При получении шаровидных включений графита в чугуне для обработки исходного расплава применяют преимущественно магнийсодержащие лигатуры, в большинстве которых содержание кремния находится на уровне 43…48 %. Такое содержание кремния является достаточным для формирования повышенного количества стабильных силицидов химически активных элементов (Mg, Ca, Ce, и др.), которые выступают центрами инокуляции и роста шаровидного графита. При производстве тонкостенных отливок металлоемкость форм оказывается небольшой, в результате чего сокращается длительность заливки одной литейной формы до 5…10 с. Разрабатываемые применительно к указанным условиям процессы модифицирования в предкристаллизационном периоде должны быть малоинерционными, что ставит задачу разработки высокоэффективных быстрорастворимых модифицирующих сплавов.

На основе проведенных исследований фазового состава FeSiMg лигатуры изучения их влияния на структурообразование высокопрочного чугуна разработана и запатентована железо-кремний-магниевая лигатура с высоким содержанием кремния (60 %). Структура такой лигатуры состоит из ~69 % FeSi₂, также присутствуют 22,5% кремния и ~9% Mg₂Si.

Модифицирование высококремниевой лигатурой ФСМг7 в количестве 1,0% от массы расплава обеспечивает в стенке толщиной 2,0 мм получение высокопрочного чугуна с феррито-перлитной металлической основой (~55 % феррита) без структурно-свободного цементита. В стенках толщиной более 3,0 мм количество феррита достигает 90…95 %.

Критерием оценки графитизирующего действия магнийсодержащих лигатур при модифицировании считается плотность распределения включений шаровидного графита в структуре высокопрочного чугуна. Так, модифицирование высококремниевой магниевой лигатурой обеспечивает высокий уровень графитизации структуры тонкостенных отливок из высокопрочного чугуна – в структуре стенки толщиной 2,0 мм количество включений шаровидного графита составило 1683 шт/мм², а в структуре 3,0 мм и 12,0 мм ступеней – 1183шт/мм²и 785 шт/мм², соответственно.

Разработанный состав высококремниевоймагниевой лигатуры был также применен в опытном производстве при изготовлении из высокопрочного чугуна отливок с толщиной стенки 12 мм. Данные о химическом составе, структуре и механических свойствах отливок из высокопрочного чугуна, полученного модифицированием  расплава  в  литейных формах стандартной и разработанной лигатурами, приведены в таблице. Механические свойства определялись на стандартных образцах Ø5,0 мм, заготовки которых вырезали из отливок.

Таблица – Химический состав, структура и механические свойства высокопрочного чугуна, модифицированного в литейной форме FeSiMg лигатурами с различным содержанием кремния

% Si в лигатуре

Содержание элемента, %

Структура металлической основы

Механические свойства

C

Si

Mn

Mg

σ_В, МПа

σ_0,2, МПа

δ, %

45,6

3,81

2,48

0,43

0,041

П30 (Ф70)

564

418

8,6

60,0

3,86

2,73

0,39

0,039

П10 (Ф90)

541

396

12,7

Таким образом, внутриформенное модифицирование высококремниевой лигатурой ФСМг7обеспечивает более значительный прирост содержания кремния в чугуне, что свидетельствует о меньшей инерционности взаимодействия и, следовательно, о большей скорости плавления самой лигатуры в начальном периоде. Также следует отметить, что полученное среднее значение относительного удлинения значительно превышает требуемое по стандарту к марке высокопрочного чугуна ВЧ500-7.