1020 vs 1045: Sammenligning af lavkulstofstål og mellemkulstofstål

Det kemiske gab

	SAE 1020	SAE 1045
Kulstof	0.17–0.23%	0.43–0.50%
Styrke i valset tilstand	~350–450 MPa	~600 MPa-klassen
Hærdningsvej	Kun sæthærdning	Gennemhærdning / overfladehærdning
Svejsbarhed	Fremragende	Kræver forvarmning og omhu

Hvad 1020 er god til

1020 er et stål til svejsning og formning: maskinunderdele, beslag, stifter og aksler, der udsættes for beskedne belastninger. Det kan ikke gennemhærdes — der er ikke kulstof nok — men det er et fremragende sæthærdningsstål. Efter opkulning og hærdning når sæthærdningslaget omkring 58–62 HRC, mens kernen med lavt kulstofindhold forbliver blød og stødtolerant: den klassiske opskrift til stifter, bøsninger og lette tandhjul. Det kan også bukkes, dybtrækkes og svejses uden særlig procedure, hvilket er grunden til, at det dominerer generel fabrikation.

Hvad 1045 er god til

1045 indeholder nok kulstof til at hærde igennem i moderate sektioner — realistisk nogle få snesevis af millimeter med bratkøling i olie eller vand — og reagerer godt på induktions- eller flammehærdning, hvilket giver lag på omkring 55–60 HRC over en sej normaliseret eller sejhærdet kerne. Den kombination gør det til standardstål til aksler, hjulaksler, tandhjulsemner og bolte i mellemtungt maskineri.

Kompromiset om svejsbarhed

Det samme kulstof, der gør 1045 hærdbart, øger dets kulstofækvivalent og risikoen for revner. Svejsning af 1045 kræver typisk forvarmning (ofte i området 150–250 °C afhængigt af tykkelse og indspænding), tilsatsmaterialer med lavt brintindhold og undertiden en spændingsudglødning. Intet af dette gælder for 1020, som rutinemæssigt svejses helt uden forvarmning.

Valg

• Svejsede konstruktioner, formede dele, opkullede sliddele → 1020.
• Aksler og maskindele, der kræver hærdede slidflader eller styrke efter sejhærdning → 1045.
• Tykke sektioner, der kræver ensartet hårdhed gennem sektionen → ingen af dem; gå op til et krom-molybdænstål såsom 4140, hvor hærdbarhed kommer fra legering snarere end kulstof.

Tilstand er halvdelen af specifikationen

Begge kvaliteter sælges varmvalsede, normaliserede, koldtrukne og (for 1045) sejhærdede, og egenskaberne ændrer sig mere med tilstanden end med de små kemiforskelle mellem værker. 1045 i sejhærdet tilstand når trækstyrker i området ~700–850 MPa med langt bedre duktilitet og udmattelsesadfærd end den valsede stang med identisk kemi — grunden til, at akselspecifikationer angiver en tilstand, ikke kun en kvalitet. Koldtrækning øger styrken og forbedrer finishen på begge stål på bekostning af en smule duktilitet og er standardleveringsformen til små drejede dele. Når tilbud sammenlignes, skal kvalitet + tilstand + standard sammenlignes sammen; "1045" alene beskriver en kemi, ikke en ydeevne.

Nærbeslægtede navne at holde øje med

Specifikationer ankommer ofte med nabokvaliteter: 1018 og 1022 opfører sig i det væsentlige som 1020 (forskellene er mangan og små kulstofforskydninger), mens C45 er EN-modstykket til 1045, og 1045 selv overlapper GB-kvaliteten 45. Disse substitutioner er normalt sikre til generel maskinteknik, men den gældende standard bør stadig angives på ordren, fordi definitioner af leveringstilstand og prøvningskrav — ikke kemi — er der, hvor næsten-ækvivalenter stille og roligt afviger.