تفاوت فولاد با آلومینیوم چیست؟ (6 فرق اصلی)

به هر ساختمان و صنعتی که نگاه کنید ردپای آلومینیوم یا فولاد در آن دیده می‌شود. این دو فلز با وجود شباهت‌های نسبی، دارای تفاوت‌های زیادی هستند که همین موضوع باعث شده تا انتخاب آن‌ها وابسته به قابلیت‌هایی باشد که دارند. یک تفاوت مهم آهن و آلومینیوم، ترکیب شیمیایی آن‌هاست که باعث تغییر خواص فیزیکی آن‌ها می‌شود. در واقع هر یک از این دو فلز، در کارهای به ‌خصوصی بر دیگری ارجحیت دارند. در این مقاله از زرین فولاد، نگاه جامع ولی دقیقی به این دو المان فلزی و مواردی که در آن‌ها متفاوت هستند خواهیم داشت.

نگاهی به فولاد

ما پیش از این در یک مقاله جداگانه به طور مفصل شرح داده‌ایم که فولاد چیست اما به طور خلاصه می‌توان این طور بیان کرد که فولاد در اصل نوعی آلیاژ آهن است که به کمک عنصری دیگر، یعنی کربن، به استحکام بالا می‌رسد. تفاوت فولاد با آهن در میزان کربن موجود در فولاد است که بین 0.05 تا 2.14 درصد متغیر است و همین مقدار باعث می‌شود فولادها به دسته‌های کم‌کربن یا پرکربن تقسیم شوند. علاوه‌ بر کربن، عناصر دیگری مثل کروم، منگنز و نیکل هم به ساختار مولکولی فولاد اضافه می‌شوند تا مقاومت حرارتی یا خواص ضدزنگ آن تقویت گردد. این آلیاژ سخت برای صنایع سنگین مانند ساخت و ساز، خودروسازی یا تولید ماشین آلات، اولین انتخاب محسوب می‌شود.

آلومینیوم چیست؟

آلومینیوم برخلاف فولاد که یک آلیاژ به‌حساب می‌آید، یک عنصر خالص است و در اعماق پوسته زمین به شکل سنگ معدن بوکسیت یافت می‌شود. این فلز با عدد اتمی 13 در جدول تناوبی، یکی از پرکاربردترین عناصر صنعتی به شمار می‌رود. آلومینیوم، در کنار مقاومت مکانیکی مناسبش چگالی بسیار پایینی دارد و به همین دلیل جایگاه ویژه‌ای در صنایع مختلف پیدا کرده است. یکی از دلایل اصلی محبوبیت این فلز، تشکیل لایه طبیعی اکسیدی روی سطح آن است؛ لایه‌ای که از خوردگی و زنگ ‌زدن جلوگیری می‌کند. یکی از اصلی‌ترین قابلیت‌های مواد اولیه در صنایع الکترونیک، رسانایی بالای الکتریسیته است که آلومینیوم این ویژگی را هم دارد. محصولات ساخته شده با آلومینیوم غیر از صنایع الکترونیک، در ساختمان‌سازی و هوافضا نیز استفاده می‌شوند.

مقایسه فولاد و آلومینیوم

فولاد که آلیاژی از آهن و کربن است، در مقایسه با آلومینیوم که فلزی سبک و غیر آهنی است، معمولا سنگین‌تر و دارای استحکام کششی و مقاومت در برابر تغییر شکل بیشتری است که آن را برای کاربردهای سازه‌ای با بار زیاد مانند پل‌ها و ساختمان‌ها ایده‌آل می‌کند. در مقابل، آلومینیوم با وزنی تقریبا یک‌سوم فولاد، نسبت استحکام به وزن بالاتری دارد و در صنایعی مانند هوافضا و خودروسازی ترجیح داده می‌شود؛ همچنین آلومینیوم به دلیل لایه اکسیدی که روی سطح خود تشکیل می‌دهد، مقاومت به خوردگی بسیار بهتری دارد، در حالی که فولاد معمولی نیاز به پوشش محافظ دارد. از نظر خواص حرارتی و الکتریکی، آلومینیوم یک رسانای حرارتی و الکتریکی بسیار خوب است، اما فولاد رسانایی پایین‌تری دارد و در عین حال پایداری حرارتی بالاتری را تحمل می‌کند. در نهایت، آلومینیوم به دلیل نرم‌تر بودن، قابلیت ماشین‌کاری و شکل‌دهی بهتری دارد، اما فولاد معمولاً قابلیت جوشکاری آسان‌تری دارد و برای پروژه‌های بزرگ‌تر، قیمت پایین‌تری به ازای هر کیلوگرم دارد.

فولاد و آلومینیوم را می‌شود از منظر وزن، صرفه اقتصادی، مقاومت، قابلیت جوشکاری و چگالی با هم مقایسه کرد. هدف از این مقایسه هم آشنایی با قابلیت‌های هر کدام، تأثیری که در صنایع مختلف از خود به‌ جا می‌گذارند و در نهایت شناخت بهتر هر دو فلز است.

مقایسه مقاومت به خوردگی در فولاد و آلومینیوم

آلومینیوم یک لایه اکسیدی نازک اما بسیار پایدار روی سطح خود می‌سازد. این لایه پس از تشکیل شدن مانند یک سپر محافظ عمل کرده و نمی‌گذارد خوردگی به درون فلز نفوذ کند. دلیل اصلی دوام بالای آلومینیوم در محیط‌های مرطوب و صنعتی هم در واقع همین لایه خاصیت است. البته در محیط‌های بسیار اسیدی یا بسیار قلیایی این محافظت دچار اختلالاتی می‌شود، اما در شرایط معمولی هیچ مشکلی برای آن پیش نمی‌آید.

فولاد معمولی اما در حالت طبیعی‌ چنین قدرتی برای محافظ از خود ندارد. با اینکه در ترکیب آن عنصر کروم به‌کار رفته، باز هم مقاومتش در برابر خوردگی به پای آلومینیوم نمی‌رسد و مستعد زنگ‌زدگی است. به همین دلیل فولاد را با یک پوشش محافظ مانند روی می‌پوشانند تا ورق گالوانیزه را بسازند که تا حد زیادی برابر زنگ‌زدگی مقاومت می‌کند.

مقایسه وزن و چگالی

چگالی آلومینیوم چیزی حدود 2.7 گرم بر سانتی‌متر مکعب​ بوده که این رقم در فولاد حدود 7.8 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. البته این عدد بر اساس عناصر به ‌کار رفته در فولاد می‌تواند کمی بالاتر یا پایین‌تر باشد. در نتیجه باید گفت که وزن آلومینیوم به طور کلی سه برابر کمتر از فولاد است که آن را به مناسب‌ترین عنصر برای ساخت برخی محصولات صنعتی اعم از اتومبیل یا هواپیما تبدیل می‌کند. حتی در فرآیند ساخت‌وسازهای صنعتی هم آلومینیوم به دلیل وزن کم خود، شرایط راحت‌تری را برای جابجایی و نصب فراهم می‌کند.

تفاوت کاربرد آلومینیوم و فولاد

فولاد به خاطر مقاومت و وزن بالا برای ساخت‌وساز، خودروسازی سنگین یا تولید مخازن تحت فشار مناسب است و آلومینیوم بیشتر در حمل و نقل، ساخت لوازم خانگی یا هوافضا کاربرد دارد. یکی از مهم‌ترین کاربردها و مزایای اقتصادی هردوی این محصولات، قابلیت بازیافت آن‌هاست که سود بسیار خوبی از آن حاصل می‌گردد. مثلا سود ذوب آلومینیوم و بازیافت آن حدود 25 تا 35 درصد تخمین زده شده است.

• آلومینیوم: نسبت مقاومت به وزن این عنصر تاثیر شگرفی در توسعه صنعت حمل و نقل داشته چون در ساخت ماشین، هواپیما یا دوچرخه تا حد زیادی از آن استفاده می‌شود. پروفیل آلومینیومی برای ساخت درب و پنجره گزینه کاملا متناسبی محسوب می‌شود. تولید قطعات الکتریکی و بدنه لوازم خانگی هم تا حد زیادی وابسته این عنصر است.
• فولاد: برای ساخت‌وسازهای سنگین مانند پل‌ها یا اسکلت سازه‌های بزرگ، پروفیل فولادی تنها گزینه پایدار است. در صنایع خودروسازی هم برای تولید شاسی یا برخی قطعات سنگین موتور، به استحکام بالای این آلیاژ در برابر فشار و حرارت نیاز پیدا می‌شود.

رسانایی الکتریکی و گرمایی

رسانایی الکتریکی و گرمایی موضوع بسیار مهمی در صنایع بزرگ است که رابطه میان ماده اولیه و سایر عناصر را به مسیر مشخصی هدایت می‌کنند. برای مقایسه میزان رسانایی فولاد و آلومینیوم می‌توان به موارد ذیل توجه کرد:

• فولاد: در کارهایی که نیاز به حفظ دما و عدم انتقال جریان برق وجود دارد، فولاد برنده است. به طور مثال برای ساخت مخازن در صنایع پتروشیمی یا نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• آلومینیوم: پس از نقره، مس و طلا که عناصر بسیار گرانی هستند، آلومینیوم یکی از بهترین مواد رسانا برای انتقال حرارت و الکتریسیته به حساب می‌آید. به همین دلیل اغلب در رادیاتورها، سیستم‌های برودتی ساختمانی، کابل‌کشی و حتی تولید سیم‌های فشار قوی از این عنصر استفاده می‌کنند.

قابلیت جوشکاری فولاد بهتر است یا آلومینیوم؟

فولاد نقطه‌ ذوب بالایی دارد و وجود کربن در ساختارش باعث می‌شود در برابر حرارت رفتار پایداری داشته باشد. زمانی که این دو مزیت را با هم ترکیب کنید، یک آلیاژ قابل‌اتکا برای جوشکاری خواهید داشت. آلومینیوم هم قابلیت جوشکاری دارد اما به دلیل نقطه ذوب به ‌مراتب کمتر و سرعت بالاتر در انتقال حرارت، هنگام جوشکاری حساسیت بیشتری از خود نشان می‌دهد. جوشکاری آلومینیوم پیچیده‌تر است و به تکنیک‌های ظریف‌تری نیاز دارد.

مقایسه قیمت آلومینیوم و فولاد

برای اینکه بتوانیم تاثیر انتخاب فولاد یا آلومینیوم را بر هزینه‌های نهایی درک کنیم، باید چند فاکتور مهم از جمله مخارج تولید، قیمت مواد اولیه و میزان عرضه و تقاضا را همزمان بررسی کرد. در کل قیمت مقاطع فولادی به‌ ازای هر کیلوگرم معمولا کمتر از آلومینیوم است؛ یکی از دلایل این موضوع این است که فرایند تولید آن‌ها در شرکت‌های صنعتی و با عملیات خم و فرمینگ انجام می‌شود که به نسبت عملیات ریخته‌گری آلومینیوم هزینه کم‌تری دارد. میزان عرضه آلومینیوم در جهان نسبت به تقاضای آن محدودتر است و این مسئله هم روی بالا رفتن قیمت آن اثر گذار است. انتخاب بین این دو مورد در بسیاری از پروژه‌ها فقط بر اساس قابلیت‌ها نیست، چون که هزینه و بازده اقتصادی نیز موقع تصمیم‌گیری لحاظ می‌شوند.

سخن پایانی

فولاد و آلومینیوم با اینکه در وزن، استحکام، قیمت، قابلیت جوشکاری، واکنش برابر خوردگی و شکل‌پذیری تفاوت‌های چشمگیری دارند اما در عین حال همیشه دو تکمیل‌کننده مهم برای صنعت و ساختمان‌سازی بوده‌اند. هر کدام از این متریال ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارند که باعث برتری آن‌ها در کارهای بخصوص می‌شود و گاهی هم کنار گذاشته شدن آن‌ها در پروژه‌ای دیگر بهترین نتیجه را می‌دهد.