C100S, 1.1274 – Stal sprężynowa węglowa, niestopowa – wg PN-EN 10132-4
ChatGPT powiedział:
| Skład Chemiczny w % | ||||||||||
| Gatunek stali | Norma | C | Mn | Si | P | S | Cu | Cr | Ni | inne |
| C100S – 1.1274 – C101E | PN- EN | 0.95 – 1.05 | 0.30 – 0.60 | 0.15 – 0.35 | max 0.025 | max 0.025 | max 0.40 | max 0.40 | max 0.40 | Mo max 0,10 |
| 2CS100 – | EN | 0.95 – 1.05 | 0.45 – 0.60 | 0.15 – 0.40 | max 0.035 | max 0.035 | – | – | – | – |
| CS95 – HS95 | BS | 0.95 – 1.00 | 0.30 – 0.60 | 0.05 – 0.35 | max 0.04 | max 0.04 | – | – | – | – |
| 98C6 Grade 8 | IS | 0.95 – 1.05 | 0.50 – 0.80 | 0.10 – 0.35 | max 0.05 | max 0.05 | – | – | – | – |
| C100RR – XC100 | AFNOR | 0.95 – 1.05 | 0.30 – 0.60 | 0.15 – 0.30 | max 0.025 | max 0.020 | max 0.30 | max 0.30 | max 0.40 | Al max 0.03 Mo max 0,10 |
| XC 100 – E100 | AFNOR | 0.95 – 1.05 | 0.25 – 0.45 | 0.15 – 0.30 | max 0.030 | max 0.025 | – | – | – | – |
| Ck101 | DIN / LW | 0.95 – 1.05 | 0.40 – 0.60 | 0.15 – 0.35 | max 0.035 | max 0.035 | – | – | – | – |
| CS95 | ISO | 0.90 – 1.10 | 0.30 – 0.60 | 0.10 – 0.35 | max 0.035 | max 0.030 | – | – | – | – |
| SK95-CSP – SK4-CSP | JIS | 0.90 – 1.05 | max 0.50 | max 0.35 | max 0.030 | max 0.030 | max 0.25 | max 0.30 | – | – |
| C100 – E4 | UNI | 0.95 – 1.05 | 0.40 – 0.60 | 0.15 – 0.40 | max 0.035 | max 0.035 | – | – | – | – |
| C102 – F-5117 | UNE | 0.95 – 1.05 | max 0.35 | max 0.35 | max 0.030 | max 0.030 | – | – | – | – |
| OSC10 | STAS | 0.95 – 1.04 | 0.10 – 0.35 | 0.15 – 0.35 | max 0.030 | max 0.025 | max 0.25 | max 0.20 | max 0.25 | max 0.25 Al |
| AISI 1095 | AISI | 0.95 – 1.03 | 0.30 – 0.50 | – | max 0.040 | max 0.050 | – | – | – | – |
|
||||||||||
Stal C100S (1.1274, C101E) jest wysokowęglową stalą sprężynową charakteryzującą się wysoką zawartością węgla, co zapewnia doskonałe właściwości sprężystości oraz odporność na ścieranie. Dzięki swojej strukturze mikrokrystalicznej jest szeroko stosowana w elementach wymagających dużej wytrzymałości mechanicznej i sprężystości. Stal ta spełnia normy europejskie EN 10132-4 oraz jest klasyfikowana jako stal sprężynowa o wysokiej zawartości węgla. Jej właściwości mechaniczne oraz skład chemiczny sprawiają, że znajduje zastosowanie w wymagających elementach sprężynowych i narzędziach pracujących pod dużym obciążeniem.
Wysoka zawartość węgla w stali C100S (powyżej 0,95%) istotnie wpływa na jej właściwości:
- Zwiększona twardość i odporność na ścieranie: Dzięki dużej zawartości węgla stal C100S po hartowaniu uzyskuje wysoką twardość, co czyni ją odpowiednią do produkcji sprężyn, ostrzy oraz narzędzi tnących.
- Kruche pękanie: Zwiększona zawartość węgla zmniejsza udarność stali, co oznacza większą podatność na pęknięcia w przypadku uderzeń lub dynamicznych obciążeń.
- Obniżona spawalność: Wysoka zawartość węgla utrudnia proces spawania ze względu na ryzyko pęknięć w strefie wpływu ciepła.
- Możliwość hartowania: Dzięki dużej zawartości węgla stal ta doskonale reaguje na proces hartowania i odpuszczania, co pozwala na uzyskanie optymalnych właściwości mechanicznych.
Stal C100S stosuje się głównie w produkcji sprężyn, ostrzy, narzędzi ręcznych oraz innych komponentów wymagających wysokiej twardości i odporności na zużycie.
Właściwości fizyczne i mechaniczne stali C100S
Stal C100S, stosowana w elementach poddawanych dużym obciążeniom dynamicznym. Wysoka zawartość węgla (ok. 1,0%) determinuje jej twardość, odporność na ścieranie oraz ograniczoną plastyczność.
Główne właściwości mechaniczne
| Właściwość | Wartość |
| Twardość (po hartowaniu) | 58 – 64 HRC |
| Granica plastyczności Re | min 650 MPa |
| Wytrzymałość na rozciąganie Rm | 850 – 1050 MPa |
| Wydłużenie A5 | max 5% |
| Moduł sprężystości (E) | ok. 210 GPa |
| Gęstość | 7,85 g/cm³ |
Odporność na ścieranie i twardość po hartowaniu
Stal C100S charakteryzuje się wyjątkową odpornością na ścieranie, co wynika z jej wysokiej zawartości węgla oraz możliwości hartowania. Po obróbce cieplnej (hartowaniu i odpuszczaniu) osiąga twardość na poziomie 58-64 HRC, co czyni ją idealnym materiałem do zastosowań takich jak:
- Ostrza i narzędzia tnące.
- Sprężyny wysokowytrzymałościowe.
- Elementy poddane intensywnemu tarciu (np. noże przemysłowe).
Twardość po hartowaniu zależy od warunków obróbki cieplnej i stopnia odpuszczania. Wysoka twardość zwiększa odporność na zużycie, ale jednocześnie obniża udarność i plastyczność.
Ograniczenia w plastyczności i spawalności
Plastyczność:
- Ze względu na wysoką zawartość węgla, stal C100S ma ograniczoną plastyczność, co objawia się niską zdolnością do odkształceń plastycznych.
- Typowe wydłużenie po rozerwaniu (A5) wynosi max 5%, co oznacza, że materiał jest kruchy i podatny na pękanie w warunkach dynamicznych obciążeń.
Spawalność:
- Bardzo niska spawalność wynikająca z ryzyka hartowania w strefie wpływu ciepła (HAZ), co prowadzi do pęknięć zimnych.
- W celu minimalizacji ryzyka pęknięć podczas spawania konieczne jest:
- Podgrzewanie wstępne (ok. 250-300°C).
- Powolne chłodzenie po spawaniu.
- Użycie elektrod o niskiej zawartości wodoru.
Stal C100S to materiał o wyjątkowej twardości i odporności na ścieranie po hartowaniu, lecz z ograniczeniami w zakresie plastyczności i spawalności. Dzięki swoim właściwościom jest szeroko stosowana w narzędziach tnących, sprężynach oraz elementach, gdzie kluczowe są trwałość i odporność na zużycie. Jednak z powodu kruchości wymaga starannej obróbki cieplnej i ostrożności podczas spawania.
Obróbka cieplna stali C100S
Stal C100S jest gatunkiem wysokowęglowej stali sprężynowej, dlatego obróbka cieplna odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu jej właściwości mechanicznych, takich jak twardość, wytrzymałość na ścieranie i sprężystość. Procesy obróbki cieplnej obejmują wyżarzanie zmiękczające, hartowanie oraz odpuszczanie.
Wyżarzanie zmiękczające
Celem wyżarzania zmiękczającego jest zredukowanie twardości stali, co ułatwia obróbkę plastyczną i skrawaniem. Proces ten powoduje powstanie struktury perlitycznej o dużej plastyczności.
- Zakres temperatur: 680 – 720°C
- Chłodzenie: Powolne chłodzenie w piecu, najczęściej z prędkością ok. 10-20°C/h do temperatury około 500°C, a następnie chłodzenie w powietrzu.
- Efekt: Obniżenie twardości do poziomu 200-220 HB, poprawa obrabialności.
Hartowanie
Hartowanie jest procesem polegającym na nagrzaniu stali powyżej temperatury krytycznej i szybkim schłodzeniu, co prowadzi do powstania struktury martenzytycznej o wysokiej twardości.
- Zakres temperatur: 780 – 820°C (temperatura austenityzacji)
- Medium chłodzące:
- Olej hartowniczy (preferowany dla równomiernego schładzania).
- Woda (bardziej agresywne chłodzenie, ryzyko pęknięć).
- Efekt: Powstanie struktury martenzytycznej o bardzo wysokiej twardości, w przedziale 58-64 HRC.
Odpuszczanie
Odpuszczanie przeprowadza się po hartowaniu w celu zredukowania naprężeń wewnętrznych i poprawy udarności stali. Proces ten wpływa na twardość w zależności od zastosowanej temperatury.
- Zakres temperatur:
- 150 – 200°C: Minimalne zmniejszenie twardości, maksymalna twardość 58-64 HRC.
- 200 – 300°C: Zmniejszenie twardości do około 50-55 HRC, poprawa udarności.
- 300 – 400°C: Dalsze obniżenie twardości, poprawa sprężystości.
- Czas: Zwykle 1-2 godziny w zależności od przekroju detalu.
- Efekt: Zmniejszenie kruchości, poprawa odporności na pękanie, lepsza udarność.
Znaczenie kontroli temperatury w procesach cieplnych
Kontrola temperatury podczas obróbki cieplnej stali C100S jest kluczowa, ponieważ:
- Zbyt niska temperatura hartowania: Może prowadzić do niepełnej austenityzacji, co skutkuje niecałkowitym zahartowaniem i niższą twardością końcową.
- Zbyt wysoka temperatura hartowania: Powoduje wzrost ziarn austenitu, co skutkuje kruchością materiału i zwiększonym ryzykiem pęknięć.
- Nieprawidłowe chłodzenie: Zbyt szybkie chłodzenie może spowodować pęknięcia, natomiast zbyt wolne prowadzi do powstania struktur o niższej twardości (np. bainitu lub perlitu).
- Precyzyjna kontrola podczas odpuszczania: Pozwala na osiągnięcie pożądanej równowagi między twardością a udarnością.
Stal C100S wymaga starannego prowadzenia procesów obróbki cieplnej, aby uzyskać optymalne właściwości mechaniczne. Kluczowe etapy obejmują wyżarzanie zmiękczające, hartowanie oraz odpuszczanie. Kontrola temperatury i prędkości chłodzenia ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia odpowiedniej struktury mikrostrukturalnej i maksymalnej trwałości materiału.
Zastosowanie stali C100S
Stal C100S to wysokowęglowa stal sprężynowa, której właściwości mechaniczne, takie jak wysoka twardość i odporność na ścieranie, predysponują ją do zastosowań w przemyśle wymagających trwałości i wytrzymałości.
Przykłady zastosowań w przemyśle
- Produkcja sprężyn talerzowych i spiralnych
Stal C100S jest często stosowana do produkcji sprężyn talerzowych i spiralnych, które pracują pod dużym obciążeniem dynamicznym.
Dlaczego?
- Wysoka twardość po hartowaniu (58-64 HRC).
- Bardzo dobra sprężystość.
- Odporność na odkształcenia trwałe.
Zalety:
- Dobra trwałość w warunkach intensywnych obciążeń dynamicznych, zachowanie właściwości sprężystych przy dużych naciskach.
Ograniczenia:
- Kruchość przy intensywnym obciążeniu udarowym, ograniczona odporność na korozję (konieczność stosowania powłok ochronnych).
- Narzędzia tnące i noże przemysłowe
Ze względu na wysoką twardość, stal C100S znajduje zastosowanie w narzędziach tnących takich jak noże przemysłowe, nożyce do cięcia blach i ostrza skrawające.
Dlaczego? Wysoka twardość i odporność na ścieranie, możliwość uzyskania bardzo ostrej krawędzi tnącej.
Zalety: Długotrwała ostrość krawędzi tnącej, odporność na zużycie nawet przy intensywnym użytkowaniu.
Ograniczenia:Wysoka twardość powoduje trudności w ostrzeniu, ograniczona odporność na uderzenia (podatność na odpryski).
- Części maszyn odporne na ścieranie
Stal C100S jest wykorzystywana w elementach maszyn, które pracują w warunkach intensywnego tarcia, takich jak koła zębate, prowadnice czy podkładki cierne.
Dlaczego? Wysoka twardość po hartowaniu. dobra stabilność wymiarowa po obróbce cieplnej.
Zalety: Doskonała odporność na ścieranie , wydłużona trwałość w warunkach tarcia suchego i mokrego.
Ograniczenia: Ograniczona odporność na korozję, niska plastyczność, co zwiększa ryzyko pękania pod obciążeniem udarowym.
Podsumowanie: Zalety i ograniczenia stali C100S
| Zalety | Ograniczenia |
| Wysoka twardość i odporność na ścieranie | Niska plastyczność, podatność na pękanie |
| Doskonała zdolność do hartowania | Ograniczona odporność na korozję |
| Dobra stabilność wymiarowa po obróbce cieplnej | Trudna w spawaniu, konieczność podgrzewania wstępnego |
| Odporność na trwałe odkształcenia sprężyste | Możliwość odpryskiwania krawędzi tnących |
Stal C100S jest materiałem dedykowanym do zastosowań wymagających wysokiej twardości i odporności na zużycie, jednak jej ograniczona plastyczność i podatność na korozję wymagają zastosowania odpowiednich zabezpieczeń i obróbki cieplnej.
Porównanie stali wysokowęglowych: C100S, 1095, C90S
Stale wysokowęglowe, takie jak C100S, 1095 i C90S, mają podobne zastosowania, ale różnią się nieco składem chemicznym, twardością po obróbce cieplnej oraz specyficznymi właściwościami mechanicznymi.
Różnice w składzie:
- C100S i 1095 mają zbliżoną zawartość węgla, z minimalną różnicą na korzyść C100S.
- C90S ma nieco niższą zawartość węgla, co czyni ją bardziej plastyczną, ale o mniejszej twardości.
- C90S zawiera więcej manganu, co poprawia hartowność i wytrzymałość.
Twardość po hartowaniu:
- C100S: 58-64 HRC
- 1095: 57-62 HRC
- C90S: 55-60 HRC
Różnice w twardości:
- C100S osiąga najwyższą twardość po hartowaniu dzięki większej zawartości węgla.
- 1095 jest nieco bardziej elastyczna przy zachowaniu wysokiej twardości.
- C90S jest mniej twarda, ale bardziej udarowa niż C100S.
Zastosowania:
- C100S: Sprężyny spiralne i talerzowe, ostrza przemysłowe, części odporne na ścieranie.
- 1095: Noże myśliwskie, brzeszczoty, narzędzia ręczne o dużej twardości.
- C90S: Piły ręczne, sprężyny o dużej udarności, elementy elastyczne o średnich obciążeniach.
Różnice w zastosowaniach:
- C100S stosowana tam, gdzie kluczowa jest maksymalna twardość i odporność na ścieranie.
- 1095 idealna do ostrzy o wysokiej trwałości cięcia, jednak mniej odporna na pękanie niż C90S.
- C90S preferowana w zastosowaniach wymagających lepszej udarności kosztem twardości.
Podsumowanie różnic:
- C100S: Najwyższa twardość i odporność na ścieranie, ale najbardziej krucha.
- 1095: Kompromis między twardością a plastycznością.
- C90S: Najlepsza udarność, najniższa twardość.
Każda z tych stali znajduje swoje miejsce w przemyśle, w zależności od wymagań dotyczących twardości, odporności na ścieranie oraz elastyczności.
Zalety i wady stali C100S
Zalety:
- Wysoka twardość i odporność na ścieranie: Dzięki wysokiej zawartości węgla (ok. 1,0%) stal C100S po hartowaniu osiąga twardość rzędu 58-64 HRC, co zapewnia wyjątkową trwałość i odporność na zużycie.
- Dobra polerowalność: Stal charakteryzuje się dobrą zdolnością do uzyskiwania gładkich powierzchni po obróbce, co jest istotne w produkcji narzędzi tnących i ostrzy przemysłowych.
- Wysoka sprężystość: C100S znajduje zastosowanie w produkcji sprężyn dzięki zdolności do utrzymania sprężystości przy intensywnych obciążeniach.
- Doskonała podatność na hartowanie: Możliwość osiągnięcia bardzo wysokiej twardości po prawidłowej obróbce cieplnej.
Wady:
- Niska odporność na korozję: Brak dodatków stopowych, takich jak chrom czy nikiel, powoduje dużą podatność na rdzewienie w środowiskach wilgotnych i korozyjnych.
- Trudności w obróbce plastycznej: Ze względu na wysoką twardość i niską plastyczność, stal C100S jest trudna w kuciu, walcowaniu i innych procesach plastycznych.
- Problematyczne spawanie: Wysoka zawartość węgla powoduje ryzyko pęknięć zimnych oraz hartowania w strefie wpływu ciepła, co wymaga stosowania specjalnych technik (np. podgrzewanie wstępne).
- Kruchość: Po hartowaniu stal staje się wyjątkowo twarda, ale również podatna na pękanie przy uderzeniach lub obciążeniach dynamicznych.
Stal C100S jest doskonałym wyborem do zastosowań wymagających wysokiej twardości i odporności na ścieranie, jednak jej ograniczona plastyczność, spawalność i odporność na korozję wymuszają ostrożność w doborze zastosowań i odpowiednią obróbkę cieplną.
Najważniejsze zastosowania
- Sprężyny talerzowe i spiralne: Wymagana wysoka twardość i sprężystość przy intensywnych obciążeniach dynamicznych.
- Narzędzia tnące i noże przemysłowe: Noże do cięcia papieru, skóry, metalu, ostrza skrawające.
- Części maszyn odporne na ścieranie: Koła zębate, prowadnice, podkładki cierne, wałki.
- Piły ręczne i brzeszczoty: Dzięki wysokiej twardości i trwałości krawędzi tnących.
- Elementy konstrukcji mechanicznych: Poddane dużym obciążeniom statycznym i dynamicznym.
Stale konstrukcyjne węglowe – stale sprężynowe
65 – stal sprężynowa węglowa 1.0603, C67S, 1.1231, 1.1230
75 – stal sprężynowa węglowa 1.0605, C75S, 1.0614, 1.1248
85 – stal sprężynowa węglowa 1.1269, c85S
Stale sprężynowe wg PN-EN
Stal sprężynowa węglowa c100s, 2CS100, 1.1274, Ck101, AISI 1095
Wymiary taśm zimnowalcowanych sprężynowych
- Taśmy sprężynowe węglowe ulepszone: C55S, C67S, C75S, C85S, C100S – dostępne zwoje, pasy, formatki.
- Sprężynowe nierdzewne 1.4310 – dostępne w formie kręgów, pasów, formatów
- Taśmy węglowe do hartowania: C45E, C55S, C60S, C67S, C75S, C100S – dostępne zwoje, pasy, formatki.
- Taśmy nierdzewne precyzyjne 1.4301, 1.4571 – dostępne pasy, formatki, zwoje.
Zobacz również