1020 vs 1045: сравнение низкоуглеродистой и среднеуглеродистой сталей

Разрыв в химическом составе

	SAE 1020	SAE 1045
Углерод	0.17–0.23%	0.43–0.50%
Прочность в горячекатаном состоянии	~350–450 MPa	класс ~600 MPa
Способ упрочнения	Только химико-термическая обработка с образованием поверхностного слоя	Сквозная / поверхностная закалка
Свариваемость	Отличная	Требует подогрева и осторожности

В чем сильна 1020

1020 — это сталь для сварки и формовки: основания станков, кронштейны, пальцы и валы, испытывающие умеренные нагрузки. Она не может быть закалена насквозь — углерода недостаточно — но является отличной цементуемой сталью. После цементации и закалки поверхностный слой достигает примерно 58–62 HRC, в то время как низкоуглеродистая сердцевина остается мягкой и ударопрочной: классический рецепт для пальцев, втулок и легких зубчатых колес. Она также гнется, подвергается глубокой вытяжке и сваривается без специальной технологии, поэтому доминирует в общем машиностроительном производстве.

В чем сильна 1045

1045 содержит достаточно углерода для сквозной закалки в умеренных сечениях — реально в несколько десятков миллиметров при закалке в масле или воде — и хорошо реагирует на индукционную или пламенную закалку, обеспечивая поверхностные слои около 55–60 HRC поверх вязкой нормализованной или закаленной и отпущенной сердцевины. Это сочетание делает ее стандартной сталью для валов, осей, заготовок зубчатых колес и болтов в машинах средней нагруженности.

Компромисс со свариваемостью

Тот же углерод, который делает 1045 закаливаемой, повышает ее углеродный эквивалент и риск образования трещин. Сварка 1045 обычно требует подогрева (часто в диапазоне 150–250 °C в зависимости от толщины и жесткости закрепления), сварочных материалов с низким содержанием водорода и иногда снятия напряжений. Ничего из этого не относится к 1020, которую обычно сваривают вообще без подогрева.

Выбор

• Сварные конструкции, формованные детали, цементованные изнашиваемые детали → 1020.
• Валы и детали машин, которым требуются закаленные изнашиваемые поверхности или прочность после закалки и отпуска → 1045.
• Толстые сечения, которым требуется равномерная твердость по всему сечению → ни та, ни другая; следует перейти к хромомолибденовой стали, такой как 4140, где прокаливаемость обеспечивается легированием, а не углеродом.

Состояние поставки — половина спецификации

Обе марки продаются в горячекатаном, нормализованном, холоднотянутом и (для 1045) закаленном и отпущенном состоянии, и свойства изменяются в зависимости от состояния сильнее, чем от небольших различий в химическом составе между заводами. 1045 в состоянии закалки и отпуска достигает предела прочности на растяжение в области ~700–850 MPa при значительно лучшей пластичности и усталостном поведении, чем горячекатаный пруток с идентичным химическим составом, — именно поэтому в спецификациях на валы указывают состояние, а не просто марку. Холодное волочение повышает прочность и улучшает отделку обеих сталей ценой некоторой потери пластичности и является стандартной формой поставки для мелких точеных деталей. При сравнении коммерческих предложений следует сравнивать вместе марку + состояние + стандарт; одно «1045» описывает химический состав, а не эксплуатационные характеристики.

Похожие названия, на которые следует обратить внимание

Спецификации часто приходят с соседними марками: 1018 и 1022 ведут себя по существу как 1020 (различия заключаются в содержании марганца и небольших сдвигах углерода), в то время как C45 является аналогом 1045 по EN, а сама 1045 перекрывается с маркой 45 по GB. Такие замены обычно безопасны для общего машиностроения, но в заказе все же должен быть указан регулирующий стандарт, поскольку определения состояния поставки и требования к испытаниям — а не химический состав — являются той областью, где почти эквивалентные марки незаметно расходятся.