Для исследования влияния скорости охлаждения на механические свойства нелегированного, легированного никелем (1,0 масс. % Ni) и медью (1,0; 2,0; 3,0 масс. % Cu) высокопрочного чугуна, отливали клиновидные пробы (кильблоки) толщиной от 8 до 45 мм длинной 100 мм и высотой 140 мм. Плавки проводили в электропечи ИСТ-016 на шихте из передельного чушкового чугуна марки ПЛ2 (70%) и литейного чушкового чугуна марки Л2 (30%). Расплав чугуна модифицировали в ковше лигатурой ЖКМК-4Р. Химический состав нелегированного высокопрочного чугуна находился в следующих пределах (% масс.): 3,4…3,7 С; 2,5…2,8 Si; 0,37…0,42 Mn; 0,015…0,025 S; 0,09…0,10 P; 0,023…0,037 Ti; 0,040…0,062 Mg.

Степень сфероидизации графита (ССГ) в отливках из нелегированного высокопрочного чугуна с толщиной стенки до 20 мм была более 90%, а в отливках с толщиной стенки от 30 мм ниже – 83…86%. При увеличении толщины отливки, снижаются временное сопротивление при растяжении σ_В. Относительное удлинение δ с увеличением количества феррита в металлической основе сначала повышается, достигает максимума в отливках толщиной 20 мм и далее снижается в более медленно охлаждающихся отливках. В отливках толщиной более 20 мм величина относительного удлинения уменьшается по причине снижения показателя ССГ и в результате действия масштабного фактора (больше ликвация, пористость и другие несовершенства в структуры). Отливки толщиной 20…30 мм из нелегированного высокопрочного чугуна имеют временное сопротивление при растяжении σ_В = 600…615 МПа и относительное удлинение δ = 11,4…9,9%.

В результате легирования высокопрочного чугуна 1,0 масс. % Ni, увеличивается количество перлита в металлической основе (65…95%), повышаются временное сопротивление при растяжении и снижается относительное удлинение. Характер влияния показателя ССГ и масштабного фактора в легированном 1,0 масс. % Ni высокопрочном чугуне по сравнению с нелегированным существенно не изменяется. Отливки из высокопрочного чугуна легированного никелем с толщиной стенки 20…30 мм имеют высокое временное сопротивление при растяжении σ_В = 735…705 МПа и относительное удлинение δ = 7,4…6,8%.

Во всех вариантах легирования медью (1,0…3,0 масс. % Cu) микроструктура клиновидных проб состояла из перлитной металлической основы (количество перлита не менее 94%). Поэтому наблюдаемое отличие механических свойств отливок различной толщины определялось особенностями сформировавшейся тонкой структуры металлической основы и влиянием масштабного фактора. В условиях проведенного исследования с увеличением толщины стенки отливки с 8 до 45 мм временное сопротивление при растяжении высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и перлитной металлической основой снижается с 950 до 750 МПа и относительное удлинение с 2,6 до 2,0%.

По сравнению с высокопрочным чугуном легированным никелем, при легировании медью увеличивается количество перлита в металлической основе, повышается временное сопротивление при растяжении и значительно снижается относительное удлинение.