Сталь 45 — углеродистая конструкционная сталь¶
Сталь 45 — это низкоуглеродистая (условно; фактически среднеуглеродистая) конструкционная сталь углеродистого класса, содержащая около 0,42—0,50 % углерода. Согласно ГОСТ 1050-88, марка «45» обозначает именно среднее содержание углерода в сотых долях процента — 0,45 %. Это одна из наиболее распространённых конструкционных сталей в России и странах СНГ, применяемая для изготовления деталей машин, работающих при умеренных нагрузках.
¶Химический состав и маркировка
Согласно ГОСТ 1050-88, химический состав стали 45 регламентирован следующим образом:
| Элемент | Содержание, % |
|---|---|
| Углерод (C) | 0,42—0,50 |
| Марганец (Mn) | 0,50—0,80 |
| Кремний (Si) | 0,17—0,37 |
| Сера (S) | не более 0,040 |
| Фосфор (P) | не более 0,040 |
| Хром (Cr) | не более 0,25 |
| Никель (Ni) | не более 0,30 |
| Медь (Cu) | не более 0,25 |
Цифра «45» в маркировке указывает на содержание углерода в сотых долях процентов — 0,45 %. Низкое содержание серы и фосфора обеспечивает достаточно высокую чистоту металла по сравнению с конструкционными сталями более низких марок (сталь 20, сталь 30).
¶Классификация
Сталь 45 относится к классу углеродистых конструкционных сталей нелегированных (без специальных легирующих добавок). По степени раскисления она выпускается:
- как спокойная сталь — обозначается буквой «сп» (сталь 45сп), полностью раскислённая кремнием, с плотной однородной структурой;
- как полуспокойная — обозначается «пс» (сталь 45пс), с промежуточной степенью раскисления.
По качеству сталь 45 относится к качественным сталям (в отличие от обыкновенного качества, к которым относятся, например, марки Ст3 и Ст5). Это означает более строгий контроль содержания вредных примесей (серы и фосфора).
¶Механические свойства
При нормализации (нагрев до 840—860 °C с последующим охлаждением на воздухе) сталь 45 приобретает следующие примерные свойства:
| Показатель | Значение |
|---|---|
| Временное сопротивление разрыву (σв) | не менее 600 МПа |
| Предел текучести (σт) | не менее 330 МПа |
| Относительное удлинение (δ5) | не менее 16 % |
| Относительное сужение (ψ) | не менее 40 % |
| Твёрдость по Бринеллю (HB) | 197—241 |
| Ударная вязкость (KCU) | не менее 50 Дж/см² |
В отожжённом состоянии сталь 45 мягче и пластичнее, в закалённом — значительно твёрже (до 40—45 HRC), но хрупче.
¶Термическая обработка
Сталь 45 хорошо поддаётся всем основным видам термической обработки:
- Отжиг — нагрев до 780—800 °C, медленное охлаждение в печи. Снижает твёрдость и повышает обрабатываемость резанием.
- Нормализация — нагрев до 840—860 °C, охлаждение на воздухе. Улучшает механические свойства и структуру.
- Закалка — нагрев до 820—840 °C (температура закалки), охлаждение в воде или растворе соли. После закалки сталь приобретает структуру мартенсита и высокую твёрдость.
- Отпуск — повторный нагрев после закалки для снятия внутренних напряжений и повышения вязкости. Различают низкий (150—250 °C), средний (350—500 °C) и высокий (500—650 °C) отпуск.
Важной особенностью стали 45 является её склонность к закалочным трещинам при охлаждении в воде, поэтому для ответственных деталей часто применяют масляную закалку или ступенчатую закалку (в расплаве селитры с последующим охлаждением в масле).
¶Применение
Сталь 45 — одна из основных конструкционных сталей общего назначения. Из неё изготавливают:
- Кованые и штампованные детали: валы, оси, шестерни, муфты, шпиндели, втулки, крепёжные детали.
- Кованые заготовки для дальнейшей механической обработки.
- Детали с повышенной износостойкостью: зубчатые колёса, ползуны, кулачки.
- Строительные и мостовые конструкции — в виде проката (листов, балок, сортового проката).
Сталь 45 широко применяется в машиностроении, автомобилестроении, железнодорожном транспорте, сельском хозяйстве и строительстве. В прокате она выпускается в виде горячекатаного листа, круга, квадрата, полосы, полудвутавры и других профилей.
¶Аналоги и заменители
По химическому составу и свойствам стали 45 примерно соответствуют:
- Сталь AISI 1045 (США, по стандарту ASTM) — аналог по углеродному содержанию;
- Сталь C45 / Ck45 (Германия, по DIN 17200) — наиболее близкий зарубежный аналог;
- Сталь S45C (Япония, по JIS G4051);
- Сталь 080М40 (Великобритания, по BS).
При необходимости замены углеродистой стали 45 на легированную (например, 40Х) учитывают требования к износостойкости, прокаливаемости и свариваемости.
¶Ограничения
Сталь 45 имеет ряд недостатков:
- Низкая прокаливаемость — при закалке твёрдый слой простирается лишь на небольшую глубину, что ограничивает применение для крупных деталей.
- Склонность к перегреву — при нагреве выше критической температуры структура грубеет, что ухудшает свойства.
- Ограниченная свариваемость — из-за повышенного содержания углерода сварные швы могут образовывать закалочные трещины; сварку ведут с подогревом и последующей термообработкой.
Для деталей, требующих большей прокаливаемости и прочности, применяют легированные стали (например, 40Х, 40ХН), а для деталей, работающих при высоких нагрузках и износе, — хромистые и хромоникелевые стали.
¶Источники
- ГОСТ 1050-88. Сталь качественная конструкционная углеродистая. Технические условия.
- Справочник машиностроителя в 3 томах / под ред. М. Н. Иванова-Мальцева. — М.: Машиностроение.
- Лахтин Ю. М., Леонова В. П. Материаловедение. — М.: Высшая школа.
- Попов А. С. Материаловедение и технология конструкционных материалов. — М.: Высшая школа.