برای کاربردهای مختلف مناسب می کند. در اینجا مقایسه ای از مکان و نحوه استفاده از هر ماده وجود دارد:

صنعت ساختمان

• فولاد ضد زنگ: برای کاربردهای ساختاری که به استحکام نیاز دارند مطلوب است, دوام, و مقاومت در برابر خوردگی, فولاد ضد زنگ معمولا در نمای ساختمان استفاده می شود, پل ها, و چارچوب های ساختاری.
  پرداخت صیقلی آن نیز آن را برای عناصر تزئینی مانند نرده ها و روکش ها ایده آل می کند.
• آلومینیوم: طبیعت سبک وزن و سهولت ساخت آلومینیوم آن را به گزینه ای محبوب برای پوشش سقف تبدیل کرده است, پنجره ها, و دیوارهای پرده. همچنین به دلیل قابل حمل بودن در سازه های متحرک مانند داربست استفاده می شود.

صنعت خودرو

• فولاد ضد زنگ: به دلیل استحکام و مقاومت در برابر دماهای بالا شناخته شده است, فولاد ضد زنگ در سیستم های اگزوز استفاده می شود, اجزای موتور, و قطعات را اصلاح کنید. دوام آن آن را برای خودروهایی که در شرایط سخت قرار می گیرند ایده آل می کند.
• آلومینیوم: ویژگی های سبک وزن آلومینیوم آن را در پنل های بدنه خودرو بسیار مهم می کند, چرخ ها, و قاب ها. آلومینیوم به کاهش وزن کلی وسایل نقلیه کمک می کند, بهبود بهره وری سوخت و هندلینگ, که در خودروهای برقی و هیبریدی اهمیت ویژه ای دارد.

صنعت هوافضا

• فولاد ضد زنگ: استحکام و مقاومت بالای آن در برابر حرارت، فولاد ضد زنگ را برای اجزای حیاتی مانند اتصال دهنده ها مناسب می کند, ارابه فرود, و سیستم های اگزوز در هواپیما.
• آلومینیوم: آلومینیوم به دلیل ماهیت سبک وزن آن در صنعت هوافضا ضروری است, که به بهره وری سوخت کمک می کند. به طور گسترده در بدنه هواپیما استفاده می شود, بال ها, و سایر اجزای ساختاری.

کاربردهای پزشکی و جراحی

• فولاد ضد زنگ: به دلیل بهداشت عالی, مقاومت در برابر خوردگی, و سهولت استریلیزاسیون, فولاد ضد زنگ به طور گسترده ای در ابزار جراحی استفاده می شود, ایمپلنت ها, و دستگاه های پزشکی. به ویژه برای ایمپلنت های ارتوپدی و ابزارهای دندانی مورد علاقه است.
• آلومینیوم: آلومینیوم در برخی از دستگاه های پزشکی استفاده می شود که وزن سبک و قابل حمل بودن آن مهم است. همچنین در ساخت ماشین‌های MRI و سایر تجهیزات تصویربرداری که خواص غیر مغناطیسی بسیار مهم هستند، استفاده می‌شود..

ظروف آشپزی و تجهیزات آشپزخانه

• فولاد ضد زنگ: فولاد ضد زنگ در آشپزخانه های حرفه ای برای گلدان محبوب است, تابه ها, کارد و چنگال, و کانترها. بادوام است, آسان برای تمیز کردن, و در برابر لک و زنگ زدگی مقاومت می کند, آن را برای محیط هایی که رعایت بهداشت ضروری است عالی می کند.
• آلومینیوم: ظروف آلومینیومی, اغلب برای بهبود دوام آنودایز می شوند, به دلیل هدایت حرارتی عالی آن ارزش دارد. معمولاً در ورقه های پخت استفاده می شود, ماهیتابه ها, و لوازم کوچک به دلیل سبک وزن و توزیع کارآمد گرما.

الکترونیک و مخابرات

• فولاد ضد زنگ: برای پوشش های الکترونیکی استفاده می شود, اتصال دهنده ها, و اجزای ساختاری که در آن مقاومت و محافظ الکترومغناطیسی مورد نیاز است. فولاد ضد زنگ نیز در برخی از لوازم الکترونیکی مصرفی بالا استفاده می شود.
• آلومینیوم: هدایت حرارتی و الکتریکی عالی آلومینیوم آن را برای استفاده در هیت سینک ایده آل می کند, روکش ها, و سیم کشی برای تجهیزات الکترونیکی و مخابراتی. همچنین معمولاً در لوازم الکترونیکی مصرفی مانند تلفن های هوشمند یافت می شود, لپ تاپ ها, و تبلت ها.

صنایع دریایی

• فولاد ضد زنگ: با مقاومت بالا در برابر خوردگی, به ویژه در محیط های دریایی, فولاد ضد زنگ برای اتصالات قایق استفاده می شود, لوله های زیر آب, و قطعات کشتی. فولاد ضد زنگ درجه دریایی (مانند 316) محافظت بیشتری در برابر خوردگی آب شور ارائه می دهد.
• آلومینیوم: آلومینیوم برای کشتی سازی مورد علاقه است, به ویژه برای کشتی ها و بدنه های کوچک تا متوسط, به دلیل سبک بودن و مقاومت در برابر خوردگی در آب شیرین. برای دکل ها نیز استفاده می شود, سازه های عرشه, و راهروها.

8. نتیجه گیری

هر دو فولاد ضد زنگ و آلومینیوم بسته به کاربرد، مزایای منحصر به فردی را ارائه می دهند.

فولاد ضد زنگ از نظر استحکام و دوام برتر است, در حالی که آلومینیوم در کاهش وزن و کارایی هزینه برنده است.

انتخاب شما باید به نیازهای پروژه خاص مانند وزن بستگی داشته باشد, مقاومت در برابر خوردگی, قدرت, و بودجه.

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

سوالات متداول

س: آیا می توان از آلومینیوم در کاربردهای پر استرس استفاده کرد?

الف: بله, به ویژه در صنایعی که کاهش وزن بسیار مهم است, مانند هوافضا.

س: فولاد ضد زنگ قوی تر از آلومینیوم است?

الف: بله, فولاد ضد زنگ معمولا کشش بالاتری دارد, بازده, و مقاومت فشاری در مقایسه با آلومینیوم.

س: آلومینیوم گرانتر از فولاد ضد زنگ است?

الف: خیر, آلومینیوم معمولا از قبل ارزانتر است, اما مقرون به صرفه بودن درازمدت به نیازهای کاربرد و نگهداری بستگی دارد.