Сплав 45С

Сталь 45 — конструкционная углеродистая нелегированная качественная сталь с содержанием углерода около 0,45 %. Благодаря сбалансированному сочетанию прочности, пластичности и износостойкости после термообработки она входит в число наиболее востребованных марок в машиностроении. Выпускается по ГОСТ 1050-2013, заменившему ГОСТ 1050-88.

Расшифровка марки и классификация

Цифра «45» в обозначении марки указывает среднее содержание углерода — 0,45 % (в сотых долях процента). Дополнительные буквенные индексы отсутствуют: сталь нелегированная, с нормальным содержанием марганца. По ГОСТ 1050-2013 классифицируется как:

• конструкционная углеродистая нелегированная специальная качественная;
• по степени раскисления — спокойная (сп);
• по структурному классу — перлитная.

Химический состав по ГОСТ 1050-2013

Элемент	Массовая доля, %
Углерод (C)	0,42–0,50
Кремний (Si)	0,17–0,37
Марганец (Mn)	0,50–0,80
Хром (Cr)	не более 0,25
Никель (Ni)	не более 0,25
Медь (Cu)	не более 0,25
Сера (S)	не более 0,040
Фосфор (P)	не более 0,035
Мышьяк (As)	не более 0,080

Основа — железо (Fe), остальное приходится на перечисленные элементы. Cr, Ni и Cu присутствуют в виде технологических примесей и на свойства влияют незначительно.

Физические свойства стали 45

Свойство	Значение при 20 °C
Плотность, кг/м³	7826
Модуль упругости (Юнга), ГПа	≈ 200
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К)	47–50
Коэффициент Пуассона	0,24–0,28

Механические свойства

Механические свойства стали 45 существенно зависят от вида термообработки и сечения заготовки. Ниже приведены нормируемые значения по ГОСТ 1050-2013 для основных состояний.

Нормализованное состояние (образец d = 25 мм)

Параметр	Значение
Предел текучести σ₀,₂, МПа	≥ 355
Временное сопротивление σB, МПа	≥ 600
Относительное удлинение δ₅, %	≥ 16
Относительное сужение ψ, %	≥ 40
Ударная вязкость KCU, Дж/см²	≥ 50

Улучшенное состояние (закалка + высокий отпуск, сечение до 80 мм)

После улучшения (закалка 820–860 °C + отпуск 550–650 °C) прочностные показатели повышаются. Конкретные значения определяются категорией прочности по ГОСТ 8479-70 и сечением поковки. Для ориентира — при категории прочности КП 490 (диаметр до 300 мм): σ₀,₂ ≥ 490 МПа, σB ≥ 655 МПа, δ₅ ≥ 14 %, KCU ≥ 49 Дж/см².

Механические свойства при повышенных температурах

Сталь 45 сохраняет работоспособность при длительной эксплуатации до 200 °C практически без снижения механических характеристик. При температурах выше 300–400 °C прочность и твёрдость заметно снижаются — это ограничивает применение марки в условиях длительного нагрева.

Твёрдость стали 45

Состояние поставки / обработки	Твёрдость
Горячекатаный и кованый прокат (отожженный или без термообработки)	не более HB 197
Калиброванный нагартованный прокат	не более HB 207
Закалённые образцы (нормализация + закалка с 840 °C в воду)	не менее HRC 38
После ТВЧ-закалки + низкий отпуск (200–260 °C)	55–60 HRC (поверхность)
После закалки + высокий отпуск (550–650 °C)	≈ HB 217–220

Технологические свойства

Свариваемость

Сталь 45 относится к трудносвариваемым из-за повышенного содержания углерода. Допустимые способы сварки — ручная дуговая (РДС) и контактная точечная (КТС). Оба способа требуют предварительного подогрева: для листов толщиной до 15 мм — до 100–150 °C, при бо́льшей толщине — до 200–250 °C. После сварки необходима термообработка для снятия напряжений.

Среднеуглеродистые стали чувствительны к концентрации напряжений и склонны к образованию горячих и холодных трещин в зоне термического влияния при нарушении режима подогрева. Применение в ответственных сварных конструкциях — ограничено.

Обрабатываемость резанием

В горячекатаном состоянии при HB 170–179 и σB ≈ 640 МПа — коэффициент обрабатываемости Kv = 1,0 (эталонный). Хорошо поддаётся токарной и фрезерной обработке. Предпочтительное состояние для механообработки — нормализация.

Флокеночувствительность и склонность к отпускной хрупкости

Малочувствительна к флокенам. Не склонна к отпускной хрупкости — возможен отпуск с охлаждением на воздухе.

Термообработка стали 45

Ковка

Температура начала горячей деформации — 1250 °C, конца — не ниже 700 °C. Заготовки сечением до 400 мм охлаждают на воздухе без дополнительных мер.

Нормализация

Нагрев до 840–880 °C, охлаждение на воздухе. Улучшает структуру, снимает напряжения после ковки и штамповки, повышает однородность механических свойств. Оптимальное состояние перед финишной механообработкой.

Закалка

Нагрев до 820–860 °C с последующим охлаждением в воде (для малых сечений) или масле (для сечений свыше 20–30 мм, где требуется снизить риск закалочных трещин). Охлаждение в масле даёт несколько меньшую твёрдость, но выше вязкость. После закалки — обязателен отпуск, т.к. в закалённом состоянии сталь хрупка.

Прокаливаемость ограничена: сердцевина деталей диаметром свыше 40–50 мм при закалке в воду не прокаливается насквозь. Это принципиально важно при проектировании деталей с равномерными требованиями к твёрдости по сечению.

Отпуск

• Низкий отпуск (200–260 °C) — применяется после ТВЧ-закалки. Снижает остаточные напряжения при сохранении высокой поверхностной твёрдости (55–60 HRC). Сердцевина остаётся вязкой.
• Высокий отпуск (550–650 °C) — улучшение. Обеспечивает оптимальное сочетание прочности и ударной вязкости. Применяется для валов, шестерён, шатунов. После охлаждения на воздухе.

Поверхностная закалка токами высокой частоты (ТВЧ)

Нагрев поверхности до 840–880 °C, охлаждение в воде. Твёрдость поверхности 40–56 HRC при вязкой незакалённой сердцевине. Оптимальный метод для деталей, работающих на износ при ударных нагрузках: шестерни, кулачки, шпиндели. Глубина закалённого слоя регулируется частотой тока и временем нагрева.

Азотирование

Для деталей, работающих на износ при невысоких контактных нагрузках, применяют кратковременное азотирование при 520–570 °C с выдержкой 1–6 ч. Повышает поверхностную твёрдость и износостойкость без коробления.

Область применения стали 45

Сталь 45 применяется для изготовления деталей повышенной прочности и износостойкости, работающих при циклических и контактных нагрузках:

• коленчатые и распределительные валы;
• шестерни, зубчатые колёса, шпиндели, оси;
• штоки, плунжеры, цилиндры;
• кулачки, бандажи, кронштейны;
• болты и гайки повышенной прочности со средними показателями вязкости;
• детали буровых установок (после отпуска при 500–550 °C): шестерни, шпонки, ролики, цепные колёса.

Марка не рекомендуется для ответственных сварных конструкций. В строительстве применяется ограниченно.

Подробнее о линейке конструкционных сталей — в разделе конструкционная сталь.

Сортамент и нормативные документы

Сталь 45 поставляется в следующих видах металлопродукции:

• сортовой прокат (круг, квадрат, шестигранник горячекатаный) — ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006;
• калиброванный прокат — ГОСТ 7417-75;
• полоса горячекатаная — ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70;
• лист горячекатаный — ГОСТ 1577-93;
• бесшовные трубы — ГОСТ 8732-78 (горячедеформированные), ГОСТ 8733-87 (холоднодеформированные);
• поковки и кованые заготовки — ГОСТ 8479-70.

Основной нормативный документ на марку: ГОСТ 1050-2013 (Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия).

Аналоги и заменители

Указанные зарубежные обозначения — ближайшие аналоги по химическому составу; точное соответствие свойств определяется применяемым стандартом и режимом термообработки.

Если к узлу предъявляются повышенные требования по прокаливаемости или ударной вязкости в крупных сечениях, следует рассмотреть смежную марку — Сталь 30 (меньшая твёрдость, лучшая свариваемость) или легированные аналоги.

Отечественные заменители (по согласованию с конструктором)

Марка	Особенности
50	Выше прочность и твёрдость, ниже пластичность и вязкость
50Г	Повышенное содержание марганца, лучшая прокаливаемость
40Х	Лучшая прокаливаемость, выше прочность при сохранении вязкости
40ХН	Хромоникелевая, высокая вязкость в улучшенном состоянии

Зарубежные аналоги (ближайшие по составу)

Страна / стандарт	Обозначение
США (AISI/SAE)	1045
Германия (DIN/EN)	C45 / 1.0503
Япония (JIS)	S45C
ЕС (EN 10083)	C45 (1.0503), C45E (1.1191)
Великобритания (BS)	080M46
Франция (NF)	C45
Китай (GB)	45