Большинство предприятий Украины выпускает преимущественно высокопрочный чугун марки ВЧ500-7, что создает проблемы с производством современной техники, в которой можно успешно применять до 15 марок высокопрочного чугуна, обладающего широким диапазоном механических свойств – прочности при растяжении σ_В до 1600 МПа и относительного удлинения δ до 22 %.Достижение высокопрочным чугуном уровня прочности при растяжении выше 700 МПа возможно применением либо легирования, либо термической обработки. Одним из недорогих и наиболее качественно влияющих на структуру, которая определяет уровень прочностных свойств высокопрочного чугуна, легирующих химических элементов является медь, а из способов термообработки – нормализация.

В производственных условиях с применением литниково-модифицирующей системы с центробежным проточным реактором были изготовлены отливки «Диафрагма» с толщиной стенки 5 мм из нелегированного и легированного медью высокопрочного чугуна. Чугун выплавляли из шихты, которая состояла из 50 % передельного чушкового чугуна ПВК-3 и 50 % оборота высокопрочного чугуна. Перед выпуском в ковш в расплав вводили 0,1 % порошка графита марки МГ. Модифицирование проводили в литейной форме стандартной (~45 % Si и~7 % Mg) FeSiMg лигатурой ФСМг7 в количестве 0,8 % от массы заливаемого расплава. Расчетное количество меди в виде отходов штамповки вводили в ковш при выпуске металла из печи. Температура чугуна при заливке форм составляла 1430-1450 °С. Химический состав отлитых чугунов приведен в табл. 1.

Термическую обработку – нормализацию – проводили по следующему режиму: нагрев в соляной ванне до 870 °С, выдержка 20 мин, охлаждение на воздухе.

Таблица 1 – Химический состав металла отливок «Диафрагма»

Высокопрочный чугун

Содержание элемента, %

C

Si

Mg

Mn

Cr

Ni

Cu

S

P

Нелегированный

3,7

2,8

0,044

0,24

0,18

0,23

0,11

0,012

0,049

Легированный медью

3,4

3,0

0,052

0,20

0,19

0,22

1,50

0,010

0,049

Механические испытания проводили на образцах диаметром 3 мм, вырезанных из стенки отливки в литом состоянии и после нормализации. Полученные механические свойства и структура высокопрочных чугунов в опытных отливках представлены в табл. 2.

Таблица 2 – Механические свойства и структура металла отливок

Высокопрочный чугун

Механические свойства

Количество феррита, %

Твердость НВ, МПа

s_В, МПа

s_0,2,МПа

d,%

Нелегированный, литой

510

402

12,6

80

2130

Нелегированный, после нормализации

645

515

5,7

30

2640

Легированный медью, литой

815

636

5,7

30

2640

Легированный медью, после нормализации

985

720

6,0

5

2640

Микроструктура металлической основы нелегированного металла отливок в литом состоянии преимущественно ферритная (75-85 % феррита), тогда как после легирования – перлитная (до 70 % перлита). Шаровидный графит имел следующие характеристики: форма – ШГф5;4, диаметр включений – 9-45 мкм, количество включений – 630-720 шт/мм².

Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности влияния легирования медью, усиленного термической обработкой (нормализацией) на повышение прочностных характеристик тонкостенных отливок из модифицированного в предкристаллизационном периоде высокопрочного чугуна до уровня марок аустенито-ферритных высокопрочных чугунов, получаемых изотермической закалкой.