Нержавіюча сталь проти. Алюміній – відкриття чемпіона з матеріалів

2. Що таке нержавіюча сталь?

Нержавіюча сталь це корозійностійкий сплав, що складається переважно із заліза, хром, та інші елементи, такі як нікель і молібден. The chromium content provides it with a natural oxide layer, which protects the steel from rusting.

It is well-known for its high strength, міцність, і стійкість до агресивних середовищ, making it a top choice for applications requiring robust performance, such as in the construction, медичний, і автомобільної промисловості.

3. Що таке алюміній?

Алюміній - це легка вага, silver-colored metal with excellent corrosion resistance and formability.

Known for its low density and high strength-to-weight ratio, aluminum is widely used in industries where reducing weight is crucial, наприклад, аерокосмічний, транспортування, та електроніка.

It is also a highly recyclable metal, which contributes to its popularity in sustainable manufacturing.

4. Продуктивність матеріалу в різних середовищах

Aluminum and stainless steel both have excellent corrosion resistance, but they perform differently depending on the environment.

Алюміній forms a natural oxide layer that protects it from oxidation in most environments, particularly in humid or salty conditions.
Однак, він може бути вразливим до гальванічної корозії при контакті з певними іншими металами.

Нержавіюча сталь, особливо такі оцінки, як 316 з додаванням молібдену, чудово працює в середовищах з впливом хімічних речовин, морська вода, або високі температури, що робить його кращим матеріалом для морських суден, промисловий, і медичне застосування.

5. Міцність і довговічність нержавіючої сталі проти алюмінію

Сила на розрив

Нержавіюча сталь має міцність на розрив 505 MPA, що робить його значно міцнішим за алюміній, який тільки досягає 110 MPA.

Ця міцність робить нержавіючу сталь ідеальною для конструкційних компонентів, таких як труби, стрижнів, і листи, що використовуються в мостах і будівлях.

З іншого боку, менша вага алюмінію робить його ідеальним вибором для таких застосувань, як літаки, де зниження ваги має вирішальне значення для продуктивності.

Сила втоми

Втомна міцність означає, наскільки добре матеріал може витримувати повторювані навантаження. Нержавіюча сталь забезпечує втомну міцність 250 MPA, набагато вище, ніж у алюмінію 96.5 MPA.

Це робить нержавіючу сталь кращим варіантом для таких застосувань, як пружини та шестерні, де довговічність при циклічних навантаженнях є важливою.

Алюміній, з його меншою міцністю на втому, більше підходить для легких виробів, таких як велосипедні рами та компоненти гоночних автомобілів, де зменшення ваги є пріоритетом.

Опір зносу

Якщо говорити про зносостійкість, нержавіюча сталь перевершує алюміній. З нержавіючої сталі між 40 g до 80 g на тесті ASTM G65, тоді як алюміній, навіть анодований, відчуває більший знос, з оцінками від 150 g до 250 g.

Ця різниця помітна в посуді — каструлі та сковорідки з нержавіючої сталі служать довше, ніж їхні алюмінієві аналоги, які, як правило, швидше зношуються.

Твердість

Нержавіюча сталь, з показником твердості за Роквеллом до 95Rb, твердіший за алюміній, яка коштує 60 руб.

Ця відмінність пояснює, чому годинники з нержавіючої сталі, наприклад, вони більш стійкі до подряпин порівняно з алюмінієвими.

Міцність на стиск

Нержавіюча сталь може витримувати тиск до 220,000 павутина, порівняно з максимальним вмістом алюмінію 70,000 павутина.

Наприклад, у таких переносних пристроях, як Apple Watch, модель з нержавіючої сталі набагато більш здатна протистояти тиску та деформації, ніж версія з алюмінію.

Ударний опір

Конструкція з нержавіючої сталі забезпечує високу ударостійкість, що робить його ідеальним для таких компонентів, як автомобільні бампери, які повинні витримувати значні навантаження.

Навпаки, більша гнучкість алюмінію дозволяє йому ефективніше поглинати удари, тому його часто використовують у таких продуктах, як оболонки шоломів і захисне спорядження.

Нержавіюча сталь стійка до вм'ятин, тоді як алюмінієві подушки впливають краще.

Міцність на зсув

Алюміній має міцність на зсув 40,000 павутина, тоді як нержавіюча сталь досягає 70,000 павутина.

Це робить нержавіючу сталь кращим вибором для таких застосувань, як леза та хірургічні інструменти, які повинні витримувати високі зусилля зсуву.

Похідна сила

Межа текучості нержавіючої сталі коливається від 30,000 до 90,000 павутина, тоді як алюміній зазвичай поступається при 40,000 павутина.

У таких продуктах, як годинник, Корпуси з нержавіючої сталі більш стійкі до деформації під навантаженнями в порівнянні з алюмінієвими аналогами, що робить їх більш міцними для важких умов експлуатації.

Модуль еластичності

Модуль пружності нержавіючої сталі становить 28,000 KSI, майже в три рази більше, ніж алюміній, який є 10,000 KSI.

Це означає, що нержавіюча сталь менше згинається під навантаженням, забезпечує кращу жорсткість у виробах, де структурна цілісність має вирішальне значення.

6. Формованість і оброблюваність нержавіючої сталі проти алюмінію

Формованість нержавіючої сталі

Нержавіюча сталь, особливо 304 класу, має високу формувальність, що дозволяє йому легко формувати та формувати різні структури.

Формованість алюмінію

Легкість і гнучкість алюмінію роблять його ідеальним матеріалом для легкого згинання.

Сплави як 3003 і 5052 популярні в листовому металі завдяки своїй гнучкості та стійкості до іржі.

6061 алюміній, з сумішшю кремнію та магнію, відзначається відмінною зварюваністю.

Однак, алюміній вимагає делікатного дотику, щоб уникнути розтріскування, що робить його найкращим вибором для проектів з плавними кривими та легкою конструкцією.

Оброблюваність нержавіючої сталі

У сфері різання та свердління, 303 нержавіюча сталь виділяється своєю покращеною оброблюваністю, завдяки додаванню сірки.

Для більш складних завдань, 416-високоефективна нержавіюча сталь. Швидкорізальна сталь (HSS) інструменти зазвичай використовуються для ефективної обробки нержавіючої сталі.

Оброблюваність алюмінію

Алюміній, з його м'яким характером, легко обробляється, особливо такі сплави, як 6061-T6 і 2024, які дозволяють гладко різати твердосплавними інструментами.

Зварюваність нержавіючої сталі

316Нержавіюча сталь L відома своєю відмінною зварюваністю.

Зазвичай використовується зварювання TIG, забезпечення міцного, корозійностійкі зварні шви, навіть у таких складних умовах, як солона вода.

Зварюваність алюмінію

Алюміній, особливо 6061 сплав, також добре зварюється.

Імпульсне зварювання MIG ефективне для алюмінію, запобігання перегріву та створення міцних з’єднань. Однак, поверхня повинна бути ретельно очищена від забруднень для успішного зварювання.

Характеристики вигину

При згинанні нержавіючої сталі, він має тенденцію бути більш жорстким. Наприклад, 304-нержавіюча сталь відкидається приблизно на 3°, тому кут вигину 87° необхідний для досягнення ідеального вигину 90°.

Навпаки, алюміній легше гнеться. 5052-Алюміній H32, наприклад, має лише близько 2° пружини назад, що робить його більш гнучким і легшим у роботі, потребує меншої сили.

Можливість глибокого малювання

Глибока витяжка випробовує силу металів. З 430 нержавіюча сталь, з межею міцності на розрив 450 мегапаскаль, стоїть високо. Завдяки цьому процесу нержавіюча сталь створює міцні кухонні мийки та каструлі.

3003 алюмінієвий сплав забезпечує пластичність з 130 Сила в мегапаскалях. For fuel tanks and cookware, aluminum emerges as a hot favorite.

Легкість різання

Stainless steel tends to resist cutting forces. The 440C grade, owing to its staggering 700 Сила в мегапаскалях, dulls cutting tools. High-speed steel blades become essential.

Алюміній, with its lower 55 MegaPascals tensile strength, slices like butter.

7. Застосування та промисловість нержавіючої сталі проти. Алюміній

Both stainless steel and aluminum are widely used in various industries, but their distinct properties make them suitable for different applications. Here’s a comparison of where and how each material is commonly used:

Будівельна галузь

• Нержавіюча сталь: Favored for structural applications that require strength, міцність, і корозійна стійкість, stainless steel is commonly used in building facades, мости, and structural frameworks.
  Its polished finish also makes it ideal for decorative elements such as handrails and cladding.
• Алюміній: Aluminum’s lightweight nature and ease of fabrication make it a popular choice for roofing, вікна, і навісні стіни. Він також використовується в мобільних конструкціях, таких як будівельні ліси, завдяки своїй мобільності.

Автомобільна промисловість

• Нержавіюча сталь: Відомий своєю міцністю і стійкістю до високих температур, у вихлопних системах використовується нержавіюча сталь, компоненти двигуна, і обрізати частини. Його міцність робить його ідеальним для транспортних засобів, що працюють у екстремальних умовах.
• Алюміній: Легкі властивості алюмінію роблять його вирішальним у панелях кузова автомобіля, колеса, і рамки. Алюміній допомагає зменшити загальну вагу транспортних засобів, покращення паливної ефективності та керованості, що особливо важливо в електричних і гібридних автомобілях.

Аерокосмічна промисловість

• Нержавіюча сталь: Висока міцність і термостійкість роблять нержавіючу сталь придатною для таких важливих компонентів, як кріплення, шасі, і вихлопні системи в літаках.
• Алюміній: Алюміній незамінний в аерокосмічній промисловості завдяки своїй легкості, що сприяє економії палива. Він широко використовується в корпусі літака, крила, та інші структурні компоненти.

Медичні та хірургічні застосування

• Нержавіюча сталь: Завдяки відмінній гігієнічності, Корозійна стійкість, і легкість стерилізації, нержавіюча сталь широко використовується в хірургічних інструментах, імплантати, та медичні пристрої. Особливо підходить для ортопедичних імплантатів і стоматологічних інструментів.
• Алюміній: Алюміній використовується в деяких медичних пристроях, де важливі легкість і мобільність. Він також використовується у виробництві апаратів МРТ та іншого обладнання для обробки зображень, де немагнітні властивості є вирішальними.

Посуд і кухонне обладнання

• Нержавіюча сталь: Нержавіюча сталь популярна на професійних кухнях для каструль, каструлі, столові прибори, і стільниці. Він довговічний, Легко очистити, і стійкий до плям і іржі, що робить його ідеальним для середовищ, де гігієна є важливою.
• Алюміній: Алюмінієвий посуд, часто анодований для підвищення довговічності, цінується за відмінну теплопровідність. Його зазвичай використовують для випічки, сковороди, і малої побутової техніки завдяки своїй легкості та ефективному розподілу тепла.

Електроніка та телекомунікації

• Нержавіюча сталь: Використовується для електронних корпусів, з'єднувачі, і структурні компоненти, де потрібна міцність і електромагнітне екранування. Нержавіюча сталь також використовується в деяких висококласних побутових електроніках.
• Алюміній: Чудова тепло- та електропровідність алюмінію робить його ідеальним для використання в радіаторах, обстріл, і електропроводка для електроніки та телекомунікаційного обладнання. Його також часто можна знайти в споживчій електроніці, наприклад смартфонах, ноутбуки, і таблетки.

Морська промисловість

• Нержавіюча сталь: Завдяки чудовій стійкості до корозії, особливо в морських умовах, для фурнітури для човнів використовується нержавіюча сталь, підводні труби, і частини корабля. Морська нержавіюча сталь (як 316) забезпечує додатковий захист від корозії у солоній воді.
• Алюміній: Алюміній використовується для суднобудування, особливо для малих і середніх суден і корпусів, завдяки легкій вазі та стійкості до корозії в прісній воді. Він також використовується для щогл, палубні конструкції, і трапи.

8. Висновок

Як нержавіюча сталь, так і алюміній пропонують унікальні переваги залежно від застосування.

Нержавіюча сталь відрізняється міцністю і довговічністю, тоді як алюміній виграє у зменшенні ваги та економічній ефективності.

Ваш вибір має залежати від конкретних вимог проекту, наприклад ваги, Корозійна стійкість, міцність, і бюджет.

 

Посилання на вміст：https://www.xometry.com/resources/materials/what-is-stainless-steel/

Поширені запитання

Q: Чи можна використовувати алюміній у приміщеннях із високим навантаженням?

A: Так, особливо в галузях, де економія ваги є критичною, як аерокосмічна.

Q: Нержавіюча сталь міцніша за алюміній?

A: Так, нержавіюча сталь зазвичай має вищу міцність на розрив, похід, і міцність на стиск порівняно з алюмінієм.

Q: Алюміній дорожчий за нержавіючу сталь?

A: Ні, алюміній зазвичай дешевший наперед, але довгострокова економічна ефективність залежить від застосування та вимог до обслуговування.