Q235 plienas vs 45 Plienas vs 40Cr plienas

Inžinerinėje praktikoje, plieno pasirinkimas tiesiogiai įtakoja veikimą, Gamyba, patikimumas, ir komponentų kaina.

Trys Kinijos ir tarptautiniuose standartuose dažniausiai minimi plienai – Q235, 45 plienas, ir 40Kr — apima platų projektavimo reikalavimų spektrą, nuo pagrindinės konstrukcinės atramos iki didelio stiprumo mechaninių dalių.

Nors kiekvienas iš jų yra pagrįstas geležies ir anglies metalurgija, jų legiravimo strategijas, mikrostruktūrinis elgesys, Mechaninis atlikimas, ir optimalios programos iš esmės skiriasi.

Šiame straipsnyje pateikiamos įvairios perspektyvos, autoritetingas, ir išsamus palyginimas, padedantis pasirinkti medžiagas ir priimti inžinerinius sprendimus.

1. Metalurgijos tapatybė ir klasifikacija

Q235 Plienas

Q235 yra a mažai anglies išskiriantis konstrukcinis plienas plačiai naudojamas bendrosiose inžinerijos ir statybos srityse.

Tai labiausiai paplitusi kinų kalba Anglies plienas pažymys, lygiavertis ASTM A36 ir S235JR. Q235 siūlo a jėgų pusiausvyra, ausmingumas, ir suvirinamumas, todėl tinka tiltams, pastatai, laivų konstrukcijos, Vamzdynai, ir mašinų rėmai.

Savybės

• Cheminė sudėtis: Anglies ≤ 0,20–0,25 %, Mn 0,30–0,70 %, pėdsakai S ir P.
• Mechaninės savybės: Išeiga ≈ 235 MPA, tempiamasis stipris ≈ 375–500 MPa.
• Suvirinamas ir formuojamas: Galima lengvai pjaustyti, suvirintas, ir šalto formavimo.
• Ekonomiškai efektyvus: Ekonomiškas pasirinkimas bendroms konstrukcijoms.
• Paraiškos: Statybinės sijos, konstrukciniai karkasai, laivų statyba, slėgio indai.

45 Plienas (taip pat žinomas kaip C45 arba 1.1191)

45 plienas yra a vidutinio anglies plieno plačiai naudojamas Kinijoje ir tarptautiniu mastu mechaninės dalys, kurioms reikalingas didesnis stiprumas ir kietumas nei mažai anglies turintiems plienams.

Tai maždaug atitinka AISI 1045. Jis tinka velenams, pavaros, ir tvirtinimo detalės, kurios yra mechaniškai apkrautas ir gali būti termiškai apdorotas.

Savybės

• Cheminė sudėtis: Anglies ≈ 0,42–0,50 %, Mn 0,50–0,80 %, S/P <0.05%.
• Mechaninės savybės (atkaitintas): Tempiamasis stipris ≈ 570–700 MPa, takumo riba ≈ 330–500 MPa.
• Termiškai apdorojamas: Galima grūdinti ir grūdinti, kad būtų pasiektas didesnis kietumas ir atsparumas dilimui.
• Geras apdirbamumas ir vidutinis kietumas: Subalansuoja stiprumą ir apdorojamumą.
• Paraiškos: Velenai, pavaros, varžtai, ašis, švaistikliai, ir mechanines dalis esant vidutinėms apkrovoms.

40Cr plienas (Taip pat žinomas kaip 1.7035)

40Cr yra a vidutinio anglies, Chromas-legiruoto plieno plačiai naudojamas programose, kurioms reikia didesnis stiprumas, kietumas, ir atsparumas dėvėjimams nei įprasti vidutinio anglies plienai.

Chromas pagerina kietumą, atsparumas korozijai, ir nuovargio stiprumas. Tai maždaug lygiavertis AISI 5140.

Savybės

• Cheminė sudėtis: Anglies ≈ 0,37–0,44 %, Chromas ≈ 0,80–1,10 %, Mn 0,50–0,80 %, S/P <0.035%.
• Mechaninės savybės (normalizuotas): Tempimo stipris ≈ 745–930 MPa, takumo riba ≈ 435–600 MPa.
• Puikus kietumas: Galima grūdinti ir grūdinti, kad būtų pasiektas didelis kietumas (iki HRC 50) dilimui atsparioms dalims.
• Geras atsparumas nuovargiui ir tvirtumas: Tinka svarbiems mechaniniams komponentams.
• Paraiškos: Velenai, pavaros, alkūniniai velenai, sunkiasvorių ašių, verpstės, ir kitos didelio stiprumo mechaninės dalys.

2. Cheminės sudėties palyginimas: Q235 plienas vs 45 Plienas vs 40Cr plienas

Plieno cheminė sudėtis tiesiogiai lemia jo fazinės transformacijos elgesį ir mechanines savybes.

Šioje lentelėje pateikiami standartiniai sudėties diapazonai (pagal Kinijos nacionalinius standartus) ir trijų plienų pagrindinių elementų funkciniai mechanizmai:

Pagrindiniai skirtumai:

Q235 turi mažai anglies ir neturi tyčinių legiravimo elementų, sutelkiant dėmesį į apdorojamumą; 45 plienas turi didesnę anglies kiekį ir griežtesnę priemaišų kontrolę, leidžiantis termiškai apdoroti;

40Cr prideda chromo, kad optimizuotų kietumą ir mechanines savybes, jungiantis atotrūkį tarp anglinio plieno ir labai legiruoto plieno.

3. Mikrostruktūrinės charakteristikos: Nuo pristatymo iki termiškai apdorotų valstybių

Mikrostruktūra yra ryšys tarp cheminės sudėties ir mechaninių savybių.

Trys plienai turi skirtingas mikrostruktūras skirtingose ​​​​būsenose, turinčios tiesioginės įtakos jų veiklai:

Pristatymo būsena (Karštai valcuoti)

• Q235 Plienas: Susideda iš ferito (α-Fe) + Perlitas (ferito ir cementito sluoksninis mišinys). Feritas yra pagrindinė fazė (70–80 proc.), užtikrina gerą plastiškumą ir suvirinamumą.
  Perlito turinys (20–30%) suteikia vidutinio stiprumo. Struktūra yra stambiagrūdė dėl mažo lydinio kiekio ir paprasto karšto valcavimo proceso.
• 45 Plienas: Feritas + Perlitas, su didesniu perlito kiekiu (40–50%) nei Q235 dėl didesnio anglies kiekio.
  Struktūra yra smulkesnė ir vienodesnė (aukštos kokybės plieno), su mažiau inkliuzų, dėl to geresnė jėgos ir kietumo pusiausvyra.
• 40Cr plienas: Feritas + Perlitas + pėdsakų chromo turinčių karbidų. Chromas pagerina grūdelių dydį, todėl perlito lamelės plonesnės nei 45 plienas.
  Chromo karbidų buvimas (Cr₃C) sudaro pagrindą tolesniam terminio apdorojimo stiprinimui.

Termiškai apdorota būsena (Gesinimas + Grūdinimas, Q.&T)

• Q235 Plienas: Prastas kietėjimas; gesinimas (vandens aušinimas) tik paviršiniame sluoksnyje sudaro martensitą, o šerdyje likęs feritas-perlitas.
  Retai naudojamas terminis apdorojimas, nes jis negali žymiai pagerinti bendro veikimo ir gali sukelti deformaciją / įtrūkimus.
• 45 Plienas: Po gesinimo (840-860 ℃ vandens/alyvos aušinimas), struktūra transformuojasi į lakštinį martensitą (kietas, bet trapus).
  Grūdinimas 200-300 ℃ (žemas grūdinimas) gamina grūdintą martensitą, pagerinti kietumą išlaikant aukštą kietumą.
  Grūdinimas 500-600 ℃ (vidutinio grūdinimo) sudaro sorbitą, jėgų pusiausvyros pasiekimas (σᵤ≥600 MPa) ir plastiškumas (δ≥15 %).
• 40Cr plienas: Puikus kietumas; alyvos aušinimas (vietoj vandens aušinimo) gali pasiekti visišką martensito transformaciją net ir ruošiniams, kurių skersmuo ≤50 mm.
  Po vidutinio grūdinimo (520-560 ℃), struktūra tampa grūdintas sorbitas (smulkiagrūdis sorbitas + dispersiniai karbidai), su didesniu stiprumu ir kietumu nei 45 plienas. Chromas stabilizuoja martensito struktūrą, mažina nuotaikos trapumą.

4. Mechaninių savybių palyginimas – Q235 plienas vs 45 Plienas vs 40Cr plienas

5. Terminio apdorojimo charakteristikos: Grūdinimas ir procesų pritaikymas

Reagavimas į terminį apdorojimą (Kietas, temperamento stabilumas) nustato plieno taikymo sritį. Šiuo atžvilgiu trys plienai labai skiriasi:

Grūdinimas

• Q235 Plienas: Labai prastas kietumas. Kritinis aušinimo greitis yra didelis; tik ploni ruošiniai (≤5 mm) po vandens aušinimo gali susidaryti nedidelis martensito kiekis, o stori ruošiniai lieka ferito-perlitu.
  Terminis apdorojimas ekonomiškai neapsimoka, todėl jis naudojamas pristatymo būsenoje.
• 45 Plienas: Vidutinis kietėjimas. Ruošiniai, kurių skersmuo ≤20 mm, gali pasiekti pilną martensitą aušinant vandeniu; storesniems ruošiniams (20–40 mm), alyvos aušinimas sukelia nepilną sukietėjimą (šerdis yra sorbitas).
  Tinka vidutinio dydžio, vidutinės apkrovos dalys, kurias reikia termiškai apdoroti.
• 40Cr plienas: Puikus kietumas. Chromas sumažina kritinį aušinimo greitį, leidžia visiškai pakeisti martensitą ruošiniuose, kurių skersmuo ≤50 mm, aušinant alyva (išvengti vandens aušinimo sukeltų deformacijų/įtrūkimų).
  Ruošiniams iki 80 mm, gesinant vandeniu ir aliejumi galima pasiekti vienodą sukietėjimą, todėl tinka dideliems, didelės apkrovos dalys.

Įprasti terminio apdorojimo procesai ir poveikis

• Atkaitinimas: Q235 atkaitinimas (600-650 ℃) mažina riedėjimo įtampą; 45/40Cr atkaitinimas išgrynina grūdelius ir sumažina apdirbimo kietumą. 40Cr atkaitinimas taip pat tirpdo chromo karbidus, ruošiasi gesinti.
• Normalizavimas: Q235 normalizavimas (880-920 ℃) pagerina struktūros vienodumą; 45/40Cr normalizavimas padidina stiprumą ir tvirtumą, naudojamas kaip paruošiamasis sudėtingų dalių apdorojimas.
• Gesinimas + Grūdinimas: Pagrindinis procesas 45/40Cr. 45 plienas naudoja vandens gesinimą + vidutinio grūdinimo; 40Cr naudojamas naftos gesinimas + vidutinio grūdinimo, pasiekti geresnį visapusišką veikimą ir mažesnę deformaciją.
• Paviršiaus grūdinimas: 45/40Cr gali būti sukietinamas indukciniu būdu arba angliavandeniu (45 plienas) pagerinti paviršiaus kietumą (HRC 50–60) dilimui atsparioms dalims.
  40Cr chromo kiekis padidina paviršiaus kietėjimo efektą ir atsparumą dilimui.

6. Apdorojimo našumas: Liejimas, Kalimas, Suvirinimas, ir apdirbimas

Apdorojimo našumas tiesiogiai veikia gamybos efektyvumą ir kainą, ir yra pagrindinis veiksnys renkantis medžiagas masinėje gamyboje:

Kastingo pasirodymas

• Q235 Plienas: Prastas išmetimas. Mažas anglies ir lydinio kiekis lemia prastą išlydytą skystį ir didelį susitraukimo greitį, linkę į susitraukimo ertmes ir poringumą. Retai naudojamas liejimui; daugiausia valcavimui ir formavimui.
• 45 Plienas: Vidutinis užmetimas. Didesnis anglies kiekis pagerina sklandumą, palyginti su Q235, bet vis tiek linkę karštai trūkinėti. Naudojamas mažoms ir vidutinio dydžio liejamoms dalims, kurioms keliami nedideli tikslumo reikalavimai.
• 40Cr plienas: Geresnis užmetimas nei 45 plienas. Chromas patobulina liejimo struktūrą, sumažina susitraukimo ir karšto įtrūkimo tendenciją.
  Tinka tiksliai išlietoms dalims, kurioms reikalingas terminis apdorojimas, bet liejimo kaina didesnė nei valcavimo.

Kalimo našumas

• Q235 Plienas: Puikus kalimo našumas. Kalimo temperatūros diapazonas (1150-850 ℃) yra platus, pasižymi geru plastiškumu ir mažu atsparumu deformacijai. Tinka karštam paprastų formų kalimui (Pvz., varžtai, skliaustai).
• 45 Plienas: Geras kalimo našumas. Kalimo temperatūra (1100-800 ℃); reikalauja vienodo šildymo, kad būtų išvengta įtrūkimų. Kaltinės dalys turi rafinuotus grūdelius, pagerina terminio apdorojimo efektą.
• 40Cr plienas: Vidutinis kalimo našumas. Chromas padidina atsparumą deformacijoms, reikalaujančios didesnės kalimo jėgos ir griežtesnės temperatūros kontrolės (1100-820 ℃).
  Atkaitinimas po kalimo yra būtinas norint pašalinti vidinį įtempį ir pasiruošti terminiam apdorojimui.

Suvirinimo našumas

• Q235 Plienas: Puikus suvirinimo našumas. Mažas anglies kiekis apsaugo nuo martensito susidarymo karščio paveiktoje zonoje (Haz), be išankstinio pašildymo ar terminio apdorojimo po suvirinimo (Pwht) reikalingas ploniems ruošiniams. Suderinamas su visais suvirinimo būdais (SMAW, Gauna, GTAW).
• 45 Plienas: Prastas suvirinimo našumas. Dėl didelio anglies kiekio HAZ susidaro kietas martensitas, linkę į šaltą įtrūkimą.
  Pašildymas (150-200 ℃) ir PWHT (grūdinimas 600-650 ℃) yra privalomi. Suvirinimas naudojamas tik remontui, ne laikančiųjų suvirinimo siūlėms.
• 40Cr plienas: Blogesnis suvirinimo našumas nei 45 plienas. Chromas padidina HAZ kietumą, todėl labiau tikėtinas šaltas įtrūkimas ir trapumas.
  Griežtas išankstinis pašildymas (200-300 ℃), mažo šilumos tiekimo suvirinimas, ir PWHT. Suvirinimo paprastai vengiama; mechaninis sujungimas (varžtais, kniedimas) teikiama pirmenybė.

Apdirbimas Spektaklis

• Q235 Plienas: Puikus apdirbimo našumas. Mažas kietumas ir geras plastiškumas palengvina pjovimą, su mažu įrankių nusidėvėjimu.
  Tinka didelio greičio apdirbimui ir automatizuotoms gamybos linijoms (Pvz., laikiklių apdirbimas, lėkštės).
• 45 Plienas: Geras apdirbimo našumas pristatymo būsenoje (HBW 190–230). Po terminio apdorojimo (kietumas ＞ HRC 30), didėja apdirbimo sunkumas, reikalingi kietojo lydinio įrankiai. Tai tipiškas „apdirbamas termiškai apdorotas plienas“.
• 40Cr plienas: Vidutinis apdirbimo našumas pristatymo būsenoje. Chromas padidina atsparumą pjovimui, todėl įrankių nusidėvėjimas yra didesnis nei 45 plienas.
  Po Q&T (HBW 280–320), apdirbimui reikalingas didesnis pjovimo greitis ir pastūmos greičio kontrolė, su apdirbimo sąnaudomis 15–20 % didesnės nei 45 plienas.

7. Atsparumas korozijai

Visi trys plienai yra anglies/legiruoti konstrukciniai plienai be tyčinių korozijai atsparių legiravimo elementų (Cr kiekis 40Cr yra per mažas, kad susidarytų pasyvi plėvelė), todėl jų atsparumas korozijai paprastai yra prastas, su nedideliais skirtumais:

• Q235 Plienas: Prastas atsparumas korozijai. Didelis priemaišų kiekis (S, P) ir mažas lydinio kiekis pagreitina atmosferos ir gėlo vandens koroziją, kurių korozijos greitis pramoninėje atmosferoje yra 0,1–0,3 mm/metus. Turi būti apsaugotas (Tapyba, cinkavimas) lauko tarnybai.
• 45 Plienas: Šiek tiek geresnis atsparumas korozijai nei Q235. Mažesnis priemaišų kiekis ir smulkesnė struktūra sumažina korozijos atsiradimo vietas.
  Pramoninėje aplinkoje korozijos greitis yra 0,08–0,25 mm per metus, vis dar reikalinga apsauga ilgalaikei tarnybai.
• 40Cr plienas: Geriausias atsparumas korozijai iš trijų. Chromas ant paviršiaus sudaro ploną oksido plėvelę, slopina koroziją.
  Pramoninėje aplinkoje korozijos greitis yra 0,05–0,20 mm per metus, ir jis turi geresnį atsparumą švelnioms rūgštims / bazėms nei Q235 ir 45 plienas.
  Tačiau, jis vis dar kenčia nuo taškinės korozijos terpėse, kuriose yra daug chlorido, reikalingas antikorozinis apdorojimas (chromavimas, Tapyba).

8. Taikymo scenarijai Q235 Steel vs 45 Plienas vs 40Cr plienas

Trijų plienų naudojimas griežtai priklauso nuo jų veikimo ir kainos, apimantis įvairias pramonės sritis:

Q235 Plienas

Nebrangus, bendrosios paskirties konstrukcinis plienas. Programos apima:

• Statyba ir statyba: Plieniniai rėmai, sijos, stulpeliai, plieninės plokštės, ir armatūros strypai paprastiems pastatams, tiltai, ir dirbtuves.
• Mechaninė gamyba: Nelaikančios dalys (skliaustai, bazės, viršeliai), varžtai, riešutai, ir poveržlės mažos apkrovos įrangai.
• Vamzdynas ir konteineris: Žemo slėgio vandens vamzdynai, Sandėliavimo rezervuarai, ir nerūdijančių laikmenų laikikliai.

45 Plienas

Vidutinio stiprumo, termiškai apdorojamas anglinis plienas. Programos apima:

• Mechaninės dalys: Pavarų velenai, švaistikliai, alkūniniai velenai, varžtai, ir veržlės vidutinės apkrovos įrangai (Pvz., maži varikliai, Siurbliai, ir žemės ūkio technika).
• Įrankio komponentai: Ašmenys, štampai, ir miršta dėl mažo greičio, mažai susidėvintys įrankiai (po paviršiaus sukietėjimo).
• Automobilių pramonė: Nekritinės dalys (Pvz., stabdžių pedalai, Vairavimas) žemos klasės transporto priemonėms.

40Cr plienas

Aukšto stiprumo, legiruoto konstrukcinio plieno. Programos apima:

• Mechaninės transmisijos dalys: Didelės apkrovos krumpliaračių velenai, pavaros velenai, pavaros, ir guoliai sunkiosioms mašinoms (Pvz., inžinerinės mašinos, staklės).
• Automobiliai ir kosmoso: Kritinės dalys (Pvz., variklio alkūniniai velenai, skirstomieji velenai, transmisijos pavaros) aukščiausios klasės transporto priemonėms ir lengviesiems lėktuvams.
• Naftos chemijos pramonė: Aukšto slėgio vamzdynų flanšai, vožtuvai, ir siurblio velenai vidutinei korozijai, didelės apkrovos aplinka.

9. Sąnaudų ir sąnaudų efektyvumo palyginimas

Kaina yra pagrindinis didelio masto gamybos veiksnys. Santykinė kaina (imant Q235 kaip bazinį tašką) ir trijų plienų ekonomiškumas yra toks:

10. Išvada

Lyginamoji analizė Q235 plienas, 45 plienas, ir 40Cr plieno pabrėžia, kaip Anglies kiekis, legiravimo, ir terminis apdorojimas įtakos mechaniniam veikimui, Gamyba, ir programos tinkamumas.

• Q235 plienas yra a mažai anglies išskiriantis konstrukcinis plienas su puikiu lankstumu, suvirinamumas, ir formavimas.
  Dėl ekonomiškumo jis idealiai tinka bendrosios konstrukcijos ir gamybos programos, tačiau jis turi ribotą stiprumą ir reikalauja apsaugos nuo korozijos.
• 45 plienas yra a vidutinio anglies, termiškai apdorojamas plienas pasižymi didesniu stiprumu ir kietumu nei Q235.
  Kada gesinamas ir grūdinamas, jis pasiekia žymiai pagerintą atsparumą tempimui ir atsparumą dilimui, todėl tai tinka mechanines dalis, tokias kaip velenai, pavaros, ir ašys.
• 40Cr plienas yra a vidutinio anglies chromo legiruoto plieno skirtas didelio stiprumo ir nuovargiui atsparios programos.
  Jo gilus grūdinimas ir atsparumas dilimui leisti jam veikti esant didelėms ciklinėms apkrovoms, kaip matyti alkūniniai velenai, švaistikliai, ir didelės apkrovos mašinų komponentai.

Apatinė eilutė: Medžiagos pasirinkimas turi būti subalansuotas stiprybė, Tvirtumas, Aparatas, suvirinamumas, ir kaina neatitinka paslaugų reikalavimų.
Q235 tinka konstrukciniams ir mažos apkrovos darbams, 45 plienas dengia vidutinės apkrovos mechanines dalis, ir 40Cr plienas pasižymi dideliu stiprumu, didelis nuovargis, ir susidėvėjimui svarbius komponentus.

 

DUK

Koks yra pagrindinis skirtumas tarp Q235, 45, ir 40Cr plienas?

• Q235 yra mažai anglies išskiriantis konstrukcinis plienas; 45 plienas yra vidutinio anglies ir termiškai apdorojamas; 40Cr yra vidutinio anglies chromo legiruotas plienas, pasižymintis dideliu stiprumu ir grūdinimu.

Ar Q235 plienas gali būti termiškai apdorotas, siekiant pagerinti stiprumą?

• Ne, Mažas anglies kiekis Q235 riboja terminio apdorojimo kietėjimą. Stiprumo patobulinimai priklauso nuo šaltojo apdorojimo arba dizaino optimizavimo.

Koks plienas geriausiai tinka velenams ir krumpliaračiams?

• 45 plienas tinka vidutinės apkrovos velenams ir krumpliaračiams; 40Cr pirmenybė teikiama didelio stiprumo atveju, didelis nuovargis, ir dilimui atsparūs mechaniniai komponentai.

Atsparus 40Cr plieno korozijai?

• Ne iš prigimties. Apsauginės dangos, dengimas, arba projektavimo svarstymai reikalingi korozinei aplinkai.

Kaip veikia terminis apdorojimas 45 ir 40Cr plienas?

• Grūdinimas ir grūdinimas žymiai pagerina tempimo stiprumą, kietumas, ir nuovargio atsparumas, todėl jie tinkami mechaniškai sudėtingiems komponentams.