Сталь 45: Химический состав, механические, физические и технологические характеристики

Общие данные

Заменитель

Сталь 40Х, Сталь 50, Сталь 50Г2

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-74, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8239-72, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 1050-74, ГОСТ 7414-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78. Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 16523-70. Лента ГОСТ 2284-79. Полоса ГОСТ 1577-81, ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70. Проволока ГОСТ 17305-71, ГОСТ 5663-79. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70, ГОСТ 1131-71. Трубы ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-87, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 8731-87, ГОСТ 21729-78.

Назначение

Вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхности термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

Химический состав (по ГОСТ 1050-2013)

Химический элемент	%
Углерод (C)	0.42-0.50
Кремний (Si)	0.17-0.37
Медь (Cu), не более	0.25
Мышьяк (As), не более	0.08
Марганец (Mn)	0.50-0.80
Никель (Ni), не более	0.25
Фосфор (P), не более	0.035
Хром (Cr), не более	0.25
Сера (S), не более	0.04

Структурный состав

Легированные стали подразделяются на виды по структурному анализу:

• В оттоженном виде — ледебуритный, ферритный, доэвтектоидный, заэвтектоидный, аустенитный.
• В нормализованном виде — аутенитный, мартенситный, перлитный.

Перлитный класс характеризуется низким содержанием легирующих элементов. К нему относятся легированные и углеродистые стали. Мартенситный включает в себя стали с более высоким процентом легирующих веществ. В аутенитный класс входят материалы с высоким значением легирующих элементов.

Содержание примесей

По способу производства и содержании примесей данный материал делится на 4 группы:

1. Обыкновенного качества. По химическому составу являются углеродистыми. Они выплавляются посредством кислорода или в мартеновских печах. Данные стали являются недорогими и уступают по своим свойствам другим классам.
2. Качественные. По химическому свойству являются углеродистыми или легированными. Так же, как и предыдущий тип, выплавляются в конвертерах или в мартеновских печках, при этом соблюдаются более строгие требования к составу шихты, работам по плавке и разливке.
3. Высококачественные. Данный тип выплавляется, как правило, в электрических печах. Очень высокого качества сталь изготавливается благодаря электропечам с электрошлаковым переплавом. Применяются также другие совершенные методы, направленные на повышение чистоты по неметаллическим включениям (сера и фосфор).
4. Благодаря электрошлаковому переплаву, который эффективно очищает от сульфидов и оксидов, создаются особовысококачественные стали. Такие стали бывают только легированными. Они проходят обработку в электропечах, к ним применяются специальные методы электрометаллургии.

Свойства стали Ст 45

Приобретая изделия из металла, необходимо знать свойства материала, из которого они изготовлены. То, из стали какой марки произведена продукция, влияет на ее стоимость, прочность, надежность. Это также определяет срок службы и возможную сферу применения.

В данном случае, вы найдете информацию про марку стали 45, которая часто используется для изготовления разнообразных металлических товаров. Она считается конструкционной углеродистой качественной. Чтобы приобрести изделия металлопроката из стали 45, ознакомьтесь с каталогами компании и обратитесь к нашим менеджерам.

Она поставляется в виде сортового и фасонного проката. Вы можете найти обширный список изделий, для которых она применяется. Например, серебрянка, листы металла разной толщины, прутья с разными видами обработки поверхности, поковки и кованые заготовки, длинномерные проволочные изделия, ленты и полоскы, а также трубы.

Механические свойства

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	δ, %	ψ, %	KCU, Дж/м2
Нормализация
200	340	690	10	36	64
300	255	710	22	44	66
400	225	560	21	65	55
500	175	370	23	67	39
600	78	215	33	90	59
Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, кованый и нормализованный. Скорость деформирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с.
700	140	170	43	96
800	64	110	58	98
900	54	76	62	100
1000	34	50	72	100
1100	22	34	81	100
1200	15	27	90	100

Механические свойства проката

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	σB, МПа	δ5, %	δ4, %	ψ, %
Сталь горячекатаная, кованая, калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации	25	600	16	40
Сталь калиброванная 5-й категории после нагартовки	640	6	30
Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой после отпуска или отжига	<590	40
Листы нормализованные и горячекатаные	80	590	18
Полосы нормализованные или горячекатаные	6-25	600	16	40
Лист горячекатаный	<2	550-690	14
Лист горячекатаный	2-3,9	550-690	15
Лист холоднокатаный	<2	550-690	15
Лист холоднокатаный	2-3,9	550-690	16

Механические свойства поковок

Сечение, мм	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	HB
Нормализация
100-300	245	470	19	42	143-179
300-500	245	470	17	35	143-179
500-800	245	470	15	30	143-179
<100	275	530	20	44	156-197
100-300	275	530	17	34	156-197
Закалка. Отпуск
300-500	275	530	15	29	156-197
Нормализация. Закалка. Отпуск.
<100	315	570	17	39	167-207
100-300	315	570	14	34	167-207
300-500	315	570	12	29	167-207
<100	345	590	18	59	174-217
100-300	345	590	17	54	174-217
<100	395	620	17	59	187-229

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска, °С	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2	HB
Закалка 850 °С, вода. Образцы диаметром 15 мм
450	830	980	10	40	59
500	730	830	12	45	78
550	640	780	16	50	98
600	590	730	25	55	118
Закалка 840 °С, вода. Диаметр заготовки 60 мм
400	520-590	730-840	12-14	46-50	50-70	202-234
500	470-520	680-770	14-16	52-58	60-90	185-210
600	410-440	610-680	18-20	61-64	90-120	168-190

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2
Закалка 850 °С, отпуск 550 °С. Образцы вырезались из центра заготовок.
15	640	780	16	50	98
30	540	730	15	45	78
75	440	690	14	40	59
100	440	690	13	40	49

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1250, конца 700. Сечения до 400 мм охлаждаются на воздухе.

Свариваемость

Трудносвариваемая. Способы сварки: РДС и КТС. Необходим подогрев и последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием

В горячекатаном состоянии при НВ 170-179 и sB = 640 МПа Ku тв.спл. = 1, Ku б.ст. = 1.

Склонность к отпускной способности

Не склонна.

Флокеночувствительность

Малочувствительна.

Технические характеристики

Данная сталь относится к тем материалам, которые трудно поддаются сварке, однако, при этом у нее отсутствует отпускная способность. Эта ее особенность часто очень хорошо влияет на изготовление сложных форм и деталей. Благодаря характеристикам данной стали, ударная вязкость изделий из нее всецело зависит от толщины взятого листа, причем наибольшим значением будет обладать самый толстый исходник. Но, даже несмотря на данный параметр, можно с уверенностью сказать, что практически любая конструкция, изготовленная из стали этой марки, выдержит практически любые, в том числе и самые интенсивные воздействия.

Это стало возможным благодаря применяемым способам обработки, а также производственному процессу, который разработан в соответствии с ГОСТ. Безусловно, в мире еще не создали материалы, обладающие бесконечной выносливостью к различным воздействиям, поэтому данный металл в этом смысле не исключение. Но благодаря высоким свойствам сырья, из которых производят материал, у него великолепные показатели.

Температура критических точек

Критическая точка	°С
Ac1	730
Ac3	755
Ar3	690
Ar1	780
Mn	350

Физические свойства

К физическим характеристикам стали относятся: плотность, коэффициент теплового расширения, теплопроводность, модуль упругости, удельная теплоемкость и электропроводность.

Металлические сплавы имеют высокие показатели плотности, теплоемкости и электрической проводимости. Рассмотрим физические свойства марки 45 (при t=20C).

Плотность или удельный вес — масса вещества на единицу объема, плотность стали 45 ГОСТ 1050–88 ρ=7826—7595 кг/м3.

Коэффициент линейного теплового расширения количественно равен относительной перемене линейных размеров вещества при росте (понижении) температуры в сплаве на 1 градус Цельсия, α (1/град).

Теплопроводность вещества — способность отдавать количество тепла от более прогретого участка к менее прогретому. Характеризуется величиной коэффициента теплопроводности, λ [Вт/(м·град)].

Под модулем Юнга подразумевается физическая величина, которая косвенно отображает возможности стали противостоять продольным деформациям (растяжению или сжатию)

Эта величина указывает на жесткость материала и является важной физической особенностью, E 10—5=2 МПа;. Удельная теплоемкость — количество тепла, необходимое для нагрева 1 килограмма вещества на 1 градус Цельсия, Ϲ [Дж/(кг·град)

Удельная теплоемкость — количество тепла, необходимое для нагрева 1 килограмма вещества на 1 градус Цельсия, Ϲ [Дж/(кг·град).

Электропроводность — способность материала быть проводником электрического тока. Характеризуется величиной удельного электрического сопротивления, Ṛ .

Критические точки

Чтобы кристаллическая решётка правильно перестроилась и сталь в процессе обработки приобрела необходимые свойства, её нужно выдержать определённое количество времени при определённой температуре.

Если сталь недостаточно прогреть, структура кристаллической решётки изменится не полностью, а перегрев во время обработки может способствовать появлению окалины. Оптимальная температура обработки СТ45 в процессе придания ей прочности задаётся критическими точками 730, 755, 690, 780, 350 °C.

Получить такие температурные значения можно в мартеновских и в электрических печах. На изменение кристаллической решётки, вследствие которого сталь 45 приобретёт привычную потребителю прочность, влияет также скорость нагрева, которой на современном оборудовании управляют при помощи электроники.

Не менее важны соблюдение определённых временных интервалов, в продолжение которых сплав удерживает температуру критических точек, и проведение определённых процедур охлаждения с использованием в качестве охладителя масла, порошка или воды.

Чтобы получить равномерное остывание высокого качества без проявления окалины используется масло. В случае больших размеров заготовок, их охлаждают на воздухе ввиду продолжительности такой процедуры.

Резка

Исходные данные			Обрабатываемость резанием Ku
Состояние	HB, МПа	sB, МПа	твердый сплав	быстрорежущая сталь
горячекатаное	170–179	650	1,0	1.0

Твердость, Мпа

Сортамент	ГОСТ	HB 10-1
Трубы	8731–87	207
Прокат горячекатан.	1050–88	229
калиброван. нагартован.		241
калиброван. отожжен.		207
горячекатан. отожжен.		197

Ударная вязкость, Дж/см2

Режимы термообработки	KCU при температурах
	-1000С	-800С	-600С	-400С	-200С	00С	+200С
Нормализация	6149	90–94
Отпуск

Предел выносливости, МПа

Термообработка		t-1	s-1
Режим	t, 0С
Нормализация	850	170	280
Отпуск	550–650

Прокаливаемость

Твердость для полос прокаливаемости HRCэ (HRB).

Расстояние от торца, мм / HRC э
1.5	3	4.5	6	7.5	9	12	16.5	24	30
50.5-59	41.5-57	29-54	25-42.5	23-36.5	22-33	20-31	(92)-29	(88)-26	(86)-24

Термообработка	Кол-во мартенсита, %	Крит.диам. в воде, мм	Крит.диам. в масле, мм
Закалка	50	15-35	6-12

Классификация

Сталь 45 делится на несколько групп в зависимости от способа обработки:

• кованая;
• калиброванная;
• со специализированным отжимом;
• горячекатаная;
• серебрянка.

Все группы стали, выпускающейся под маркой СТ 45, представлены в нашем ассортименте.

Физические свойства стали 45

T (Град)	E 10- 5 (МПа)	a 10 6 (1/Град)	l (Вт/(м·град))	r (кг/м3)	C (Дж/(кг·град))
20	2			7826
100	2.01	11.9	48	7799	473
200	1.93	12.7	47	7769	494
300	1.9	13.4	44	7735	515
400	1.72	14.1	41	7698	536
500		14.6	39	7662	583
600		14.9	36	7625	578
700		15.2	31	7587	611
800			27	7595	720
900			26		708

Достоинства и недостатки

Закалка деталей с помощью ТВЧ обладает как достоинствами, так и недостатками. К достоинствам можно отнести следующее:

• После закалки ТВЧ у детали сохраняется мягкой середина, что существенно повышает ее сопротивление пластической деформации.
• Экономичность процесса закалки деталей ТВЧ связана с тем, что нагревается только поверхность или зона, которую необходимо закалить, а не вся деталь.
• При серийном производстве деталей необходимо настроить процесс и далее он будет автоматически повторяться, обеспечивая необходимое качество закалки.
• Возможность точно рассчитать и регулировать глубину закаленного слоя.
• Непрерывно-последовательный метод закалки позволяет использовать оборудование малой мощности.
• Малое время нагрева и выдержки при высокой температуре способствует отсутствию окисления обезуглероживания верхнего слоя и образования окалины на поверхности детали.
• Быстрый нагрев и охлаждение не дают большого коробления и поводок, что позволяет уменьшить припуск на чистовую обработку.

Но индукционные установки экономически целесообразно применять только при серийном производстве, а для единичного производства покупка или изготовление индуктора невыгодно. Для некоторых деталей сложной формы производство индукционной установки очень сложно или невозможно получить равномерность закаленного слоя. В таких случаях применяют другие виды поверхностных закалок, например, газопламенную или объемную закалку.

Маркировка сплава

Конструкционные углеродистые качественные стали, по стандарту маркируются двузначным числом: сталь 05, 08…80, 85, которое указывает на усредненное значение, содержания углерода выраженное в сотых долях процента. Три цифры маркировки указывает на то что в сплаве содержится более чем 1% углерода, буква Л на отсутствие легировки — 45л, буквы Ст на его обыкновенное качество — Ст5.

Металлургическая промышленность производит стандартные стали марок от 05кп до 60, средний показатель углерода которых 0,05—0,60 процента, соответственно маркировки. Расшифровка марки стали 45 (фран. аналог С45) показывает содержание 0,45% С.

Термическая обработка

Для улучшения физико-механических свойств стали 45 применяются разнообразные режимы термической обработки, в ходе которых происходит структурная перестройка кристаллической решетки. При термообработке необходимо учесть следующие факторы:

• выбор правильного  температурного режима не допустит перегрева и появления окалины;
• от скорости нагрева зависит, какие именно характеристики приобретает металл;
• продолжительность выдержки определяется критическими точками, формой и размерами заготовки;
• качество изделия зависит от среды, в которой проходило его охлаждение.

В качестве предварительного этапа термообработки используется нормализация. Она облегчает механическую обработку металла.

Температура закалки стали 45 составляет 820-860 градусов. После нагрева изделие сразу помещается в охлаждающую среду, в качестве которой могут быть использованы:

• чистая вода;
• растворы солей;
• минеральное масло.

Процесс охлаждения должен проходить быстро и строго по графику. Закалка повышает твердость сплава в 2-2,5 раза и увеличивает его износоустойчивость.

Сразу после закалки проводится отпуск, который поможет:

• снять остаточные напряжения в металле, возникшие после закалки;
• увеличить степень его вязкости;
• снизить хрупкость.

Одновременно немного уменьшается и твердость металла. Добиться высоких значений прочности и износостойкости помогает низкий отпуск при 250 градусах.

Зачем проводить закалку?

В последнее время закалка все чаще проводится для того, чтобы повысить твердость поверхность для повышения срока службы детали. Если закалка прошла правильно, ее результатом станет:

1. Существенно повышается прочность и твердость. Для того чтобы поверхность зуба зубчатого колеса не деформировалось при воздействии нагрузки выполняется рассматриваемая процедура. Также пружины и рессоры могут выдерживать большие нагрузки по причине существенного повышения прочности путем изменения структуры при сильном нагреве и быстром охлаждении материала.
2. Повышается износостойкость поверхности. Несмотря на хорошие эксплуатационные качества стали, при ее использовании для изготовления деталей, используемых в машиностроении, авиастроении, есть вероятность быстрого износа из-за возникающей силы трения при контакте. Существенно повысить срок службы деталей можно путем изменения начальной структуры металла.
3. Современные методы проведения рассматриваемого процесса позволяют улучшить качества только поверхности детали, сердцевина, ее вязкость, остается неизменной. Этот момент определяет то, что прочность, твердость и износостойкость повышаются без проявления хрупкости, то есть получаемая деталь также имеет хорошую пластичность, может выдерживать продольную нагрузку.

Качество проводимой закалки зависит от скорости нагрева и правильности выбора температуры, времени выдержки и охлаждения. При этом наиболее важным параметром можно назвать температуру нагрева и скорость охлаждения, так как они определяют твердость, прочность металла. Закалка является сложным технологически процессом, для реализации которого нужно специальное оборудование и определенные навыки в проведении подобной работы.

Область применения

Самое большое распространение подобные металлы получили в машиностроении. Это связано с тем, что Сталь 45 позволяет получать дешевые изделия с весьма неплохими эксплуатационными качествами. Примером назовем:

1. Валы и валы-шестерни. В машиностроительной области весьма распространены валы и валы-шестерни, которые зачастую имеют ступенчатую форму. Подобные изделия становятся частью различных механизмов. Условия эксплуатации определяют возникновение поперечной и продольной нагрузки. Поэтому в приоритете высокая жесткость и прочность.
2. Шестерни. Для передачи крутящего момента во многих механизмах устанавливаются шестерни. Они представлены зубчатыми колесами, которые имеют посадочное отверстие. Во время работы на шестерню оказываются самые различные нагрузки. Кроме этого, при контакте поверхность зуба подвергается трению. Поэтому высокая твердость позволяет существенно продлить срок эксплуатации подобного изделия.
3. Трубы и элементы запорных механизмов. Несмотря на плохой показатель свариваемости Сталь 45 применяется также при производстве труб. Запорные механизмы могут применяться при большом давлении среды, и поэтому используемые элементы при их изготовлении должны обладать высокой жесткостью.

Согласно стандартам ГОСТ в виде заготовок выпускаются круги и различный прокат. Непосредственное получение деталей проводится при механической обработке за счет применения токарного или фрезерного оборудования.

Низкая коррозионная стойкость подобного металла определяет то, что в машиностроительной сфере получаемые изделия должны работать при условии постоянной смазки. Примером можно назвать механизмы подачи или скорости токарных станков, которые представлены большим количеством валов с насаженными зубчатыми колесами. Для того чтобы они прослужили дольше, проводиться подача масла, которое снижает трение и вероятность образования коррозии.

Для повышения некоторых качеств изделий проводится термическая обработка. В большинстве случаев она представлена закалкой с последующим отпуском. Для того чтобы исключить вероятность появления структурных дефектов из-за перенасыщения поверхности углеродом, процесс закалки существенно усложняется. Примером можно назвать применение различных соляных ванн для охлаждения. Закалка и отпуск проводятся до чистовой обработки, так как есть вероятность образования окалины и других дефектов.

Ценообразование

Лом стали 45 имеет стоимость в пределах 13 000 – 14 000 рублей за тонну. Данная цена ниже, чем у нержавейки и любых цветных металлов, но выше чем у чугунов. Точное значение стоимости лучше узнавать непосредственно в точках приема металлолома, так как на нее влияет много факторов:

• Значение котировок на Лондонской бирже черных металлов. Именно ее выбирают за основу стоимости большинство российских металлоприёмщиков.
• Соотношения потребительского спроса и предложения в Вашем регионе. Здесь также сказывается удаленность от крупных металлоперерабатывающих заводов.
• Процент содержания вредных примесей в составе, особенно серы.
• Наличие следов ржавчины на поверхности лома.
• Габариты кусков лома.
• Вид профиля: шестигранник, лист, квадрат, круг и прочее.
• Оплата по наличному или безналичному расчету. Как правило, пункты приема металлолома отдают предпочтение в покупке металла безналичным способом, за что делают соответствующую наценку.
• Вес поставки. Предпочтительные объемы составляют от 1000 килограмм.

Аналоги стали 45 в международной практике

Великобритания	060A47, 080M/M46, 1449-50CS/HS, 50HS
Евросоюз	C45/E/EC, C46, 2C45, 1.1191
КНР	45/H, ML45, SM45, ZG310-570, ZGD345-570
США	1044, 1045/H,G10420, G10430, G10440, G10450, M1044
Франция	1C45, 2C45, AF65, C40E, C45RR, CC45, XC42H1, XC42H1TS, XC45/H1, XC48
Япония	S45C, S48C. SWRCH45K, SWRCH48K

Рекомендации при выборе

Сталь 65г совсем не поддаётся свариванию. При изготовлении изделий следует учитывать это свойство.

Также нужно помнить, что материал чаще всего применяется для спортивного холодного оружия. Это обусловлено хорошей стойкостью к ударам при одновременной низкой стоимостью исходного материала. Это позволяет иметь в наличии снаряды при небольших материальных затратах.

Ножи из 65г не рекомендуется использовать в хозяйственных целях, например, на кухне, где постоянная сырость. Чтобы режущие инструменты, изготовленные из этой марки, не покрывались ржавчиной, их необходимо хранить в сухих помещениях. Масляное покрытие защитит клинки от коррозии.