Сталь 45 - углеродистая конструкционная качественная сталь феррито-перлитного класса – одна из самых популярных, в силу оптимального сочетания небольшой цены и высоких потребительских качеств. Сходные по составу и свойствам стали - 40Х, 50, 50Г2.
Производится сталь 45 и поставляется потребителям в виде сортового проката, в т.ч. и фасонного, калиброванных и шлифованных прутков, тонко- и толстолистового проката, лент, полос, проволоки, труб и пр. Весь, перечисленный выше сортамент, регламентируется более чем 30 ГОСТами.
Доля углерода в стали 45 варьируется в пределах 0,42-0,5%. Такая концентрация обуславливает высокий показатель твёрдости металла. Кроме того, в состав стали, в незначительных количествах, входят: кремний, хром, марганец, никель, медь, фосфор, сера, мышьяк. Общее процентное содержание примесей – максимум 2,57%. Степень раскисления – сп.
Плотность этой марки стали составляет 7826 кг/м³. Данная величина вписывается в рамки среднего значения плотности конструкционной стали, которое равно 7700-7900 кг/м³.
Критические точки (точки Чернова), при которых происходит изменение структуры металла и фазового состояния: Ас₁ = 730°С, Ас₃ = 755°С, Аr₁ = 690°С, Ar₃ = 780 °С.
Механические свойства стали
Для получения данных по механическим свойствам металла проводятся специальные испытания на специальном оборудовании. На значение параметров оказывают влияние химический состав, температура испытаний, вид и продолжительность термообработки (закалка, отжиг, отпуск), геометрические размеры заготовок. Так, например, при помощи нормализации (предварительной термообработки) улучшают процесс резания, с помощью закалки усиливают прочность, твёрдость, устойчивость к износу и т.д. То есть, манипулируя этими факторами можно добиться ослабления или усиления тех или иных качеств. Притом, термообработке могут подвергаться как заготовки, так и готовые изделия.
Предел прочности – измеряется в кгс/см² или в МПА. Испытание на прочность проводится на специальных станах. Один конец металлического изделия закрепляется неподвижно в тисках, другой прикрепляется к механическому или гидравлическому приводу. Плавно нарастающее усилие (на разрыв, скручивание, сжатие или изгиб) фиксируется электронными следящими устройствами. Максимальное усилие, при котором начинает разрушаться металл и будет порогом прочности. Поскольку испытания проводятся в четырёх вариантах, как было сказано выше, то различают предел прочности на разрыв, предел прочности на изгиб, предел прочности на сжатие и предел прочности на скручивание. Так для стали 45 предел прочности при растяжении равен 550-690 МПА;
Предел текучести – связан с предыдущим параметром и являет собой такое напряжение на разрыв, при котором начинаются необратимые деструктивные процессы разрушения металла (кристаллической решетки) без наращивания нагрузки.
Предел текучести стали 45 при повышении температуры испытаний от 200°С до 1200°С падает от 340 Мпа до 15 МПА.
Твёрдость – характеризуется способностью стали сопротивляться воздействию (статическому, динамическому, кинематическому) объектов из более твёрдого материала (индеторам), изготовленных из очень твёрдых сплавов или из алмаза. Существует несколько способов измерения твёрдости – по Бринеллю, по Роквеллу, по Виккерсу, по методу Шора.
Согласно ГОСТ 1050 твёрдость металлопродукции из стали 45:
- горячекатаной, без термической обработки - 229 НВ;
- горячекатаной после отжига или высокого отпуска – 197 НВ;
- калиброванной со специальной отделкой поверхности нагартованной – 241НВ;
- калиброванной и со специальной отделкой поверхности после отжига или высокого отпуска – 197 НВ.
Пластичность – важное свойство металла, не позволяющее ему растрескиваться и ломаться под воздействием нагрузок. Пластичный металл при растяжении, сжатии или скручивании до достижения порога текучести сохранит изначальную форму, за пределами порога текучести – согнется, деформируется, но не треснет, не сломается. Измеряется в МПА.
Ударная вязкость – отражает силу, после приложения которой, происходит хрупкое разрушение металла. Этот параметр зависит от температуры эксплуатации деталей, от микроструктуры металла, от чистоты стали или от наличия определенных примесей в сплаве.
Зависимость величины ударной вязкости от вида термообработки хорошо демонстрирует следующий пример. При испытании стальных прутков диаметром 25 мм с разным типом термообработки и при температуре 20°С результаты выглядят следующим образом:
- для горячекатаного прутка – 14-15 Дж/см²;
- для прутка, прошедшего отжиг – 42-47 Дж/см²;
- для прутка с нормализацией – 49=52 Дж/см²;
- для прутка с термообработкой типа закалки и отпуска – 110-123 Дж/см2
При постепенном понижении температуры испытаний до -60°С ударная вязкость понижается, т.е. металл становится хрупким.
Технологические свойства
- Сталь 45 – трудно свариваемая, относится к 3 группе свариваемости;
- сталь 45 не чувствительна к образованию флокенов;
- не склонна к отпускной хрупкости;
- ковка производится при начальной температуре 1250°С;
- процесс резания стали 45 также не прост из-за низкого показателя прокаливаемости;
- слабые антикоррозионные свойства.
О свариваемости стоит сказать отдельно. Дело в том, что сталь 45 чувствительна к концентрации напряжений, склонна к образованию трещин в местах сварки. Свариваемые заготовки должны предварительно прогреваться, а также желательно прогревать в процессе сварки для получения равномерных швов (для листа толщиной 15 мм температура прогрева - 100°С). Рекомендуемые электроды для сварки - УОНИ-13/45 и УОНИ-13/55. Качество швов обязательно проверяется по окончанию сварочных работ либо современными методами ультразвуковой диагностики или рентгеном, либо методом нагрузки – шов подвергается нагрузке, на 30% больше предполагаемой.
Где применяется сталь 45
45-ая сталь стойко переносит перепады температур, ценится за выносливость и износостойкость, поддаётся обработке. Поэтому она широко применяется в машиностроении, станкостроении, строительстве.
Из неё делают редукторы, зубчатые колёса и валы-шестерни, цепные приводные звёздочки, кулачки, суппорта, шпиндели и прочие детали, подвергающиеся в процессе эксплуатации нагрузкам и трению.
Чтобы продлить срок эксплуатации шестерёнок в конических или цилиндрических передачах, их дополнительно упрочают любым из известных способов (термическим или химическим).
Также из стали 45 изготавливают всевозможные крепёжные элементы. Листовой прокат из этой стали широко применяют для обшивки станков и механизмов, для производства штампованных деталей.
В строительстве широко используется фасонный прокат для создания несущих конструкций зданий и сооружений.
Сталь 45 обладает высокими эксплуатационными качествами и при этом стоит недорого – в этом её главное преимущество.
Металлопродукция из стали марок 35, 40, 45, 50, 55, 58 (55пп), 60, 50Г, 10Г2, 30Г2, 35Г2, 40Г2, 45Г2 и 50Г2, предназначенная для деталей, подвергаемых поверхностной закалке токами высокой частоты, с величиной обезуглероженного слоя (феррит + переходная зона) не более:
- 1,5% диаметра или толщины на сторону (1С);
- 0,5% диаметра или толщины на сторону (2С).