Что такое сталь 45? Сталь 45 — название одной из самых востребованных и популярных марок конструкционных углеродистых сталей. Цифра 45 в названии у данной марки означает процентное содержание углерода в химическом составе. Иными словами, сталь 45 содержит 0,45% углерода на 100% от всего состава. Но если же быть точнее, то процентное содержание углерода в данной марке варьируется в пределах от 0,45% до 0,5%. Естественно, что и другие вещества будут находится в составе этого материала в соответствующих пропорциях.
- железо (Fe) — до 97%;
- углерод (С) — от 0,42% до 0,5%;
- кремний (Si) — от 0,17% до 0,37%;
- хром (Cr) — до 0,25%;
- марганец (Mn) — от 0,5% до 0,8%;
- никель (Ni) – до 0,25%;
- медь (Cu) – до 0,25%;
- фосфор (P) – до 0,035%;
- сера (S) – до 0,04%;
- мышьяк (As) — до 0,08%.
Таким образом, расшифровка сплава сталь 45 обозначает: конструкционная углеродистая качественная сталь с содержанием 0,45% углерода и незначительным количеством остальных примесей. Стоит обратить внимание и на то, что маркировка конструкционных углеродистых сталей в целом имеет некоторые специфические особенности. Знание данных особенностей маркировки позволит самостоятельно выбрать наиболее надежный и выносливый материал с пролонгированным сроком эксплуатации и значительно большим коэффициентом КПД.
Дело в том, что в своем химическом составе, помимо железа и углерода, сталь 45 содержит и другие примеси, среди которых сера и фосфор. Собственно, фосфор увеличивает хрупкость у материала при низких эксплуатационных температурах (хладноломкость), а также снижает пластичность при высоких значениях температуры. Сера же способствует появлению трещин в материале при высокой температуре. Иначе говоря, в зависимости от содержания в составе двух данных веществ, характеристики этой стали будут серьезно различаться по качеству.
Марка стали : 45
Классификация : Сталь конструкционная углеродистая качественная.
Применение : детали нормализованные, улучшаемые, с поверхностной термообработкой и повышенной прочностью – вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шпиндели, бандажи, шестерни, цилиндры, кулачки и др.
Сталь 45 — классифицируется как конструкционная углеродистая качественная сталь, феррито-перлитного класса. Применение качественных сталей затрагивает такие производственные отрасли, как машиностроение, строительство, приборостроение и другие. Этому способствует: различное содержание углерода в их структурном составе и применение многообразных видов термической обработки, а также увеличение и усовершенствование технологических характеристик и свойств сплавов.
Маркировка сплава
Конструкционные углеродистые качественные стали, по стандарту маркируются двузначным числом: сталь 05, 08…80, 85, которое указывает на усредненное значение, содержания углерода выраженное в сотых долях процента. Три цифры маркировки указывает на то что в сплаве содержится более чем 1% углерода, буква Л на отсутствие легировки — 45л, буквы Ст на его обыкновенное качество — Ст5.
Металлургическая промышленность производит стандартные стали марок от 05кп до 60, средний показатель углерода которых 0,05—0,60 процента, соответственно маркировки. Расшифровка марки стали 45 (фран. аналог С45) показывает содержание 0,45% С.
Основные характеристики стали 45
Любой сплав имеет свои отличительные характеристики, определенный химический состав, ряд заменителей, функциональное предназначение.
Марки 40, 45, 50 выделяются высокими показателями прочности, имея при этом небольшую вязкость и пластичность. Поскольку механические свойства марки и 45 идентичны маркам 40 и 50, эти стали являются взаимозаменяемыми.
Химический состав и свойства
Химическими составляющими сплава помимо железа и углерода являются и ряд других элементов, количество которых малосущественно. Процентное отношение химических составляющих стали 45:
- Железо (Fe) — около 97%.
- Углерод (C) — 0,42—0,5%.
- Марганец (Mn) — 0,5—0,8%.
- Кремний (Si) — 0,17—0,37%.
- Никель (Ni) — не больше 0,25%.
- Хром (Cr) — не больше 0,25%.
- Медь (Cu) — не больше 0,25%.
- Мышьяк (As) — не больше 0,08%.
- Сера (S) — не больше 0,04%.
- Фосфор (P) — не больше 0,035%.
От химического состава стали и структуры напрямую зависят ее химические свойства. Все элементы входящие в состав условно делятся на полезные и вредные. Процесс добавления полезных примесей носит название легирование. Если расшифровать маркировку 45х, то становится ясно что сплав содержит добавление хрома, 45 г — марганца.
Основные химические свойства материала:
- степень окисления:
- устойчивость к коррозии;
- жароустойчивость;
- жаропрочность.
Механические характеристики
Для анализа и контролирования свойств стали используют различные методы их определения. К примеру, критерии прочности и пластичность определяют опытным путем, образцы растягивают до разрыва. Твердость сплавов фиксируют измеряя противодействие материала при влиянии на его поверхность твердого элемента, например, алмазного наконечника. Вязкость — ударными испытаниями специальных образцов.
Механические свойства и характеристики стали 45 (при t=20C).
Прочность — способность сплава выносить внешние нагрузки, не подвергаясь при этом разрушениям внутри. Характеризуется величинами: предел прочности, sв [МПа] и предел текучести стали 45, sT [МПа].
- труба — ГОСТ 8731–87 , sв =588 МПа, sT =323 МПа;
- прокат — ГОСТ 1050–88 , sв=600 МПа, sT =355 МПа;
- прокат отожженный — ГОСТ 1050–88 , sв =540 МПа.
Твердость — способность сплава оказывать сопротивление при воздействии твердых тел. Характеризуется величинами: твердость по Н. В. Бринеллю 10—1 [МПа], по Роквеллу HRC [МПа]. Для марки 45 в состоянии поставки:
- труба — ГОСТ 8731–87 , HB 10—1 = 207 МПа;
- прокат — ГОСТ 1050–88 , HB 10—1 = 229 МПа;
- прокат отожженка — ГОСТ 1050–88 , HB 10—1 = 207 МПа.
Пластичность — возможность сплава видоизменять свою форму под влиянием нагрузки и восстанавливать ее по окончании воздействия. Характеризуется величиной, относительное удлинение при разрыве, δ5 [ % ]:
- труба — ГОСТ 8731–87 , δ5 =14%;
- прокат — ГОСТ 1050–88 , δ5 =16%;
- прокат отожженка — ГОСТ 1050–88 — δ5 =13%.
Ударная вязкость — способность материала сопротивляться динамическим воздействиям нагрузки, KCU [ кДж / м2].
Физические свойства
К физическим характеристикам стали относятся: плотность, коэффициент теплового расширения, теплопроводность, модуль упругости, удельная теплоемкость и электропроводность.
Металлические сплавы имеют высокие показатели плотности, теплоемкости и электрической проводимости. Рассмотрим физические свойства марки 45 (при t=20C).
Плотность или удельный вес — масса вещества на единицу объема, плотность стали 45 ГОСТ 1050–88 ρ=7826—7595 кг/м3.
Коэффициент линейного теплового расширения количественно равен относительной перемене линейных размеров вещества при росте (понижении) температуры в сплаве на 1 градус Цельсия, α (1/град).
Теплопроводность вещества — способность отдавать количество тепла от более прогретого участка к менее прогретому. Характеризуется величиной коэффициента теплопроводности, λ [Вт/(м·град)].
Под модулем Юнга подразумевается физическая величина, которая косвенно отображает возможности стали противостоять продольным деформациям (растяжению или сжатию). Эта величина указывает на жесткость материала и является важной физической особенностью, E 10—5=2 МПа;
Удельная теплоемкость — количество тепла, необходимое для нагрева 1 килограмма вещества на 1 градус Цельсия, Ϲ [Дж/(кг·град).
Электропроводность — способность материала быть проводником электрического тока. Характеризуется величиной удельного электрического сопротивления, Ṛ [Ом·м].
Технологические характеристики применение стали 45
Технологические характеристики стали указывают на пригодность сплава к различным методам обработки. Материал имеет следующие технологические характеристики:
- Температура процесса ковки, градус — 1250 вначале, 700 в конце. Охлаждение сечений до 400 мм производится при нормальных условиях окружающей среды.
- Свариваемость — трудно поддается процессу сварки. Виды сварки: РДС и КТС, с использованием подогрева и последующей термообработки.
- Условия для резания — в горячекатаном состоянии при НВ 170—179 МПа и sB = 640 МПа.
- Не склонна к отпускной способности после отжига.
- Имеет малую флокеночувствительность.
Формирование метода термообработки материала, обусловлено эксплуатационными требованиями относительно деталей и механизмов. В металлообрабатывающей промышленности применяют такие виды обработки: нормализация, улучшение, закалка ТВЧ, закалка с низким отпуском и др.
Среднеуглеродистые стали нашли применение в изготовлении деталей, отличающихся повышенной прочностью материала с повышенным воздействием циклических нагрузок (зубчатые колеса редукторов, шатунные механизмы). Сталь марки 45 применяется при производстве:
- шестерен, вал-шестерней, коленчатых и распределительных валов, бандажей, цилиндров, кулачков; шпинделей;
- бесшовных труб и каркасных элементов трубопровода, требуют закалки и отпуска стали;
- ряда запчастей и конструкций в отрасли мотовелостроения.
Технологический пример. Тиски, круглогубцы и плоскогубцы, выполняют на основе сталей 45 и 50. Производя термическую закалку, в собранном виде, нагревать следует только губки изделия для предохранения от образования закалочных трещин. Для подобного нагрева предназначены свинцовые и соляные ванны. При обработке в камерной печи остывание области с резким переходом (шарнир) должно происходить медленно, опусканием и перемещением в жидкости только поверхности губок инструмента (до потускнения остальной части). Температурный режим процесса отпуска 220—320 градусов в интервале 30—40 минут.