S45C 機械性質解析：強度、硬度、韌性數據與選材指南

Q: S45C 的抗拉強度與屈服強度數據在設計上該如何估算？

S45C 的強度依熱處理狀態而異。正火狀態的參考值為抗拉強度 ≥ 570 MPa、降伏強度 ≥ 345 MPa；經調質處理後提升至抗拉強度 ≥ 690 MPa、降伏強度 ≥ 490 MPa。直徑越大，調質後強度越低，設計時應以實際截面尺寸評估。這使其成為傳動軸、齒輪與連桿等需承受循環載重零件的首選材料。

Q: 如何確保購買的 S45C 符合 JIS G4051 材質證明規範？

購買時應要求供應商提供檢驗證明書（Mill Test Report），確認碳 (C) 含量落在 0.42–0.48% 及錳 (Mn) 含量落在 0.60–0.90% 範圍。若零件尺寸較大或強度要求極高，建議評估是否升級至合金鋼（如 SCM440）以確保深層硬化效果。

S45C 作為機械構造用中碳鋼，其機械性質在不同熱處理狀態下有顯著差異，是工程師選材的關鍵考量。本文說明退火、正火、淬火回火狀態下的強度、硬度與韌性數據，幫助您優化零件設計與加工流程。

S45C 各種熱處理狀態下的機械性質

狀態	熱處理條件	降伏強度	抗拉強度	伸長率	硬度
退火	約 810°C 爐冷	—	—	—	HB 137–170
正火	820–870°C 空冷	≥ 345 MPa	≥ 570 MPa	≥ 20%	HB 167–229
調質（淬火回火）	淬火 820–870°C 水冷，回火 550–650°C 急冷	≥ 490 MPa	≥ 690 MPa	≥ 17%	HB 201–269

以上為日本鋼材業界通用的熱處理後參考值，非熱軋材出貨保證值。現行 JIS G 4051 只規定化學成分，不規定熱處理後的機械性質；實際數值依截面尺寸與熱處理條件而定，由買賣雙方約定。

S45C 的化學成分、國際規範對照與供貨尺寸，請見 S45C 材質與化學成分。

1. 退火狀態下的機械性質

在退火狀態下，S45C 呈現較軟且易加工的特性，適合用於毛坯或需後續熱處理的零件。

布氏硬度：HB 137–170
特點：衝擊韌性良好，適合車削、銑削等一般機械加工，且焊接前預熱需求較低。

2. 正火狀態下的機械性質

正火處理（正常化）可改善組織均勻性與強度，適用於需更高機械性能的零件。

抗拉強度：≥ 570 MPa
降伏強度：≥ 345 MPa
硬度：HB 167–229
伸長率：≥ 20%
特點：衝擊韌性略低於退火狀態，但仍具備良好加工性，適合軸類與齒輪毛坯。

3. 淬火回火（調質）狀態下的機械性質

經淬火回火後，S45C 可達最佳強度與韌性平衡，是中載重零件的首選。

抗拉強度：≥ 690 MPa
降伏強度：≥ 490 MPa
硬度：HB 201–269（約 HRB 93 至 HRC 28）
伸長率：≥ 17%
斷面收縮率：≥ 45%
衝擊值：≥ 78 J/cm²
特點：適用於傳動軸、齒輪、連桿等需高疲勞壽命的部件。表面高週波淬火可達 HRC 52–58（依高週波條件而定），芯部保持韌性；先調質再做高週波，硬度與組織較均勻。

硬度換算依 ASTM E140：HB 201 ≈ HRB 93、HB 229 ≈ HRC 20.5、HB 269 ≈ HRC 28。若圖面要求 HRC 30 以上，已超出上述參考範圍，需與熱處理廠另行約定熱處理條件。

韌性、疲勞壽命與實務考量

疲勞壽命：S45C 在調質狀態下具備良好疲勞壽命，尤其適合循環載重零件。
韌性表現：低磷硫含量確保優異韌性，避免脆裂。
尺寸效應：大尺寸零件因淬透性限制，心部硬度略低，性能評估時須注意表面與心部硬度差異。水淬時約 Ø25 mm 以下可硬化至心部；直徑越大，調質後強度越低（見下表）。

直徑對調質強度的影響（EN 10083-2，C45 調質）

直徑	降伏強度	抗拉強度	伸長率
≤ 16 mm	≥ 490 MPa	700–850 MPa	≥ 14%
16–40 mm	≥ 430 MPa	650–800 MPa	≥ 16%
40–100 mm	≥ 370 MPa	630–780 MPa	≥ 17%

EN C45 與 JIS S45C 成分相近但不完全相同，此表僅用來說明尺寸的影響。

S45C 常見問題 FAQ

Q1：S45C 的抗拉強度與屈服強度數據在設計上該如何估算？

A： S45C 的強度依熱處理狀態而異。正火狀態的參考值為抗拉強度 ≥ 570 MPa、降伏強度 ≥ 345 MPa；經調質處理後提升至抗拉強度 ≥ 690 MPa、降伏強度 ≥ 490 MPa。直徑越大，調質後強度越低，設計時應以實際截面尺寸評估。這使其成為傳動軸、齒輪與連桿等需承受循環載重零件的首選材料。

Q2：S45C 加工性與被切削性評估如何？

A： S45C 具備優良的加工性。在退火狀態下材料較軟，適合大量粗加工，能延長刀具壽命；若追求更高的表面光澤度，建議在正火狀態下加工，其細緻組織能避免黏刀。針對精密零件，双享鋼鐵建議使用磨光圓棒，可省去外徑粗加工步驟。

Q3：如何確保購買的 S45C 符合 JIS G4051 材質證明規範？

A：購買時應要求供應商提供檢驗證明書（Mill Test Report），確認碳 (C) 含量落在 0.42–0.48% 及錳 (Mn) 含量落在 0.60–0.90% 範圍。若零件尺寸較大或強度要求極高，建議評估是否升級至合金鋼（如 SCM440）以確保深層硬化效果。

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