Сталь 45 після поліпшення: чи витримають болти/шпильки високі навантаження в сучасних конструкціях

Круг ст45 – один із найпопулярніших видів вуглецевих конструкційних сталей для виготовлення болтів, шпильок і валів. Така сталь містить близько 0,45% вуглецю, що забезпечує баланс міцності та оброблюваності.

Пруток сталь 45 популярний завдяки невисокій вартості заготовок, широкій доступності та можливості масового виробництва. Сталь легко піддається механічній обробці й термічному зміцненню, тому підходить для серійного виготовлення кріплень.

Поліпшення сталевих прутків – це процес термічної обробки, який є рекомендованим для відповідальних кріпильних виробів, так як в результаті підвищуються міцність, твердість і ударна в’язкість, а при роботі під навантаженням і розтягом без поліпшення можливі крихкі руйнування або деформації деталей.

Що дає поліпшення сталі 45

Сталь 45 круг рекомендується піддавати термообробці при температурі 830-860°C. При цьому можна використовувати як воду, так і олію (вибір середовища залежить від діаметра прутка).

Наступний важливий етап – високий відпуск 500–650 °C.

Це дозволяє отримати наступні властивості прутків після поліпшення:

• σв 700–900 МПа;
• σ0,2 500–700 МПа;
• δ5 ≥14%;
• KCU ≥50 кДж/м²;
• твердість HB 229–302.

Порівняльні властивості нормалізованої і загартованої сталі Ст45:

Як видно з таблиці, після термообробки властивості сталі, порівняно з нормалізованим прутком, покращуються. Зокрема, міцність прутка зростає на 30–50%, а в’язкість металопрокату – на 20–30%.

Які болти/шпильки виготовляються зі сталі 45

Для виготовлення болтів і шпильок варто круг сталь 45 купити, з якого після поліпшення можуть виготовлятися болти класу міцності 8.8, а за умови точного дотримання режимів термообробки – 9.8.

Клас 10.9 зазвичай досягається на легованих сталях (40Х та аналогах), тому для Ст45 застосовується рідше і потребує окремого підтвердження випробуваннями.

Прути круглого перерізу використовуються для виготовлення:

• болтів з шестигранною головкою;
• шпильок;
• анкерних болтів;
• фундаментних шпильок.

Найчастіше Ст45 застосовується для виробництва деталей розміром M10–M36 (найчастіше M12–M24). Для цього використовуються прутки згідно ГОСТ 1050, ГОСТ 2590, ГОСТ 7417, а готові болти виготовляються відповідно до ГОСТ 7798, ГОСТ 22042 або ДСТУ EN ISO 898-1 (для визначення класу міцності).

Реальні навантаження в сучасних конструкціях

Круг сталь 45 ціна на який є дуже вигідною, широко використовується для виготовлення комплектуючих, що застосовуються у різних сферах промисловості. Цьому сприяють високі характеристики міцності і в реальних ситуаціях болти і шпильки витримують такі навантаження:

1. Авто/сільгосптехніка: розтяг 400–700 МПа, циклічні навантаження 10^6–10^7 циклів.
2. Верстати/преси: фіксація вузлів з вібрацією та моментом затягування 200–600 Нм.

У реальних конструкціях це означає:

• Розтяг: болт M16 класу 8.8 витримує ≈50–70 кН розтягу (залежно від класу міцності та площі різьби).
• Зсув: приблизно 0,6 від допустимого розтягуючого навантаження.
• Циклічні навантаження: витримують помірну втомну роботу за умови правильного затягування.

Важливо зазначити, що 800–900 МПа є межею міцності матеріалу, а не робочим допустимим напруженням. Робочі напруження зазвичай приймаються на рівні 40–60% від межі міцності з урахуванням коефіцієнтів запасу.

Такі болти застосовують у машинобудуванні, металоконструкціях, вузлах із середнім і підвищеним навантаженням, у будівництві їх використовують для болтів для ферм, колон, опор, де обов’язково враховується похибка на вітер, динамічні та сейсмічні показники. Запас міцності завжди береться з коефіцієнтом 1,5–2,5 рази відповідно до норм проєктування.

Коли витримає, а коли ні

Можна стверджувати, що деталі зі сталі 45 після поліпшення витримують середні та підвищені навантаження за умови правильного розрахунку допустимих напружень, а також застосовуються у конструкціях, що не піддаються екстремальній корозії.

Сталевий пруток Ст45 не застосовується в конструкціях, де потрібні сталі з межею міцності понад 1000 МПа, Також не використовується у критичних вузлах (авіація, важкі крани) та для створення високотемпературних вузлів (>400 °C).  Альтернативою виступають такі марки сталі: 40Х, 40ХН, 30ХГСА, 38ХМА.

Сталь 45 після поліпшення – це надійний вибір для більшості стандартних машинобудівних і будівельних кріпильних з’єднань, оскільки поєднує достатній рівень міцності, оброблюваність і економічність. Однак для відповідальних або високоміцних з’єднань остаточний вибір матеріалу має підтверджуватися інженерним розрахунком та протоколами механічних випробувань.