الفرق بين الصلب والألومنيوم
هل تعلم الألمنيوم? الألومنيوم عنصر معدني متوفر بكثرة في الطبيعة. وهو معدن خفيف أبيض فضي مع ليونة جيدة, المقاومة للتآكل, والخفة. يمكن تحويل معدن الألمنيوم إلى قضبان (قضبان الألمنيوم), أوراق (ألواح الألمنيوم), رقائق (ورق ألومنيوم), لفات (لفات الألومنيوم), شرائط (شرائح الألمنيوم), والأسلاك.
يمكن أن يشكل معدن الألومنيوم طبقة أكسيد في الهواء الرطب لمنع تآكل المعدن, مما يساعد على حماية الألومنيوم من مزيد من الأكسدة. محتوى الألومنيوم في القشرة الأرضية يأتي في المرتبة الثانية بعد الأكسجين والسيليكون, وهو من أكثر العناصر المعدنية وفرة في القشرة الأرضية. بسبب خصائصه الفيزيائية والكيميائية الفريدة, ويستخدم الألومنيوم وسبائكه على نطاق واسع في المجالات الصناعية الهامة مثل الطيران, بناء, والسيارات.
الصلب عبارة عن سبيكة تتكون من الحديد والكربون وكميات صغيرة أخرى من العناصر. وهو مصطلح عام لسبائك الحديد والكربون التي تحتوي على نسبة كربون تتراوح بين 0.02% و 2.11% بالكتلة.
يمكن أن يختلف التركيب الكيميائي للصلب بشكل كبير. الصلب الذي يحتوي على كميات صغيرة من المنغنيز, الفوسفور, السيليكون, الكبريت وعناصر أخرى ومحتوى الكربون أقل من 1.7% ويسمى الصلب الكربوني. يعد الفولاذ أحد أكثر المواد المعدنية استخدامًا في العالم ويستخدم على نطاق واسع في مجالات مختلفة مثل البناء, سيارات, الفضاء الجوي, وتصنيع الآلات.
الصلب والألمنيوم هما مادتان معدنيتان شائعتان مع وجود اختلافات كبيرة في العديد من الجوانب.
يحتوي معدن الفولاذ على أنواع مختلفة من الفولاذ وفقًا لمحتوى الكربون, وهناك أيضًا اختلافات في الصلابة. وينقسم معدن الألمنيوم أيضًا إلى 1000-8000 سبائك الألومنيوم سلسلة وفقا للعناصر المختلفة التي تحتوي عليها, والسلاسل المختلفة لها أيضًا اختلافات معينة في الصلابة.
الصلب مقابل الألومنيوم من بيانات القوة, صلابة الفولاذ أعلى بكثير من صلابة الألومنيوم.
الكثافة هي خاصية متأصلة في المادة. كلما كان المعدن أكثر كثافة, كلما كان الوزن أخف.
يتم تعريف الكثافة على أنها الكتلة لكل وحدة حجم, يتم التعبير عنها عادة بالجرام لكل سنتيمتر مكعب (جم/سم3) أو كيلوجرام لكل متر مكعب (كجم/م3).
كثافة الفولاذ
الصلب عبارة عن سبيكة تتكون أساسًا من الحديد والكربون, مع عناصر إضافية مثل الكروم, النيكل, المنغنيز, أو الموليبدينوم, حسب نوع ودرجة الفولاذ. تختلف كثافة الفولاذ قليلاً حسب التركيب وكيفية معالجته.
نطاق كثافة الصلب: **~7.75 – 8.05 جم/سم3 (7,750 – 8,050 كجم/م3)
الصلب تقريبا 2.9 مرات أكثر كثافة من الألومنيوم. بسبب كثافته العالية وقوته, الفولاذ مناسب تمامًا للتطبيقات التي تتطلب المتانة, صلابة, وقدرة تحمل عالية, مثل البناء, الآلات الثقيلة, والأدوات.
كثافة الألومنيوم
الألومنيوم معدن خفيف الوزن معروف بمقاومته للتآكل, الموصلية الكهربائية الجيدة, ونسبة القوة إلى الوزن العالية. الألومنيوم لديه كثافة أقل بكثير من الفولاذ, مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي يكون فيها تقليل الوزن أمرًا بالغ الأهمية.
تبلغ كثافة الألومنيوم حوالي ثلث كثافة الفولاذ, مما يجعلها أخف بشكل ملحوظ. تختلف كثافة سبائك الألومنيوم قليلاً اعتمادًا على عناصر صناعة السبائك المحددة مثل المغنيسيوم, نحاس, السيليكون, والزنك, لكن الاختلافات صغيرة نسبيًا (داخل 5%). الكثافة المنخفضة للألمنيوم تجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب مواد خفيفة الوزن, مثل الفضاء الجوي, السيارات, وصناعات النقل.
الصلب والألومنيوم كلاهما معادن ممتازة. يستخدم كل من الفولاذ والألمنيوم على نطاق واسع في البناء, التصنيع والهندسة, لكن تطبيقاتها المحددة تختلف بشكل كبير بسبب تباين خصائصها مثل الكثافة, قوة, مقاومة التآكل والتكلفة.
مقارنة بين تطبيقات الصلب والألومنيوم
الصلب عبارة عن سبيكة من الحديد والكربون تحتوي على عناصر صناعة السبائك الأخرى (مثل المنغنيز, الكروم, والنيكل) التي تساهم في قوتها, متانة, والتنوع. الصلب حسب النوع والدرجة, يمكن أن يحمل الفولاذ خصائص مختلفة تجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات.
الفولاذ المستخدم في المكونات الهيكلية: يستخدم الفولاذ على نطاق واسع في إطارات البناء, الحزم, أعمدة, عوارض, وقضبان التسليح (حديد التسليح) بسبب قوة الشد العالية والمتانة.
الجسور: الصلب هو المادة المفضلة لبناء الجسور (وخاصة الجمالونات والكابلات) بسبب قوتها العالية ومقاومتها للتعب.
السكك الحديدية: يستخدم الصلب في القضبان, مسارات السكك الحديدية, والجسور بسبب مقاومتها للتآكل وقدرتها على تحمل الأحمال العالية.
جسم السيارة والهيكل: تستخدم العديد من السيارات الفولاذ عالي القوة كمكون هيكلي رئيسي بسبب مقاومته للصدمات وفعاليته من حيث التكلفة.
المركبات الثقيلة: الشاحنات, الحافلات, وغالبًا ما تستخدم القطارات الفولاذ كمكون هيكلي نظرًا لقدرته على تحمل الأحمال الثقيلة.
الأدوات ويموت: يستخدم فولاذ الأداة في صنع الأدوات, يموت, قوالب, وأدوات القطع بسبب صلابتها ومقاومتها للتآكل.
الآلات الثقيلة: يعتبر الفولاذ مادة أساسية للمعدات الثقيلة مثل الرافعات, الجرافات والحفارات, لأن القوة والمتانة ضرورية.
الألومنيوم معدن خفيف الوزن يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل, ليونة, والتوصيل الحراري والكهربائي. غالبًا ما يتم خلط الألومنيوم مع عناصر أخرى مثل المغنيسيوم, السيليكون, نحاس, والزنك لتحسين قوتها وخواصها الميكانيكية الأخرى.
استخدامات الألومنيوم في صناعة الطيران: هياكل الطائرات: سبائك الألومنيوم (على سبيل المثال, 7075, 2024) تستخدم على نطاق واسع في إطارات الطائرات, ألواح جسم الطائرة, أجنحة, والمكونات الهيكلية الأخرى بسبب كثافته المنخفضة وارتفاع نسبة القوة إلى الوزن.
مركبة فضائية: ويستخدم الألومنيوم أيضا في الصواريخ, الأقمار الصناعية, والمحطات الفضائية, حيث يعد تخفيض الوزن أمرًا بالغ الأهمية.
لوحات الجسم والإطارات: يتم استخدام سبائك الألومنيوم خفيفة الوزن بشكل متزايد في هياكل المركبات, اغطية, أبواب, وكتل المحرك لتقليل الوزن, تحسين كفاءة الوقود, وانخفاض الانبعاثات.
المركبات الكهربائية (المركبات الكهربائية): تفضل السيارات الكهربائية الألمنيوم لتقليل الوزن الإجمالي, توسيع نطاق السيارة, وزيادة الكفاءة.
بناء الكسوة الخارجية والتسقيف: يستخدم الألمنيوم في بناء الكسوة الخارجية, تسقيف, وإطارات النوافذ لمقاومتها للتآكل, وزن خفيف, والجماليات.
السقالات والهياكل: يفضل استخدام سقالات الألمنيوم على السقالات الفولاذية لأنها سهلة التعامل وخفيفة الوزن, مما يبسط التثبيت والإزالة.
صناعة التعبئة والتغليف: علب واحباط: يستخدم الألومنيوم لصنع علب المشروبات, حاويات الطعام, والرقائق لأنها قابلة للتشكيل, وزن خفيف, وغير منفذة للضوء, رُطُوبَة, والهواء.
الأسلاك: ويستخدم الألومنيوم في خطوط وأسلاك نقل الطاقة لأنه موصل جيد للكهرباء وأخف وزنا من النحاس. مشعات: يستخدم الألومنيوم لتبديد الحرارة في الأجهزة الإلكترونية بسبب موصليته الحرارية العالية وخفة وزنه.
هياكل: يستخدم الألمنيوم في هياكل السفن واليخوت لأنه مقاوم للتآكل في البيئات البحرية كما أنه خفيف الوزن, وبالتالي زيادة السرعة وكفاءة استهلاك الوقود.
