1045강 vs 공구강
1045(AISI/SAE 1045, EN/DIN에서는 C45, JIS에서는 S45C로 표기)는 중간 정도의 강도가 요구되는 기계 부품, 축 및 구성 요소에 사용되는 중탄소강입니다. 공구강이 아니므로 공구강으로 대체해서는 안 됩니다.
1045강이란 무엇인가요?
1045는 탄소 함량이 약 0.45%이고 합금이 최소한으로 첨가된 중탄소강입니다. 동일한 등급은 미국에서는 AISI/SAE 1045, 유럽에서는 EN/DIN에서 C45(1.0503), 일본에서는 JIS에서 S45C, 중국에서는 GB 표준에서 45강으로 불립니다.
탄소 함량은 약 0.43~0.50%이며, 망간이 주요 합금 원소입니다. 이러한 조성 덕분에 적당한 강도, 양호한 인성, 어닐링 또는 노멀라이징 처리 시 우수한 가공성, 그리고 저렴한 가격을 갖습니다. 유도 경화 또는 화염 경화로 표면 경화가 가능하지만, 합금 공구강처럼 열처리에 민감하게 반응하지는 않습니다.
화학적 조성: 1045 vs D2 공구강
| 요소 | 1045 | D2 공구강 |
| 탄소 © | 0.43–0.50% | 1.40–1.60% |
| 망간(Mn) | 0.60–0.90% | 0.20–0.60% |
| 크롬(Cr) | 추적하다 | 11.0–13.0% |
| 몰리브덴(Mo) | 추적하다 | 0.70–1.20% |
| 바나듐(V) | 추적하다 | 0.50–1.10% |
1045는 탄소와 망간만으로 이루어져 있으며, 크롬, 몰리브덴, 바나듐은 의도적으로 첨가되지 않았습니다. 이러한 합금 원소들이 빠져 있는 것이 바로 1045의 특성입니다. 공구강 내마모성, 경화성 및 공구 성능.
경도 능력
1045강은 경화가 가능하지만 공구강 수준에는 한참 못 미칩니다.
| 재료 | 최대 실용 경도 | 관통 경화 단면 한계 |
| 1045 | 경도 약 55 HRC (박편, 수냉) | 약 12mm |
| O1 공구강 | ~62 HRC | 약 50mm (유체) |
| D2 공구강 | ~62 HRC | 약 150mm 이상 (공중) |
| H13 공구강 | ~54 HRC | 약 150mm 이상 (공중) |
핵심적인 제약은 두께입니다. 1045강은 수냉 시 매우 얇은 부분에서만 높은 경도를 얻을 수 있어, 상당한 변형과 균열 위험 증가를 초래합니다. 실제로 금형 및 공구 부분의 경도는 기껏해야 25~50 HRC 정도에 불과하며, 그마저도 경도가 높은 부분은 표면적이고 중심부는 여전히 무른 상태입니다.
D2, A2, O1, H13과 같은 공구강은 합금 성분으로 인해 심층 경화성을 나타내므로, 변형이 적은 공기 또는 오일 담금질을 통해 훨씬 두꺼운 단면에서도 최대 경도를 얻을 수 있습니다.
1045가 올바른 선택일 때
1045강은 공구 경도 수준의 강도보다는 적당한 강도가 필요한 부품에 적합한 경제적인 선택입니다. 중간 정도의 하중을 받는 기계 축, 차축, 스핀들, 볼트, 스터드, 핀, 경량 및 중량급 기어, 일반 구조 부품에 사용하기에 적합합니다. 또한 접촉면의 유도 경화만으로도 충분한 경화 표면만 필요한 부품에도 적합합니다. 내마모성이나 공구 성능이 중요하지 않고 비용이 더 중요한 경우, 1045강이 제 역할을 해냅니다.
1045강 대신 공구강이 필요한 경우
1045강은 단면 전체에 걸쳐 단단하고 내마모성이 뛰어난 작업 표면이 요구되는 용도에는 적합하지 않습니다. 절삭날을 제대로 유지하지 못하고, 다이 또는 펀치로 사용할 경우 마모 및 변형이 심하며, 성형 공구에 필요한 압축 강도가 부족하고, 전단 날의 날 유지력도 떨어집니다. 또한 고온 경도가 낮아 고온 작업 시 연화됩니다. 일반적으로 단면 전체에 걸쳐 58 HRC 이상의 경도가 필요한 공구에는 1045강을 사용할 수 없습니다.
| 애플리케이션 | 1045 | 정확한 공구강 |
| 블랭킹 다이 | 빠르게 실패합니다 | 디2 또는 A2 |
| 성형 다이 | 마모 및 변형 | A2 또는 O1 |
| 펀치 | 변형되고 깨집니다 | 디2 또는 A2 |
| 전단날 | 가장자리 잔상 없음 | 디2 |
| 다이캐스팅 다이 | 약해지고 실패합니다 | H13 |
| 기계 샤프트 | 수용 가능 | 필요 없음 |
| 구조 구성 요소 | 좋은 | 필요 없음 |
1045 vs O1: 최소한의 공구강 업그레이드
1045와 O1은 저가형 경량 공구 제작에 종종 함께 사용되지만, 엄연히 다른 재질입니다. O1은 1045보다 탄소 함량이 약 두 배 높을 뿐 아니라, 망간, 크롬, 텅스텐 등의 합금 성분도 의도적으로 첨가되어 있습니다. 이러한 높은 탄소 및 합금 함량 덕분에 O1은 탄화물을 형성하고, 오일 경화 시 변형이 적으며, 날카로운 날을 오랫동안 유지할 수 있습니다.
| 재산 | 1045 | 오1 |
| 탄소 | ~0.45% | ~0.90% |
| 주요 합금 | 망간만 | 망간, 크롬, 와이온 |
| 내마모성 | 가난한 | 크롬 및 텅스텐 탄화물에서 유래한 중간 정도의 강도 |
| 강화성 | 얕은 (물 담금질) | 좋음 (오일 퀜칭) |
| 치수 안정성 | 불량 (수냉 변형) | 좋음 (오일 퀜칭) |
| 최대 경도 | 경도 ~55 HRC (박편 기준) | 58–62 HRC |
| 가공성 (어닐링 처리) | 훌륭한 | 좋은 |
1045강을 공구나 금형으로 사용하려는 모든 작업에서 O1강은 최소한으로 업그레이드할 만한 가치가 있습니다. O1강은 더 나은 경화성, 더 높은 경도, 뛰어난 내마모성, 그리고 낮은 변형률을 합리적인 가격에 제공합니다.
표면 경화: 부분적인 해결책
유도 경화 또는 화염 경화 처리를 통해 1045강은 질긴 심재 위에 50~58 HRC의 경도를 가진 표면층을 형성할 수 있으며, 이는 축이나 유사 부품의 마모면에 적합합니다. 하지만 이러한 표면 경화 처리가 1045강을 공구강으로 대체하는 것은 아닙니다. 표면층은 일반적으로 1~5mm 정도로 얇고, 심재는 무르기 때문에 고하중을 견딜 수 없습니다. 표면 경화는 탄화물을 생성하지 않으므로 내마모성이 제한적이며, 높은 접촉 응력 하에서 균열이나 박리가 발생할 수 있습니다. 또한 재연삭 및 재경화 처리는 치수 변화를 초래합니다. 공구 제작에는 단면 전체에 걸쳐 균일한 물성을 가진 관통 경화형 공구강이 필요합니다.