Acier vs Aluminium : différences clés en résistance, poids et coût

L'acier et l'aluminium sont les métaux les plus couramment utilisés au monde. L'aluminium est le deuxième élément métallique le plus abondant sur Terre, tandis que l'acier est de loin l'alliage le plus utilisé dans le monde. Cependant, bien qu'ils puissent sembler similaires, il existe des différences majeures entre l'acier et l'aluminium, et chacun a des propriétés et des applications uniques.

Dans cet article, nous comparerons le coût, la résistance, le poids, la résistance à la corrosion, les méthodes de traitement et les applications de l'acier vs l'aluminium — des facteurs qui peuvent vous aider à déterminer lequel est le meilleur pour le travail.

Coût

Bien que les prix de l'acier et de l'aluminium changent constamment en fonction des conditions du marché mondial, généralement, l'acier est moins cher au poids que l'aluminium. Cependant, les deux métaux existent dans une variété de types et d'alliages différents qui peuvent varier considérablement en prix. Les aciers doux et au carbone ont tendance à être les moins chers, tandis que les prix de l'acier inoxydable peuvent être proches de ceux de l'aluminium.

Résistance

Il n'y a pas de question que l'acier est plus résistant et plus dur que l'aluminium — c'est pourquoi la grande majorité des châssis automobiles sont en acier. L'acier est un alliage de fer et de carbone, parmi d'autres éléments, et le carbone donne à l'acier sa résistance, sa dureté et sa durabilité. Il est moins susceptible que l'aluminium de se déformer sous l'effet de la force ou de la chaleur.

Parce que l'aluminium est plus tendre que l'acier, il est beaucoup plus sujet à la déformation. Bien que l'aluminium ne sera jamais tout à fait aussi résistant que l'acier, sa résistance augmente à mesure que sa température diminue, le rendant utile pour les applications à basse température.

Poids et densité

Comme mentionné ci-dessus, l'aluminium coûte plus cher que l'acier au poids, mais l'acier est environ 2,5 fois plus dense. Cela signifie que pour un volume égal d'acier vs aluminium, l'aluminium est moins cher car il est significativement plus léger.

La faible densité de l'aluminium lui donne un rapport résistance/poids très attrayant. Même si l'acier est plus résistant, l'aluminium fournit beaucoup plus de résistance par unité de masse, permettant aux composants structurels en aluminium de peser beaucoup moins que les composants en acier tout en ayant une résistance adéquate pour de nombreuses applications. Avec la bonne conception, l'aluminium peut fournir une durabilité similaire à l'acier à la moitié du poids.

Résistance à la corrosion

L'une des caractéristiques les plus prisées de l'aluminium est sa résistance supérieure à la corrosion. Contrairement à l'acier, l'aluminium ne rouille pas. La même réaction d'oxydation qui produit l'oxyde de fer (rouille) fait que l'aluminium forme une couche externe de passivation d'oxyde d'aluminium — qui, contrairement à la rouille, protège effectivement le métal de la corrosion et de la dégradation et empêche une oxydation supplémentaire.

Les aciers inoxydables sont résistants à la corrosion, mais ils peuvent encore rouiller. Selon l'application et l'environnement, l'acier au carbone nécessite généralement un revêtement de surface ou une peinture pour le protéger de la rouille et de la corrosion. Contrairement à la couche de passivation de l'aluminium, ce revêtement peut se rayer ou s'user, exposant l'acier et le rendant vulnérable à la rouille et à la corrosion.

Facilité de traitement

Les propriétés physiques de l'acier vs l'aluminium les rendent très différents à travailler. L'aluminium est beaucoup plus malléable que l'acier, permettant de le former en géométries plus délicates comme des parois très minces. Sa relative tendresse le rend plus facile à couper que l'acier, rendant l'usinage de l'aluminium plus rapide que l'usinage de l'acier. Parce qu'il est si léger, il peut être usiné sur des équipements plus petits.

Bien que l'aluminium soit plus facile à former et à usiner, l'acier est généralement plus facile à souder. La couche de passivation de l'aluminium et sa conductivité thermique élevée peuvent rendre le soudage difficile. Un soudeur qualifié peut encore souder l'aluminium, mais cela demande plus de précision et est moins indulgent que le soudage de l'acier. De plus, certains alliages d'aluminium sont plus faciles à souder que d'autres, comme l'aluminium 5052.

L'aluminium a un point de fusion beaucoup plus bas que l'acier — 660 °C vs environ 1480 °C — donc il est beaucoup plus facile à couler. Il refroidit aussi plus rapidement et uniformément, prévenant la déformation et offrant une excellente stabilité dimensionnelle. La coulée de l'acier nécessite des matériaux de moule spéciaux comme le graphite et des systèmes de refroidissement plus complexes pour assurer un refroidissement uniforme.

Applications

Compte tenu des propriétés physiques très différentes de l'acier vs l'aluminium, ils ont chacun des applications distinctes. En général, l'acier est utilisé lorsque la résistance de l'aluminium est insuffisante pour l'application ou lorsque le coût est le facteur le plus important. L'aluminium est souvent utilisé pour les applications qui nécessitent un poids très faible ou une haute résistance à la corrosion.

La résistance et la durabilité de l'acier en font un matériau de construction idéal. Les bâtiments, les chemins de fer et autres infrastructures reposent presque toujours sur une structure en acier, bien que l'aluminium soit également utile pour certaines applications de construction en raison de son rapport résistance/poids. L'acier compose également environ la moitié de l'automobile moyenne.

L'aluminium est essentiel à l'industrie aérospatiale, où le poids doit être minimisé mais la résistance et la durabilité sont critiques pour la sécurité. Les avions et les vaisseaux spatiaux peuvent consister jusqu'à 90 % d'alliages d'aluminium. Bien que l'acier soit encore le matériau de choix pour les voitures et les camions, l'industrie automobile se tourne de plus en plus vers l'aluminium pour minimiser le poids et améliorer l'efficacité énergétique des véhicules plus récents.

La faible densité, la haute conductivité et la malléabilité de l'aluminium en font également un matériau parfait pour les lignes électriques. Il est moins cher que le cuivre et un conducteur encore meilleur, et il est facilement étiré en fil.

Acier vs Aluminium : Résumé

Propriété	Acier	Aluminium
Coût	Faible	Modéré
Résistance à la traction ultime	400 - 2000+ MPa	75-500 MPa
Densité	7,85 g/cm³	2,7 g/cm³
Résistance à la corrosion	Faible (acier au carbone) à modérée (acier inoxydable)	Élevée
Malléabilité	Faible	Élevée
Usinabilité	Modérée	Élevée
Soudabilité	Élevée	Faible
Coulabilité	Faible	Élevée
Exemples d'applications	Construction, infrastructures, automobiles, appareils, outils, fixations	Avions, câblage électrique, électronique, ustensiles, papier d'aluminium

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