Сталь 45 широко применяется в машиностроении, горнодобывающей промышленности, производстве грузового автотранспорта, сельскохозяйственной и нефтегазовой техники. Этот материал отличается оптимальным сочетанием прочности, вязкости, пластичности и стоимости. Кроме того, сталь 45 демонстрирует стабильность свойств в широком диапазоне температур и имеет хорошие технологические качества.
Благодаря этим характеристикам сталь 45 является одним из самых распространенных и востребованных конструкционных материалов. В данной статье мы подробно разберем основные свойства, применение и особенности этой марки стали.
Химический состав и маркировка
Сталь 45 относится к углеродистым конструкционным нелегированным сталям. Основные элементы в ее составе - это железо и углерод. Помимо них, в небольших количествах могут присутствовать кремний, марганец, хром, никель и медь (не более 1%).
- Цифра 45 в маркировке указывает на среднее содержание углерода - 0,45%. Углерод является главным структурообразующим элементом в подобных сталях и во многом определяет их свойства.
- Буквы «СТ» в начале маркировки означают, что сталь 45 относится к качественной стали. Это подтверждается низким содержанием серы и фосфора, не превышающим 0,035% и 0,04% соответственно.
- Отсутствие дополнительных букв после цифр указывает на спокойное состояние стали, то есть высокую степень ее раскисления при производстве. Это снижает пористость металла и количество газовых включений.
Механические свойства
Механические свойства стали 45 во многом зависят от вида выпускаемого проката, а также от проведенной термообработки. Например, предел текучести стали в трубном прокате после нормализации составляет 440 МПа, предел прочности - 590 МПа. Для полосового проката после аналогичной обработки эти показатели равны 385 и 590 МПа соответственно.
При повышении температуры отпуска образцов из стали 45, предварительно закаленных, наблюдается рост одних механических характеристик (предел упругости, длительная прочность) и падение других (временное сопротивление разрыву, относительное сужение). Так, при отпуске закаленной стали 45 с 450 до 600°С временное сопротивление снижается с 820 до 710 МПа, а длительная прочность растет с 530 до 560 МПа.
Механические свойства стали 45 определяют такими методами, как испытание на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, твердость и ударную вязкость. При температуре 100°С для нее характерны следующие показатели: предел текучести 588 МПа, предел прочности 785 МПа, относительное удлинение 10%, относительное сужение 35%, твердость HB 217.
Благодаря оптимальному сочетанию прочностных и пластических свойств после термической обработки, сталь 45 широко используется для ответственных деталей машин, инструмента, подвижного состава.
Применение стали 45
Благодаря оптимальному сочетанию механических свойств, технологичности и относительно невысокой стоимости, сталь 45 широко используется в машиностроении для изготовления ответственных деталей, работающих в условиях абразивного износа и ударных нагрузок.
Типичными изделиями из стали 45 являются валы, валки, шестерни, шпиндели, шатуны, бандажи, ролики, диски муфт, плунжеры, кулачки. Их подвергают термической и химико-термической обработке, позволяющей существенно улучшить износостойкость и контактную выносливость поверхности.
Также из этой стали выпускают трубы, полосы и круглый прокат различного сечения для изготовления деформирующего инструмента - штампов горячей и холодной объемной штамповки, пресс-форм литья под давлением, волок и матриц волочения.
Дополнительные сферы применения стали 45 - производство режущего инструмента (метчики, плашки), крепежных изделий (болты, гайки, шпильки), сельскохозяйственной техники. Также ее используют в судо- и автомобилестроении.
Термическая обработка
Термическая обработка позволяет существенно улучшить механические и эксплуатационные характеристики стали 45. Основные виды термообработки для этой стали: отжиг, нормализация, закалка и отпуск.
Отжиг применяют после таких технологических операций, как ковка, прокатка, сварка, резка. Он позволяет снять внутренние напряжения и получить равномерную структуру. Режим отжига стали 45 - нагрев до 650-700°С, охлаждение на воздухе с печью.
Нагрев металла при нормализации проводят выше критических точек, чаще всего до 850-900°С, с последующим охлаждением на воздухе. Этот процесс позволяет получить мелкозернистую структуру и высокие механические свойства.
Закалка стали 45 заключается в нагреве до 800-870°С, выдержке и быстром охлаждении. В качестве охладителя чаще всего используют воду, реже - масло или воздух. Закалка придает стали повышенную твердость и износостойкость, но снижает вязкость.
После закалки обязательно проводят низкий отпуск при температурах 150-350°С или средний отпуск при 450-650°С. Это необходимо для снятия внутренних напряжений, повышения вязкости и пластичности стали.
