45 сталь (1045/C45): Свойства и ключевые приложения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Сталь 45, также известная как 1045 или C45, классифицируется как среднеуглеродная легированная сталь. Она в основном состоит из железа с содержанием углерода от 0,42% до 0,50%, что делает ее подходящей для различных инженерных приложений. Ключевые легирующие элементы в стали 45 включают марганец, который улучшает закаливаемость и прочность, и кремний, который улучшает дегазацию при производстве стали.
Общий обзор
Сталь 45 известна своими отличными механическими свойствами, включая хорошую прочность на растяжение, пластичность и износостойкость. Она часто используется в приложениях, требующих умеренной прочности и жесткости, таких как валы, шестерни и различные машиностроительные компоненты. Способность стали подвергаться термической обработке позволяет достигать широкого диапазона твердости и прочности, что делает ее универсальной для различных инженерных нужд.
Преимущества:
- Хорошая обрабатываемость: Сталь 45 легко обрабатывается, что позволяет точно изготавливать компоненты.
- Закаливаемость: Сталь может быть закалена при помощи термообработки, что увеличивает ее прочность и износостойкость.
- Универсальные применения: Ее свойства делают ее подходящей для различных приложений в различных отраслях.
Ограничения:
- Коррозионная стойкость: У стали 45 ограниченная стойкость к коррозии, что требует защитных покрытий или обработок в коррозионных средах.
- Проблемы с сваркой: Хотя она может быть сварена, часто требуется предварительный подогрев и термическая обработка после сварки для предотвращения трещин.
Исторически сталь 45 была основным материалом в производственном секторе, особенно в автомобильной и машиностроительной отраслях, благодаря балансу прочности и пластичности.
Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты
| Стандартная организация | Обозначение/Класс | Страна/Регион происхождения | Примечания |
|---|---|---|---|
| UNS | G10450 | США | Ближайший эквивалент AISI 1045 |
| AISI/SAE | 1045 | США | Общепринятое обозначение |
| ASTM | A29/A29M | США | Общая спецификация для углеродной стали |
| EN | C45 | Европа | Незначительные различия в составе, о которых следует знать |
| DIN | C45 | Германия | Эквивалент EN C45 |
| JIS | S45C | Япония | Похожие свойства, но разные стандарты |
| GB | 45# | Китай | Эквивалентный класс с небольшими вариациями |
Различия между этими эквивалентными классами могут повлиять на выбор в зависимости от конкретных механических свойств или доступности в определенных регионах. Например, хотя C45 и 1045 часто считаются эквивалентами, специфические процессы термической обработки могут давать разные характеристики производительности.
Ключевые свойства
Химический состав
| Элемент (Символ и название) | Процентный диапазон (%) |
|---|---|
| C (Углерод) | 0,42 - 0,50 |
| Mn (Марганец) | 0,60 - 0,90 |
| Si (Кремний) | 0,15 - 0,40 |
| P (Фосфор) | ≤ 0,040 |
| S (Сера) | ≤ 0,050 |
Основная роль ключевых легирующих элементов в стали 45 включает:
- Углерод (C): Увеличивает твердость и прочность за счет термической обработки.
- Марганец (Mn): Улучшает закаливаемость и прочность на растяжение, улучшая общие механические свойства.
- Кремний (Si): Действует как дегазатор и способствует прочности.
Механические свойства
| Свойство | Состояние/Температура | Температура испытания | Типичное значение/Диапазон (метрическая) | Типичное значение/Диапазон (дюймовая) | Справочный стандарт для метода испытания |
|---|---|---|---|---|---|
| Прочность на растяжение | Отожженная | Комнатная температура | 570 - 700 МПа | 83 - 102 ksi | ASTM E8 |
| Прочность на текучесть (0,2% сдвига) | Отожженная | Комнатная температура | 350 - 450 МПа | 51 - 65 ksi | ASTM E8 |
| Удлинение | Отожженная | Комнатная температура | 16 - 20% | 16 - 20% | ASTM E8 |
| Твердость (Бринелля) | Отожженная | Комнатная температура | 170 - 210 HB | 170 - 210 HB | ASTM E10 |
| Ударная прочность (Шарпи) | Отожженная | -20°C | 30 - 50 Дж | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
Сочетание этих механических свойств делает сталь 45 подходящей для приложений, требующих хорошей прочности и жесткости под механической нагрузкой, например, в автомобильных компонентах и частях машин.
Физические свойства
| Свойство | Состояние/Температура | Значение (метрическое) | Значение (дюймовое) |
|---|---|---|---|
| Плотность | Комнатная температура | 7,85 г/см³ | 0,284 фунт/дюйм³ |
| Температура плавления | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Теплопроводность | Комнатная температура | 46 Вт/м·К | 31,7 BTU·ин/ч·фут²·°F |
| Удельная теплоемкость | Комнатная температура | 0,49 кДж/кг·К | 0,12 BTU/фунт·°F |
| Электрическое сопротивление | Комнатная температура | 0,0006 Ом·м | 0,00001 Ом·дюйм |
Ключевые физические свойства, такие как плотность и теплопроводность, имеют значение для приложений, где вес и тепловыделение являются критическими факторами, например, в автомобилях и аэрокосмических компонентах.
Коррозионная стойкость
| Коррозионный агент | Концентрация (%) | Температура (°C) | Рейтинг прочности | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Атмосферные | - | - | Удовлетворительная | Риск коррозии |
| Солёная вода | - | 25 | Плохая | Подвержена коррозии |
| Кислоты | - | 25 | Плохая | Не рекомендуется |
| Щелочи | - | 25 | Удовлетворительная | Умеренная стойкость |
Сталь 45 обладает ограниченной коррозионной стойкостью, особенно в соленых средах, где может происходить коррозия. По сравнению с нержавеющими сталями, такими как 304 или 316, которые имеют отличную коррозионную стойкость, сталь 45 менее подходит для приложений, подвергающихся воздействию суровых условий без защитных покрытий.
Устойчивость к нагреву
| Свойство/Предел | Температура (°C) | Температура (°F) | Примечания |
|---|---|---|---|
| Максимальная температура непрерывной эксплуатации | 300 | 572 | Подходит для умеренного нагрева |
| Максимальная температура прерывистой эксплуатации | 400 | 752 | Только кратковременное воздействие |
| Температура окисления | 600 | 1112 | Риск окисления выше этой температуры |
| Параметры текучести начинают действовать при | 400 | 752 | Значительная утрата прочности |
При повышенных температурах сталь 45 сохраняет разумную прочность, но может страдать от окисления и накипи, что может ухудшить ее целостность в высокотемпературных приложениях.
Свойства обработки
Свариваемость
| Процесс сварки | Рекомендуемый наполнитель (классификация AWS) | Типичный защитный газ/флюс | Примечания |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Смесь аргона и CO2 | Рекомендуется предварительный подогрев |
| TIG | ER70S-2 | Аргон | Требуется термическое лечение после сварки |
| Электродная сварка | E7018 | - | Требуется предварительный подогрев |
Сталь 45 может быть сварена различными методами, но часто требуется предварительный подогрев для предотвращения трещин. Температурная обработка после сварки также может улучшить свойства сварного соединения.
Обрабатываемость
| Параметр обработки | Сталь 45 (1045) | AISI 1212 | Примечания/Советы |
|---|---|---|---|
| Относительный индекс обрабатываемости | 70 | 100 | 1212 легче обрабатывать |
| Типичная скорость резания (точение) | 30 м/мин | 40 м/мин | Регулируйте в зависимости от износа инструмента |
Сталь 45 обладает хорошей обрабатываемостью, но не так легко обрабатывается, как некоторые свободнообрабатываемые стали, такие как AISI 1212. Оптимальные скорости резания и инструменты следует учитывать для достижения лучших результатов.
Формуемость
Сталь 45 обладает умеренной формуемостью, что делает ее подходящей для холодной и горячей формовки. Однако необходимо избегать чрезмерного упрочнения, которое может привести к трещинам во время изгиба.
Термическая обработка
| Процесс обработки | Температурный диапазон (°C/°F) | Типичное время выдержки | Метод охлаждения | Основная цель / Ожидаемый результат |
|---|---|---|---|---|
| Отжиг | 600 - 700 / 1112 - 1292 | 1 - 2 часа | Воздух | Смягчение, улучшение обрабатываемости |
| Закалка | 800 - 850 / 1472 - 1562 | 30 - 60 минут | Масло или вода | Закалка, повышение прочности |
| Отпуск | 400 - 600 / 752 - 1112 | 1 час | Воздух | Снижение хрупкости, улучшение жесткости |
Процессы термической обработки значительно изменяют микроструктуру стали 45, улучшая ее механические свойства. Закалка увеличивает твердость, в то время как отпуск снижает хрупкость, делая ее подходящей для различных приложений.
Типичные применения и конечные использования
| Отрасль/Сектор | Пример конкретного применения | Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении | Причина выбора |
|---|---|---|---|
| Автомобильная | Передаточные валы | Высокая прочность на растяжение, пластичность | Необходимы для долговечности и производительности |
| Машиностроение | Шестерни | Износостойкость, обрабатываемость | Необходимо для точности и долговечности |
| Строительство | Структурные компоненты | Прочность, жесткость | Критично для несущих конструкций |
| Инструменты | Держатели инструментов | Твердость, устойчивость к нагреву | Необходимо для долговечности и производительности инструментов |
Другие применения включают:
- Гидравлические цилиндры
- Крепежи
- Коленчатые валы
- Осевые валы
Сталь 45 выбирается для этих приложений благодаря своему балансу прочности, жесткости и обрабатываемости, что делает ее идеальной для компонентов, которые должны выдерживать значительные механические нагрузки.
Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие сведения
| Особенность/Свойство | Сталь 45 (1045) | AISI 4140 | AISI 1018 | Краткое примечание о плюсах/минусах или компромисс |
|---|---|---|---|---|
| Ключевое механическое свойство | Умеренная прочность | Высокая прочность | Низкая прочность | 4140 предлагает лучшую прочность, но труднее обрабатывается |
| Ключевая коррозионная характеристика | Удовлетворительная | Удобно | Отлично | 1018 более коррозионно-стойкий, но не так прочен |
| Свариваемость | Умеренная | Хорошая | Отличная | 1018 легче сваривать, в то время как 4140 требует предварительного подогрева |
| Обрабатываемость | Хорошая | Удовлетворительная | Отличная | 1018 легче обрабатывать, чем сталь 45 |
| Формуемость | Умеренная | Плохая | Хорошая | 1018 имеет лучшую формуемость для сложных форм |
| Приблизительная относительная стоимость | Умеренная | Выше | Ниже | Стоимость варьируется в зависимости от легирующих элементов |
| Типичная доступность | Обычная | Меньше распространена | Очень распространена | 1018 широко доступна, в то время как 4140 может быть менее доступна |
При выборе стали 45 такие соображения, как стоимость, доступность и конкретные механические свойства, имеют решающее значение. Умеренные затраты и хорошая доступность делают ее популярным выбором для различных приложений, но ее ограничения по коррозионной стойкости и свариваемости должны быть тщательно оценены в соответствии с требованиями проекта.
В заключение, сталь 45 является универсальной среднеуглеродной легированной сталью, которая предлагает баланс прочности, обрабатываемости и закаливаемости, делая ее подходящей для широкого спектра инженерных приложений. Однако ее ограничения по коррозионной стойкости и свариваемости требуют внимательного рассмотрения в конкретных условиях.