1020 vs 1045: Porównanie stali niskowęglowej i średniowęglowej

Różnica w składzie chemicznym

	SAE 1020	SAE 1045
Węgiel	0.17–0.23%	0.43–0.50%
Wytrzymałość w stanie walcowanym	~350–450 MPa	klasa ~600 MPa
Sposób hartowania	Tylko hartowanie powierzchniowe nawęglane	Hartowanie na wskroś / powierzchniowe
Spawalność	Doskonała	Wymaga podgrzewania wstępnego i ostrożności

Co robi dobrze stal 1020

1020 to stal do spawania i formowania: podstawy maszyn, wsporniki, sworznie i wały poddawane umiarkowanym obciążeniom. Nie można jej hartować na wskroś — nie ma wystarczającej ilości węgla — ale jest doskonałą stalą do nawęglania. Po nawęglaniu i hartowaniu warstwa osiąga około 58–62 HRC, podczas gdy niskowęglowy rdzeń pozostaje miękki i odporny na wstrząsy: klasyczna recepta na sworznie, tuleje i lekkie koła zębate. Ponadto zgina się, głęboko tłoczy i spawa bez specjalnej procedury, dlatego dominuje w ogólnej produkcji.

Co robi dobrze stal 1045

1045 zawiera wystarczającą ilość węgla, aby hartować się na wskroś w umiarkowanych przekrojach — realistycznie do kilkudziesięciu milimetrów przy hartowaniu w oleju lub wodzie — i dobrze reaguje na hartowanie indukcyjne lub płomieniowe, dając warstwy około 55–60 HRC na wytrzymałym rdzeniu normalizowanym lub ulepszanym cieplnie. To połączenie czyni ją domyślną stalą na wały, osie, półfabrykaty kół zębatych i śruby w maszynach średniego obciążenia.

Kompromis dotyczący spawalności

Ten sam węgiel, który sprawia, że 1045 jest hartowalna, zwiększa jej równoważnik węgla i ryzyko pękania. Spawanie 1045 zwykle wymaga podgrzewania wstępnego (często w zakresie 150–250 °C w zależności od grubości i utwierdzenia), spoiw niskowodorowych, a czasem odprężania. Nic z tego nie dotyczy 1020, która jest rutynowo spawana bez żadnego podgrzewania wstępnego.

Wybór

• Konstrukcje spawane, części formowane, części zużyciowe nawęglane → 1020.
• Wały i części maszyn wymagające hartowanych powierzchni zużyciowych lub wytrzymałości po ulepszaniu cieplnym → 1045.
• Grube przekroje wymagające równomiernej twardości w całym przekroju → żaden z nich; należy przejść na stal chromowo-molibdenową, taką jak 4140, w której hartowność pochodzi ze stopowania, a nie z węgla.

Stan dostawy to połowa specyfikacji

Oba gatunki są sprzedawane jako walcowane na gorąco, normalizowane, ciągnione na zimno oraz (w przypadku 1045) ulepszane cieplnie, a właściwości zmieniają się bardziej wraz ze stanem niż z niewielkimi różnicami składu chemicznego między hutami. 1045 w stanie ulepszonym cieplnie osiąga wytrzymałość na rozciąganie w regionie ~700–850 MPa przy znacznie lepszej ciągliwości i zachowaniu zmęczeniowym niż pręt walcowany o identycznym składzie chemicznym — dlatego specyfikacje wałów określają stan, a nie tylko gatunek. Ciągnienie na zimno zwiększa wytrzymałość i poprawia wykończenie obu stali kosztem pewnej ciągliwości i jest standardową formą dostawy dla małych części toczonych. Przy porównywaniu ofert należy porównywać gatunek + stan + normę razem; samo określenie 1045 opisuje skład chemiczny, a nie właściwości użytkowe.

Podobne nazwy, na które należy uważać

Specyfikacje często zawierają sąsiednie gatunki: 1018 i 1022 zachowują się zasadniczo jak 1020 (różnice dotyczą manganu i niewielkich przesunięć węgla), natomiast C45 jest odpowiednikiem EN stali 1045, a sama 1045 pokrywa się z gatunkiem GB 45. Takie zamiany są zwykle bezpieczne w ogólnej inżynierii, ale obowiązująca norma powinna nadal być podana w zamówieniu, ponieważ definicje stanu dostawy i wymagania badawcze — a nie skład chemiczny — są miejscem, w którym bliskie odpowiedniki po cichu się rozchodzą.