Сталь 45

Сталь 45 имеет целый ряд важных характеристик, закрепленных в ГОСТе. Для практических нужд актуальны сведения о твердости марки и ее расшифровке, о плотности и правилах закалки, о пределе текучести. Во внимание придется принять нюансы термообработки, механических свойств и химического состава.

Марка стали 45 указывает прежде всего на то, что это качественный конструкционный металл с содержанием углерода в среднем 0,45%. Действующие нормативы позволяют делать разброс от 0,42 до 0,5%, и это не будет нарушением со стороны технологов. Характеризуя химический состав сплава, следует указать еще на присутствие:

• 0,17-0,37% кремния;
• 0,65% марганца (± 0,15%);
• менее чем 0,25% хрома;
• менее чем 0,3% никеля;
• очень ограниченного количества примесей — серы и фосфора.

Несколько иной состав характерен для продукта, отпускаемого на производство проволоки. В этом случае:

• марганца будет от 0,3 до 0,6%;
• содержание никеля и хрома — максимум 0,15% на каждый из элементов;
• концентрация меди составит не более 0,2%.

Основные параметры стали определяют различными способами. Так, пределы текучести и прочности устанавливаются опытным путем. Для проверки твердости необходимо измерить противодействие материала при воздействии твердых деталей. Норматив по разным ГОСТам составляет от 197 до 241 МПа. Определять ударную вязкость нужно в результате протокольных испытаний специально отобранных образцов.

Важно: все основные характеристики требуется определять строго при комнатной температуре. Это относится не только к механическим, но и к другим свойствам. Возвращаясь к основной теме, стоит указать на то, что сталь 45 в состоянии поставки имеет такие пределы прочности и текучести (в мегапаскалях):

• для труб — 588 и 323;
• для обычного проката — 600 и 355;
• для отожженного проката установлен только предел прочности на уровне 540 МПа.

Твердость могут описывать по Бринеллю (что в некоторых источниках ошибочно называют плотностью по Бринеллю), и обозначается это индексом HB. У труб этот показатель составляет 207, у обычного проката — 229 МПа. Но если прокат подвергают отжигу, то его твердость по шкале Бринелля составит 207 МПа. Есть также индекс твердости по Роквеллу, обозначаемый для краткости в ряде случаев HRC. Существуют еще и иные механические показатели стали 45.

Среди них важную роль играет пластичность. Как и у других материалов, даже неметаллических, это свойство подразумевает способность менять свою форму и затем восстанавливать ее, когда воздействие завершается. Ключевой показатель пластичности — относительное удлинение, при превышении которого наступает разрыв. Для отожженного проката это 13%, для обычного проката — 16%. Трубная продукция находится на среднем уровне выносливости к разрывающему усилию — 14%.

Плотность, или удельный вес, определяется традиционно в кг на м3. Для стали 45 она составляет от 7826 до 7595 кг. Такие показатели измеряют в диапазоне от 20 до 800 градусов. Весьма значимы также коэффициент линейного теплового расширения и коэффициент теплопроводности. Такой физический показатель, как модуль упругости, он же модуль Юнга, для этой стали находится в диапазоне от 211 до 223 единиц.

В специальных справочниках упоминаются также модуль сдвига, модуль объемной упругости и коэффициент Пуассона. Но они представляют интерес исключительно для инженеров и технологов. Теплоемкость сплава принята равной 473-480 единицам. Именно столько джоулей тепловой энергии надо, чтобы 1 кг стали прогреть на 1 градус.

Структура стали 45 в момент нагрева под закалку — типичный мартенсит. Если металл охлаждают с надкритической скоростью, формируется аустенит. После высокого отпуска формируется сорбит. Именно он и позволяет придать наилучшие характеристики материалу. Свариваемость у стали 45 невелика. Приходится прибегать к целому ряду дополнительных манипуляций, успешно решающих эту проблему. Предварительно металл прогревают до 200-300 градусов. После завершения сварочных манипуляций обязательно нужен отжиг. Небольшая прокаливаемость, к сожалению, резко ухудшает и перспективы обработки резанием. Ковать такой сплав начинают при 1250 градусах, а в конце обработки температура должна снизиться на 550 градусов.

Флокеночувствительность относительно мала. Материал нормализуют, также он поддается закалке токами высокой частоты. Отпуск ведут при 220-320 градусах на протяжении 30-40 минут. Говоря про аналоги стали 45, стоит отметить:

• американские 1044, 1045, M1044, G10420;
• английские 060A47, C45, 080M;
• французские 1C45, AF65, XC45;
• китайские 45, ML45, ZG310-570;
• шведские 1650 и 1672;
• бельгийские C46, C45-1;
• чешские сплавы 12050 и 12056;
• австрийская сталь C45SW;
• южнокорейский металл SM45C, SM48C.

Такой материал поставляют в виде:

• листа;
• полосы;
• квадрата;
• круга;
• поковки;
• проката отожженного;
• ленты отожженной;
• нагартованной ленты;
• прутка;
• труб.

Важнейшей частью технологических манипуляций с этим металлургическим продуктом является отжиг. Нагрев по умолчанию ведется до критических показателей, но не превышает их. При отжиге второго рода их, напротив, можно превысить. Оба варианта обработки помогают:

• исключить неоднородности состава;
• справиться с внутренними напряжениями;
• обеспечить зернистость структуры;
• понизить твердость, чтобы упростить дальнейшую переработку.

Обычно углеродистые стали отжигают в режиме полного отжига. Заготовки греют до Ac3 и затем еще на 30-50 градусов дополнительно. Когда это достигнуто, сталь 45 надо остужать довольно медленно. Охлаждение ведут, пока температура не выйдет на диапазон 500-550 градусов. При отжиге как первого, так и второго рода, остужать материал надо в той же печи, где его нагревали.

Иногда отжиг идет на открытом воздухе — такая методика термической обработки называется точнее нормализацией. В этом случае металл оказывается тверже, чем при доменном отжиге. Остывание идет скорее, и именно поэтому перлит образует тонкие зерна. Температура плавления практически не отличается от температуры плавления большинства иных сталей. Надо учитывать, что как отжиг, так и нормализация, являются лишь предварительными фазами термообработки.

Вторым по порядку приемом оказывается закалка. Она также состоит из прогрева и охлаждения. Начинают с надкритического прогрева образца. Далее сталь немедленно остужают в специально подготовленной жидкости. Закалить подобный сплав можно с помощью:

• чистой воды;
• воды, насыщенной солями;
• воды с добавлением 5% каустической соды;
• минеральных металлургических масел.

При использовании воды ее температура должна колебаться от 20 до 30 градусов. Каустическая сода должна быть нагрета до 50-60 градусов. Сама сталь в момент начала охлаждения должна быть разогрета до 820-860 градусов. Чтобы добиться этого, преимущественно используют специальные печи, но в некоторых ситуациях прибегают к помощи токов высокой частоты. Время выдержки заготовки по методике ТВЧ оказывается заметно меньше.

После завершения закалки сталь надо отпустить. Подобный прием гарантирует сокращение или полное устранение остаточных напряжений. После отпуска металл будет более вязким, сократится его хрупкость. Но надо учитывать неизбежное уменьшение твердости. Разработаны технологии отпуска, которые подразумевают применение:

• печей с искусственной циркуляцией воздуха;
• особых ванн с раствором селитры;
• ванн с минеральным маслом или расплавленной щелочью.

Сталь 45 может подвергаться:

• высокому;
• среднему;
• низкому отпуску.

Сплав марки 45 является отличным сырьем для получения проката горячим и холодным способами. Речь идет как про плоский, так и про сортовой прокат. Эти варианты продукции, а также поковки, отлично подходят для получения металлоконструкций и машиностроительных изделий, вне зависимости от форм и размеров. Конструкционный материал превосходно годится для получения шпинделей и крепежа. А также его используют при выработке валов, кулачков и шестеренок, осей и плунжеров, балок и консолей, в том числе тех, которые должны быть особенно прочны после термообработки.

Возможна поставка такой стали в формате фасонного или сортового проката в зависимости от потребностей конечного производства. Там из заготовок могут формировать детали в виде тел вращения. Во многих случаях производятся многоступенчатые валы и канавки с различным диапазоном размеров. Получение шестерен из стали 45 бывает весьма трудным с технологической точки зрения. Исходным материалом оказываются круглые заготовки, которые фрезеруют, оказывая повышенное механическое воздействие.

Потому обязательными требованиями подготовки являются закалка, отпуск и иные приемы термообработки. Аналогичным образом производят кулачки и иные серьезно нагружаемые изделия. Но такой сплав применяют еще и для получения крепежных изделий. В подобном случае требуется следовать строгим техническим требованиям.