Šiame straipsnyje pateikiamas išsamus palyginimas apie įprastų anglies plienų (1010, 1018, 1020, 1040, 1045, 1050, 1065) ir chromo-molibdeno legiruotų plienų serijų (4130, 4140, 4150) ypatybių standartuose. Renkantis plieną konstrukciniams sprendimams svarbu suprasti cheminę sudėtį, mechanines savybes ir tipinius pritaikymo scenarijus, o įtrauktos lentelės ir pavyzdžiai iliustruoja niuansus tarp skirtingų klasių.
1. Anglinio plieno klasifikacija ir pagrindiniai skirtumai
Anglies plienas - geležies ir anglies lydinys, dažnai papildomai apdorojamas silicio bei manganu. Anglies kiekis lemia kietumą, stiprumą ir plastinį elastingumą: kuo didesnis anglies kiekis, tuo didesnis kietumas ir stiprumas, tačiau mažėja plastiskumas. Paprastai angliniame konstruktiniame pliene skaičiai kaip Q275, Q235, Q345 rodo takumo ribą (okingai, MPa), o „Q“ nurodo kinų Pinyin inicialų taško „išeigos“ raidę. Priedai „F“, „b“, „Z“ žymi verdantį, pusiau išmuštą ar išmuštą plieną. Paprastai anglinis konstracinis plienas nėra termiškai apdorojamas; jei reikia, taikomos procedūros (grūdinimas, atleidimas) siekiant padidinti tvirtumą.
- Mažo anglies kiekio plienai (pvz., 1010, 1018, 1020): puikūs plastiniai ir įrankiniai formavimo gebėjimai, lengvas šaltas apdirbimas; dažnai naudojami varžtams, velenams, šaltai valcotiems lakštams, suvirintoms konstrukcijoms.
- Vidutinio anglies kiekio plienai (pvz., 1040, 1045): galimas terminis apdorojimas, grūdinimas + atleidimas, tempiamasis stipris 600-800 MPa; dažnai naudojamos krumpliaračiams, ašims, švaistikliams.
- Aukšto anglies kiekio plienai (pvz., 1050, 1065): didelis kietumas ir atsparumas dilimui, tačiau mažesnis plastiškumas; 1065 plačiai naudojamas spyruoklėms, įrankiams ir įtampos dalims.
Tipiniai programų pasirinkimo vadovai rodo:
- Mažo anglies kiekio plienams: plokščių gaminiai, suvirintos rėminės konstrukcijos; šaltajam apdirbimui - plokščios dalys, viršūnės, kabelių ir konstrukcinių elementų gamyba.
- Vidutinio anglies kiekio plienams: automobiliniai dalys (alkūniniai velenai, krumpliaračiai), didelio stiprumo tvirtinimo detalės.
- Aukšto anglies kiekio plienams: spyruoklės, pjovimo įrankiai, žemės ūkio padargai, atsparios dilimui dalys.
2. Chromo-molibdeno legiruotų plienų klasifikacija
Chromuoto-molibdeno plienai (chromo-molibdeno plienas) sukurti siekiant aukšto stiprumo ir atsparumo dilimui, todėl juos dažnai renkasi aviacijos, automobilių, augštos apkrovos mechaninių įrankių sritys. Pagrindiniai skirtumai tarp 4130, 4140 ir 4150 slypi anglies kiekyje ir lydinių santykiuose:
- 4130: mažas anglies kiekis, didelis suvirinamumas; dažniausiai naudojamas orlaivių rėmams, lenkimo ir suvirinimo konstrukcijoms.
- 4140: didelis stiprumas, didelis atsparumas dilimui; taikomas velenų, krumpliaračių, gręžimo įrankių bei formų gamybai.
- 4150: itin didelis stiprumas, didelis kietumas, bet reikia griežtai kontroliuoti grūdinimo procesą siekiant išvengti įtrūkimų; naudojamas didelio našumo spyruoklėms ir kariniams komponentams.
Taikymo gairės ir pagrindiniai skirtumai santraukose: 4130 - suvirinami rėmai, 4140 - tvirti velenai ir krumpliaračiai, 4150 - didelio našumo spyniniai ar kariniai komponentai. Palyginamosios charakteristikos dažnai nurodomos standartuose ASTM A36, SAE J403, ir kitose konstrukcinėse specifikacijose.
3. Pagrindiniai standartai ir jų naudojimas
Pagrindinės klasifikavimo sistemos apima anglies konstrukcinį plieną, lengviau identifikuojamą pagal „Q“ ženklą ir takumo ribą MPa, bei chromo-molibdeno plienų nurodymus pagal jų lydinių sudėtį. Kinijos GB/T sistemos dažnai įtraukiamos į tarptautinius platesnes nuorodas:
- Q235, Q345, Q355 - anglinis konstrukcinis plienas pagal GB/T; Q235 turi mažą anglies kiekį ir gerą plastiškumą; Q345 - didesnis stiprumas; Q355 - didelis tvirtumas, atsparumas įtrūkimams.
- GB/T 700-2006 (Q235), GB/T 1591-2008/2018 (Q345, Q355) - standartų poreikiai tarptautiniams projektams; EN S355, ASTM A572 Gr.50 - panašūs tarptautiniai atitikmenys.
- A2 įrankių plienas (Kietumas HRC 58-62) ir kiti: pažįstami skiriamuosius ženklus, atlieka įrankių, įspaudimo, liejimo ar matavimo įrankių poreikius.
Taip pat minimi 12L14 plieno (laiškai dove susijęs su švino turėjimu mažu apdirbamumu ir dideliu apdirbamumu; HRB). 12L14 klasė pasižymi puikiu šaltuoju apdirbamumu, tačiau prastėjančiu suvirinamumu. Įrankių plienai skirstomi į anglies įrankinius, legiruotus įrankinius ir greitojo įrankio plienus (pvz., M2).
4. Įrankių plienų klasifikacija ir pasirinkimo gairės
Įrankių plienai dažnai apibrėžiami pagal anglies kiekį ir lydinių papildų:
- O1, 2xx serijos; įrankiniai plienai, skirti šaltajam štampavimui ar karštajam apdorojimui.
- Greitojo įrankio plienai (HSS): įrankių klasės su dideliu volframo, vanadžio, kobalto, titano kiekiu; pavyzdžiai: M2 (HSS), W18Cr4V - skirti frezavimui, gręžimui ir pan.
- Chromuoto plieno įrankiai su didesniu atsparumu dilimui: D2 plienas - puikus stabilumas ir atsparumas įtrūkimams, o karščiui atsparūs variantai gali būti papildomai nitriduojami (pvz., 4Cr13, 3Cr13, 4340).
Papildomos gairės: nurodykite kietumo diapazoną, paviršiaus apdailos reikalavimus, korozijos apsaugos poreikius ir apdorojimą po mechaninio apdirbimo.
5. Daugiamenei papildomos informacijos: lentelės ir pavyzdžiai
| Plienas | Anglis % | Mn % | Kitos lydinės | Pagrindinės savybės | Panaudojimas |
|---|---|---|---|---|---|
| 1010 | 0.08-0.13 | 0.30-0.60 | Nėra | Mažas anglies kiekis, puikus plastiškumas | Šaltai valcuoti lakštai, varžtai, šaltai apdirbtos dalys |
| 1018 | 0.15-0.20 | 0.60-0.90 | Nėra | Šiek tiek didesnis Mn, geresnis stiprumas | Velenai, šaltai valcuoti lakštai |
| 1020 | 0.18-0.23 | 0.30-0.60 | Nėra | Bendrosios paskirties mažai anglies turintis plienas | Įvairios konstrukcijos dalys |
| 1040 | 0.37-0.44 | 0.60-0.90 | Nėra | Vidutinio anglies kiekio, termiškai apdorojamas | Krumpliaračiai, ašys |
| 1045 | 0.43-0.50 | 0.60-0.90 | Nėra | Vidutinio anglies kiekio plienas | Automobilių dalys, didelio stiprumo detalės |
| 1050 | 0.48-0.55 | 0.60-0.90 | Nėra | Didelis anglies kiekis, didelis kietumas | Spyruoklės, aukštos kietumo įrankiai |
| 1065 | 0.60-0.70 | 0.60-0.90 | Nėra | Didelis kietumas, didelė elastingumo riba | Spyruoklės, įrankiai |
Chromuoto-molibdeno plienų palyginimas:
| Plienas | Anglis % | Chromas % | Molibdenas % | Mn % | Pagrindinės savybės | Panaudojimas |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 4130 | 0.28-0.33 | 0.80-1.00 | 0.15-0.25 | 0.40-0.60 | Mažas anglies kiekis, puikus suvirinamumas | Orlaivių konstrukcijos, lenktoji įranga |
| 4140 | 0.38-0.43 | 0.80-1.00 | 0.15-0.25 | 0.75-1.00 | Didelis stiprumas, atsparumas dilimui | Velenai, krumpliaračiai |
| 4150 | 0.48-0.53 | 0.80-1.00 | 0.15-0.25 | 0.75-1.00 | Itin didelis stiprumas, aukštas kietumas | Spyruoklės, kariniai komponentai |
Nuosekliai apibendrinta santrauka apie nuosavybę: 4130, 4140, 4150 plienai - visų pirma legiruotieji konstrukciniai plienai; jų skyrimas priklauso nuo anglies kiekio ir lydinių santykio bei terminio apdorojimo galimybių.
6. Specialūs plienai ir jų pasirinkimas
Nerūdijančio plieno profilis gali būti klasifikuojamas pagal mikrostruktūrą (austenitiniai, feritiniai, martensitiniai, duplex) ir pagal cheminę sudėtį. Austenitiniai plienai (pvz., 304, 316) turi maždaug 18% chromo ir 8-10% nikelio; jie nemagnetiniai ir pasižymi puikiu atsparumu korozijai. Feritiniai plienai (pvz., 430) magnetiniai ir turi 10,5-18% chromo, be nikelio; pigesni. Martensitiniai plienai (410, 420, 440) grūdinami iki aukšto kietumo, magnetiniai ir su vidutiniu atsparumu korozijai. Duplex plienai (pvz., 2205) - mišinys iš austenito ir ferito su geru atsparumu korozijai ir stiprumu.
7. Praktiniai patarimai projektuotojams ir gamintojams
Norint pasiekti optimalų našumą, svarbu atsižvelgti į:
- Kietumo diapazoną ir paviršiaus apdailos poreikius;
- Atsparumą korozijai (ypač nerūdijančio plieno pasirinkimui);
- Terminį apdorojimą ir įtrūkimų riziką (ypač 4140/4150 atvejais);
- Gerinamą matmenų stabilumą terminio apdorojimo metu (ypač įrankių plienuose).
Let’s note: pasirinkimas tarp anglies, legiruoto ar nerūdijančio plieno priklauso nuo apkrovos, darbo aplinkos ir galutinio produkto reikalavimų.