Алюминий это сталь или нет
Разница между стальной и алюминиевой системой
Навесные вентилируемые фасады
проектирование | производство | монтаж
Партнеры
- Сталь материал хорошо известный. Алюминий – материал современный, легкий, но в то же время прихотливый. При использовании фасадных подсистем из алюминиевого сплава, необходимо четко выполнять ряд требований, выдвигаемых алюминием. В условиях суровых российских реалий строительства, которые с кризисом стали еще более суровыми, когда монтажники подешевле, крепеж попроще, а строить надо побыстрее - выполнить эти требования сложно. Рассмотрим то, о чем умалчивают продавцы алюминиевых подсистем, но то, о чем описано в их каталогах технических решений.
1. Сталь имеет более низкий коэффициент термического расширения по сравнению с алюминием. При перепаде температур от –20 до +50 градусов нержавеющая 3х метровая направляющая удлиняется на 2мм, в то время как алюминиевая на 5-6мм.
Поэтому в алюминиевых системах предусмотрен целый ряд подвижных соединений и термических швов. В стальных системах все соединения – фиксированные, более простые и надежные. Элементы системы работают в зоне упругих деформаций.
2. В стальной системе все кронштейны являются несущими. Поэтому вес облицовки равномерно распределяется по всем кронштейнам на направляющей (в двухконтурной системе – по массиву кронштейнов). Все точки крепления – жесткие, с помощью вытяжных заклепок или саморезов.
Напомним, что в алюминиевых фасадных системах кронштейны обязательно разделяются на несущие и ветровые. Причем весь вес 3х метровой направляющей с облицовкой должен нести один несущий кронштейн.3. Остальные – работают только на ветровые нагрузки. Для подвижного крепления направляющей к ветровому кронштейну в последнем предназначены продолговатые отверстия. Для создания подвижного соединения положено использовать вытяжные заклепки (не саморезы!). Кроме этого, точка крепления заклепки должна меняться в зависимости от температуры окружающего воздуха, при которой происходит монтаж.
В условиях реальной стройки много ли монтажников изучают каталоги технических решений? А сколько выполняют предписания? (рисунки- ветровые-несущие кронштейны, точка крепления, температура).
- В стальных системах вентилируемых фасадов используется недорогой, однородный с фасадной системой крепеж. Это оцинкованные стальные заклепки и саморезы для систем из оцинкованной стали и нержавеющие заклепки для систем из нержавеющей стали. Кляймер всегда крепится нержавеющими заклепками.
В алюминиевых подсистемах теоретически положено использовать крепеж из нержавеющей стали или алюминиевые вытяжные заклепки. У нержавеющих заклепок есть, с точки зрения монтажника, три больших недостатка. Нержавеющая заклепка стоит в четыре раза дороже самореза, установка заклепки занимает в три раза больше времени, чем самореза, для установки нержавеющей заклепки надо иметь дорогой инструмент (800евро). Поэтому очень часто вытяжные заклепки заменяются на… оцинкованные саморезы. Электролитическая пара металл-алюминий говорит сама за себя. - Предел прочности алюминиевого сплава АД31 20кг/мм.кв, против 54кг/мм.кв. у стали. Сталь имеет в 2,5 раза большую несущую способность, чем алюминий. Поэтому в стальных системах применяются детали в 2 раза тоньше, чем в алюминиевых. Это позволяет сэкономить вес.
- Стальные фасады пожароустойчивые. Температура плавления стали 1800 градусов. Прессованного алюминия 600-700 градусов. Как показывают испытания, температура во время пожара может достигать 900 градусов на отдельных участках фасада, что может привести к расплавлению алюминия. Для противодействия этому в алюминиевых системах положено устраивать противопожарные отсечки. Это ведет к удорожанию алюминиевого вентилируемого фасада.
- Сталь имеет теплопроводность в 4 раза меньшую, чем алюминий. Теплопроводность алюминия 220 Вт/(мºС), нержавеющей и оцинкованной стали 40 и 45 Вт/(мºС) соответственно. Таким образом, кронштейны в алюминиевых системах вентилируемых фасадов являются большими мостиками холода.
Российские коллеги подсчитали, что для равного утепления фасад, при использовании алюминиевой подсистемы необходимо закладывать на 20мм толще утеплитель.
- Теплопроводность алюминиевых сплавов в 5,5 раз выше, чем у нержавеющей стали. Поэтому для исключения возможности образования мостиков холода в местах крепления кронштейнов к стене, в алюминиевых подсистемах используется терморазрывы толщиной 10 мм (в стальных 2мм), что негативно сказывается на надёжность узла крепления кронштейн-стена, так как головка анкера работает в знакопеременных температурах, что приводит к коррозии самого нагруженного элемента НВФ - анкера. Также наличие в таком ответственном узле пластикового элемента большой толщины не повышает общей надёжности системы.
- Стоимость стальной фасадной системы – немаловажный для заказчика фактор. Фасадные системы из оцинкованной стали – хороший компромисс между ценой и качеством. Стальная двухконтурная система навески вентилируемого фасада дешевле алюминиевой одноконтурной уже изначально, при расчете на глухую стену.
Учитывая преимущества, которые дает двухконтурность разница в цене может быть двойная.
Что такое алюминий
Лёгкий, прочный, стойкий к коррозии и функциональный – именно это сочетание качеств сделало алюминий главным конструкционным материалом нашего времени. Алюминий есть в домах, в которых мы живем, автомобилях, поездах и самолетах, на которых мы преодолеваем расстояния, в мобильных телефонах и компьютерах, на полках холодильников и в современных интерьерах. А ведь еще 200 лет назад об этом металле мало что было известно.
Рубины, сапфиры, изумруды и аквамарин являются минералами алюминия.
Первые два относятся к корундам – это оксид алюминия (Al2O3) в кристаллической форме. Он обладает природной прозрачностью, а по прочности уступает только алмазам. Пуленепробиваемые стекла, иллюминаторы в самолетах, экраны смартфонов производятся именно с применением сапфира.
А один из менее ценных минералов корунда – наждак используется как абразивный материал, в том числе для создания наждачной бумаги.
На сегодняшний день известно почти 300 различных соединений и минералов алюминия – от полевого шпата, являющегося основным породообразующим минералом на Земле, до рубина, сапфира или изумруда, уже не столь распространенных.
Ханс Кристиан Эрстед (1777–1851) – датский физик, почетный член Петербургской академии наук (1830). Родился в городе Рудкёрбинге в семье аптекаря. В 1797 году окончил Копенгагенский университет, в 1806 – стал профессором.
Но каким бы распространенным ни был алюминий, его открытие стало возможным только, когда в распоряжении ученых появился новый инструмент, позволяющий расщеплять сложные вещества на простые, – электрический ток.
И в 1824 году с помощью процесса электролиза датский физик Ханс Кристиан Эрстед получил алюминий. Он был загрязнен примесями калия и ртути, задействованных в химических реакциях, однако это был первый случай получения алюминия.
Используя электролиз, алюминий производят и в наши дни.
Сырьем для производства алюминия сегодня служит еще одна распространенная в природе алюминиевая руда – бокситы. Это глинистая горная порода, состоящая из разнообразных модификаций гидроксида алюминия с примесью оксидов железа, кремния, титана, серы, галлия, хрома, ванадия, карбонатных солей кальция, железа и магния – чуть ли не половины таблицы Менделеева. В среднем из 4-5 тонн бокситов производится 1 тонна алюминия.
Бокситы в 1821 году открыл геолог Пьер Бертье на юге Франции. Порода получила свое название в честь местности Ле-Бо (Les Baux), где была найдена. Около 90% мировых запасов бокситов сосредоточено в странах тропического и субтропического поясов – в Гвинее, Австралии, Вьетнаме, Бразилии, Индии и на Ямайке.
Из бокситов получают глинозем. Это оксид алюминия Al2O3, который имеет форму белого порошка и из которого путем электролиза на алюминиевых заводах производят металл.
Производство алюминия требует огромного количества электроэнергии. Для производства одной тонны металла необходимо около 15 МВт*ч энергии – столько потребляет 100-квартирный дом в течение целого месяца.Поэтому разумнее всего строить алюминиевые заводы поблизости от мощных и возобновляемых источников энергии. Самое оптимальное решение – гидроэлектростанции, представляющие самый мощный из всех видов «зеленой энергетики».
Свойства алюминия
Алюминий имеет редкое сочетание ценных свойств. Это один из самых легких металлов в природе: он почти в три раза легче железа, но при этом прочен, чрезвычайно пластичен и не подвержен коррозии, так как его поверхность всегда покрыта тончайшей, но очень прочной оксидной пленкой. Он не магнитится, отлично проводит электрический ток и образует сплавы практически со всеми металлами.
В три раза легче железа
Сравним по прочности со сталью
Поддается всем видам механической обработки
Тонкая оксидная пленка защищает от коррозии
Алюминий легко обрабатывается давлением, причем как в горячем, так и в холодном состоянии. Он поддается прокатке, волочению, штамповке. Алюминий не горит, не требует специальной окраски и не токсичен в отличие от пластика.
Очень высока ковкость алюминия: из него можно изготовить листы толщиной всего 4 микрона и тончайшую проволоку. А сверхтонкая алюминиевая фольга втрое тоньше человеческого волоса. Кроме того, по сравнению с другими металлами и материалами он более экономичен.
Высокая способность к образованию соединений с различными химическими элементами породила множество сплавов алюминия. Даже незначительная доля примесей существенно меняет характеристики металла и открывает новые сферы для его применения. Например, сочетание алюминия с кремнием и магнием в повседневной жизни можно встретить буквально на дороге – в форме литых колесных дисков, двигателей, в элементах шасси и других частей современного автомобиля. А если добавить в алюминиевый сплав цинк, то, возможно, вы сейчас держите его в руках, ведь именно этот сплав используется при производстве корпусов мобильных телефонов и планшетов. Тем временем ученые продолжают изобретать новые и новые алюминиевые сплавы.
Сегодня существование строительной, автомобильной, авиационной, космической, электротехнической, энергетической, пищевой и других отраслей промышленности невозможно без алюминия. Более того, именно этот металл стал символом прогресса – все новейшие электронные устройства, средства передвижения изготавливаются из алюминия.
Если заменить всю медную проводку в автомобиле
на алюминиево-циркониевую, то его общий
вес уменьшится на 12 кг
По расчетам Международного института алюминия (IAI), в мире накопилось около 400 миллионов тонн алюминия в инфраструктуре, быту, транспорте.
Казалось бы, вышеперечисленный набор характеристик уже сам по себе достаточен для того, чтобы алюминий стал металлом приоритетного выбора в индустрии, однако есть еще одна, не менее значимая характеристика. Использование алюминия может быть бесконечно: этот металл и сплавы из него можно неоднократно переплавлять без утраты механических характеристик. Ученые подсчитали, что 1 кг собранных и сданных в переплавку алюминиевых банок позволяет сэкономить 8 кг боксита, 4 кг различных фторидов и 14 кВт/ч электроэнергии.
Около 75% алюминия, выпущенного за все время существования отрасли, используется до сих пор.
В статье использованы фотоматериалы © Shutterstock и © Rusal.
Когда использовать алюминий и нержавеющую сталь
Нержавеющая сталь и алюминий являются двумя наиболее популярными металлами, используемыми в производстве. Широко используемые благодаря своей универсальности и коррозионной стойкости, алюминий и нержавеющая сталь являются основными продуктами металлургической промышленности. Чтобы понять, когда лучше использовать алюминий или нержавеющую сталь, мы должны сравнить такие факторы, как их состав, механические свойства и стоимость.
Основные характеристики нержавеющей стали по сравнению с алюминием
Нержавеющая сталь
- Содержит не менее 11% хрома
- Является ферросплавом (содержит железо)
- Обычно магнитный
- Высокая прочность на растяжение
Нержавеющая сталь бывает различных марок. Сорта классифицируются по порядковому номеру и им присваивается числовой класс. Цифры классифицируют марки стали в зависимости от их состава, физических свойств и областей применения. Наиболее популярными марками являются нержавеющая сталь 304 и нержавеющая сталь 316.
Алюминий
- Немагнитный
- Низкая плотность
- Цветной сплав (не содержит железа)
Из-за низкой прочности на растяжение алюминий обычно сплавляют с другими металлами, чтобы придать ему ряд различных превосходных свойств. Одними из наиболее распространенных алюминиевых сплавов являются алюминий 3003 и алюминий 3004.
Алюминий или нержавеющая сталь: что выбрать?
Оба металла обладают свойствами, необходимыми для производства различных продуктов. Однако различия в их свойствах являются ключевым фактором при выборе металла для использования.
Основные преимущества каждого металла
| Алюминий | Нержавеющая сталь |
| - Хорошая пластичность - Высокая пластичность - Хорошая проводимость -Легкий вес | - Высокая прочность на растяжение - Термостойкий -Очень прочный - Низкие эксплуатационные расходы |
Алюминий и нержавеющая сталь: основные отличия
Прочность
Нержавеющая сталь тяжелее и прочнее алюминия. На самом деле, алюминий составляет около 1/3 веса стали. Несмотря на то, что нержавеющая сталь прочнее, алюминий имеет гораздо лучшее соотношение прочности и веса, чем нержавеющая сталь.
Проводимость
Сталь плохо проводит электричество из-за плотного защитного оксидного слоя. С другой стороны, алюминий является очень хорошим электрическим и тепловым проводником.
Стоимость
Алюминий дороже нержавеющей стали, если смотреть на цену в зависимости от веса. Но если вы посмотрите на цену по объему, алюминий более эффективен с точки зрения затрат, потому что вы получаете больше продукта.
Теплостойкость
При сравнении нержавеющей стали с алюминием нержавеющая сталь имеет гораздо лучшую теплостойкость с температурой плавления 2500 ℉, в то время как алюминий становится очень мягким при температуре около 400 ℉ с температурой плавления 1220 ℉. Однако алюминий имеет преимущество перед сталью при низких температурах. При понижении температуры предел прочности алюминия увеличивается, а сталь при низких температурах становится хрупкой.
Коррозионная стойкость
Алюминий не ржавеет; однако он подвергается коррозии при воздействии соли. Нержавеющая сталь обладает высокой коррозионной стойкостью и не ржавеет. Кроме того, нержавеющая сталь непористая, что придает ей большую устойчивость к коррозии.
Состав
Состав основных сплавов нержавеющей стали
| Марки сплава | %С | %Mn | %Р | %S | %Si | %Cr | %Ni | % Мо |
| SS304 | 0,040 | 1,580 | 0,024 | 0,040 | 0,400 | 18,35 | 8.040 | 0,070 |
| SS304L | 0,010 | 1,638 | 0,023 | 0,002 | 0,412 | 18,56 | 8.138 | 0,364 |
| Нержавеющая сталь 316 | 0,080 | 2.000 | 0,045 | 0,030 | 1. | 16,80 | 11.20 | 2.500 |
| SS316L | 0,020 | 1,390 | 0,024 | 0,080 | 0,480 | 16,80 | 10,22 | 2,080 |
Состав основных алюминиевых сплавов
| Сплав | %Cu | %Mg | %Mn | %Si | %Zn |
| 2024 | 4,4 | 1,5 | 0,6 | 0 | 0 |
| 6061 | 0 | 1 | 0 | 0,6 | 0 |
| 7005 | 0 | 1,4 | 0 | 0 | 4,5 |
| 7075 | 1,6 | 2,5 | 0 | 0 | 5,6 |
| 356,0 | 0 | 0,3 | 0 | 7 | 0 |
Воздействие на окружающую среду, возможность вторичной переработки
Нержавеющая сталь известна своей пригодностью для вторичной переработки. По данным Napa Recycling, сталь является наиболее перерабатываемым материалом в мире. Он обладает особыми магнитными свойствами, что делает его легко извлекаемым из потока отходов для переработки. Кроме того, свойства стали остаются неизменными независимо от того, сколько раз сталь перерабатывается.
Несмотря на то, что сталь является наиболее перерабатываемым материалом, алюминий является наиболее пригодным для повторного использования из всех материалов. На самом деле выброшенный алюминий более ценен, чем любой другой материал в вашей мусорной корзине. Почти 75% всего алюминия, произведенного в США, все еще используется сегодня, потому что алюминий можно перерабатывать снова и снова в действительно замкнутом цикле. Чтобы узнать больше о переработке алюминия, посетите Алюминиевую ассоциацию.
Различное применение алюминия и стали
Алюминий и сталь повсюду. Если вы осмотритесь в любом месте, скорее всего, вы увидите что-то, содержащее один из этих металлов. Ниже приведены некоторые распространенные области применения нержавеющей стали и алюминия.
Применение алюминия
- Алюминий широко используется в транспортной отрасли, поскольку он легкий и устойчив к коррозии.
- Автомобильная промышленность
- Железнодорожные рельсы
- Самолеты
- Космические корабли
Алюминий - широко используется в электротехнической промышленности из-за его проводимости, пластичности и низкой плотности.
- Линии электропередачи дальней связи
Алюминий - используется в архитектуре из-за его пластичности, высокого отношения прочности к весу и экономической эффективности.
- Оконные рамы
- Высотные здания (забавный факт: Эмпайр Стейт Билдинг был одним из первых зданий, в которых использовался алюминий)
Алюминий - широко используется в бытовой технике из-за его теплопроводности.
- Посудомоечные машины
- Шайбы
- Сушилки
- Холодильники
Применение нержавеющей стали
- Нержавеющая сталь широко используется в кухонном оборудовании из-за ее устойчивости к коррозии и нагреванию.
- Кухонные мойки
- Столовые приборы
- Столы для приготовления пищи
- Нержавеющая сталь используется в хирургических инструментах и медицинском оборудовании благодаря ее коррозионной стойкости.
- Щипцы
- Хирургические имплантаты
- Ножницы
Нержавеющая сталь - также используется в архитектуре из-за ее прочности и долговечности, только в разных областях применения.
- Мосты
- Памятники и скульптуры
- Здания
Нержавеющая сталь - также используется в автомобильной промышленности благодаря своей прочности и термостойкости.
- Автомобильные кузова
- Железнодорожные вагоны
- Двигатели
Сравнивая нержавеющую сталь и алюминий, вы видите, что они оба обладают характеристиками, которые делают их популярными материалами для производства. Знание различий между ними поможет вам понять, когда использовать алюминий или нержавеющую сталь. Например, алюминий используется в электротехнике, поскольку он является проводящим и легким, а нержавеющая сталь — нет. С другой стороны, нержавеющая сталь используется для таких вещей, как двигатели и технологическое оборудование, из-за ее прочности, устойчивости к нагреву и коррозии.
Алюминий или сталь: какой металл лучше?
Сталь и алюминий — два наиболее широко используемых материала на планете.
Алюминий — второй по распространенности металлический элемент на Земле после кремния, а сталь — самый популярный сплав в мире.
Хотя оба металла имеют бесчисленное множество применений, есть несколько ключевых факторов, которые помогут вам определить, какой из них лучше всего подходит для работы.
Вот как они складываются:
КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ
Алюминий окисляется в результате химической реакции того же типа, что и железо, вызывающее ржавчину. Но в отличие от оксида железа, оксид алюминия прилипает к металлу, защищая его от гниения. В результате ему не требуется краска или другое покрытие, чтобы предотвратить ржавчину.
Сталь — или, если быть точным, углеродистую (не нержавеющую) сталь — обычно необходимо красить после формования, чтобы защитить ее от ржавчины и коррозии. Цинк часто используется для защиты от коррозии в процессе цинкования.
ГРУППОСТЬ
В то время как сталь чрезвычайно прочна и эластична, алюминий значительно более гибок и эластичен.
Пластичность и гладкая поверхность алюминия позволяют формировать глубокие, сложные и точные спиннинги, предоставляя хендлерам значительную свободу в дизайне. Сталь более жесткая и трескается или рвется, если ее слишком сильно толкнуть во время процесса прядения.
ПРОЧНОСТЬ
Несмотря на риск коррозии, сталь все же тверже алюминия.
Несмотря на то, что прочность алюминия повышается в более холодных условиях, он обычно более подвержен вмятинам и царапинам, чем сталь.
Сталь с меньшей вероятностью деформируется или изгибается под действием веса, силы или тепла. Эти стойкие свойства делают его одним из самых прочных промышленных материалов.
ВЕС
Превосходная прочность стали также достигается за счет того, что вес/плотность в 2,5 раза выше, чем у алюминия. Однако он весит примерно на 60 процентов меньше, чем бетон, что облегчает его транспортировку и использование в различных областях строительства и производства.
При этом форма и жесткость конструкции могут в значительной степени способствовать прочности конструкции, и когда эти два фактора оптимизированы, алюминий может обеспечить такую же надежность, как и сопоставимая стальная конструкция, но вдвое легче.
Например, в кораблестроении существует эмпирическое правило, что алюминий примерно в два раза слабее стали при весе в одну треть. Это означает, что алюминиевое судно может быть построено с заданной прочностью, равной двум третям веса сопоставимой стальной лодки.
СТОИМОСТЬ
Стоимость алюминия и стали постоянно меняется в зависимости от мирового спроса и предложения, соответствующих затрат на топливо и рынка железной и бокситовой руды. Однако даже при таких колебаниях фунт стали обычно дешевле фунта алюминия.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Хороший способ определить, сталь или алюминий лучше всего подходит для конкретного применения, — взглянуть на то, как используются эти два металла:
Конструкция
Прочность стали делает ее лучшим выбором для многих строительных проектов. Это идеальный материал для небоскребов, стадионов, железных дорог, дорог, аэропортов, лестниц из стали и других проектов, где долговечность является ключевым фактором. Многие инструменты, используемые для этих проектов, также сделаны из стали.
Алюминий также является твердым материалом для лестниц, а также форм, которые нельзя создать из стали или дерева. Соотношение прочности и веса алюминия делает его прочным и экономичным материалом для строительства высотных зданий.
Энергетика
Стальные конструкции имеют ключевое значение для ядерной энергетики, природного газа, энергии ветра и электрической инфраструктуры. Сталь также используется в морских платформах, опорах ЛЭП, сердечниках трансформаторов и электромагнитных экранах, а также в устройствах для добычи и производства, таких как краны и вилочные погрузчики.
Низкая плотность алюминия и высокая теплопроводность делают его отличным вариантом для линий электропередач. Он не только дешевле меди, но и является почти вдвое лучшим проводником, и его легче формировать в провода.
Транспорт
В дополнение к тому, что сталь составляет примерно половину среднего автомобиля или грузовика, сталь пронизывает рельсы, компоненты реактивных двигателей, морские суда, якорные цепи и другие высокопрочные транспортные элементы.
Аэрокосмическая промышленность является ведущим транспортным рынком алюминия, где самолеты и космические корабли содержат до 90% алюминиевых сплавов. Спрос на повышение эффективности использования топлива сделал алюминий все более популярным металлом в автомобильной промышленности, при этом содержание алюминия в современных автомобилях, по прогнозам, вырастет более чем на 60% в течение следующего десятилетия.