ГОСТ 1050-88 Сталь качественная и высококачественная. Сортовой и фасонный прокат, калиброванная сталь. Часть 1.

Сталь марки 45: ГОСТы

ГОСТы на прокат из конструкционной углеродистой качественной стали 45:

• ГОСТ 19903-74, 1577-93 – лист толстый
• ГОСТ 16523-97 – лист тонкий
• ГОСТ 8733-74, 8731-74, 8734-75, 21729-76, 8732-78 – труба
• ГОСТ 2284-79 – лента
• ГОСТ 5663-79, 17305-91 – проволока
• ГОСТ 7417-75, 8559-75, 8560-78, 1050-88 – калиброванный пруток
• ГОСТ 14955-77 – шлифованный пруток и серебрянка
• ГОСТ 82-70, 1577-93, 103-2006 – полоса
• ГОСТ 8479-70, 1133-71 – кованые заготовки

Основные характеристики стали 45

Любой сплав имеет свои отличительные характеристики, определенный химический состав, ряд заменителей, функциональное предназначение.

Марки 40, 45, 50 выделяются высокими показателями прочности, имея при этом небольшую вязкость и пластичность. Поскольку механические свойства марки и 45 идентичны маркам 40 и 50, эти стали являются взаимозаменяемыми.

Химический состав и свойства

Химическими составляющими сплава помимо железа и углерода являются и ряд других элементов, количество которых малосущественно. Процентное отношение химических составляющих стали 45:

• Железо (Fe) — около 97%.
• Углерод (C) — 0,42—0,5%.
• Марганец (Mn) — 0,5—0,8%.
• Кремний (Si) — 0,17—0,37%.
• Никель (Ni) — не больше 0,25%.
• Хром (Cr) — не больше 0,25%.
• Медь (Cu) — не больше 0,25%.
• Мышьяк (As) — не больше 0,08%.
• Сера (S) — не больше 0,04%.
• Фосфор (P) — не больше 0,035%.

От химического состава стали и структуры напрямую зависят ее химические свойства. Все элементы входящие в состав условно делятся на полезные и вредные. Процесс добавления полезных примесей носит название легирование. Если расшифровать маркировку 45х, то становится ясно что сплав содержит добавление хрома, 45 г — марганца.

Основные химические свойства материала:

• степень окисления:
• устойчивость к коррозии;
• жароустойчивость;
• жаропрочность.

Механические характеристики

Для анализа и контролирования свойств стали используют различные методы их определения. К примеру, критерии прочности и пластичность определяют опытным путем, образцы растягивают до разрыва. Твердость сплавов фиксируют измеряя противодействие материала при влиянии на его поверхность твердого элемента, например, алмазного наконечника. Вязкость — ударными испытаниями специальных образцов.

Читать также: Из какого металла алюминия меди или стали

Механические свойства и характеристики стали 45 (при t=20C).

Прочность — способность сплава выносить внешние нагрузки, не подвергаясь при этом разрушениям внутри. Характеризуется величинами: предел прочности, sв [МПа] и предел текучести стали 45, sT [МПа].

• труба — ГОСТ 8731–87 , sв =588 МПа, sT =323 МПа;
• прокат — ГОСТ 1050–88 , sв=600 МПа, sT =355 МПа;
• прокат отожженный — ГОСТ 1050–88 , sв =540 МПа.

Твердость — способность сплава оказывать сопротивление при воздействии твердых тел. Характеризуется величинами: твердость по Н. В. Бринеллю 10—1 [МПа], по Роквеллу HRC [МПа]. Для марки 45 в состоянии поставки:

• труба — ГОСТ 8731–87 , HB 10—1 = 207 МПа;
• прокат — ГОСТ 1050–88 , HB 10—1 = 229 МПа;
• прокат отожженка — ГОСТ 1050–88 , HB 10—1 = 207 МПа.

Пластичность — возможность сплава видоизменять свою форму под влиянием нагрузки и восстанавливать ее по окончании воздействия. Характеризуется величиной, относительное удлинение при разрыве, δ5 [ % ]:

• труба — ГОСТ 8731–87 , δ5 =14%;
• прокат — ГОСТ 1050–88 , δ5 =16%;
• прокат отожженка — ГОСТ 1050–88 — δ5 =13%.

Ударная вязкость — способность материала сопротивляться динамическим воздействиям нагрузки, KCU [ кДж / м2].

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;

Читать также: Изготовить деталь методом порошковая металлургия

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 [Ом·м].

Технологические характеристики применение стали 45

Технологические характеристики стали указывают на пригодность сплава к различным методам обработки. Материал имеет следующие технологические характеристики:

• Температура процесса ковки, градус — 1250 вначале, 700 в конце. Охлаждение сечений до 400 мм производится при нормальных условиях окружающей среды.
• Свариваемость — трудно поддается процессу сварки. Виды сварки: РДС и КТС, с использованием подогрева и последующей термообработки.
• Условия для резания — в горячекатаном состоянии при НВ 170—179 МПа и sB = 640 МПа.
• Не склонна к отпускной способности после отжига.
• Имеет малую флокеночувствительность.

Формирование метода термообработки материала, обусловлено эксплуатационными требованиями относительно деталей и механизмов. В металлообрабатывающей промышленности применяют такие виды обработки: нормализация, улучшение, закалка ТВЧ, закалка с низким отпуском и др.

Среднеуглеродистые стали нашли применение в изготовлении деталей, отличающихся повышенной прочностью материала с повышенным воздействием циклических нагрузок (зубчатые колеса редукторов, шатунные механизмы). Сталь марки 45 применяется при производстве:

• шестерен, вал-шестерней, коленчатых и распределительных валов, бандажей, цилиндров, кулачков; шпинделей;
• бесшовных труб и каркасных элементов трубопровода, требуют закалки и отпуска стали;
• ряда запчастей и конструкций в отрасли мотовелостроения.

Технологический пример. Тиски, круглогубцы и плоскогубцы, выполняют на основе сталей 45 и 50. Производя термическую закалку, в собранном виде, нагревать следует только губки изделия для предохранения от образования закалочных трещин. Для подобного нагрева предназначены свинцовые и соляные ванны. При обработке в камерной печи остывание области с резким переходом (шарнир) должно происходить медленно, опусканием и перемещением в жидкости только поверхности губок инструмента (до потускнения остальной части). Температурный режим процесса отпуска 220—320 градусов в интервале 30—40 минут.

Сталь 45: характеристики

Этот углеродистый качественный сплав с легкостью переносит температурные испытания, производимые в диапазоне 200-600°C. При удельном весе в 7826 кг/м3, этот металл обладает высокой твердостью – HB 10-1=170МПа.

Плотность стали 45 по ГОСТ 1050-88 составляет 7826-7595 кг/м3 в диапазоне 20-800оС.

Углеродистая качественная сталь 45, твердость по Бринеллю которой составляет 170МПа, имеет модуль упругости в E 10-5 = 2МПа (при 20оС) и предел прочности 245МПа.

Остальные физические и механические характеристики стали 45 представлены ниже:

Краткая характеристика

Сталь обладает плотностью в 7850 кг\м3. Выделяется среди остальных конструкционных сталей по своим механическим характеристикам: предел текучести составляет 640 МПа. Износоустойчива. Хорошо работает в условиях переменных и ударных нагрузок: предел выносливости 245 МПа, ударная вязкость 66 кДж\м2.

Марка 45 пластична и поддается всем видам механической обработки. Коэффициент упругости 2 МПа. Относительное удлинение 15%, а относительное сужение 40%. Значение коэффициента температурного линейного расширения находится в пределах 11,9-15,2 1/град.

Оптимальный интервал температуры работы 200-400 градусов. После прохождения данной отметки механические характеристики значительно падают.

Марка 45 не отличается повышенными антикоррозионными свойствами. Без нанесения защитного слоя поверхность стали покрывается ржавчиной. Химически неустойчива к большинству кислот и щелочей.

Сталь 45 относится к 3-ей группе свариваемости. Процесс ее сварки затруднителен и невозможен без проведения подготовительных работ: подогрев до 150-200 градусов. Сварные швы нестабильны в эксплуатации и подвержены образованию трещин.

Твердость «сырой» стали составляет 20-22 единиц по Роквеллу. Термическая обработка способна увеличить этот показатель сталям данного вида в 2-2,5 раза. Для этого применяют следующие ее виды:

• Нормализация проводится главным образом как предварительная термообработка. Ее проводят перед механической обработкой для улучшения процесса резания.
• Закалка увеличивает твердость до 50 HRC, повышает устойчивость к абразивному износу и прочность. Закалка всегда производится в воде.
• Низкий отпуск проводится с целью более равномерного распределения внутренних напряжений.

Сталь марки 45: применение

Сталь 45 марки широко используется в промышленности, в частности, она идет на изготовление валов (распределительных и коленчатых), шестерней, блиндажей, шпинделей, кулачков, цилиндров и т.п. 45-й металл позволяет получать нормализованные, улучшаемые поверхности, для которых характерна повышенная прочность. При необходимости на порядок улучшить характеристики готовых изделий технологи применяют металл марки 45, легированный хромом – 45х (доля хрома 0,8-1,1%), или литейную сталь 45л.

Сталь 45 считается материалом трудносвариваемым, однако ему не свойственна отпускная хрупкость. Это достаточно весомый фактор при создании конструкций сложных форм и конфигураций. Сварка данного металла производится 2 способами: КТС и РДС.

Химический состав и расшифровка

Марка 45 входит в группу конструкционных сталей повышенного качества. Цифра «45» означает содержание углерода в составе стали в сотых долях процента.

Количество и тип химических элементов в ее составе регулируется ГОСТом 1050-72. Основными компонентами являются углерод и железо. Углерод придает большую твердость, способность упрочняться методом термообработки, повышает обрабатываемость резанием.

Помимо базовых элементов сталь марки 45 содержит в своем составе следующие компоненты:

• Вредные примеси фосфора (до 0,035%) и серы (до 0,04%) оказывают отрицательное влияние на механические свойства. Их более крупные молекулы встраиваются в кристаллическую решетку стали и ослабляют ее прочность и износостойкость. Помимо этого, повышенное содержание фосфора и серы являются причиной появления красноломкости в сталях, т.е. образования трещин в момент обработки давлением.
• Полезные примеси марганца (0,5-0,8%) и кремния (0,17-0,37%) снижают внутреннее напряжение стали, тем самым уменьшая вероятность образования трещин. Способствуют увеличению эффективности упрочнения от проведения термической обработки. В целом, их наличие положительно сказывается на пластичности стали.
• Также сталь 45 имеет примеси никеля, хрома, меди и мышьяка. Общее содержание всех этих элементов не превышает 0,7%. По этой причине влияние их на свойства стали незначительно.

Стоит отметить, что наличие вышеперечисленных побочных примесей связано с несовершенством технологии выплавки и качества химического состава шихты.

Аналоги

Маркировка 45 широко распространена за пределом России и имеет множество зарубежных аналогов. Среди них можно выделить:

• 1044, 1045 США.
• 1.0503 Германии.
• S45C Японии.

Применение

Сталь марки 45 представляет собой оптимальное соотношение прочности, восприимчивости к механической обработке и цены, что позволило ей достичь широкого распространения в производстве.

Её активно применяют при изготовлении силовых элементов металлоконструкций. Там, где использование сварки является нецелесообразным. Хорошим примером будет направляющая балка тельферной линии. Применение стали 45 вместо Ст3 позволит применять двутавр меньших размеров, что положительно сказывается на общей массе металлоконструкции.

В машино- и станкостроении 45 марка применяется как материал для изготовления таких деталей как валы, шпиндели, кулачки, бандажи, плунжеры, суппорта, планшайбы и прочее.

Отлично подходит для производства конических, цилиндрических передач. Для того, чтобы увеличить срок эксплуатации шестерни необходимо дополнительное упрочнение ее поверхности химическим, термическим или механическим способом.

Помимо этого, 45 применяется для изготовления пружин и рессор, работающих в условиях нагрузок небольшой величины.

Из неё состоят основные элементы гидро- и пневмоцилиндров. В частности, гильза, служащая направлением для напорного поршня, детали обратных и выпускных клапанов, узел крепления, шток и прочее.

Применение

Как уже было отмечено, область применения материала довольно широка. При использовании качественной стали 45 могут изготавливаться различные заготовки. Металл поставляется на производственные линии в виде сортового и фасонного проката.

Применение стали 45 следующие:

1. Изготовление изделий, представленных телами вращениями. При создании различных конструкций довольно часто применяются валы, которые могут иметь несколько ступеней и канавки. При этом диаметральный размер может варьировать в большом диапазоне.
2. Шпиндели и кулачки, а также шестерни. Довольно сложным в изготовлении изделием можно назвать шестерни. Они получаются при процессе фрезерования круглых заготовок. На структуру может оказываться серьезное механическое воздействие. Именно поэтому часто проводится различная термическая обработка, к примеру, закалка или отпуск. Кулачки и другие подобные изделия также характеризуются тем, что на них оказывается серьезное механическое воздействие.
3. Крепежные изделия получили весьма широкое распространение. Они применяются для соединения различных изделий или их фиксации. К крепежным изделиям предъявляются высокие требования. К примеру, поверхность должна выдерживать существенное механическое воздействие или нагрузка, которая оказывается в поперечном направлении.
4. Пластинки и листовой материал. Довольно широкое распространение получил листовой металл. Он применяется при изготовлении различных изделий, а также обшивки несущих конструкций. Стоит учитывать, что сегодня листовой материал часто применяется при штамповке и другой обработке давлением.

Применение стали 45

Термическая обработка позволяет существенно расширить область применения металла. К примеру, проводится закалка и нормализация поверхности. Для существенного изменения эксплуатационных качеств проводится легирование состава различными химическими элементами, к примеру, хромом. Повышение концентрации хрома приводит к тому, что металл становится коррозионностойким.

Низкая отпускная хрупкость определяет то, металл применяется при создании изделий сложных форм и конфигураций. Примером можно назвать шестерни и звездочки, которые представлены зубьями со сложной конфигурацией.

Рассматривая аналоги отметим, что есть достаточно большое количество сплавов, которые характеризуются сходными качествами. К примеру, в США и Германии применяются собственные стандарты маркировки при создании сплавов, которые схожи со Сталь 45. К примеру, 1044 и 1045, 1.0503 и 1.1191. Выпуск аналогов проводится и во многих других странах. Что касается металлов со схожими эксплуатационными качествами, то к ним относятся сталь 50 и сталь 50Г, а также сталь 40Х, которая легируется при применении хрома.

Аналог Ст 45 — сталь 1.0503

В заключение отметим, что изделия из стали 45 обладают весьма привлекательными эксплуатационными качествами и при этом обходится недорого. Именно поэтому она применяется в машиностроительной отрасли в качестве основного металла. Структура характеризуется высокой обрабатываемостью резанием. Поэтому заготовки подвергают точению и фрезерованию.

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.

Температура критических точек стали 45

Как ранее было отмечено, для улучшения эксплуатационных качеств металла проводится термическая обработка. Она предусматривает оказание определенного воздействия на структуру, после чего происходит перестроение кристаллической решетки и изменение качеств. Во много при проведении термической обработки учитываются критические точки. Обработка стали Ст 45 проводится с учетом следующих факторов:

1. Температурного режима. Важно выбирать правильную температуру, так как слишком низкая становится причиной неполного нагрева структуры и полное перестроение структуры не произойдет. Слишком высокий показатель становится причиной перегрева металла, а также появления окалины. Для обеспечения воздействия требуемой температуры могут применяться самые различные установки. Примером назовем доменные печи или электрические установки. Слишком высокие температуры плавления определяют то, что выполнить закалку рассматриваемой стали в домашних условиях довольно сложно.
2. Скорости повышения температуры. Скорость нагрева также может определять то, какие именно качества будут передаваться обрабатываемому изделию. Современное оборудование позволяет с высокой точностью контролировать скорость нагрева. К примеру, ТВЧ имеют электронный блок управления, электрическая энергия преобразуется в магнитную, которая и становится причиной нагрева структуры.
3. Продолжительности временного промежутка между воздействием различных температур. При термической обработке всех металлов учитывается присутствие трех критических точек, которые учитываются. Длительность выдержки может зависеть не только от химического состава материала, но и размеров, формы заготовки.
4. Особенности прохождения процесса охлаждения. Во много качества получаемого изделия зависят от того, при каких условиях проходил процесс охлаждения. К примеру, есть возможность использовать масло или воду, а также различные порошки в качестве охлаждающей среды.

Довольно часто для изменения качеств металла применяется ТВЧ. Она характеризуется высокой эффективностью в применении, а также простотой в использовании. Сегодня встречаются модели, которые при желании можно установить в домашней мастерской.

Критическими точками принято считать температуры, при которых происходит перестроение структуры. Выделяют три основных температурных точек, которые отображаются на построенной диаграмме.

Уделяется внимание и выбору более подходящей среды охлаждения. К примеру, есть возможность провести охлаждение в воде. Однако подобная среда приводит к неравномерному охлаждению, что приводит к появлению окалины и других проблем. Для более высокого качества применяется масло. Крупногабаритные заготовки можно охлаждать на открытом воздухе, так как для снижения температуры требуется много времени.