45 сталь (1045/C45): Свойства и ключевые приложения

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.

Вернуться к блогу

Комментировать