В машинобудуванні, зокрема при проєктуванні навантажених вузлів, надзвичайно важливо правильно обрати матеріал, оскільки це безпосередньо впливає на термін експлуатації, міцність і безпеку механізмів і, відповідно, конструкції в цілому. Серед популярних сталей для виготовлення таких елементів часто використовується пруток сталь 45 (вуглецевий конструкційний метал) та кругляк 40Х (легована конструкційна сталь).
Обидва види металопрокату мають свої особливості, переваги й недоліки, тому вибір залежить від умов експлуатації вузла та від конкретних вимог до виробу. Зазвичай враховують такі фактори:
- механічні властивості (міцність, твердість, пластичність);
- стійкість до зносу, впливу корозії, деформації під час експлуатації;
- спосіб обробки металу (зварювання, різання, згинання);
- критерії експлуатації (температурний режим, наявність агресивного середовища подальшого використання виробу);
- ціна заготовок.
Які основні відмінності між цими двома видами металопрокату варто розглянути більш детально, щоб купити саме такий пруток, який матиме необхідні характеристики та, надалі, тривалий термін використання готового виробу.
Хімічний склад та основні характеристики
Сталь 45 (ГОСТ 1050-88):
- Тип: вуглецева конструкційна якісна.
- Вміст вуглецю: ~0,42–0,50%.
- Містить мінімальну кількість домішок (Mn, Si), легуючі добавки практично відсутні.
- Має високі показники механічної обробки.
Серед переваг даної марки сталі варто назвати наступне:
- Доступна вартість. На Сталь 45 круг ціна є нижчою порівняно з аналогічним прутком 40Х.
- Легко піддається обробці на верстатах.
- Добре загартовується з наступним відпуском.
Серед недоліків варто згадати про те, що в порівнянні зі сталь 40х, круг Ст45 має нижчу зносостійкість, обмежену ударну в’язкість, а також сталь Ст45 є чутливою до перегрівання під час термообробки заготовок.
Сталь 40Х (ГОСТ 4543-71):
- Тип: легована конструкційна.
- Вміст вуглецю: ~0,36–0,44%.
- Легуючі компоненти: хром (0,8–1,1%), може містити незначну кількість марганцю та кремнію.
Круг сталь 40х має такі переваги:
- Висока міцність і зносостійкість.
- Краща закалка металу (гартується на глибину 20–40 мм).
- Стійкість до втомного руйнування.
- Вища ударна в’язкість.
Проте варто пам’ятати, що на круг 40х ціна є суттєво вищою, і при цьому заготовки є більш складними в обробці, тому що вимагають суворого дотримання режиму термообробки. Недотримання технологічних вимог може призвести до появи тріщин на деталях. Термообробка сталі 45 відбувається під час процесу гартування та відпуск, що дає до 45 HRC за шкалою Роквелла. Неправильна термообробка може призвести до зниження міцності.
Сталь 40Х після гартування (850–880 °C) з відпуском (150–200 °C) досягає 50–55 HRC, має глибоку тверду зону, що ідеально для тертя.
Що обрати для виготовлення навантажених вузлів?
Якщо вузол працює без значних ударних навантажень, не піддається високому тертю, то при цьому можна знизити собівартість виготовлення деталей і обрати сталь 45 круг, що вважається достатньо надійним і економічно доцільним варіантом.
Але у випадку, якщо на вузол відбуваються циклічні навантаження, наприклад, вібрація, періодичні удари, і пріоритетом є довговічність та висока зносостійкість, тоді варто виготовляти деталі для навантажених вузлів із 40Х. Цей матеріал відмінно себе зарекомендував в критичних умовах, зокрема: підвищене тертя, навантаження, коливання температури тощо.
Якщо підсумувати все вище сказане, то по суті, круг сталь 45 – це конструкційна якісна вуглецева сталь, яка використовується для виготовлення поліпшених, нормалізованих, з поверхневою обробкою деталей підвищеної міцності, зокрема, розподільні/колінчасті вали, кулачки, циліндри, бандажі, шпинделі, шестерні, вал-шестерні, інші вироби.
Купити круг 40х рекомендується для виготовлення покращених деталей, що мають підвищену міцність, а саме вали, осі, плунжери, вал-шестерні, кулачкові/колінчасті вали, штоки, шпинделі, кільця, зубчасті вінці, рейки, оправки, півосі, болти, втулки, інші вироби.
Для навантажених вузлів, де важлива довговічність, краще обирати конструкційну леговану сталь 40Х – вона забезпечує тривалу надійність та безпеку роботи. Сталевий пруток 45 – хороший варіант для менш критичних деталей з помірним навантаженням.
