Влияние содержания марганца и скорости охлаждения на кристаллизацию, структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна
Получены экспериментальные данные о влиянии содержания марганца (0,35-1,3 %) и скорости охлаждения (0,45-8,3 С/с) на отбел отливок из модифицированного в ковше высокопрочного чугуна. Установлены особенности влияния содержания кремния и ковшового графитизирующего модифицирования на снижение склонно...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Процессы литья |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114143 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние содержания марганца и скорости охлаждения на кристаллизацию, структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна / В.Б. Бубликов, А.А. Ясинский, Л.Н. Сыропоршнев, Д.С. Козак, Ю.Д. Бачинский // Процессы литья. — 2009. — № 6. — С. 28-34. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-114143 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1141432017-03-03T03:02:48Z Влияние содержания марганца и скорости охлаждения на кристаллизацию, структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна Бубликов, В.Б. Ясинский, А.А. Сыропоршнев, Л.Н. Козак, Д.С. Бачинский, Ю.Д. Кристаллизация и структурообразование сплавов Получены экспериментальные данные о влиянии содержания марганца (0,35-1,3 %) и скорости охлаждения (0,45-8,3 С/с) на отбел отливок из модифицированного в ковше высокопрочного чугуна. Установлены особенности влияния содержания кремния и ковшового графитизирующего модифицирования на снижение склонности к отбелу, структуру и механические свойства высокопрочного чугуна с различным содержанием марганца. Отримано експериментальні дані про вплив вмісту марганцю (0,35-1,3 %) і швидкості охолодження (0,45-8,3 С/с) на відбіл виливків з модифікованого у ковші високоміцного чавуну. Встановлено особливості впливу вмісту кремнію та ковшового графітизуючого модифікування на зниження схильності до відбілу, структуру та механічні властивості високоміцного чавуну з різним вмістом марганцю. Experimental data about influence of the content of manganese (0,35-1,3 %) and cooling rate (0,45-8,3 C/c) on castings chilling from the high-strength cast iron modified in a ladle are received. Features of influence of the maintenance of silicon and graphitizing modifyings in a ladle on propensity decrease to chilling, structure and mechanical properties of high-strength cast iron are established. The expediency of reception and application of high-strength iron with the various maintenance of manganese is proved. 2009 Article Влияние содержания марганца и скорости охлаждения на кристаллизацию, структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна / В.Б. Бубликов, А.А. Ясинский, Л.Н. Сыропоршнев, Д.С. Козак, Ю.Д. Бачинский // Процессы литья. — 2009. — № 6. — С. 28-34. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114143 669.131.7 ru Процессы литья Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Кристаллизация и структурообразование сплавов Кристаллизация и структурообразование сплавов |
| spellingShingle |
Кристаллизация и структурообразование сплавов Кристаллизация и структурообразование сплавов Бубликов, В.Б. Ясинский, А.А. Сыропоршнев, Л.Н. Козак, Д.С. Бачинский, Ю.Д. Влияние содержания марганца и скорости охлаждения на кристаллизацию, структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна Процессы литья |
| description |
Получены экспериментальные данные о влиянии содержания марганца (0,35-1,3 %) и
скорости охлаждения (0,45-8,3 С/с) на отбел отливок из модифицированного в ковше высокопрочного чугуна. Установлены особенности влияния содержания кремния и ковшового
графитизирующего модифицирования на снижение склонности к отбелу, структуру и механические свойства высокопрочного чугуна с различным содержанием марганца. |
| format |
Article |
| author |
Бубликов, В.Б. Ясинский, А.А. Сыропоршнев, Л.Н. Козак, Д.С. Бачинский, Ю.Д. |
| author_facet |
Бубликов, В.Б. Ясинский, А.А. Сыропоршнев, Л.Н. Козак, Д.С. Бачинский, Ю.Д. |
| author_sort |
Бубликов, В.Б. |
| title |
Влияние содержания марганца и скорости охлаждения на кристаллизацию, структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна |
| title_short |
Влияние содержания марганца и скорости охлаждения на кристаллизацию, структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна |
| title_full |
Влияние содержания марганца и скорости охлаждения на кристаллизацию, структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна |
| title_fullStr |
Влияние содержания марганца и скорости охлаждения на кристаллизацию, структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна |
| title_full_unstemmed |
Влияние содержания марганца и скорости охлаждения на кристаллизацию, структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна |
| title_sort |
влияние содержания марганца и скорости охлаждения на кристаллизацию, структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Кристаллизация и структурообразование сплавов |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114143 |
| citation_txt |
Влияние содержания марганца и скорости охлаждения на кристаллизацию, структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна / В.Б. Бубликов, А.А. Ясинский, Л.Н. Сыропоршнев, Д.С. Козак,
Ю.Д. Бачинский // Процессы литья. — 2009. — № 6. — С. 28-34. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Процессы литья |
| work_keys_str_mv |
AT bublikovvb vliâniesoderžaniâmargancaiskorostiohlaždeniânakristallizaciûstrukturoobrazovanieimehaničeskiesvojstvavysokopročnogočuguna AT âsinskijaa vliâniesoderžaniâmargancaiskorostiohlaždeniânakristallizaciûstrukturoobrazovanieimehaničeskiesvojstvavysokopročnogočuguna AT syroporšnevln vliâniesoderžaniâmargancaiskorostiohlaždeniânakristallizaciûstrukturoobrazovanieimehaničeskiesvojstvavysokopročnogočuguna AT kozakds vliâniesoderžaniâmargancaiskorostiohlaždeniânakristallizaciûstrukturoobrazovanieimehaničeskiesvojstvavysokopročnogočuguna AT bačinskijûd vliâniesoderžaniâmargancaiskorostiohlaždeniânakristallizaciûstrukturoobrazovanieimehaničeskiesvojstvavysokopročnogočuguna |
| first_indexed |
2025-07-08T07:00:24Z |
| last_indexed |
2025-07-08T07:00:24Z |
| _version_ |
1837061138577096704 |
| fulltext |
28 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 6
Кристаллизация и структурообразование сплавов
УДК 669.131.7
В. Б. Бубликов, А. А. Ясинский, Л. Н. Сыропоршнев*, Д. С. Козак,
ю. Д. Бачинский
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
*Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев
ВЛИЯНИЕ СОДЕРжАНИЯ мАРгАНЦА И СКОРОСТИ ОхЛАжДЕНИЯ
НА КРИСТАЛЛИЗАЦИю, СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И
мЕхАНИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ВыСОКОПРОЧНОгО ЧУгУНА
Получены экспериментальные данные о влиянии содержания марганца (0,35-1,3 %) и
скорости охлаждения (0,45-8,3 0С/с) на отбел отливок из модифицированного в ковше вы-
сокопрочного чугуна. Установлены особенности влияния содержания кремния и ковшового
графитизирующего модифицирования на снижение склонности к отбелу, структуру и меха-
нические свойства высокопрочного чугуна с различным содержанием марганца.
Отримано експериментальні дані про вплив вмісту марганцю (0,35-1,3 %) і швидкості охо-
лодження (0,45-8,3 0С/с) на відбіл виливків з модифікованого у ковші високоміцного чавуну.
Встановлено особливості впливу вмісту кремнію та ковшового графітизуючого модифікування
на зниження схильності до відбілу, структуру та механічні властивості високоміцного чавуну
з різним вмістом марганцю.
Experimental data about influence of the content of manganese (0,35-1,3 %) and cooling rate
(0,45-8,3 0C/c) on castings chilling from the high-strength cast iron modified in a ladle are
received. Features of influence of the maintenance of silicon and graphitizing modifyings in a ladle
on propensity decrease to chilling, structure and mechanical properties of high-strength cast iron
are established. The expediency of reception and application of high-strength iron with the various
maintenance of manganese is proved.
Ключевые слова: высокопрочный чугун, марганец, скорость охлаждения, степень отбела,
микроструктура, механические свойства.
Постановка проблемы в общем виде.
Наиболее распространенным литым конструкционным материалом является чугун.
Повышение качества чугунных отливок имеет первостепенное значение для всех отраслей
машиностроения, так как позволяет увеличить срок службы изделий, снизить их металло-
емкость, сократить потребность в стальных поковках, сортовом прокате и отливках из
стали и цветных металлов. Масса изделий, изготовленных из различных видов чугунов,
составляет 65–70 % от производимого в мире литья.
Широкое применение чугуна, по сравнению с другими материалами, например со
сталью, связано с его преимуществами (более низкая себестоимость, меньше темпе-
ратура плавления, лучшие литейные свойства и др.). Невысокая прочность изделий из
обычного серого чугуна обусловлена остроконечной формой включений графита, которые
выступают концентраторами напряжений, способствующими зарождению и распростра-
нению трещин. Эти недостатки приводят к увеличению размеров детали при проекти-
ровании и, следовательно, увеличению ее массы. Высокопрочный чугун с шаровидной
формой графита лишен вышеупомянутых недостатков. Такой чугун получают в результате
модифицирования расплава магнием или магниевыми лигатурами, действие последних
усиливается введением в их состав кальция, бария и редкоземельных металлов (РЗМ).
Объем производимых из высокопрочного чугуна изделий непрерывно увеличивается,
что в значительной мере определяется расширением областей применения этого кон-
струкционного материала. Замена стали высокопрочным чугуном обеспечивает снижение
массы отливок на 15–30 %, затрат энергии – на 25–40 %, времени на производство – на
15–20 %. Процесс получения тонкостенных отливок из высокопрочного чугуна является
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 6 29
Кристаллизация и структурообразование сплавов
технологически сложным, поскольку в условиях интенсивного теплоотвода возможно
образование структурно-свободного цементита [1].
Согласно последним данным, в Украине объем литых изделий, изготовленных из
высокопрочного чугуна, составляет 3,8 % от общего объема произведенного литья [2],
тогда как в технологически развитых странах этот показатель составляет более 30 % [3].
Механические свойства литых изделий зависят от структуры металла, которая опреде-
ляется химическим составом и скоростью охлаждения. В высокопрочных чугунах к
основным химическим элементам, определяющим структуру, относятся углерод, крем-
ний, марганец и магний.
Анализ последних достижений и публикаций.
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. С повышением содержания марганца увеличиваются количество и дисперсность
перлита в структуре, повышаются прочность, твердость и снижается пластичность
высокопрочного чугуна. Содержание марганца в чугуне с ферритной металлической
основой рекомендуется на уровне ≤ 0,3 % [4]. Марганец снижает порог хладноломкости,
поэтому в деталях, испытывающих ударные нагрузки и работающих при отрицательных
температурах, его содержание должно быть минимальным. Марганец повышает устой-
чивость цементита в составе перлита, затрудняет его распад при отжиге отливок. С
целью увеличения количества перлита в металлической основе, прочности и твердости
высокопрочного чугуна содержание марганца в нем повышают до уровня 0,7–0,9 %. Для
большей износостойкости содержание марганца в высокопрочном чугуне рекомендуется
увеличить до 1,0–1,4 % [5].
Применение марганца в качестве элемента, повышающего степень перлитизации
металлической основы высокопрочного чугуна, значительно дешевле по сравнению
с другими известными перлитизирующими элементами – медью, никелем, оловом.
Однако в отличие от последних марганец повышает склонность тонкостенных отливок
к отбелу, что требует соответствующей корректировки технологических параметров для
получения отливок без отбела.
Снижение склонности высокопрочного чугуна к отбелу достигается применением
качественных шихтовых материалов с содержанием серы < 0,015 %, что позволяет ми-
нимизировать количество вводимого в расплав магния путем оптимизации химического
состава чугуна, в частности, повышением содержания кремния, проведением (наряду со
сфероидизирующим) графитизирующего модифицирования ферросилицием или спла-
вами на его основе, содержащими активные модифицирующие элементы [1, 5-7].
Содержание марганца относится к основным факторам, обеспечивающих предотвращение
отбела тонкостенных отливок, регулирование соотношения перлит /феррит в металлической
основе и уровня прочностных показателей нелегированного высокопрочного чугуна.
Выделение нерешенной части проблемы.
В настоящее время предприятия Украины, производящие высокопрочный чугун
методом ковшового модифицирования, с одной стороны, для обеспечения необходимой
рентабельности используют шихтовые материалы обычного качества с содержанием
0,03–0,04 % S и часто с повышенным содержанием марганца (до 1 %), а с другой стороны,
стараются не применять дорогостоящие легирующие элементы – медь и никель, более
дешевым заменителем которых во многих случаях может являться марганец. В такой
технологической ситуации предприятия имеют проблемы с получением тонкостенных
отливок без отбела и с требуемым уровнем механических свойств. Для разложения
структурно-свободного цементита термической обработкой требуются значительные
дополнительные затраты, а многие небольшие предприятия вообще не имеют термических
печей для графитизирующего отжига отливок из высокопрочного чугуна.
Поэтому очевидна актуальность исследования особенностей влияния марганца в за-
висимости от скорости охлаждения на кристаллизацию, структурообразование и меха-
нические свойства модифицированного в ковше высокопрочного чугуна.
30 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 6
Кристаллизация и структурообразование сплавов
Цель и методика исследований.
Цель работы заключалась в исследовании влияния марганца в зависимости от
скорости охлаждения, содержания кремния, применения графитизирующего мо-
дифицирования на степень отбела, структурообразование и механические свойства
высокопрочного чугуна.
В качестве шихты применяли передельный литейный чушковый чугун марки ПЛ2
следующего химического состава (%мас.): 4,1 С; 0,75 Si; 0,35 Mn; 0,06 Cr; 0,035 S; 0,08 P.
Для получения планируемого содержания марганца в конце плавки в индукционную печь
вводили расчетное количество ферромарганца ФМн75. Для получения в структуре отливок
шаровидной формы графита расплав модифицировали в ковше лигатурой ЖКМК–4Р в
количестве 2,5 % от массы расплава.
Содержание кремния в высокопрочном чугуне в основной серии опытов составляло
2,5±0,25 %. В одной из серий опытов (при содержании марганца 1 %) варьировали со-
держание кремния в чугуне в пределах 2,0–3,5 %. В другой серии опытов проводили
графитизирующее модифицирование ферросилицием ФС75. Ферросилиций в количе-
стве 0,5 % от массы модифицируемого в ковше расплава вводили совместно с лигатурой
ЖКМК-4Р.
Аналогично методике, изложенной в работе [6], в каждом опыте в сырой песчаной фор-
ме отливали два комплекта пластин толщиной 5, 10, 15, 20 мм, шириной 40 мм и высотой
200 мм. Для расширения исследуемого диапазона скоростей охлаждения пластины
одного из комплектов отливали с применением вертикального чугунного холодильни-
ка, который контактировал с меньшими гранями отливок. Скорости охлаждения (V
охл
)
пластин представлены в табл. 1.
Макроструктуру оценивали по изломам пластин на середине их высоты. Картину из-
ломов изображали в виде схемы расположения площадей структур серого, белого и поло-
винчатого чугунов в плоскости поперечного сечения отливок. Степень отбела определяли
как долю (%) площади, занятой отбелом, + 0,5 площади, занятой половинчатой структу-
рой в общей площади излома. Для определения механических свойств высокопрочного
чугуна в каждом опыте отлива-
ли стандартные клиновидные
пробы с толщиной у основания
25 мм (ДСТУ 3925–99).
Анализ полученных данных,
обоснование научных результа-
тов.
И з г р а ф и к о в ( р и с . 1 ) ,
описывающих термокинетические
параметры охлаждения и фазовых
превращений, полученных на об-
разцах диаметром 20 мм, высотой
~ 30 мм и массой ~ 70 г, отлитых
в алундовые тигли, следует, что
увеличение содержания марганца
в высокопрочном чугуне с 0,35
Характеристика
отливок
Пластины, отлитые без
холодильника,
толщиной, мм
Пластины, отлитые с
холодильником,
толщиной, мм
5 10 15 20 5 10 15 20
V
охл
, 0С/с 4,20 1,25 0,6 0,45 8,3 4,8 2,3 1,53
Таблица 1. Скорость охлаждения (V
охл
) пластин в зависи-
мости от их толщины
Рис. 1. Охлаждение образцов высокопрочного чугуна, содержащего
0,35 % Mn (1) и 1,0 % Mn (2)
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 6 31
Кристаллизация и структурообразование сплавов
до 1,0 % снижает температуру эвтектического превращения на 20–30 оС, температуру
эвтектоидного превращения - на 40–50 оС. Следствием столь значительного переохлаж-
дения расплава перед кристаллизацией в результате повышения содержания марганца до
1 % является повышение склонности высокопрочного чугуна к частичному затвердеванию
по метастабильному варианту диаграммы состояния Fe–C с образованием цементитной
фазы. Значительное снижение температуры эвтектоидного превращения способствует
превращению аустенита преимущественно в перлит.
Установлены количественные зако-
номерности, характеризующие влияние
содержания марганца и скорости охлаж-
дения на степень отбела высокопрочного
чугуна (рис. 2). В опытах с содержанием
0,35 % Mn в чугуне при кристаллизации
отливок пластин происходит образование
отбела, начиная со скорости охлаждения
1,5 оС/с , а при скоростях охлаждения
более 2,0 оС/с степень отбела структуры
достигает 30–60 %, причем из комплекта
пластин, отливаемых без холодильника,
отбел образуется только в пластинах тол-
щиной 5 мм. В отливках пластин при
содержании в чугуне 0,55–1,0 % Mn
образование отбела начинается при
скорости охлаждения 0,5 оС/с, при ско-
рости более 5,0 оС/с степень отбела практически перестает увеличиваться, достигнув отмет-
ки 55 % для 0,55 % Mn и 70–80 % - для 0,75–1,00 % Mn. Полученные экспериментальные
данные позволяют количественно оценить, какое значительное влияние оказывает со-
держание марганца на увеличение степени отбела высокопрочного чугуна.
Содержание марганца в высокопрочном чугуне и скорость охлаждения оказывают
влияние и на параметры графитной фазы в структуре отливок (рис. 3). С увеличением
содержания марганца с 0,35 до 1,0 % количество
включений шаровидного графита в структуре плас-
тин, отлитых без холодильника, уменьшается в
среднем в два раза, а их диаметр становится боль-
ше. Это объясняется тем, что в расплаве марганец
связывает углерод в малоподвижные комплексы
карбидного типа, снижая его термодинамическую
активность. В результате уменьшения количества
активных зародышей графита увеличивается ско-
рость их роста, так как общая объемная скорость
Рис. 3. Влияние скорости охлаждения на
диаметр d (a) и количество N (б) включений
шаровидного графита в структуре отливок из
высокопрочного чугуна при содержании 0,35
(1) и 1,0 % (2) Mn
б
Рис. 2. Влияние содержания марганца (при 2,5 % Si) и скорос-
ти охлаждения отливок на степень отбела, Mn (%): 1 - 0,35;
2 - 0,55; 3 - 0,75; 4 - 1,0
Рис. 4. Влияние содержания кремния (при 1,0 % Mn) и
скорости охлаждения отливок на степень отбела: 1 - 2,0;
2 - 2,5; 3 - 3,0 % Si
32 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 6
Кристаллизация и структурообразование сплавов
кристаллизации постоянна в каждый момент и
определяется величиной теплоотвода [8].
При содержании 0,7–1,0 % Mn в структуре
стандартных клиновидных проб толщиной у
основания 25 мм и массой 7 кг наблюдаются
железомарганцевые карбидные включения (в
количестве до 1–2 %), в составе которых, по
данным микрорентгеноспектрального анализа,
выполненного на микроанализаторе «Камека»,
находится 5,5–7,4 % Mn. Наличие железо-
марганцевых карбидов в межзеренном про-
странстве свидетельствует о ликвации марганца
в последние порции затвердевающего расплава,
находящегося в междендритном пространстве.
Содержание марганца в перлите металлической
основы колеблется в пределах 0,75–1,25 %. Ми-
кротвердость железомарганцевых карбидов по
сравнению с цементитом, более высокая и ва-
рьируется в пределах 9800–13400 МПа, микрот-
вердость перлита составляет 3700–4060 МПа.
В микроструктуре базового высокопрочного
чугуна, содержащего 0,35 % Mn, перлит пре-
имущественно средне- и мелкопластинчатый.
При повышении содержания марганца до 1,0 %
преобладает крупнопластинчатый перлит.
И с с л е д о в а н о в л и я н и е к р е м н и я в
высокопрочном чугуне, содержащем 1% Mn, на
уменьшение степени отбела. Установлено, что
при изменении содержания кремния от 2,0 до
3,0 % степень отбела уменьшается в 2,0-2,5 раза
(рис. 4). С повышением содержания кремния
увеличиваются прочность (σ
в
) и пластичность
(δ), уменьшается твердость (НВ). Максимальная
ударная вязкость (КС) достигается при 3,0 %
Si (рис. 5). Необходимо отметить, что при со-
держании в высокопрочном чугуне 2 % Si и 1 %
Mn в структуре стандартных клиновидных проб
находилось до 10 % эвтектического цементита,
чем и объясняются высокая твердость, пони-
женная прочность, весьма низкие относительное
удлинение и ударная вязкость. При содер-
жании 2,5 % Si в структуре клиновидных
проб, из которых изготавливали образцы для
механических испытаний, наблюдались ранее
упоминаемые отдельные включения карбидной
фазы в межзеренном пространстве в количестве
1–2 %. Отдельные межзеренные включения
карбидов в количестве до 1 % (рис. 6) образу-
ются в микроструктуре клиновидных проб из
высокопрочного чугуна, содержащего 1,0 % Mn,
и при содержании кремния в нем 3,0 %.
В результате графитизирующего модифи-
цирования исходного высокопрочного чугуна,
содержащего 0,75 и 1,0 % Mn, ферросилицием
ФС75 в количестве 0,5 % от массы жидкого металла степень отбела снижается в 1,5-
2,0 раза (рис. 7).
Рис. 6. Микроструктура высокопрочного чу-
гуна, содержащего 1,0 % Mn и 3,0 % Si с вклю-
чениями межзеренных железомарганцевых
карбидов, х200
Рис. 5. Влияние кремния на механические
свойства высокопрочного чугуна, содержащего
1,0 % Mn
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 6 33
Кристаллизация и структурообразование сплавов
Влияние содержания марганца на микро-
структуру и механические свойства исходного
высокопрочного чугуна и после его графити-
зирующего модифицирования также опреде-
ляли на образцах, вырезанных из стандартных
клиновидных проб. При содержании 0,4 %
Mn количество феррита в металлической
основе было максимальным (60 %) для ана-
лизируемой выборки опытов. В результате
этого предел прочности при растяжении и
твердость имели минимальные значения,
а показатели относительного удлинения и
ударной вязкости – максимальные (рис. 8).
При содержании марганца 0,7 % и выше
количество феррита в металлической основе
уменьшается вплоть до 10 % при 1,3 % Mn,
что сопровождается повышением прочности,
твердости и снижением относительного удли-
нения. Графитизирующее модифицирование
способствует увеличению количества феррит-
ной составляющей в металлической основе,
повышению относительного удлинения и
ударной вязкости.
Исследование влияния содержания мар-
ганца в зависимости от скорости охлаждения
на механические свойства высокопрочного
чугуна проведено с применением специаль-
но изготовленного модельного комплекта
для получения клиновидных отливок (киль-
блоков) толщиной от 8 до 45 мм. Скорости
охлаждения клиновидных отливок различной толщины представлены в табл. 2.
Полученные экспериментальные закономерности (рис. 9) позволяют прогнозировать
влияние содержания марганца на механические свойства высокопрочного чугуна в за-
висимости от толщины стенок отливки (скорости охлаждения). В целом с повышением
содержания марганца растут показатели прочностных свойств высокопрочного чугуна и
снижается величина относительного удлинения. Увеличение скорости охлаждения также
способствует повышению прочностных свойств, но на величину относительного удлине-
ния влияет незначительно по сравнению с влиянием содержания марганца.
Рис. 7. Влияние содержания марганца, графитизирую-
щего модифицирования в ковше и скорости охлаждения
на степень отбела: без графитизирующего модифици-
рования при содержании марганца 0,75 (1) и 1,0 % (2);
при графитизирующем модифицировании (0,5 % ФС75)
при содержании марганца 0,75 (3) и 1,0 % (4)
Рис. 8. Влияние марганца на количество феррита и
механические свойства исходного высокопрочного
чугуна (1) после его графитизирующего ковшового
модифицирования ферросилицием ФС75 (2)
34 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 6
Кристаллизация и структурообразование сплавов
Выводы
На основе результатов экспериментального
исследования получены количественные за-
кономерности, характеризующие влияние
содержания марганца и скорости охлаждения
на степень отбела оливок, структурообразова-
ние и механические свойства высокопрочного
чугуна. Показано, что карбидообразующее
действие марганца значительно ослабляется
при повышении содержания кремния в чу-
гуне до 3,0–3,5 % и в результате применения
ковшового графитизирующего модифици-
рования ферросилицием ФС75. Марганец
является эффективным и экономичным
средством повышения степени перлити-
зации металлической основы, увеличения
прочностных показателей и износостойкости
высокопрочного чугуна. Путем повышения
содержания марганца обеспечивается получе-
ние высокопрочного чугунка марки ВЧ600–3
(ДСТУ 3925–99), а при соответствующей
корректировке технологических параметров
можно получить и более высокую прочность
при приемлемой величине относительного
удлинения без применения дорогостоящего
легирования медью или никелем.
1. Берчук Д. Н. Влияние внутриформенного графитизирующего модифицирования на структуро-
образование высокопрочного чугуна // Процессы литья. – 2003. – № 3. – С. 39–42.
2. Клименко С. И. Состояние литейного производства в Украине и перспективы его развития // Ли-
тейн. пр-во. – 2008. – № 5. – С. 36–37.
3. Мировое производство отливок в 2007 г. // Там же. – 2009. – № 2. – С. 27.
4. Iwo Henych. Trends in Melting and Magnesium Treatment of Ductile Iron. // Word Symposium on Ductile
Iron. – 1998. – Р. 17–73.
5. Ващенко К. И., Шумихин В. С. Плавка и внепечная обработка чугуна для отливок: Учебн. пособие.
– Киев: Вища шк., 1992. – 246 с.
6. Бубликов В. Б. Влияние шихтовых материалов и модификаторов на механические свойства высоко-
прочного чугуна // Процессы литья. – 2001. – № 3. – С. 24–32.
7. Csonka J .M. et.el. Ductile Iron Trends: reducing costs, Improving Quality // Modern Casting . – 2002.
– № 5. – Р. 27–29.
8. Гиршович Н. Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. – М.: Машгиз, 1966. – 558 с.
Поступила16.03.2009
Толщина отливки
у основания, мм
8 12 16 20 25 30 45
Vохл
, м/с 0,75 0,46 0,32 0,23 0,17 0,12 0,043
Таблица 2. Скорость охлаждения (V
охл
) клиновидных
отливок в зависимости от их толщины
Рис. 9. Влияние скорости охлаждения и содер-
жания марганца на механические свойства высоко-
прочного чугуна; Mn (%): 1 - 0,42 , 2 - 0,75, 3 - 0,85,
4 - 0,91
|