Марганец оказывает на структуру высокопрочного чугуна влияние, противоположное влиянию кремния, уменьшая активность углерода и число зародышей в расплаве, он тормозит графитизацию чугуна в процессе кристаллизации и способствует образованию отбела. Применение марганца в качестве элемента, повышающего степень перлитизации металлической основы высокопрочного чугуна, значительно дешевле, по сравнению с другими известными перлитизирующими элементами – медью, никелем. Однако в отличие от последних марганец повышает склонность тонкостенных отливок к отбелу, что требует соответствующей корректировки технологических параметров их получения.

Для исследования влияния скорости охлаждения (толщины стенки отливки) на механические свойства отливок из высокопрочного чугуна с содержанием 0,42; 0,63; 0,85; 0,98% Mn были отлиты комплекты клиновидных проб (кильблоков) толщиной от 8 до 45 мм. Для получения в структуре отливок шаровидной формы графита применяли модифицирование в ковше магний-кальциевой лигатурой ЖКМК-4Р в количестве 2,5% от массы жидкого чугуна. Содержание кремния в отливках находилось в пределах 2,60…2,95%.

Рис. 1. Влияние толщины стенки отливки и содержания марганца на механические свойства высокопрочного чугуна: 1 – 0,42% Mn; 2 – 0,63% Mn;
3 – 0,85% Mn; 4 – 0,98% Mn.

На основе результатов экспериментального исследования получены количественные закономерности, характеризующие влияние содержания марганца и толщины стенки отливки (скорости охлаждения) на механические свойства высокопрочного чугуна (рис. 1). В целом с повышением содержания марганца растут временное сопротивление при растяжении и условный предел текучести, при этом снижается относительное удлинение. Увеличение толщины стенки отливки способствует снижению прочностных свойств, но на величину относительного удлинения влияет незначительно по сравнению с влиянием содержания марганца. Отливки из высокопрочного чугуна с содержанием марганца 0,98 масc. % имеют высокие прочностные характеристики σ_В = 770…650 МПа; σ_0,2 = 530…430 МПа, при этом относительное удлинение δ = 7,4…6,8%.

Марганец является эффективным и экономичным средством повышения прочностных показателей и износостойкости высокопрочного чугуна. Путем повышения содержания марганца обеспечивается получение высокопрочного чугуна марки ВЧ600–3 (ДСТУ 3925–99), а при соответствующей корректировке технологических параметров можно получать и более высокую прочность при приемлемой величине относительного удлинения без применения дорогостоящего легирования медью или никелем.