Anglinis plienas arba paprastasis anglinis plienas yra metalo lydinys. Tai dviejų elementų - geležies ir anglies - derinys. Kitų elementų yra per mažai, kad jie turėtų įtakos jo savybėms. Vieninteliai kiti leistini elementai paprastajame angliniame pliene yra šie: manganas (ne daugiau kaip 1,65 %), silicis (ne daugiau kaip 0,60 %) ir varis (ne daugiau kaip 0,60 %). Plienas, kuriame yra mažai anglies, pasižymi tokiomis pačiomis savybėmis kaip ir geležis - minkštas, bet lengvai formuojamas. Didėjant anglies kiekiui, metalas tampa kietesnis ir tvirtesnis, tačiau mažiau plastiškas ir sunkiau suvirinamas. Didesnis anglies kiekis mažina plieno lydymosi temperatūrą ir apskritai jo atsparumą temperatūrai.
Savybių paaiškinimas
Anglies kiekis lemia plieno mikrostruktūrą ir mechanines savybes. Pagrindinės mikrostruktūrinės fazės yra feritas (minkštesnė, labiau plastiška geležies turinti fazė), perlitas (lamelinis mišinys iš ferito ir cementito), ir cementitas (Fe3C — kietas anglies junginys). Kai plienas atšaldomas po tam tikros temperatūros, gali susiformuoti ir kitos fazės, pvz., austenitas arba martensitas, kuri turi labai didelį kietumą.
Keletas svarbių poveikių didėjant anglies kiekiui:
- Kietumas ir atsparumas dilimui: didėja kartu su anglies kiekiu;
- Tempo ir traukos stipris: didėja, bet kartu mažėja elastingumas ir smūginė atsparuma (dūžtančioji tvirtybė);
- Plastika ir formavimas: mažėja — sunkiau lenkti, štampuoti ir šalto profiliavimo procesai;
- Suvirinamumas: blogėja su didesniu anglies kiekiu — dažnai reikalingas priekaitinimas ir šiluminis apdorojimas po suvirinimo;
- Terminis apdorojimas: plieno reaktyvumas į kaitinimą, kietinimą ir attemperavimą labai priklauso nuo anglies kiekio.
Klasifikacija pagal anglies kiekį
- Mažo anglies kiekio (minkštieji, "mild steel"): iki ~0,25–0,30 % C. Lengvai formuojami, geri suvirinami, plačiai naudojami konstrukcijoms, lakštams, vamzdžiams.
- Vidutinio anglies kiekio: ~0,25–0,60 % C. Tinka mechaniniams komponentams, velenams, sraigtams — balansuoja kietumą ir plastiškumą.
- Aukšto anglies kiekio: ~0,60–1,0 % C (kai kuriose klasifikacijose iki 1,5 %). Labai kietas, geras atsparumas dilimui — naudojamas pjovimo įrankiams, spyruoklėms, plieninėms vieloms.
Reikšmingas ribinis taškas yra eutektoidinis kiekis (~0,76 % C): esant šiam anglies kiekiui po lėto aušinimo susidaro daugiausia perlito. Kuo daugiau anglies viršija eutektodinį kiekį, tuo didesnė dalis cementito (kietos, trapios fazės).
Šiluminis apdorojimas ir apdorojimo būdai
- Atkaitinimas (annealing): naudojamas plastiškumui atstatyti ir įtemptiems struktūros sluoksniams pašalinti — metalas tampa minkštesnis ir lengviau apdirbamas.
- Normalizavimas: atliekamas siekiant susmulkinti grūdus ir pagerinti mechanines savybes prieš tolesnį apdorojimą.
- Kietinimas (quenching) ir attemperavimas (tempering): greitas aušinimas po įkaitinimo gali suformuoti martensitą — labai kietą, bet trapesnį struktūros tipą; attemperavimas sumažina trapumą ir subalansuoja tvirtumą bei kietumą.
- Paviršinis sukietinimas (case hardening / carburizing): naudojamas mažo anglies kiekio plienui suteikti kietą išorės sluoksnį, išlaikant plastišką šerdį.
Panaudojimas
- Mažo anglies kiekio plienas: automobilių kėbulai, statybinė konstrukcija, vamzdžiai, suvirinimo darbai, staklių korpusai;
- Vidutinio anglies kiekio plienas: velenai, krumpliaračiai, grioveliai, bendra paskirtis mechaniniai komponentai;
- Aukšto anglies kiekio plienas: pjovimo įrankiai, peiliai, spyruoklės, plieninė viela, kai reikalingas didelis atsparumas dilimui.
Praktinės pastabos ir apribojimai
- Anglinis plienas nėra atsparus korozijai kaip nerūdijantis plienas — dažnai reikia apsauginių dangų arba dažymo;
- Suvirinimo metu aukštesnio anglies kiekio plienams dažnai reikalingas priekaitinimas ir lėtas atšildymas, kad būtų išvengta skilimo ar trapumo prie siūlių;
- Mechaninio apdirbimo metu didesnio anglies kiekio plienas gali būti sunkiau apdirbamas — dažnai prireikia tvirtesnių arba specializuotų pjovimo įrankių;
- Plieno pasirinkimas turi atitikti darbo sąlygas — apkrovų tipą, temperatūrą, reikalavimus dilimui ir korozijai.
Žymėjimas ir standartai
Anglinio plieno rūšys žymimos įvairiais standartais (pvz., EN/ISO, SAE/AISI). Šie žymėjimai nurodo cheminę sudėtį (įskaitant anglies kiekį) ir mechanines savybes. Renkantis medžiagą svarbu atkreipti dėmesį į gaminio specifikacijas pagal taikomą standartą.
Apibendrinant, anglinis plienas yra universali ir plačiai naudojama medžiaga. Jos savybės labai priklauso nuo anglies kiekio ir mikrostruktūros, o tinkamas šiluminis bei mechaninis apdorojimas leidžia pritaikyti plieną konkretiems inžineriniams poreikiams.
