45# против T8 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства обычно выбирают между сталями средней углеродности и сталями высокого углерода при спецификации деталей, которые балансируют стоимость, прочность, обрабатываемость и стойкость к износу. Типичные контексты принятия решений включают в себя выбор более дешевых, легких в сварке сталей для валов и кованых изделий против более твердых, износостойких сталей для режущих кромок, штампов и формовочных инструментов.
На высоком уровне основное различие заключается в том, что 45# — это сталь средней углеродности, оптимизированная для прочности и ударной вязкости после простых термических обработок, в то время как T8 — это сталь высокого углерода, предназначенная для достижения высокой твердости и стойкости к износу после закалки и отпускания. Эти различия приводят к контрастным выборам в дизайне, производстве и стоимости жизненного цикла.
1. Стандарты и обозначения
- 45#: Общее обозначение в китайских стандартах GB (часто эквивалентно AISI/SAE 1045). Классифицируется как сталь средней углеродности, используемая для валов, шестерен и общих механических частей.
- T8: Часть серии "T" инструментальных сталей (углеродные инструментальные стали), используемых на международном уровне; предназначена для высокоуглеродных инструментальных приложений. Классифицируется как углеродная инструментальная сталь (семейство инструментальных сталей), не нержавеющая и не HSLA.
Другие соответствующие стандарты, с которыми вы можете столкнуться: - ASTM/ASME: серия AISI / SAE 10xx для сталей средней углеродности и инструментальных сталей (например, SAE 1045; SAE 1095 для инструментов с более высоким содержанием углерода). - EN: Аналоги EN описывают аналогичные стали (например, C45 для средней углеродности). - JIS: Японские стандарты включают в себя классы углеродных инструментальных сталей в серии T. - GB: Китайские национальные стандарты используют номенклатуру 45# и T8 для общих классов, обсуждаемых здесь.
2. Химический состав и стратегия легирования
Ниже представлена таблица с представительным составом. Это типичные диапазоны, используемые для иллюстрации различий; всегда подтверждайте фактический состав с сертификатом завода для конкретной партии и стандарта.
| Элемент (в%) | 45# (представительный) | T8 (представительный) |
|---|---|---|
| C | 0.42–0.50 | 0.70–0.95 |
| Mn | 0.50–0.80 | 0.20–0.60 |
| Si | 0.17–0.37 | 0.10–0.40 |
| P | ≤0.035 | ≤0.03–0.04 |
| S | ≤0.035 | ≤0.03–0.04 |
| Cr | ≤0.25 (часто следы) | следы–0.50 (в зависимости от спецификации) |
| Ni | следы | следы |
| Mo | следы | следы |
| V, Nb, Ti, B, N | следы/контролируемые примеси | обычно следы; некоторые варианты могут включать V или Cr |
Примечания: - 45# в основном усиливается углеродом с умеренным содержанием Mn и Si для улучшения закаливаемости и прочности; это не специально легированная сталь. - T8 — это сталь высокого углерода; его основной механизм укрепления — высокое содержание углерода, которое позволяет достичь мартенситной твердости после закалки. Некоторые варианты серии T включают небольшие добавки Cr, V или W в зависимости от конкретного подтипа инструментальной стали, но классический состав T8 доминирует за счет повышенного C с ограниченным содержанием легирующих элементов.
Эффекты легирования (качественные): - Углерод: основной фактор закаливаемости и закаливаемости; более высокий C увеличивает достижимую твердость и стойкость к износу, но снижает свариваемость и пластичность. - Марганец и кремний: увеличивают закаливаемость и прочность, деоксидируют в процессе производства стали. - Хром, ванадий, молибден: увеличивают закаливаемость, стойкость к отпуску и износостойкие свойства, если присутствуют в значительных количествах. - Следовые элементы и микроалюминирование (Nb, Ti, B) влияют на размер зерна, ударную вязкость и закаливаемость при намеренном использовании.
3. Микроструктура и реакция на термическую обработку
Микроструктуры: - 45#: В состоянии прокатки или нормализации 45# обычно показывает микроструктуру феррит-перлита. После закалки и отпускания получается смесь закаленного мартенсита и феррита. Размер зерна и расстояние между перлитом зависят от охлаждения и термической истории. - T8: В отожженном состоянии T8 имеет сфероидизированную или перлитную структуру с частицами цементита для облегчения обработки. После закалки (закалка) он образует мартенсит с удерживаемыми карбидами; после отпускания матрица закаленного мартенсита с распределенными карбидами обеспечивает высокую твердость и стойкость к износу.
Реакция на термическую обработку: - 45#: - Отжиг: смягчает для обработки (феррит + перлит). - Нормализация: уточняет зерно, немного повышает прочность и ударную вязкость. - Закалка и отпуск: может достичь умеренной до высокой прочности с разумной ударной вязкостью; обычно используется для валов и шестерен, где требуется некоторая стойкость к износу. - T8: - Сфероидизирующий отжиг: мягкое состояние для обработки (карбиды сфероидизированы). - Закалка (аустенизация + закалка): развивает высокую мартенситную твердость. - Отпуск: настраивается для обеспечения широкого диапазона твердости (более высокая температура → более низкая твердость и улучшенная ударная вязкость); типичное применение требует высокой твердости для режущих/износостойких компонентов.
Практическое значение: Микроструктура T8 после соответствующей закалки оптимизирована для высокой твердости и стойкости к износу за счет пластичности и свариваемости; 45# может быть спроектирована для баланса прочности и ударной вязкости с лучшей ударной вязкостью и более прощительными термическими обработками.
4. Механические свойства
Представительные механические свойства будут варьироваться в зависимости от термической обработки и поставщика. Таблица ниже сопоставляет типичные диапазоны поведения; проверьте данные поставщика для проектирования.
| Свойство | 45# (типично, нормализованный/отпущенный) | T8 (типично, отожженный против закаленного) |
|---|---|---|
| Устойчивость к растяжению | Умеренная: обычно в среднем сотнях МПа до ~700–900 МПа после термической обработки | Широкий диапазон: низкий в отожженном состоянии; очень высокий (>1000 МПа) после закалки/отпуска |
| Устойчивость к текучести | Умеренная: хорошая устойчивость к текучести, подходящая для валов и шестерен | Низкая в отожженном состоянии; закаленная показывает высокую текучесть, но сниженную пластичность |
| Удлинение (%) | Хорошая пластичность (обычно ~10–20% в зависимости от обработки) | Низкое после закалки (однозначный %), выше при отжиге |
| Ударная вязкость | Разумная вязкость при нормализации или отпуске | Низкая в закаленном состоянии; улучшается при отпуске при высокой температуре |
| Твердость | Умеренная: 150–250 HB (от отожженного до отпущенного диапазонов) | Широкая: отожженный ~180–240 HB; закаленный до HRC 55–65 в зависимости от отпуска |
Что сильнее, прочнее или более пластично? - Прочность: В закаленном состоянии T8 может достичь более высоких предельных прочностей и значительно более высокой твердости, чем 45#. - Ударная вязкость/пластичность: 45# демонстрирует более высокую ударную вязкость и пластичность для данного уровня прочности, что делает его предпочтительным, когда важны сопротивление ударам и усталостные свойства. - Стойкость к износу: T8 (закаленный) значительно превосходит 45# благодаря более высокой твердости и карбидам.
5. Свариваемость
Свариваемость сильно зависит от содержания углерода, закаливаемости и микроалюминирования.
Соответствующие индексы: - IIW эквивалент углерода: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Интерпретация (качественная): - 45#: Умеренный углерод (≈0.45%) обеспечивает приемлемую свариваемость при правильном предварительном нагреве и термической обработке после сварки для более толстых секций. Значения CE и Pcm обычно находятся в диапазонах, которые позволяют использовать традиционные методы сварки с контролем за водородным растрескиванием и твердостью в зоне термического влияния. - T8: Более высокое содержание углерода повышает CE и Pcm, увеличивая риск жесткой, хрупкой зоны термического влияния и водородного растрескивания. Часто требуется предварительный нагрев, контролируемые температуры межпроходной сварки и отпуск или PWHT после сварки. Для многих инструментальных приложений сварка избегается или ограничивается специализированными процедурами (например, пайка, наплавка), а не традиционной сваркой плавлением.
Итог: 45# легче сваривать и прощает в производстве; T8 требует строгого контроля или альтернативных стратегий соединения.
6. Коррозия и защита поверхности
- Ни 45#, ни классическая инструментальная сталь T8 не являются нержавеющими. Стойкость к коррозии номинальная; выбор для коррозионных сред требует защиты поверхности.
- Распространенные методы защиты: покраска, смазка, фосфатные покрытия, оцинковка (для конструктивных частей 45#), гальванизация или применение коррозионно-стойких покрытий для инструментов.
- PREN (для применения в нержавеющей стали) не применим к углеродным/инструментальным сталям, не являющимся нержавеющими, но для полноты: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Этот индекс применяется только к нержавеющим сплавам, где содержание Cr, Mo и N значительное.
Советы по выбору: Если стойкость к коррозии является движущей силой дизайна, выбирайте нержавеющие марки или применяйте защитные покрытия, а не полагайтесь на 45# или T8.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- 45#: Разумная обрабатываемость после отжига; хорошая формуемость и способность к изгибу в отожженном или нормализованном состоянии. Типичное производство включает в себя ковку, механическую обработку и умеренное холодное формование.
- T8: В отожженном (сфероидизированном) состоянии T8 можно обрабатывать, но он все еще тверже, чем стали с низким содержанием углерода. После закалки обработка затруднена, и обычно требуется шлифовка. Формование ограничено; многие инструментальные компоненты обрабатываются шлифованием или EDM после термической обработки.
Финишная обработка: Инструменты T8 обычно требуют оптимизированных процессов шлифования и материалов для инструментов (CBN, алмаз) для высокой твердости; 45# можно обрабатывать стандартными HSS или карбидными инструментами в зависимости от состояния.
8. Типичные применения
| 45# (средняя углеродность) | T8 (инструментальная сталь высокого углерода) |
|---|---|
| Валы, оси, штифты, шпильки | Режущие инструменты, штампы, ножи для резки |
| Шестерни (после термической обработки) | Формовочные штампы, инструменты для холодной обработки |
| Машинные части, требующие умеренной прочности и ударной вязкости | Износостойкие детали, требующие высокой твердости и удержания кромки |
| Кованые компоненты, конструктивные части | Инструменты для вырубки, ножи, режущие кромки |
Обоснование выбора: - Выбирайте 45#, когда детали требуют сбалансированной прочности, ударной вязкости, усталостной стойкости и экономически эффективного производства. - Выбирайте T8, когда высокая твердость и стойкость к износу являются необходимыми, и дизайн позволяет специализированную термическую обработку и финишную обработку.
9. Стоимость и доступность
- Стоимость: 45# обычно дешевле за килограмм, чем инструментальные стали, такие как T8, из-за более низкого содержания углерода и минимального легирования. Инструментальные стали имеют более высокие цены из-за более высокого содержания углерода и дополнительной обработки.
- Доступность: 45# широко доступна в виде прутков, кованых изделий, плит и листов. T8 доступна в формах инструментальной стали (прутки, заготовки) и часто в ограниченных размерах; сроки поставки могут быть длиннее для специализированных классов инструментальной стали или термически обработанных условий.
- Форма продукта: Если вам нужны предварительно закаленные заготовки или специальная термическая обработка, стоимость и сроки поставки увеличиваются — особенно для T8.
10. Резюме и рекомендации
Резюме таблицы (качественное)
| Атрибут | 45# | T8 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Хорошая (с стандартными мерами предосторожности) | Плохая до ограниченной; требует строгого контроля |
| Баланс прочности и ударной вязкости | Хороший баланс; умеренная прочность, хорошая ударная вязкость | Высокий потенциал твердости/прочности; низкая ударная вязкость при закалке |
| Стоимость | Ниже | Выше |
Рекомендации: - Выбирайте 45#, если деталь требует экономически эффективного баланса прочности, ударной вязкости, усталостной стойкости, свариваемости и гибкости в производстве (валы, оси, общие механические части). - Выбирайте T8, если основное требование — высокая твердость и стойкость к износу для инструментов, режущих кромок или компонентов, которые будут шлифоваться и термически обрабатываться для достижения долгого срока службы в условиях абразивного или высококонтактного износа, и когда производство может учитывать специализированную термическую обработку и финишную обработку.
Заключительная практическая заметка: Всегда указывайте точный стандарт и требуемое состояние термической обработки в заказах на покупку и запрашивайте сертификаты завода на состав и твердость. Для критически важных сварных или высоконадежных деталей проводите квалификацию сварочных процедур и испытания на ударную вязкость, представляющие зону термического влияния компонента.