鉄とアルミニウム:鉄と非鉄金属の違いを理解する

スチールとアルミニウムは、世界で最も一般的に使用されている金属です。アルミニウムは地球上で 2 番目に豊富な金属元素であり、鋼は世界中で最も利用されている合金です。ただし、スチールとアルミニウムには似ているように見えるかもしれませんが、大きな違いがあり、それぞれに独自の特性と用途があります。

この投稿では、鋼とアルミニウムのコスト、強度、重量、耐食性、加工方法、用途を比較します。これらの要素は、どちらが仕事に最適かを判断するのに役立ちます。

費用

鋼材とアルミニウムの価格は、世界の市況に基づいて常に変化していますが、一般的に、鋼材はアルミニウムよりも重量で安価です。ただし、両方の金属にはさまざまな種類や合金があり、価格が大幅に異なる場合があります。軟鋼と炭素鋼は最も安価である傾向があり、ステンレス鋼の価格はアルミニウムの価格に近い場合があります.

強さ

スチールがアルミニウムよりも強くて硬いことは間違いありません。そのため、自動車フレームの大部分がスチールで作られています。鋼は鉄と炭素の合金であり、炭素は鋼に強度、硬度、および耐久性を与えます。アルミニウムよりも力や熱で変形しにくいです。

アルミニウムはスチールよりも柔らかいため、変形しやすくなります。アルミニウムはスチールほど強くはありませんが、温度が下がると強度が増すため、低温での用途に役立ちます。

重量と密度

前述のように、アルミニウムはスチールよりも重量がかかりますが、スチールは約 2.5 倍の密度があります。つまり、スチールとアルミニウムの体積が同じ場合、アルミニウムは大幅に軽量であるため、安価になります。

アルミニウムは密度が低いため、強度と重量の比率が非常に魅力的です。スチールはより強いですが、アルミニウムは単位質量あたりの強度がはるかに高いため、多くの用途で十分な強度を保ちながら、アルミニウムの構造コンポーネントの重量をスチール コンポーネントよりもはるかに軽くすることができます。適切な設計により、アルミニウムはスチールと同等の耐久性を半分の重量で提供できます。

耐食性

アルミニウムの最も重要な特性の 1 つは、その優れた耐食性です。スチールとは異なり、アルミニウムは錆びません。酸化鉄 (さび) を生成するのと同じ酸化反応により、アルミニウムは酸化アルミニウムの外側不動態層を形成します。これは、さびとは異なり、実際に金属を腐食や腐敗から保護し、それ以上の酸化を防ぎます。

ステンレス鋼は耐食性がありますが、それでも錆びる可能性があります。用途と環境に応じて、炭素鋼は通常、錆や腐食から保護するために表面コーティングまたは塗装が必要です。アルミニウムのパッシベーション層とは異なり、このコーティングは傷がついたり摩耗したりして、鋼を露出させ、さびや腐食の影響を受けやすくなります。

処理のしやすさ

スチールとアルミニウムの物理的特性により、取り扱いが大きく異なります。アルミニウムはスチールよりも可鍛性が高く、非常に薄い壁などのより繊細な形状に成形できます。その相対的な柔らかさにより、鋼よりも切削が容易になり、アルミニウムの加工は鋼の加工よりも速くなります。非常に軽いため、小型の設備で加工できます。

アルミニウムは成形と機械加工が容易ですが、通常、鋼は溶接が容易です。アルミニウムのパッシベーション層と高い熱伝導率により、溶接が困難になる場合があります。熟練した溶接工はアルミニウムを溶接できますが、鋼の溶接よりも精度が高く、許容度が低くなります。また、アルミニウム 5052 のように、一部のアルミニウム合金は他の合金よりも溶接が容易です。

アルミニウムの融点はスチールよりもはるかに低く (約 2,700°F に対して 1,221°F)、鋳造がはるかに簡単です。また、より迅速かつ均一に冷却されるため、変形が防止され、優れた寸法安定性が得られます。鋼の鋳造には、グラファイトなどの特別な金型材料と、均一な冷却を確保するためのより複雑な冷却システムが必要です。

アプリケーション

スチールとアルミニウムでは物理的特性が大きく異なるため、それぞれに異なる用途があります。一般に、アルミニウムの強度が用途に対して不十分である場合、またはコストが最も重要な要素である場合は、スチールが使用されます。アルミニウムは、非常に軽量または高い耐食性を必要とする用途によく使用されます。

鋼の強度と耐久性は、理想的な建築材料です。建物、鉄道、およびその他のインフラストラクチャは、ほとんどの場合、鋼のフレームワークに依存していますが、アルミニウムは強度と重量の比率が高いため、一部の建設用途にも役立ちます。また、スチールは平均的な自動車の約半分を占めています。

アルミニウムは、重量を最小限に抑える必要がある航空宇宙産業にとって不可欠ですが、強度と耐久性は安全にとって重要です。航空機や宇宙船は、最大 90% のアルミニウム合金で構成されています。スチールは依然として自動車やトラックの素材として選ばれていますが、自動車業界では、新しい車両の重量を最小限に抑え、燃料効率を向上させるために、ますますアルミニウムに目を向けています。

アルミニウムは密度が低く、導電率が高く、成形しやすいため、電線の素材としても最適です。銅よりも安価で、より優れた導体であり、簡単にワイヤに引き込むことができます。

スチール vs. アルミニウム:まとめ

プロパティ	スチール	アルミニウム
コスト	低い	中程度
究極の引張強度	400 – 2000+ MPa	75-500 MPa
密度	0.28 lb/in3	0.1 lb/in3
耐食性	低 (炭素鋼) から中 (ステンレス鋼)	高い
可鍛性	低い	高い
機械加工性	中程度	高い
溶接性	高い	低い
キャスタビリティ	低い	高い
応用例	建設、インフラ、自動車、電化製品、工具、ファスナー	航空機、電気配線、電子機器、調理器具、ホイル

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