Porównanie aluminium pod względem właściwości fizycznych rdzenia
Aluminium należy do lżejszych metali konstrukcyjnych. Jego gęstość wynosząca 2,70 g/cm3 stanowi około jedną trzecią gęstości miedzi i stali, przewodność cieplna wynosząca około 235 W/m·K ustępuje jedynie miedzi wśród powszechnych metali konstrukcyjnych, a naturalna warstwa tlenkowa zapewnia stabilność w większości atmosfer bez dodatkowej powłoki. Nie zapewnia jednak wysokiej wytrzymałości bezwzględnej ani odporności na-wysokie temperatury: czyste aluminium topi się w temperaturze około 660 stopni, a jego moduł sprężystości wynoszący około 69 GPa stanowi mniej więcej jedną trzecią modułu sprężystości stali, więc sztywność musi wynikać z geometrii.
| Metal | Gęstość (g/cm3) | Przewodność cieplna (W/m·K) | Zakres topnienia (stopień) | Moduł sprężystości (GPa) |
|---|---|---|---|---|
| Aluminium | 2.70 | 235 | 660 | 69 |
| Miedź | 8.96 | 401 | 1085 | 110-128 |
| Stal węglowa | 7.85 | 50 | 1425-1540 | 200 |
| Stal nierdzewna 304 | 8.00 | 16 | 1400-1450 | 193 |
| Stopień tytanu 2 | 4.51 | 17-22 | 1668 | 105 |
Aluminium kontra stal: stal nierdzewna, węgiel i żeliwo
W porównaniu ze stalą nierdzewną 304 aluminium przewodzi ciepło około piętnaście razy szybciej i waży około jedną trzecią więcej, dlatego wokół niego zbudowane są patelnie, radiatory i wężownice HVAC. Stal nierdzewna zapewnia twardość, odporność na zużycie i powierzchnię, która nie reaguje ze składnikami kwaśnymi, a także zachowuje użyteczną wytrzymałość w temperaturach, w których aluminium straciło już większość swojej nośności. Stal węglowa jest tańsza, sztywniejsza i łatwiejsza w spawaniu, dzięki czemu można w niej stosować ramy, zbiorniki ciśnieniowe i ciężkie konstrukcje, podczas gdy aluminium konkuruje wszędzie tam, gdzie warto zapłacić za wagę. Żeliwo znowu zachowuje się inaczej: jego wysoka pojemność cieplna i niska przewodność pozwalają mu równomiernie magazynować i oddawać ciepło, co pasuje do smażenia i powolnego gotowania, podczas gdy aluminium szybko reaguje i równomiernie rozprowadza ciepło.
Należy unikać bezpośredniego kontaktu aluminium- ze-stalą w wilgotnym i ciepłym środowisku, ponieważ korozja galwaniczna atakuje aluminium, chyba że oba metale zostaną oddzielone izolatorem.
Aluminium kontra miedź i tytan
Miedź pozostaje przewodnikiem odniesienia przy 100% IACS, podczas gdy elektryczne gatunki aluminium osiągają około 61%, zatem kabel o tej samej rezystancji wymaga około 60% większego-przekroju przekroju poprzecznego, a mimo to waży około połowę mniej. Dlatego linie przesyłowe, szyny zbiorcze i duże kable energetyczne są zwykle wykonane z aluminium, podczas gdy miedź dominuje w małych uzwojeniach, stykach i precyzyjnych złączach. Prace inżynieryjne dotyczą końcówek, ponieważ aluminium tworzy izolujący tlenek w ciągu kilku minut od narażenia, więc połączenia zależą od ścierania podczas dokręcania, związku-hamującego utlenianie i złączy przystosowanych do przewodów aluminiowych.
Tytan jest o około dwie trzecie cięższy od aluminium i kilka razy droższy, ale jest znacznie mocniejszy i toleruje wyższe temperatury i agresywne chlorki. Aluminium wyraźnie wygrywa pod względem przewodności, ponad dziesięciokrotnie większej niż tytan, oraz pod względem możliwości obróbki. Dlatego w konstrukcjach lotniczych i kosmicznych stosuje się tytan w gorących lub mocno obciążonych złączach oraz tam, gdzie część jest łączona z kompozytem-włókien węglowych i aluminium w poszyciach, ramach, podłużnicach i zbiornikach paliwa.
Naczynia kuchenne, nadwozia pojazdów i dobór materiałów
W naczyniach kuchennych te dwa metale rozwiązują odwrotne problemy: żeliwo magazynuje ciepło i powoli je oddaje, podczas gdy aluminium reaguje niemal natychmiast na zmianę palnika i równomiernie rozprowadza ciepło. Sezonowane żeliwo zapewnia naturalną-powłokę zapobiegającą przywieraniu, podczas gdy naczynia aluminiowe są zwykle anodowane lub powlekane, aby ograniczyć reakcję gołego metalu z kwaśną żywnością. Wiele profesjonalnych patelni łączy aluminiowy korpus z powierzchnią stykową ze stali nierdzewnej, aby uzyskać oba rodzaje jednocześnie.
Karoserie samochodowe wykazują tę samą równowagę w skali przemysłowej. Stal pozostaje domyślna, ponieważ jest tania, podatna na formowanie, łatwa do spawania i naprawy, a także dlatego, że konstrukcje awaryjne zależą od jej sztywności i zachowania naprężenia. Aluminium stosuje się tam, gdzie opłaca się zmniejszenie masy, zwłaszcza w przypadku zamknięć i nadwozi-w-białych pojazdach elektrycznych, gdzie każdy zaoszczędzony kilogram zwiększa zasięg; konstrukcje te wymagają-nitów samoprzebijających, klejów konstrukcyjnych,-wkrętów samowiercących i izolowanych elementów złącznych zamiast zgrzewania punktowego.
Często zadawane pytania
P: Aluminium czy stal nierdzewna do narzędzi kuchennych?
Aluminium nagrzewa się szybciej i jest lżejsze, ale łatwo ulega wgnieceniom i reaguje z kwaśną żywnością, podczas gdy stal nierdzewna jest cięższa i wymaga mniejszej pielęgnacji, dlatego wiele narzędzi łączy aluminiowy rdzeń z nierdzewną powierzchnią kontaktową.
P: Dlaczego do okablowania wybrać aluminium zamiast miedzi?
Aluminiowe przewodniki osiągają około 61% IACS, zatem kabel potrzebuje o około 60%-większego przekroju poprzecznego przy tej samej rezystancji, ale waży około połowę mniej.
P: Jak aluminium wypada w porównaniu z tytanem?
Tytan jest około dwie trzecie cięższy i kilka razy droższy, ale znacznie mocniejszy i bardziej odporny na ciepło, podczas gdy aluminium przewodzi ciepło ponad dziesięciokrotnie szybciej i jest znacznie łatwiejsze w produkcji.
P: Kiedy należy stosować żeliwo zamiast aluminium?
Wybierz żeliwo, gdy liczy się stałe zatrzymywanie ciepła i masa termiczna, oraz aluminium, gdy priorytetem jest szybka reakcja, niewielka waga i równomierne rozprowadzanie ciepła; profesjonalne kuchnie zwykle przechowują oba.
P: Dlaczego nadwozia samochodów nie są wykonane z czystego aluminium?
Stal jest tańsza, sztywniejsza i prostsza w naprawie, a konstrukcje aluminiowe wymagają nitów, klejów i izolacji galwanicznej, dlatego aluminium stosuje się tam, gdzie oszczędność masy uzasadnia dodatkowe koszty procesu.
