Технические характеристики углеродистой стали 45

Характеристики стали 45 позволяют классифицировать ее, как конструкционный сплав феррито-перлитного типа. Эти материалы находят применение во многих сферах, что обусловлено различным содержанием углерода. На свойства сплава оказывают влияние также различные технологии термообработки.

Состав сплава

Характеристики и применение стали 45 определяются ее химическим составом. Каждый элемент, который добавляется при легировании, в определенной степени изменяет механические свойства материала. Согласно установленным стандартам класс углеродистых сталей конструкционного типа маркируется двузначным числом. Оно соответствует усредненному значению концентрации углерода, выраженному в сотых долях процента.

Если расшифровать марку стали 45, можно понять, что главными составными частями являются железо (Fe) и углерод (C). Повышенная твердость стали связана именно с количественной характеристикой углерода. Однако в сплаве присутствуют и другие металлы, количественное соотношение которых регламентируется ГОСТом 1050-72:

• марганец – 0,5-0,8%;
• кремний – 0,17-0,37%;
• небольшие примеси других металлов, общее количество которых не превышает 0,7%;
• фосфор – до 0,035%;
• сера – до 0,04%.

Кремний и марганец относятся к полезным добавкам, их присутствие способствует:

• повышению пластичности;
• прочностных характеристик после термообработки;
• устранению внутренних напряжений;
• уменьшению вероятности возникновения трещин.

Состав определяет и химические свойства стали 45:

• степень окисления;
• подверженность коррозии;
• показатели жаропрочности.

Малые количества таких элементов, как никель, медь, хром, мышьяк, не оказывают особого влияния на свойства стали. Среди вредных примесей – сера и фосфор, попадающие в нее в процессе выплавки. Они снижают пластичность и ударную вязкость, вызывая явление красноломкости. Однако их содержание в сплаве не превышает минимально допустимых значений.

Аналоги и сортамент

В качестве отечественных заменителей марки стали 45 можно использовать:

• 50;
• 50Г2;
• 40Х.

Сплав имеет множество аналогов и в других странах:

• 1044, 1045, 1045H, G10450, M1044 – Соединенные Штаты;
• S45C, SWRCH45K – Япония;
• 1.0503, C45E – Германия;
• 1C45, XC45H1 – Франция;
• C45, C45R – Италия;
• ZG310-570 – Китай;
• 1650 – Швеция;
• C45SW – Австрия;
• SM45C – Южная Корея.

Конcтрукционная cталь 45 поставляется в виде:

• сортового проката, для которого установлено несколько стандартов;
• калиброванного прутка;
• серебрянки и шлифованного прутка по ГОСТу 14955-77;
• толстой и тонкой листовой стали;
• лент и полос;
• проволоки;
• кованых заготовок;
• газопроводных труб и соединительных фитингов.

Основные свойства

Для измерения параметров сплава используются различные методы:

• твердость рассчитывается, исходя из силы противодействия образца влиянию алмазного стержня;
• показатели прочности и пластичности – растяжением образцов до разрыва;
• вязкость – ударными нагрузками.

Физико-механические свойства стали 45 во многом определяются coдержанием углерода, так как другие примеси незначительны:

• удельный вес – 7826-7595 кг/м³, он колеблется в небольших пределах в зависимости от состава;
• прeдел текучeсти – 640 МПа;
• предел выноcливости – 245 МПа;
• величина ударной вязкости – 66 кДж/м²;
• коэффициент упругоcти – 2 МПа;
• коэффициент теплопроводности – 48 Вт/м*град;
• удельная теплоемкость – 473 Дж/кг*град;
• значение относительного удлинения – 15%;
• показатель отнoсительного сужения – 40%;
• коэффициент линейного расширения при 1000С – 11,9 1/град.;
• температурный интервал ковки – 1250-700 градусов;
• твердость необработанной стали – 20-22 по Роквеллу;
• твердость после термообработки увеличивается более чем в 2 раза.

Сталь хорошо поддается механической обработке, однако недостаточно устойчива к коррозии. При эксплуатации изделий в агрессивных или влажных средах необходимо покрывать их поверхность защитным составом. Сплав трудно поддается сварочным операциям, поэтому требует предварительного подогрева до 150-200 градусов. Сварные швы не отличаются достаточной прочностью и склонны к образованию трещин.

Физические свойства стали 45 зависят от температуры, при которой проводятся испытания опытного образца. Например, плотность металла с повышением температуры уменьшается:

• при 20 0С она составляет – 7826 кг/м³;
• при 1000С – 7799 кг/м³;
• 2000С – 7769 кг/м³;
• 8000С – 7595 кг/м³.

Термическая обработка

Любая сталь подвергается термической обработке с целью улучшения ее свойств. Во время процессов нагревания, выдержки и последующего охлаждения изменяется внутренняя структура металла. Термообработка разделяется на 3 этапа, которые отличаются:

• временем нагрева;
• скоростью охлаждения;
• средой, в которой происходит процесс охлаждения.

Первый этап – отжиг, происходит в специальных печах, где металл нагревается до высоких температур, а затем постепенно охлаждается:

• при отжиге I рода нагрев не превышает критических точек;
• при отжиге II рода металл нагревается выше критического значения, что приводит к изменению его кристаллической структуры.

Любой вид отжига снимает внутренние напряжения и уменьшает неоднородность структуры. Для сплава 45 температура отжига составляет 780-830 градусов.

Второй этап – закалка. Температура закалки стали 45 – 820-860 градусов, после чего проводится медленное охлаждение в одной из сред:

• чистой воде;
• растворах солей;
• минеральных маслах.

Третий этап – отпуск стали, предназначен для снятия остаточных напряжений и повышения вязкости металла. Сталь нагревают до температуры ниже критической, а затем охлаждают в специальных ваннах:

• с раствором селитры;
• минеральным маслом;
• расплавом щелочи.

Преимущества и недостатки

Свойства стали 45 определили ее основные достоинства:

• высокую прочность, которая необходима для механизмов, работающих в условиях интенсивных нагрузок;
• устойчивость к ударам и трению;
• возможность использования в неблагоприятных климатических условиях;
• высокий предел выносливости и износостойкости;
• устойчивость к температурным перепадам;
• функциональность и доступная стоимость;
• восприимчивость к механической обработке;
• низкая флокеночувствительность;
• отсутствие склонности к отпускной хрупкости;
• оптимальный диапазон рабочих температур, за границей которого снижаются механические свойства стали 45 – от 200 до 600 градусов.

При использовании стали следует учитывать не только ее плюсы, но и минусы:

• нагревание до 200 градусов ведет к снижению прочности;
• ограниченная свариваемость материала требует специальных технологических приемов;
• сталь неустойчива к коррозии.

Спектр применения

Характеристики стали 45 делают возможным ее применение в тех производствах, где требуются повышенная прочность и износоустойчивость деталей, в частности, для изготовления:

• валов и шестерен;
• цилиндрических передач;
• рессорных конструкций, испытывающих не очень сильные нагрузки;
• газопроводных труб и соединительных элементов к ним;
• крепежных элементов – гаек, шайб, анкерных болтов;
• радиальных подшипников для валов, скорость вращения которых не превышает 0,2 м/сек;
• других деталей, которые подвергаются постоянному поверхностному воздействию.

Из стали 45 часто изготавливают державки режущих инструментов, на которые затем крепят пластину из твердого сплава, что позволяет сэкономить более дорогие материалы. Отсутствие отпускной хрупкости позволяет использовать ее для производства изделий сложной формы.