Дослідження можливості підвищення механічних властивостей високоміцного чавуну з урахуванням рекомендацій стандарту ДСТУ EN 1563:2019

У роботі розглянуті технологічні можливості підвищення межі міцності та відносного подовження високоміцних чавунів з кулястим графітом з урахуванням рекомендацій стандарту ДСТУ EN 1563:2019. В якості основного методу вибрано підвищення вмісту кремнію для отримання феритної матриці, зміцненої по твердорозчинному механізму. З метою забезпечення низької собівартості виробництва, особливу увагу було приділено обґрунтуванню допустимого вмісту фонових та шкідливих домішок з метою використання дешевого комерційного брухту. Розглянуто також питання стабільності механічних характеристик чавуну при коливаннях технологічних параметрів його виробництва. Показано, що основними джерелами варіабельності характеристик є нестабільність результатів обробки металу в ковші при використанні «sandwich»-процесу, а також коливання вмісту фонових та шкідливих домішок у зв’язку з нестабільністю якості металевого брухту. Встановлено, що в дослідженому діапазоні хімічного складу підвищення вмісту магнію та кремнію сприяє одночасному зростанню міцності та пластичності чавуну, тоді як збільшення вмісту марганцю підвищує міцність, але знижує пластичність. Показано, що для отримання відносного подовження А5 ≥ 14% вміст сірки має бути: S 0,006, фосфору: P 0,02, хрому: Cr 0,04. Вміст олова Sn 0,008% не створює негативного впливу на механічні властивості високоміцного чавуну. Також встановлено, що при зростанні вмісту кремнію та магнію в чавунах з високим вуглецевим еквівалентом при високій температурі розливання у форми з’являється тенденція до утворення розірваного та зіркоподібного графіту, що приводить до падіння механічних характеристик чавуну. Рекомендовано запровадити додатковий металографічний контроль на наявність у структурі часток цієї морфології.

The technological issues of the strength and relative elongation of high-strength cast irons (HSCI) are considered in the paper. The main method chosen is to increase the silicon content to obtain a ferrite matrix strengthened by the solid-solution mechanism. To ensure low production costs, special attention was paid to determining the permissible content of trace and harmful impurities in order to use cheap commercial scrap. The issue of the stability of the mechanical characteristics of cast iron during fluctuations in the technological parameters of its production is also considered. It is shown that main sources of variability in characteristics are the instability of the results of metal processing in the ladle when using the “sandwich” process, as well as fluctuations in the content of trace and harmful impurities due to the instability of the quality of metal scrap. It was found that in the studied range of chemical composition, an increase in the content of magnesium and silicon contributes to a simultaneous increase in the strength and ductility of cast iron, while an increase in the content of manganese increases the strength but reduces the ductility. It is shown that to obtain a relative elongation A5 ≥ 14%, the content should be: S 0.006, P 0.02, Cr 0.04. The Sn 0.008% does not create a negative impact on the mechanical properties of HSCI. It was also found that with an increase in the content of silicon and magnesium in cast irons with a high carbon equivalent at a high pouring temperature, a tendency to form torn and star-shaped graphite appears, which leads to a decrease in the mechanical characteristics of cast iron. It is recommended to introduce additional metallographic control for the presence of particles of this morphology in the structure.