Analiza porównawcza materiałów: stal vs aluminium – gdzie co stosować?

W życiu codziennym mamy do czynienia ze stalą jak i z aluminium. Podobnie jest w przemyśle, tutaj również stal nierdzewna oraz aluminium są niezbędne w produkcji. Czy oba surowce mają takie same właściwości oraz zastosowanie? Otóż nie, choć w kilku kwestiach są do siebie dość podobne. Czym różni się stal od aluminium i gdzie wykorzystuje się te stopy?

Czym jest stal?

Stal jest stopem żelaza oraz węgla z dodatkiem kilku innych pierwiastków. Dokładny skład danej stali będzie się różnił od tego, jakie chcemy mieć dla niej zastosowanie i jakimi parametrami ma się ona cechować. Ilość węgla w stopie stali nie może jednak przekraczać 2,11%.

Samych rodzajów stali jest kilka, a różnią się one od siebie przeznaczeniem czyli zastosowaniem, składem oraz właściwościami fizycznymi i mechanicznymi. Ogólnie rzecz ujmując, stal cieszy się szerokim zastosowaniem w przemyśle, ponieważ charakteryzuje ją m.in.  duża wytrzymałość, twardość, możliwość rozciągania oraz ściskania, a także odpowiednia sprężystość i elastyczność. To oczywiście ogólna charakterystyka, ponieważ poszczególne rodzaje stali będą wykazywał te cechy w większym lub w mniejszym stopniu.

Wśród rodzajów stali należy wymienić:

• stal konstrukcyjną,
• stal narzędziową (tworzy się z niej piły, pilniki, wiertła, etc.),
• stal nierdzewną (wykonuje się z niej naczynia, sztućce, instalacje, etc.),
• stal chirurgiczną,
• stal kwasoodporną,
• stal żaroodporną (znajduje zastosowanie w piecach czy w kotłach) i kilka innych.

Jak więc widać, stal jest popularnie wykorzystywanym materiałem, niezwykle wytrzymałym, dlatego nadaje się  do przemysłu ciężkiego, nawet petrochemicznego, który wymaga zastosowania materiałów szczególnie odpornych i wytrzymałych.

Kilka zdań o aluminium

Aluminium to obok stali kolejny surowiec bardzo powszechnie wykorzystywany w przemyśle. Znamy go od XIX wieku – przez pewien czas aluminium było w owym wieku droższym surowcem niż złoto oraz srebro. Co ciekawe, aluminium zajmuje trzecie miejsce wśród pierwiastków najbardziej rozpowszechnionych na Ziemi. Trudno wyobrazić sobie bez aluminium przemysłu opakowaniowego, transportowego, maszynowego, na budownictwie kończąc. Za jakie właściwości cenione jest aluminium? Otóż jest ono przede wszystkim lekkie, a jednoczenie wytrzymałe. Metal ten jest odporny na korozję, łatwo go formować, a dodatkowo można z jego użyciem tworzyć różnorakie stopy, które posiadać będą dodatkowe właściwości jakich się od nich oczekuje. Tylko w Polsce wykorzystuje się każdego roku ok. 1,5 mln ton aluminium, co świadczy o tym jak rozpowszechnionym i pożądanym surowcem jest tenże metal. Wykorzystanie aluminium wręcz zadziwia – aluminiowe będzie jednocześnie opakowanie czekolady jak i elementy zaawansowanych technologicznie łodzi podwodnych. Aluminium jest cenione także za to, iż łatwo można poddać je recyclingowi.

Aluminium vs stal

Jako, że rodzajów stali mamy wiele, w porównaniu stali i aluminium skupmy się na szeroko wykorzystywanej w przemyśle stali nierdzewnej. Nie ma zbyt wielu podobieństw, jeśli chodzi o te surowce – chyba jedynym podobieństwem jest odporność na korozję. W związku z tym skupimy się na różnicach. A różnice te widoczne są w:

• gęstości – aluminium 2,7 g/cm3, stal nierdzewna – ok. 7,7-8,0 g/cm3,
• twardości w skali Brinella – aluminium 21 – 161, stal n. 160 – 310,
• wytrzymałości na rozciąganie – aluminium 75-545 MPa, stal n. 400-1000 MPa,
• rezystowności (oporowości właściwej) – aluminium 0,028 Ω·mm2/m, stal n. – 0,60-1,00 Ω·mm2/m,
• współczynnika przewodzenia ciepła – aluminium ok. 200 W/(mxK), stal n. 12-30 W/(mxK).

Podstawowa różnica między stalą a aluminium leży oczywiście w ciężarze. Aluminium jest cztery razy lżejsze niż stal. Jak pokazują podpunkty, aluminium nagrzewa się zdecydowanie szybciej niż stal, jest więc lepszym przewodnikiem ciepła oraz prądu. Stal nierdzewna posiada przewagę nad aluminium w kwestii żaroodporności – można ją wykorzystywać tam, gdzie występują bardzo wysokie temperatury. Oba surowce są wysoce odporne na korozję, co jest ich podobieństwem.

Aluminium jako dobry przewodnik ciepła i prądu nadaje się znakomicie np. do produkcji grzejników, stal natomiast jest odporna na wysokie temperatury, idealnie nadaje się więc do produkcji wszelkich naczyń do gotowania. Stal będzie także idealna do produkcji prętów. Oba surowce nadają się świetnie do produkcji blachy – blacha ze stali jest wysoce wytrzymała, a tą z aluminium cechuje odpowiednie przewodnictwo cieplne. Blachy stalowe będą odpowiednie dla budownictwa, a aluminiowe sprawdzą się w przemyśle lotniczym jak i w energetyce.