Thép 45 (1045/C45): Tính chất và ứng dụng chính
Chia sẻ
Table Of Content
Table Of Content
Thép 45, còn được gọi là 1045 hoặc C45, được phân loại là thép hợp kim cacbon trung bình. Nó chủ yếu bao gồm sắt với hàm lượng cacbon từ 0,42% đến 0,50%, làm cho nó phù hợp cho nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau. Các nguyên tố hợp kim chính trong Thép 45 bao gồm mangan, giúp tăng cường độ cứng và độ bền, và silic, giúp cải thiện quá trình khử oxy trong quá trình luyện thép.
Tổng quan toàn diện
Thép 45 được công nhận vì các đặc tính cơ học tuyệt vời, bao gồm độ bền kéo, độ dẻo và khả năng chống mài mòn tốt. Thép này thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai vừa phải, chẳng hạn như trục, bánh răng và nhiều bộ phận máy khác nhau. Khả năng xử lý nhiệt của thép cho phép đạt được nhiều mức độ cứng và độ bền, giúp thép trở nên linh hoạt cho các nhu cầu kỹ thuật khác nhau.
Thuận lợi:
- Khả năng gia công tốt: Thép 45 có thể gia công dễ dàng, cho phép sản xuất các thành phần một cách chính xác.
- Khả năng xử lý nhiệt: Thép có thể được làm cứng thông qua xử lý nhiệt, tăng cường độ bền và khả năng chống mài mòn.
- Ứng dụng đa dạng: Tính chất của nó làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Hạn chế:
- Khả năng chống ăn mòn: Thép 45 có khả năng chống ăn mòn hạn chế, đòi hỏi phải có lớp phủ bảo vệ hoặc xử lý trong môi trường ăn mòn.
- Các vấn đề về khả năng hàn: Mặc dù có thể hàn nhưng thường phải gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau khi hàn để tránh nứt.
Theo truyền thống, Thép 45 là vật liệu chủ lực trong ngành sản xuất, đặc biệt là trong các ứng dụng ô tô và máy móc, do có độ bền và độ dẻo cân bằng.
Tên thay thế, Tiêu chuẩn và Tương đương
| Tổ chức tiêu chuẩn | Chỉ định/Cấp bậc | Quốc gia/Khu vực xuất xứ | Ghi chú/Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Liên Hiệp Quốc | G10450 | Hoa Kỳ | Tương đương gần nhất với AISI 1045 |
| AISI/SAE | 1045 | Hoa Kỳ | Tên gọi thường dùng |
| Tiêu chuẩn ASTM | A29/A29M | Hoa Kỳ | Tiêu chuẩn chung cho thép cacbon |
| VI | C45 | Châu Âu | Những khác biệt nhỏ về thành phần cần lưu ý |
| ĐẠI HỌC | C45 | Đức | Tương đương với EN C45 |
| Tiêu chuẩn Nhật Bản | S45C | Nhật Bản | Tính chất tương tự, nhưng tiêu chuẩn khác nhau |
| Anh | 45# | Trung Quốc | Điểm tương đương với một số thay đổi nhỏ |
Sự khác biệt giữa các cấp độ tương đương này có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn dựa trên các đặc tính cơ học cụ thể hoặc tính khả dụng ở một số khu vực nhất định. Ví dụ, trong khi C45 và 1045 thường được coi là tương đương, các quy trình xử lý nhiệt cụ thể có thể mang lại các đặc tính hiệu suất khác nhau.
Thuộc tính chính
Thành phần hóa học
| Nguyên tố (Ký hiệu và Tên) | Phạm vi phần trăm (%) |
|---|---|
| C (Cacbon) | 0,42 - 0,50 |
| Mn (Mangan) | 0,60 - 0,90 |
| Si (Silic) | 0,15 - 0,40 |
| P (Phốt pho) | ≤ 0,040 |
| S (Lưu huỳnh) | ≤ 0,050 |
Vai trò chính của các nguyên tố hợp kim quan trọng trong Thép 45 bao gồm:
- Cacbon (C): Tăng độ cứng và độ bền thông qua xử lý nhiệt.
- Mangan (Mn): Tăng cường độ cứng và độ bền kéo, cải thiện các tính chất cơ học tổng thể.
- Silic (Si): Có tác dụng khử oxy và tăng độ bền.
Tính chất cơ học
| Tài sản | Tình trạng/Tính khí | Nhiệt độ thử nghiệm | Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị đo lường) | Giá trị/Phạm vi điển hình (Anh) | Tiêu chuẩn tham chiếu cho phương pháp thử nghiệm |
|---|---|---|---|---|---|
| Độ bền kéo | Ủ | Nhiệt độ phòng | 570 - 700MPa | 83 - 102 ksi | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%) | Ủ | Nhiệt độ phòng | 350 - 450MPa | 51 - 65 ksi | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ giãn dài | Ủ | Nhiệt độ phòng | 16-20% | 16-20% | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ cứng (Brinell) | Ủ | Nhiệt độ phòng | 170 - 210 HB | 170 - 210 HB | Tiêu chuẩn ASTM E10 |
| Sức mạnh tác động (Charpy) | Ủ | -20°C | 30 - 50J | 22 - 37 ft-lbf | Tiêu chuẩn ASTM E23 |
Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho Thép 45 phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai tốt khi chịu tải trọng cơ học, chẳng hạn như trong các bộ phận ô tô và máy móc.
Tính chất vật lý
| Tài sản | Điều kiện/Nhiệt độ | Giá trị (Đơn vị đo lường) | Giá trị (Anh) |
|---|---|---|---|
| Tỉ trọng | Nhiệt độ phòng | 7,85g/cm³ | 0,284 lb/in³ |
| Điểm nóng chảy | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Độ dẫn nhiệt | Nhiệt độ phòng | 46 W/m·K | 31,7 BTU·in/h·ft²·°F |
| Nhiệt dung riêng | Nhiệt độ phòng | 0,49 kJ/kg·K | 0,12 BTU/lb·°F |
| Điện trở suất | Nhiệt độ phòng | 0,0006 Ω·m | 0,00001 Ω·trong |
Các tính chất vật lý quan trọng như mật độ và độ dẫn nhiệt có ý nghĩa quan trọng đối với các ứng dụng mà trọng lượng và khả năng tản nhiệt là những yếu tố quan trọng, chẳng hạn như trong các bộ phận ô tô và hàng không vũ trụ.
Chống ăn mòn
| Chất ăn mòn | Sự tập trung (%) | Nhiệt độ (°C) | Xếp hạng sức đề kháng | Ghi chú |
|---|---|---|---|---|
| Khí quyển | - | - | Hội chợ | Nguy cơ rỉ sét |
| Nước muối | - | 25 | Nghèo | Dễ bị rỗ |
| Axit | - | 25 | Nghèo | Không khuyến khích |
| kiềm | - | 25 | Hội chợ | Sức đề kháng vừa phải |
Thép 45 có khả năng chống ăn mòn hạn chế, đặc biệt là trong môi trường nước muối, nơi có thể xảy ra hiện tượng rỗ. So với thép không gỉ như 304 hoặc 316, có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, Thép 45 ít phù hợp hơn cho các ứng dụng tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt mà không có lớp phủ bảo vệ.
Khả năng chịu nhiệt
| Tài sản/Giới hạn | Nhiệt độ (°C) | Nhiệt độ (°F) | Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa | 300 | 572 | Thích hợp cho nhiệt độ vừa phải |
| Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa | 400 | 752 | Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn |
| Nhiệt độ thang đo | 600 | 1112 | Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ trên |
| Cân nhắc về sức bền kéo dài bắt đầu từ khoảng | 400 | 752 | Mất sức mạnh đáng kể |
Ở nhiệt độ cao, Thép 45 vẫn duy trì được độ bền hợp lý nhưng có thể bị oxy hóa và đóng cặn, có thể làm giảm tính toàn vẹn của thép khi sử dụng ở nhiệt độ cao.
Tính chất chế tạo
Khả năng hàn
| Quy trình hàn | Kim loại phụ gia được đề xuất (Phân loại AWS) | Khí/Nhiệt che chắn điển hình | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Hỗn hợp Argon + CO2 | Nên làm nóng trước |
| TIG | ER70S-2 | Khí Argon | Cần xử lý nhiệt sau khi hàn |
| Dán | E7018 | - | Yêu cầu làm nóng trước |
45 Thép có thể được hàn bằng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng thường cần phải gia nhiệt trước để tránh nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn cũng có thể tăng cường các đặc tính của mối hàn.
Khả năng gia công
| Thông số gia công | 45 Thép (1045) | AISI 1212 | Ghi chú/Mẹo |
|---|---|---|---|
| Chỉ số khả năng gia công tương đối | 70 | 100 | 1212 dễ gia công hơn |
| Tốc độ cắt điển hình (Tiện) | 30 m/phút | 40 m/phút | Điều chỉnh độ mòn của dụng cụ |
Thép 45 có khả năng gia công tốt, nhưng không dễ gia công như một số loại thép gia công tự do như AISI 1212. Cần cân nhắc tốc độ cắt và dụng cụ tối ưu để đạt được kết quả tốt nhất.
Khả năng định hình
Thép 45 có khả năng định hình vừa phải, phù hợp với các quy trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, cần lưu ý tránh làm cứng quá mức, có thể dẫn đến nứt trong quá trình uốn.
Xử lý nhiệt
| Quy trình điều trị | Phạm vi nhiệt độ (°C/°F) | Thời gian ngâm điển hình | Phương pháp làm mát | Mục đích chính / Kết quả mong đợi |
|---|---|---|---|---|
| Ủ | 600 - 700 / 1112 - 1292 | 1 - 2 giờ | Không khí | Làm mềm, cải thiện khả năng gia công |
| Làm nguội | 800 - 850 / 1472 - 1562 | 30 - 60 phút | Dầu hoặc Nước | Làm cứng, tăng cường độ |
| Làm nguội | 400 - 600 / 752 - 1112 | 1 giờ | Không khí | Giảm độ giòn, tăng độ dẻo dai |
Các quy trình xử lý nhiệt làm thay đổi đáng kể cấu trúc vi mô của Thép 45, tăng cường các tính chất cơ học của nó. Làm nguội làm tăng độ cứng, trong khi tôi luyện làm giảm độ giòn, làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
Ứng dụng điển hình và mục đích sử dụng cuối cùng
| Ngành/Lĩnh vực | Ví dụ ứng dụng cụ thể | Các tính chất chính của thép được sử dụng trong ứng dụng này | Lý do lựa chọn |
|---|---|---|---|
| Ô tô | Trục truyền động | Độ bền kéo cao, độ dẻo dai | Cần thiết cho độ bền và hiệu suất |
| Máy móc | Bánh răng | Khả năng chống mài mòn, khả năng gia công | Cần thiết cho độ chính xác và độ bền |
| Sự thi công | Thành phần cấu trúc | Sức mạnh, độ bền | Quan trọng đối với các ứng dụng chịu tải |
| Công cụ | Giá đỡ dụng cụ | Độ cứng, khả năng chịu nhiệt | Cần thiết cho tuổi thọ và hiệu suất của dụng cụ |
Các ứng dụng khác bao gồm:
- Xi lanh thủy lực
- Chốt
- Trục khuỷu
- Trục
Thép 45 được chọn cho các ứng dụng này vì độ bền, độ dẻo dai và khả năng gia công cân bằng, khiến nó trở nên lý tưởng cho các bộ phận phải chịu được ứng suất cơ học đáng kể.
Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn
| Tính năng/Thuộc tính | 45 Thép (1045) | Tiêu chuẩn AISI 4140 | AISI 1018 | Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi |
|---|---|---|---|---|
| Tính chất cơ học chính | Sức mạnh vừa phải | Độ bền cao | Sức mạnh thấp | 4140 có độ bền tốt hơn nhưng khó gia công hơn |
| Góc nhìn ăn mòn chính | Hội chợ | Tốt | Xuất sắc | 1018 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn nhưng lại thiếu độ bền |
| Khả năng hàn | Vừa phải | Tốt | Xuất sắc | 1018 dễ hàn hơn, trong khi 4140 cần phải gia nhiệt trước |
| Khả năng gia công | Tốt | Hội chợ | Xuất sắc | 1018 dễ gia công hơn thép 45 |
| Khả năng định hình | Vừa phải | Nghèo | Tốt | 1018 có khả năng định hình tốt hơn cho các hình dạng phức tạp |
| Chi phí tương đối xấp xỉ | Vừa phải | Cao hơn | Thấp hơn | Chi phí thay đổi tùy theo thành phần hợp kim |
| Khả năng cung cấp điển hình | Chung | Ít phổ biến hơn | Rất phổ biến | 1018 có sẵn rộng rãi, trong khi 4140 có thể ít hơn |
Khi lựa chọn Thép 45, các cân nhắc như chi phí, tính khả dụng và các đặc tính cơ học cụ thể là rất quan trọng. Chi phí vừa phải và tính khả dụng tốt khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến cho nhiều ứng dụng khác nhau, nhưng những hạn chế về khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn của nó cần được đánh giá cẩn thận theo yêu cầu của dự án.
Tóm lại, Thép 45 là thép hợp kim cacbon trung bình đa năng, cân bằng giữa độ bền, khả năng gia công và khả năng xử lý nhiệt, phù hợp với nhiều ứng dụng kỹ thuật. Tuy nhiên, hạn chế của nó về khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận trong các môi trường cụ thể.