Stal C35

Stal C35 to jeden z powszechnie stosowanych gatunków stali węglowej średniowęglowej, wykorzystywany w przemyśle maszynowym, motoryzacyjnym i budowlanym. Charakteryzuje się równowagą między **wytrzymałością** a **plastycznością**, co czyni ją przydatną do produkcji elementów nośnych i ruchomych, które wymagają obróbki cieplnej i mechanicznej. Poniżej przedstawiam kompleksowy przegląd składu, metod produkcji, właściwości, obróbki oraz typowych zastosowań stali C35.

Charakterystyka chemiczna i normy

Stal oznaczana jako C35 jest stalą węglową o średniej zawartości węgla. W praktyce nazewnictwo i wymagania jakościowe mogą się różnić w zależności od normy. Najczęściej spotykane odpowiedniki to stal AISI/SAE 1035 oraz oznaczenia według norm europejskich (np. EN 10083 w odniesieniu do stali do nawęglania i do obróbki cieplnej). Poniżej znajduje się typowy skład chemiczny w przybliżeniu:

• Węgiel (C): około 0,30–0,40% — decyduje o twardości i możliwości utwardzenia.
• Mangan (Mn): 0,50–0,90% — poprawia wytrzymałość i hartowność.
• Krzem (Si): 0,10–0,40% — wpływa na odtlenianie i wytrzymałość.
• Fosfor (P): max ~0,03–0,04% — im niższe, tym lepsza plastyczność.
• Siarka (S): max ~0,03–0,04% — zbyt wysoka pogarsza ciągliwość i spawalność.

W praktyce wartości te podawane są jako zakresy, a konkretne wymagania zależą od zamówienia oraz normy producenta. Dla części poddawanych obróbce cieplnej producenci często dostarczają stal o ściśle kontrolowanych parametrach chemicznych i metalo-graficznych.

Produkcja i formowanie stali C35

Proces produkcji stali C35 obejmuje kilka etapów: wytop stali, rafinację, odlewanie, walcowanie i dalszą obróbkę termiczną. Współczesne metody obejmują zarówno wielkie huty z procesem konwertorowym (BOP/BOF), jak i zakłady opierające się na piecach łukowych elektrycznych (EAF) z wykorzystaniem złomu. Kluczowe etapy to:

• Wytop i rafinacja: usuwanie nadmiaru zanieczyszczeń, kontrola zawartości węgla i domieszek, często wykonywana z wykorzystaniem procesów próżniowych lub odtleniania ciągłego.
• Odlewanie: formowanie półproduktu (kręgów) przez odlewanie ciągłe.
• Walcowanie gorące: nadawanie właściwych przekrojów (pręty, blachy) i homogenizacja struktury.
• Obróbka cieplna wstępna: np. wyżarzanie lub normalizowanie w celu uzyskania jednorodnej struktury przed dalszą obróbką mechaniczną.

W zależności od zamierzonego zastosowania dalej wykonywane są operacje takie jak gwintowanie, toczenie, frezowanie, kucie czy szlifowanie. Stal C35 dobrze nadaje się do **kucia na gorąco** i do formowania plastycznego w podwyższonych temperaturach; obróbka na zimno jest możliwa, ale ograniczona ze względu na wyższą zawartość węgla w porównaniu do stali niskowęglowych.

Właściwości mechaniczne i obróbka cieplna

Właściwości mechaniczne stali C35 zależą silnie od stanu dostawy i przeprowadzonej obróbki cieplnej. Bez obróbki cieplnej (po walcowaniu i normalizacji) stal ta wykazuje dobrą równowagę między wytrzymałością a ciągliwością. Typowe, orientacyjne wartości właściwości mechanicznych (stan wyjściowy/normalizowany) to:

• Wytrzymałość na rozciąganie: typowo w zakresie 500–700 MPa (zależnie od obróbki cieplnej).
• Granica plastyczności: rzędu 300–450 MPa.
• Wydłużenie A5: zwykle 10–20%.
• Twardość: po normalizowaniu około 170–230 HB; po hartowaniu i odpuszczaniu znacząco wyższa, zależna od parametrów.

Podstawowe procesy obróbki cieplnej stosowane dla C35 to:

• Wyżarzanie odprężające/miękkie — używane dla poprawy obrabialności i zredukowania wewnętrznych naprężeń; typowe temperatury 680–720°C z powolnym chłodzeniem.
• Normalizowanie — ogrzewanie do temperatury austenityzacji (około 820–880°C), następnie chłodzenie na powietrzu; poprawia jednorodność struktury i mechanikę.
• Hartowanie — austenityzacja w zakresach podobnych (820–870°C) i szybkie chłodzenie (olej, woda lub chłodzenie kontrolowane), po którym następuje odpuszczanie w celu uzyskania pożądanych właściwości.
• Odpuszczanie — wykonywane po hartowaniu w temperaturach od 150°C do 650°C w zależności od wymogów twardości i udarności.

Dzięki obróbce cieplnej stal C35 może osiągać znacznie wyższe wartości twardości i wytrzymałości niż w stanie surowym, dlatego jest często wybierana do elementów podatnych na zużycie i obciążenia zmęczeniowe.

Obróbka mechaniczna, spawalność i wykończenie powierzchni

W praktyce przemysłowej ważne jest, jak stal zachowuje się podczas skrawania, spawania lub powlekania. Ogólne cechy technologiczne C35:

• Obróbka skrawaniem: stal C35 ma umiarkowaną skrawalność — lepszą po wyżarzaniu. Narzędzia skrawające wykonane ze stali szybkotnącej lub z powłokami (TiN, TiAlN) dobrze sprawdzają się przy toczeniu i frezowaniu. Dobrze jest stosować chłodzenie i optymalizować prędkość skrawania ze względu na średnią twardość materiału.
• Spawalność: spawalność C35 jest umiarkowana; dzięki zawartości węgla spawanie bez odpowiedniej procedury może prowadzić do powstania twardych, kruchych stref przy spoinie (ostrzy stref Ze). W praktyce zaleca się:
• przygotowanie spoiny i odpowiedni dobór elektrody lub drutu spawalniczego,
• stosowanie podgrzewania wstępnego (preheating) dla elementów o większej grubości lub gdy wymagane są wysokie parametry wytrzymałości,
• odpuszczanie po spawaniu w celu redukcji naprężeń i zmiękczenia strefy wpływu ciepła.
• Obróbki powierzchniowe: często stosuje się powłoki antykorozyjne (galwanizacja, malowanie proszkowe), niklowanie, ocynkowanie ogniowe oraz obróbki poprawiające odporność na ścieranie — np. indukcyjne hartowanie lokalne lub nawęglanie w przypadku potrzeby uzyskania twardej warstwy powierzchniowej.

Zastosowania przemysłowe i przykłady części

Dzięki zrównoważonym właściwościom mechanicznych i możliwości poddawania różnym procesom cieplnym, stal C35 znajduje zastosowanie w wielu obszarach przemysłu. Typowe zastosowania to:

• wały, trzpienie, sworznie — elementy obrotowe i przenoszące moment, gdzie wymagana jest dobra wytrzymałość i odporność na zmęczenie,
• koła zębate i elementy przekładni (do prostszych zastosowań) — przy odpowiedniej obróbce cieplnej i wykończeniu,
• osie, tuleje, panewki, łączniki i śruby — szczególnie tam, gdzie ważna jest kombinacja twardości i plastyczności,
• elementy ram maszyn, korpusy elementów trudnych do zastąpienia bardziej zaawansowanymi stopami — tam, gdzie koszty mają istotne znaczenie,
• części konstrukcyjne w maszynach rolniczych i budowlanych — tam, gdzie wymagane są odporność na obciążenia udarowe i zużycie.

Ze względu na stosunek jakości do ceny, stal C35 jest często wybierana do produkcji części masowych, gdzie wymagane są powtarzalne właściwości i możliwość zastosowania standardowych procedur cieplnych.

Projektowanie detali z C35 — praktyczne wskazówki

Przy projektowaniu elementów z wykorzystaniem stali C35 warto uwzględnić kilka praktycznych zaleceń:

• Uwzględnij wpływ obróbki cieplnej na tolerancje wymiarowe — hartowanie i odpuszczanie może powodować odkształcenia; projektuj odpowiednie tolerancje i sposobu mocowania do obróbki końcowej (np. szlifowania).
• Zadbaj o płynne przejścia geometryczne — ostre naroża zwiększają koncentrację naprężeń i ryzyko pęknięć zmęczeniowych.
• W przypadku spoin i napraw rozważ podgrzewanie wstępne i odpuszczanie po spawaniu, szczególnie dla grubych elementów.
• Dla detali narażonych na zużycie powierzchniowe warto rozważyć lokalne hartowanie indukcyjne lub naniesienie powłoki o zwiększonej twardości.

Kontrola jakości i badania

Kontrola jakości stali C35 obejmuje badania chemiczne (spektrometria), mikrostrukturę (analiza metalograficzna), twardość (Brinell, Rockwell), wytrzymałość na rozciąganie oraz badania nieniszczące tam, gdzie są wymagane (ultradźwięki, magnetyczne badanie pęknięć). Przykładowe etapy kontroli w produkcji detalu to:

• sprawdzenie zgodności składu chemicznego z zamówieniem,
• badanie twardości po obróbce cieplnej,
• testy mechaniczne (próbki rozciągane) przy produkcji seryjnej,
• badania mikrostruktury dla potwierdzenia poprawnej obróbki cieplnej (np. wielkość ziarna, dystrybucja węglików),
• ocena spoin i strefy wpływu ciepła przy spawaniu.

Ekonomia, dostępność i alternatywy materiałowe

Stal C35 jest ekonomiczna i powszechnie dostępna w postaci prętów, walców, odkuwek czy blach. Główne czynniki wpływające na wybór tej stali to koszt materiału, łatwość obróbki i możliwość uzyskania wymaganych właściwości przez proste procedury cieplne. Alternatywy materiałowe zależą od wymagań:

• Jeśli potrzebna jest lepsza spawalność i większa plastyczność, można rozważyć stali niskowęglowe (np. C15–C20) z nawęglaniem powierzchni.
• Gdy potrzebna jest wyższa wytrzymałość lub odporność na zużycie, rozważa się stale stopowe (np. z dodatkiem Cr, Mo, Ni) lub stale o wysokiej zawartości węgla i specjalnych obróbkach cieplnych.
• Do części pracujących w warunkach korozyjnych warto rozważyć stale nierdzewne, chociaż koszt materiału jest zwykle wyższy.

Podsumowanie — kiedy wybrać C35

Stal C35 to wszechstronny, średniowęglowy materiał, który łączy korzystną cenę z dobrymi właściwościami mechanicznymi i możliwością modyfikacji przez obróbkę cieplną. Jest dobrym wyborem, gdy potrzebujemy części o umiarkowanie wysokiej wytrzymałości, dobrej odporności na zmęczenie i możliwości dalszej obróbki (hartowanie, normalizowanie). Przy projektowaniu i spawaniu elementów z C35 należy uwzględnić wymagania dotyczące podgrzewania, kontroli struktury oraz ewentualnych powłok ochronnych. Z punktu widzenia produkcyjnego stal ta oferuje korzystny kompromis między kosztem a właściwościami użytkowymi, dlatego jest powszechnie stosowana w wielu gałęziach przemysłu.