Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2026-10-07 Происхождение:Работает
1020, 1045 и 1050 — это три марки одного и того же семейства простых углепластиков AISI/ASTM A29. Их химический состав отличается от углерода менее чем на полпроцента — 0,20%, 0,45% и 0,50% соответственно — однако эти несколько сотых процента меняют все, что имеет значение при закупках: прочность, свариваемость, обрабатываемость, прокаливаемость и области применения, для которых сталь подходит. В этой статье рассматривается лестница содержания углерода от низкого до средне-высокого и объясняется с инженерной точки зрения, почему каждый шаг меняет рекомендуемое использование.
Все три марки имеют одно и то же семейство чистого углерода AISI 10xx и одинаковые номинальные диапазоны содержания марганца и кремния. Переменной является углерод, и он выполняет большую часть работы.
| Марка | Диапазон углерода (%) | Mn (%) | Категория | Типичная твердость, горячекатаный (HB) |
|---|---|---|---|---|
| 1020 | 0,18–0,23 | 0,30–0,60 | Низкоуглеродистый (мягкий) | 111–156 |
| 1045 | 0,43–0,50 | 0,60–0,90 | Среднеуглеродистый | 163–192 |
| 1050 | 0,48–0,55 | 0,60–0,90 | Среднеуглеродистый (верхний) | 170–210 |
Обозначение категории нечеткое — металлурги иногда называют 1050 «высокоуглеродистым», хотя именно так правильнее называть стали с содержанием углерода выше 0,60%. На языке закупок: 1020 — конструкционно-сварная марка, 1045 — общепромышленная, средней прочности, 1050 — износостойкая. Читая таблицу, вы увидите, что содержание углерода увеличивается, твердость увеличивается, а также то, что вы можете сделать со сталью, меняется.
| Элемент (%) | 1020 | 1045 | 1050 |
|---|---|---|---|
| Углерод (С) | 0,18–0,23 | 0,43–0,50 | 0,48–0,55 |
| Марганец (Mn) | 0,30–0,60 | 0,60–0,90 | 0,60–0,90 |
| Кремний (Si) | 0,15–0,35 | 0,15–0,35 | 0,15–0,35 |
| Фосфор (Р), не более | 0.040 | 0.040 | 0.040 |
| Сера (S), не более | 0.050 | 0.050 | 0.050 |
Больше ничего не легируется. Это настоящие простые углеродистые стали — без хрома, молибдена и никеля. Это означает, что они дешевы, магнитны, поддаются ковке и сварке, но их прокаливаемость низкая, а максимальное полезное сечение для сквозной закалки невелико. Там, где требуется пруток средней прочности со сквозной закалкой, можно перейти к использованию таких марок сплавов, как стальной стержень AISI 4140 Cr-Mo , который содержит 0,80–1,10 % хрома и 0,15–0,25 % молибдена и подвергается сквозной закалке в масле до ~ 50 мм.
Приведенные ниже цифры типичны для горячекатаного круглого проката диаметром 25–50 мм в состоянии поставки (без термообработки).
| Свойство | 1020 (HR) | 1045 (HR) | 1050 (HR) |
|---|---|---|---|
| Предел прочности, МПа | 410–430 | 565–625 | 580–640 |
| Предел текучести (0,2%), МПа | 245–295 | 310–370 | 325–385 |
| Удлинение на 2 дюйма, % | 15–20 | 12–16 | 10–12 |
| Уменьшение площади, % | 40–55 | 30–40 | 25–35 |
| Твердость, по Бринеллю | 111–156 | 163–192 | 170–210 |
| Класс обрабатываемости (% от B1112) | ~65 (холоднотянутый) / ~50 (HR) | ~57 | ~55 |
| Рейтинг свариваемости | Отличный | Умеренный (предварительный нагрев до 150 °C) | Ограниченное (предварительный нагрев 200 °C + PWHT) |
Три шаблона заслуживают внимательного прочтения:
Прочность зависит от углерода , но только до определенного момента. Скачок с 1020 до 1045 значителен (приблизительно на 40% выше предел прочности); скачок с 1045 до 1050 небольшой. При содержании углерода выше 0,50% каждая дополнительная десятая процента дает все меньше и меньше прочности, но требует все большей и большей прочности.
Пластичность падает быстрее, чем растет прочность. Удлинение падает с 15–20% в 1020 г. до 10–12% в 1050 г. Сокращение площади падает примерно на 30 процентных пунктов по всем трем классам. Для любой детали, которая должна деформироваться, прежде чем выйти из строя, эта тенденция имеет значение.
Свариваемость резко падает при содержании углерода 0,30%. Ниже этой линии (1020) сталь сваривается как конструкционная сталь. Выше него (1045, 1050) предварительный нагрев и послесварочная термообработка становятся обязательными, а сам металл шва подвергается риску водородного растрескивания.
Марка 1020 является маркой с самым низким содержанием углерода в этом сравнении и наиболее подходит для сварных конструкций, изготовления листов и пластин, науглероженных деталей и фасонных профилей. При содержании углерода 0,20% его прочность при прокатке скромная (около 410 МПа UTS), но она окупается тремя способами:
Свариваемость. Для тонких и средних срезов предварительный нагрев не требуется. MIG, TIG, дуговая сварка и дуга под флюсом работают чисто. Углеродный эквивалент (CE) составляет около 0,30–0,35, что значительно ниже порога, при котором водородное крекинг становится проблемой.
Формируемость. 1020 гнётся, глубоко вытягивается и катится без трещин. Удлинение 15–20 % в горячекатаном прокате переходит в 25–30 % в холоднотянутой заготовке, поэтому стандартными материалами для штамповок, кронштейнов и тянутых стаканов являются холоднотянутая бесшовная труба 1020 и лист 1020.
Реакция науглероживания. 1020 — это стандартная марка для цементации: науглероживание, газовая или вакуумная цементация при 900–925 °C, закалка в масле, отпуск при 150–200 °C, и вы получаете гильзу с твердостью 58–62 HRC поверх прочного сердечника с твердостью 25 HRC. Это стандартный маршрут для недорогих изнашиваемых деталей: зубьев шестерен, кулачковых поверхностей, втулок, штифтов.
Границы 1020 одинаково ясны. Он не может затвердеть насквозь — в нем слишком мало углерода, чтобы образовать достаточно мартенсита, — поэтому он непригоден для любых деталей, которым требуется прочность в поперечном сечении выше ~300 МПа. Он плохо обрабатывается в горячекатаном состоянии (мягкая липкая стружка), но заметно улучшается при холоднотянутой заготовке, где наклепанная поверхность обеспечивает более чистую обработку.
1045 — рабочая лошадка семейства среднеуглеродистых. При содержании углерода 0,43–0,50% он находится в середине полосы, что обеспечивает полезное сочетание прочности, обрабатываемости и умеренной прокаливаемости. Это класс, который чаще всего указывается для:
Валы и штифты обрабатываются в диапазоне 20–50 мм, где достаточна прочность UTS 600 МПа, но сквозная закалка не требуется.
Изнашиваемые поверхности подвергаются индукционной и газопламенной закалке — зубья шестерен, шлицевые валы, поверхности гидроштоков. Содержание углерода достаточно велико, чтобы на индукционно нагретой поверхности образовался мартенсит с твердостью 55–60 HRC, в то время как сердцевина остается вязкой с твердостью 25–30 HRC.
Болты, ключи, трещотки, ручные инструменты, для которых требуются износостойкая поверхность и достаточная прочность сердечника, но нагрузка недостаточно велика, чтобы оправдать использование легированной стали.
Износостойкие пластины, штампы с низкими напряжениями, направляющие — детали, для которых твердость поверхности имеет большее значение, чем прочность поперечного сечения.
Термическая обработка 1045 проста. Аустенитизируйте при температуре 815–845 °C, закалку в воде или рассоле для тонких срезов (детали размером до ~ 12 мм смажьте маслом, чтобы избежать растрескивания) и отпустите при 150–200 °C для максимальной твердости или 425–540 °C для ударной вязкости. Марка чувствительна к закалочному растрескиванию в воде сечением более 25 мм; для более крупных валов, которые должны выдерживать усталость, правильным ответом будет использование стали AISI 4130 Cr-Mo или 4140, обе из которых подвергаются сквозной закалке в масле до больших сечений.
Свариваемость 1045 умеренная. При CE около 0,55–0,65 необходим предварительный нагрев до 150–200 °C и расходные материалы с низким содержанием водорода (E7018, ER70S-6). Для скрепленных соединений рекомендуется снимать послесварочные напряжения при температуре 550–650 °C. 1045 не следует указывать для сварных конструктивных узлов, где PWHT нецелесообразна; 1020 (или конструкционный класс, такой как A36) — лучший выбор.
1050 находится на одну ступень выше 1045 по содержанию углерода, и эта отметка имеет большее значение, чем может показаться. Добавление 0,05% углерода повышает твердость прокатки до 170–210 HB и, что более важно, твердость после закалки до 60–63 HRC — практический потолок для простых углеродистых сталей до того, как наступит чрезмерная хрупкость.
1050 указано для:
Плоские и листовые рессоры для применений с низкими нагрузками. Окно отпуска 400–500 °C обеспечивает полезное сочетание эластичности и прочности (≈45–50 HRC).
Ручной инструмент — молотки, долота, пробойники, ножницы. Изнашиваемая поверхность подвергается индукционной или огневой закалке до твердости 55–60 HRC на закаленном сердечнике.
Износостойкие пластины, лезвия скребков, края сельскохозяйственных орудий, где истирание умеренное, а удары низкие.
Шайбы стопорные, кольца стопорные, зажимы пружинные в холоднокатаном и отпущенном состоянии.
Компромисс – хрупкость. 1050 в закаленном состоянии имеет ударную вязкость ниже 10 Дж при комнатной температуре, что неприемлемо для любой детали, подвергающейся ударной нагрузке. Закалка обязательна, и даже после отпуска при 425 °C значения Шарпи остаются в пределах 15–20 Дж. Для деталей, в которых сочетается износ и удар, правильным ответом является марка сплава, например 4140 или 4150, или инструментальная сталь, а не 1050.
Сварка 1050 – это особый случай. При CE выше 0,75 марка требует предварительного нагрева до 200–250 °C, расходных материалов с низким содержанием водорода, соответствующих углероду (E8018 или ER80S-D2), и немедленного снятия напряжений после сварки. На практике 1050 сваривают редко; Детали выполнены в виде цельных поковок или выточены из цельного металла.
Чтобы прояснить эту взаимосвязь, рассмотрим, как эти три свойства изменяются в зависимости от углеродной лестницы:
| Тенденция свойства (при повышении содержания углерода 0,20 → 0,45 → 0,50) | Направление | Практическое последствие |
|---|---|---|
| Предел прочности и текучести | ↑ | Прочность 1045/1050 примерно на 40–55% выше, чем у 1020. |
| Удлинение и уменьшение площади | ↓ | 1050 имеет вдвое меньшую пластичность, чем 1020. |
| Твердость (горячекатаный) | ↑ | 1020 ~130 ГБ, 1045 ~180 ГБ, 1050 ~190 ГБ |
| Сквозная прокаливаемость | (легкий ↑) | Все три по-прежнему низкие — углерод сам по себе не углубляет закалку |
| Прокаливаемость поверхности (корпус) | ↑ | 1020 хорошо науглероживается; 1045/1050, индукционная закалка до твердости 55–63 HRC. |
| Обрабатываемость (горячекатаный) | ↓ | Чипсы 1020 липкие; Очиститель для срезов 1045 и 1050 после затвердевания |
| Свариваемость | ↓ резко | 1020 сваривается свободно; 1045 требует предварительного нагрева; 1050 редко сваривается |
| Риск закалочного растрескивания | ↑ | Закалка водой 1050 сечением >12 мм рискованна. |
| Стоимость (за кг, стандартные размеры) | ~ квартира | 1020 самый дешевый; 1045 и 1050 с разницей в 10–15% друг от друга. |
| Применение | Нагрузки | Рекомендуемый класс | Обоснование |
|---|---|---|---|
| Сварные кронштейны, рамы, конструкционные трубы | Статический, сварной | 1020 | Сварные швы без предварительного подогрева; дешевый; формуемый |
| Науглероженные шестерни, втулки, пальцы (низкая нагрузка) | Только поверхностный износ | 1020 (науглероженный) | Дешевый сердечник + корпус 58–62 HRC |
| Штампованные и тянутые детали, изготовление листов | Формирование | 1020 (холоднотянутый) | Лучшая пластичность из трех |
| Валы общеобработанные, 20–50 мм. | Изгиб + кручение | 1045 | Хорошее соотношение цены и качества; машины хорошо |
| Зубья шестерен, шлицы индукционной закалки | Поверхностный износ + умеренная нагрузка на сердечник | 1045 (индукционная закалка) | Корпус 55–60 HRC, ядро более 25 HRC |
| Ключи, трещотки, ручные инструменты (средний износ) | Износ + умеренное воздействие | 1045 или 1050 | Закаляется до твердости 55–58 HRC. |
| Плоские рессоры, листовые рессоры (низкое напряжение) | Многократный упругий изгиб | 1050 (закаленный 45–50HRC) | Высокий предел эластичности |
| Молотки, долота, ножницы | Удар + износ | 1050 (поверхностная закалка) | поверхность 60+HRC; дешевый |
| Износостойкие пластины, лезвия скребков | Истирание | 1050 | Лучшая износостойкость простого карбона |
| Штоки гидроцилиндров (средний режим) | Поверхностный износ + растяжение | 1045 (хромированный) | Стандартный выбор отрасли |
| Валы диаметром более 75 мм, критические по усталости | Сгибание + усталость | Ничего из этого — перейдите на 4140. | 1045/1050 не затвердевает насквозь |
| Пружины с ударом или повторным ударом | Цикличность + воздействие | Ничего из этого — перейдите на 5160/6150. | Сплаву 1050 не хватает прочности сплава при циклических нагрузках. |
Будет ли деталь свариваться в процессе эксплуатации? Да → 1020. При содержании углерода более 0,30 % сварка становится риском возникновения дефектов.
Является ли нагрузка преимущественно поверхностным износом с мягкой сердцевиной или с низкой нагрузкой? Да → 1020 науглероженный или 1045/1050 индукционная закалка в зависимости от нагрузки на сердечник.
Является ли нагрузка умеренной на растяжение и изгиб, без каких-либо требований к сквозной твердости? Да → 1045. Универсальный ответ.
Является ли деталь изнашиваемой кромкой, пружиной или ручным инструментом, подвергающимся истиранию, но незначительному удару? Да → 1050. Закаляется до твердости 60+HRC; дешевый.
Испытывает ли деталь циклические удары, усталость или большое сечение, которое необходимо затвердеть? Да → ни один из этих трех. Используйте легированную сталь AISI 4140 для валов или 5160/6150 для пружин.
Вопрос: Могу ли я использовать пружины 1045 вместо 1050?
Для плоских пружин с низким напряжением — да — 1045, закаленный при 425–500 °C, достигает 45–50 HRC и работает. Для более высоких пределов упругости или повторяющихся циклов лучшим выбором будет 1050, а для ударных пружин обе марки не подходят — укажите легированную пружинную сталь (5160, 6150, 9260).
Вопрос: Почему 1020 настолько слабее 1045?
Углерод при 0,20% образует меньше мартенсита при закалке и более мягкую перлитно-ферритную микроструктуру в горячекатаном состоянии. Разница металлургическая и фундаментальная: прочность простой углеродистой стали тесно связана с содержанием углерода.
Вопрос: Является ли 1050 «высокоуглеродистой» сталью?
По соглашению AISI стали с содержанием C выше 0,60% являются высокоуглеродистыми. 1050 находится на вершине среднеуглеродного диапазона (0,48–0,55%), хотя его иногда неофициально называют высокоуглеродистым. Поведение ближе к среднеуглеродистым, чем к настоящим инструментальным сталям.
Вопрос: Какой сплав лучше всего подходит для нарезания резьбы и шлицев?
Холоднотянутая сталь 1045 нарезает самую чистую резьбу из трех. Горячекатаная сталь 1020 дает липкую стружку, рвущую резьбу; Сплав 1050 в закаленном состоянии слишком абразивен для инструмента.
Вопрос: Могу ли я подвергнуть индукционную закалку 1020?
Не с пользой. При содержании углерода 0,20% индукционная закалка дает лишь около 40–45 HRC — едва выше, чем у холоднотянутого сердечника. Для индукционной закалки изнашиваемой поверхности необходимо не менее 0,40% углерода, что соответствует уровню 1045.
Если вы определяете размер детали и хотите получить второе мнение о том, выдержит ли 1020, подойдет ли 1045 или 1050 займет свое место, пришлите чертеж и вариант нагрузки. Qilu Metal поставляет горячекатаные, холоднотянутые, лущенные, быстрозакаленные и индукционно закаленные прутки всех трех марок в соответствии со стандартами ASTM A29, EN 10083-2 и JIS, с отчетами о прокатных испытаниях и полной отслеживаемостью. Отправьте электронное письмо по электронной почте enquiry@qilumetal.com, и наша команда металлургов ответит вам с ценовым предложением и рекомендациями по термообработке, соответствующими размеру вашей секции и нагрузке.
