Stahl vs. Aluminium:Den Unterschied zwischen Eisen- und Nichteisenmetallen verstehen

Stahl und Aluminium sind die am häufigsten verwendeten Metalle der Welt. Aluminium ist das zweithäufigste metallische Element auf der Erde, während Stahl die mit Abstand am häufigsten verwendete Legierung weltweit ist. Obwohl sie ähnlich aussehen mögen, gibt es große Unterschiede zwischen Stahl und Aluminium, und sie haben jeweils einzigartige Eigenschaften und Anwendungen.

In diesem Beitrag vergleichen wir die Kosten, Festigkeit, Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, Verarbeitungsmethoden und Anwendungen von Stahl und Aluminium – Faktoren, die Ihnen helfen können, zu bestimmen, welches für den Job am besten geeignet ist.

Kosten

Während sich die Stahl- und Aluminiumpreise aufgrund der globalen Marktbedingungen ständig ändern, ist Stahl im Allgemeinen gewichtsmäßig billiger als Aluminium. Beide Metalle gibt es jedoch in einer Vielzahl unterschiedlicher Arten und Legierungen, deren Preis erheblich variieren kann. Weich- und Kohlenstoffstähle sind in der Regel am günstigsten, während die Preise für Edelstahl nahe an denen von Aluminium liegen können.

Stärke

Es steht außer Frage, dass Stahl stärker und härter als Aluminium ist – deshalb besteht die überwiegende Mehrheit der Autorahmen aus Stahl. Stahl ist unter anderem eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, und der Kohlenstoff verleiht dem Stahl seine Festigkeit, Härte und Haltbarkeit. Es ist weniger wahrscheinlich als Aluminium, dass es sich durch Gewalteinwirkung oder Hitze verformt.

Da Aluminium weicher als Stahl ist, ist es viel anfälliger für Verformungen. Während Aluminium nie ganz so stark wie Stahl sein wird, nimmt seine Festigkeit mit sinkender Temperatur zu, was es für Niedertemperaturanwendungen nützlich macht.

Gewicht und Dichte

Wie oben erwähnt, kostet Aluminium mehr als Stahl, aber Stahl ist etwa 2,5-mal dichter. Das bedeutet, dass bei gleichem Volumen von Stahl im Vergleich zu Aluminium Aluminium günstiger ist, weil es deutlich leichter ist.

Die geringe Dichte von Aluminium verleiht ihm ein sehr ansprechendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Obwohl Stahl fester ist, bietet Aluminium viel mehr Festigkeit pro Masseneinheit, wodurch Strukturkomponenten aus Aluminium viel weniger wiegen als Stahlkomponenten und dennoch eine ausreichende Festigkeit für viele Anwendungen aufweisen. Mit dem richtigen Design kann Aluminium bei halbem Gewicht eine ähnliche Haltbarkeit wie Stahl bieten.

Korrosionsbeständigkeit

Eine der wertvollsten Eigenschaften von Aluminium ist seine hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Anders als Stahl rostet Aluminium nicht. Dieselbe Oxidationsreaktion, die Eisenoxid (Rost) erzeugt, bewirkt, dass Aluminium eine äußere Passivierungsschicht aus Aluminiumoxid bildet – die im Gegensatz zu Rost das Metall tatsächlich vor Korrosion und Verfall schützt und eine weitere Oxidation verhindert.

Edelstähle sind korrosionsbeständig, können aber trotzdem rosten. Je nach Anwendung und Umgebung erfordert Kohlenstoffstahl in der Regel eine Oberflächenbeschichtung oder Lackierung, um ihn vor Rost und Korrosion zu schützen. Im Gegensatz zur Passivierungsschicht von Aluminium kann diese Beschichtung zerkratzen oder sich abnutzen, wodurch der Stahl freigelegt und anfällig für Rost und Korrosion wird.

Einfache Verarbeitung

Die physikalischen Eigenschaften von Stahl und Aluminium machen die Bearbeitung sehr unterschiedlich. Aluminium ist viel formbarer als Stahl, wodurch es zu filigraneren Geometrien wie sehr dünnen Wänden geformt werden kann. Seine relative Weichheit macht es leichter zu schneiden als Stahl, wodurch die Aluminiumbearbeitung schneller als die Stahlbearbeitung wird. Da es so leicht ist, kann es auf kleineren Anlagen bearbeitet werden.

Während Aluminium leichter zu formen und zu bearbeiten ist, lässt sich Stahl typischerweise leichter schweißen. Die Passivierungsschicht und die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium können das Schweißen zu einer Herausforderung machen. Ein erfahrener Schweißer kann immer noch Aluminium schweißen, aber es erfordert mehr Präzision und ist weniger fehlerverzeihend als das Schweißen von Stahl. Außerdem sind einige Aluminiumlegierungen einfacher zu schweißen als andere, wie z. B. Aluminium 5052.

Aluminium hat einen viel niedrigeren Schmelzpunkt als Stahl – 1.221 °F gegenüber etwa 2.700 °F – daher ist es viel einfacher zu gießen. Außerdem kühlt es schneller und gleichmäßiger ab, verhindert Verformungen und bietet eine hervorragende Dimensionsstabilität. Das Gießen von Stahl erfordert spezielle Formmaterialien wie Graphit und komplexere Kühlsysteme, um eine gleichmäßige Kühlung zu gewährleisten.

Anwendungen

Angesichts der sehr unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften von Stahl und Aluminium haben sie jeweils unterschiedliche Anwendungen. Im Allgemeinen wird Stahl verwendet, wenn die Festigkeit von Aluminium für die Anwendung nicht ausreicht oder wenn die Kosten der wichtigste Faktor sind. Aluminium wird häufig für Anwendungen verwendet, die ein sehr geringes Gewicht oder eine hohe Korrosionsbeständigkeit erfordern.

Die Festigkeit und Haltbarkeit von Stahl machen ihn zu einem idealen Konstruktionsmaterial. Gebäude, Eisenbahnen und andere Infrastrukturen sind fast immer auf einen Stahlrahmen angewiesen, obwohl Aluminium aufgrund seines Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses auch für einige Bauanwendungen nützlich ist. Stahl macht auch etwa die Hälfte des durchschnittlichen Automobils aus.

Aluminium ist für die Luft- und Raumfahrtindustrie unerlässlich, wo das Gewicht minimiert werden muss, aber Festigkeit und Haltbarkeit für die Sicherheit entscheidend sind. Luft- und Raumfahrzeuge können bis zu 90 % aus Aluminiumlegierungen bestehen. Während Stahl immer noch das Material der Wahl für Autos und Lastwagen ist, wendet sich die Automobilindustrie zunehmend Aluminium zu, um das Gewicht zu minimieren und die Kraftstoffeffizienz in neueren Fahrzeugen zu verbessern.

Die geringe Dichte, hohe Leitfähigkeit und Formbarkeit von Aluminium machen es auch zu einem perfekten Material für elektrische Leitungen. Es ist billiger als Kupfer und ein noch besserer Leiter, und es lässt sich leicht zu Draht ziehen.

Stahl vs. Aluminium:Zusammenfassung

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