Stal C45: właściwości, obróbka cieplna i zastosowanie

C45 to niestopowa stal konstrukcyjna do ulepszania cieplnego, oznaczona w normach europejskich także numerem 1.0503. Liczba 45 oznacza średnio 0,45% węgla, więc materiał dobrze reaguje na hartowanie i odpuszczanie, a jednocześnie da się go obrabiać skrawaniem w stanie normalizowanym. Najczęściej trafia na wały, osie, sworznie, koła zębate o umiarkowanym obciążeniu i inne części maszyn, które mają być wytrzymałe, ale nie wymagają specjalnej odporności na korozję.

Skład i podstawowe właściwości

Poza około 0,45% węgla stal C45 zawiera mangan i krzem w niewielkich ilościach, a siarkę i fosfor w ilościach ograniczonych normą. Nie ma w niej istotnych dodatków stopowych, takich jak chrom czy molibden, o których pisze artykuł o składzie stali. To przekłada się na kilka cech.

• Dobry stosunek wytrzymałości do ceny, wyższa wytrzymałość niż stali o małej zawartości węgla, na przykład tych z artykułu o stalach S235JR i S355.
• Niewielka hartowność: w grubszych przekrojach twardnieje głównie warstwa przy powierzchni, a rdzeń zostaje miększy.
• Brak odporności na korozję, więc części wymagają oleju, powłoki lub malowania.
• Gorsza spawalność niż w stalach niskowęglowych.

Dokładne wartości granicy plastyczności i wytrzymałości zależą od stanu dostawy, średnicy pręta i obróbki cieplnej, dlatego należy je brać z normy lub atestu dla konkretnej dostawy, a nie z tabel ogólnych.

Obróbka cieplna stali C45

C45 jest typową stalą do ulepszania cieplnego, czyli hartowania połączonego z wysokim odpuszczaniem. Ogólne pojęcia opisuje tekst o obróbce cieplnej stali, tu zebrano zabiegi najczęściej stosowane dla tego gatunku.

Temperatury zależą od wymiarów detalu i zaleceń huty, więc traktuj je jako orientacyjne. Przy hartowaniu w wodzie rośnie ryzyko pęknięć, szczególnie przy ostrych przejściach przekroju, dlatego elementy o skomplikowanym kształcie hartuje się w oleju albo ogranicza się do hartowania powierzchniowego.

Porównanie z innymi stalami do ulepszania

Gdy C45 okazuje się za słaba, naturalnym krokiem są stale stopowe do ulepszania cieplnego, w których chrom, nikiel i molibden zwiększają hartowność. Pozwalają one uzyskać wysoką wytrzymałość w grubych przekrojach i dobrą udarność, ale kosztują więcej i trudniej je obrabiać. W drugą stronę, gdy wytrzymałość nie jest problemem, a liczy się spawalność, wybiera się stal konstrukcyjną o małej zawartości węgla. Stal C45 zajmuje miejsce pośrodku: to rozsądny domyślny wybór na elementy maszyn, dopóki obciążenia i wymiary mieszczą się w jej możliwościach.

Obróbka i spawanie

W stanie normalizowanym lub lekko ulepszonym C45 dobrze się toczy i frezuje. Obróbka po pełnym hartowaniu wymaga już narzędzi z twardszych materiałów lub szlifowania. Szczegóły doboru parametrów leżą w artykule o obróbce skrawaniem.

Spawanie jest możliwe, ale wymaga ostrożności. Przy większej zawartości węgla w strefie wpływu ciepła łatwo powstaje twarda, krucha struktura podatna na pęknięcia. Stosuje się podgrzewanie wstępne, spawanie z kontrolowaną temperaturą międzyściegową i wolne stygnięcie. Jeśli konstrukcja ma być spawana, zwykle lepszym wyborem jest stal niskowęglowa.

Stan dostawy i dobór średnicy

Ten sam gatunek może przyjść w kilku stanach, które różnią się własnościami. Pręty walcowane na gorąco mają zgrubną powierzchnię i naddatek na obróbkę. Pręty ciągnione na zimno mają dokładniejszy wymiar i gładszą powierzchnię, a dzięki umocnieniu odkształceniowym wyższą wytrzymałość, ale zawierają naprężenia własne, które po zebraniu materiału na jednej stronie mogą powodować wyginanie się wałka. Przy długich, smukłych wałach zaleca się więc obróbkę zgrubną, wyżarzanie odprężające i dopiero potem obróbkę na wymiar.

Duże znaczenie ma także średnica. W cienkim pręcie hartowanie obejmuje cały przekrój, w grubym utwardza się tylko zewnętrzna warstwa. Gdy część ma mieć jednolite własności w przekroju, a średnica jest duża, trzeba rozważyć stal stopową do ulepszania.

Do czego stosuje się stal C45

• wały i osie napędowe o średnich obciążeniach,
• sworznie, wrzeciona, tuleje i czopy,
• koła zębate i zębatki, najczęściej z hartowaniem powierzchniowym,
• śruby i elementy łączące o podwyższonej wytrzymałości,
• korpusy narzędzi i oprawki, drążki tłoczysk,
• części maszyn rolniczych, dźwigni i prowadnic.

Jako półwyrób dostępna jest w prętach okrągłych, kwadratowych i płaskich, w stanie walcowanym, ciągnionym lub szlifowanym. Przed zamówieniem sprawdź w atestach stan dostawy i gatunek według normy, a przy elementach pracujących pod obciążeniem zmiennym także badania udarności.