Mityczna stal chromowo molibdenowa wraca do łask branży rowerowej i przeżywa swoisty renesans. Na czym polega jej fenomen skoro takie rowery są cięższe od aluminiowych odpowiedników, a nierzadko potrafią być od nich droższe? Co oznaczają cyfry 4130? Jakie są właściwości ram zbudowanych w oparciu o te parametry?
Zacznijmy od początku – czym jest stal?
Stal 4130, czyli stal stopowa, która jest powszechnie znana w przemyśle rowerowym jako chromowo-molibdenowa, zawiera następujące składniki stopowe:
- 0,28 do 0,33 % węgla;
- 0,4 do 0,6 % manganu;
- 0,8 do 1,1 % chromu;
- 0,15 do 0,25% molibdenu;
- 0,04% fosforu;
- 0,04% siarki;
- 0,2 do 0,35% krzemu;
- pozostałe ponad 95% to dobre, staroświeckie żelazo.
Obecnie istnieją setki gatunków stali, ale to właśnie 4130 trafia do ram rowerów, między innymi ze względu na:
- łatwą spawalność,
- plastyczność,
- wytrzymałość,
- ciągliwość,
- udarność (odporność materiału na pękanie przy obciążeniu dynamicznym. Udarność określa się jako stosunek pracy potrzebnej do złamania próbki do pola powierzchni przekroju poprzecznego tej próbki).
Natomiast wiele rowerów z niską ceną jest wykonanych ze stopu 1020, który jest nazywany zwykłą stalą węglową (Hi-Ten) i ma znacznie niższą wytrzymałość niż stale chromowo-molibdenowe.
Co oznaczają cyfry 4130?
Jest to określenie kodyfikacji ustalone przez Society of Automotive Engineers i American Iron and Steel Institute . Początek 41XX oznacza stal chromowo-molibdenową (CrMo), zaś 10XX oznacza zwykłą stal węglową. Druga liczba odnosi się do różnych rzeczy z różnymi stopami. W przypadku 4130 określa zawartość procentową chromu i molibdenu w stopie. Ostatnie dwie liczby określają ilość węgla wyrażoną w setnych procentach. 4130 zawiera zatem 0,3% węgla.
Pierwsza liczba określa rodzaj stali: 1 = zwykły węgiel, 2 = nikiel, 3 = nikiel chrom, 4 = nikiel, chrom i molibden, 5 = chrom itp.,
Czym różnie się stal chromowo molibdemowa od węglowej?
Stal 10XX w porównaniu do stali 41XX, ma:
- mniej dodatków stopowych,
- mniejszą wytrzymałość,
- jest znacznie tańsza i cięższa.
Wybór stali jako materiału ramy
Istnieje wiele dobrych powodów, aby używać stali jako materiału do budowy ram rowerowych. Przyjrzyjmy się cechom fizycznym i zobaczmy, gdzie stal się świetnie sprawdzi w porównaniu z tytanem i aluminium. (carbonu tutaj nie bierzemy pod uwagę, gdyż nie jest on metalem)
Gęstość
Gęstość jest bardzo ważną właściwością, ponieważ w dzisiejszych czasach ramy rowerowe mają niską wagę, a wysoka gęstość sprawia, że ciężko jest zmniejszyć masę ramy. Stal CrMo posiada 7,83 grama na centymetr sześcienny, zaś tytan ma 4,43 g/cm3, a aluminium 2,71 g/cm3 . Na szczęście w przypadku stali istnieją inne ważniejsze właściwości, za sprawą których jest tak bardzo pożądana.
Sztywność
By łatwiej zrozumieć ten parametr warto zacząć od tzw. modułu Younga, który wyraża stosunek naprężenia do odkształcenia. Mówiąc prościej to: im większa wartość, tym sztywniejszy materiał. Stal CrMo 4130 posiada 30 mln funtów na centymetr kwadratowy (psi). Stop tytanu Ti3Al-2V ma 15,5 miliona psi, a aluminium 6061 ma około 10 milionów psi. Te stosunki (trzy do dwóch do jednego) są prawie identyczne ze stosunkami gęstości między tymi trzema materiałami. Oznacza to, że współczynniki sztywności do masy dla tych trzech materiałów są w przybliżeniu takie same.
Ramy stalowe posiadają piękną i smukłą linię, która cieszy oko wielu użytkowników. Często to wariant estetyczny jest czynnikiem przeważającym za decyzją o wyborze pomiędzy ramą ze stali i aluminium. Ma to również przełożenie na sztywność. Prostą ilustracją tego, jak to działa, jest porównanie dwóch rur o tej samej wadze i obserwacja wzrostu sztywności w miarę zwiększania średnicy. Biorąc jednocalową stalową rurę (2,54 cm) o grubości ścianki 0,049 cala (0,13 cm). Porównajmy ją z 1,5 -calową rurką (3,81 cm) o grubości ścianki 0,032 cala (0,081 cm). Ważą tyle samo, ale 1,5-calowa rurka jest 1,6 razy sztywniejsza.
Prawdopodobnie teraz Twoje następne pytanie brzmi: Dlaczego nie zwiększyć średnicy stalowych rur, tak jak w przypadku aluminium, aby uzyskać jeszcze lżejszy rower? W tym miejscu do gry wkracza „efekt puszki z piwem”. Gdy stosunek średnicy rury do grubości ścianki przekracza 60 lub 70 do jednego, rura jest bardziej narażona na uszkodzenia z powodu wyboczenia lub „puszki piwa”. Aluminium i Tytan, będąc materiałami o niższej gęstości, pozwalają uzyskać grubsze, odporne na wyboczenia ściany.
Wydłużenie, czyli plastyczność
Jest to miara jak bardzo materiał będzie się rozciągał zanim dojdzie do zerwania. Podczas gdy sztywność i gęstość, o której była mowa powyżej, nie zmieniają się znacząco wraz ze stopem i obróbką cieplną danego materiału, to wydłużenie jest zupełnie inna historią. Wydłużenie wyraża się w procentach.
Podczas próby rozciągania materiału jest on rozdzierany i rozciągany, aż się złamie. Na próbce wykonuje się znaki, a odległość między nimi mierzy się przed i po zerwaniu próbki. Różnica jest wyrażona jako procentowe wydłużenie
Stale używane do produkcji rur rowerowych zwykle mierzą wydłużenie od 9 do 15 procent. Ryzyko uszkodzenia kruchej ramy wzrasta wraz ze spadkiem tej liczby. W szczególności należy przyjrzeć się mocnym stronom materiału – twardości i wytrzymałości.
Spawanie stali chromowo molibdenowej 4130
Piękno delikatnych i subtelnych linii spawów sprawia, że wielu estetów uwielbia patrzeć na te połączenia zwracając bardzo na nie dużą uwagę. Stal 4130 przy okazji obrosła też w swoistą mitologię, że będąc z taką ramą w dziczy i głuszy przy zaliczeniu ostrego wypadku i pęknięciu będzie można ją bardzo łatwo i bezproblemowo pospawać w dowolnej wsi – byle ktoś miał spawarkę lub lutownicę. Otóż nic bardziej mylnego. Spawanie stali 4130 odbywa się przy użyciu osłony argonowej (gazu szlachetnego), która zapobiega utlenianiu się spawu. Wymaga to:
- odpowiedniego sprzętu, zachowania procedur i wysokich umiejętności (nie ujmując nic kowalskiemu doświadczeniu – ciężko by miał taki sprzęt pod ręką);
- profesjonalnego przygotowania, odpowiedniego zdjęcia lakieru i zabezpieczenia powierzchni spawanej;
- stosowania odpowiedniego drutu spawalniczego (o odpowiedniej wytrzymałości – zbliżonej do spawanego metalu), a nie zwykłej elektrody;
- właściwego wychłodzenia spawu (w sposób naturalny), by ten nie pękł
Podsumowując
Hasło „Steel is real” ostatnimi czasy nabiera coraz większego znaczenia. Wielu użytkowników po latach poszukiwań absolutu wsiadając na stalową ramę nie chce już żadnych innych rowerów. Czasami jest to spowodowane ponadczasowym stylem i linią rurek, innym poziomem komfortu (choć nie zawsze jest tak, że stal będzie go gwarantowała), a czasami przeświadczeniem o długowieczności. Pamiętajmy jednak, że stal nie jest idealna, bo może korodować w miejscu uszkodzenia powłoki lakierniczej (oraz od wewnątrz rurek – chociaż to można zabezpieczyć), jest nieznacznie cięższa od aluminium, tytanu i carbonu. W kolejnych częściach przybliżymy dokładniej zastosowane technologie stalowych ram w rowerach Marin Bikes, by wiedzieć jak odczytywać konkretne opisy Series 3 oraz 2.
Autor: Piotr Bartkowski
1 komentarz