Acier ou aluminium :comprendre la différence entre les métaux ferreux et non ferreux

L'acier et l'aluminium sont les métaux les plus couramment utilisés dans le 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 ils ont chacun 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 par rapport à l'aluminium, des facteurs qui peuvent vous aider à déterminer celui qui convient le mieux au travail.

Coût

Bien que les prix de l'acier et de l'aluminium changent constamment en fonction des conditions du marché mondial, l'acier est généralement moins cher en poids que l'aluminium. Cependant, les deux métaux sont disponibles dans une variété de types et d'alliages différents dont le prix peut varier considérablement. 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.

Force

Il ne fait aucun doute que l'acier est plus résistant et plus dur que l'aluminium, c'est pourquoi la grande majorité des cadres automobiles sont en acier. L'acier est un alliage de fer et de carbone, entre autres éléments, et le carbone confère 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 mou que l'acier, il est beaucoup plus sujet à la déformation. Bien que l'aluminium ne soit jamais aussi résistant que l'acier, sa résistance augmente à mesure que sa température diminue, ce qui le rend utile pour les applications à basse température.

Poids et densité

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

La faible densité de l'aluminium lui confère un rapport résistance/poids très intéressant. Même si l'acier est plus résistant, l'aluminium offre beaucoup plus de résistance par unité de masse, ce qui permet 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 offrir une durabilité similaire à l'acier pour 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 de 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 en fait le métal de la corrosion et de la décomposition et empêche toute oxydation supplémentaire.

Les aciers inoxydables sont résistants à la corrosion, mais ils peuvent toujours 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 par rapport à l'aluminium les rendent très différents à travailler. L'aluminium est beaucoup plus malléable que l'acier, ce qui lui permet d'être formé dans des géométries plus délicates comme des parois très minces. Sa douceur relative le rend plus facile à couper que l'acier, ce qui rend 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.

Alors que l'aluminium est 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 toujours souder l'aluminium, mais cela demande plus de précision et est moins tolérant 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 - 1 221 ° F contre environ 2 700 ° F - il est donc beaucoup plus facile à couler. Il refroidit également plus rapidement et uniformément, empêchant la déformation et offrant une excellente stabilité dimensionnelle. La coulée d'acier nécessite des matériaux de moulage spéciaux tels que 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 par rapport à 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 des applications nécessitant un poids très faible ou une résistance élevée 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 d'autres infrastructures reposent presque toujours sur une ossature en acier, bien que l'aluminium soit également utile pour certaines applications de construction en raison de son rapport résistance/poids. L'acier représente 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 essentielles à la sécurité. Les aéronefs et les engins spatiaux peuvent contenir jusqu'à 90 % d'alliages d'aluminium. Alors que l'acier reste le matériau de choix pour les voitures et les camions, l'industrie automobile se tourne de plus en plus vers l'aluminium pour réduire le poids et améliorer l'efficacité énergétique des véhicules récents.

La faible densité, la conductivité élevée et la formabilité de l'aluminium en font également un matériau parfait pour les lignes électriques. C'est moins cher que le cuivre et c'est un meilleur conducteur, et c'est facile à enrouler.

Acier contre aluminium :résumé

Propriété	Acier	Aluminium
Coût	Faible	Modéré
Résistance à la traction ultime	400 – 2000+ MPa	75-500 MPa
Densité	0,28 lb/in3	0,1 lb/in3
Résistance à la corrosion	Faible (acier au carbone) à modéré (acier inoxydable)	Élevé
Malléabilité	Faible	Élevé
Usinabilité	Modéré	Élevé
Soudabilité	Élevé	Faible
Coulabilité	Faible	Élevé
Exemples d'application	Construction, infrastructure, automobiles, appareils électroménagers, outils, fixations	Avion, câblage électrique, électronique, ustensiles, aluminium

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