DOI: 10.52150/2522-9117-2026-40-011

Т. П. Карпова^1,*, старший викладач, ORCID 0000-0002-9633-7876
Н. О. Григор’єва², старший викладач, ORCID 0009-0004-4799-7458

¹ Український державний університет науки і технологій
²Фаховий коледж зварювання та електроніки імені Є.О. Патона
* Автор для листування: t.p.karpova@ust.edu.ua

ЗАКОНОМІРНОСТІ ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ ТА МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ СІРОГО ЧАВУНУ ЗАЛЕЖНО ВІД УМОВ ОХОЛОДЖЕННЯ ТА ПЕРЕРІЗУ ВИЛИВКІВ

Анотація. Сірий чавун є одним із базових ливарних матеріалів в промисловості, що широко застосовується для виготовлення деталей автомобільної, машинобудівної та залізничної техніки завдяки поєднанню високих ливарних властивостей, задовільних механічних характеристик і відносно низької собівартості. В умовах зростання вартості первинної сировини та підвищених вимог до ресурсоефективності все більшого поширення набуває технологія виплавки синтетичного сірого чавуну з використанням сталевого брухту в індукційних печах. Разом із технологічними перевагами такий підхід зумовлює специфічні особливості формування мікроструктури виливків, особливо за наявності змінних умов охолодження. Одним із ключових факторів, що визначає структуру та властивості синтетичного сірого чавуну, є переріз виливків, який безпосередньо впливає на швидкість тепловідведення під час кристалізації та подальшого охолодження. Нерівномірність теплових умов може призводити до зміни дисперсності перлітної матриці, морфології графітових включень і, як наслідок, до варіацій механічних властивостей матеріалу. Комплекс досліджень включав контроль твердості за методом Бринелля, визначення границі міцності при розтягуванні, а також металографічний аналіз. Встановлено, що мікроструктура досліджуваного матеріалу представлена перлітною матрицею з пластинчастим графітом і дрібнодисперсною фосфідною евтектикою. Показано, що збільшення перерізу виливка супроводжується зниженням швидкості охолодження, що проявляється у зменшенні однорідності перлітної матриці та збільшенні розмірів графітових осередків. Виявлено, що більші графітові включення сприяють зниженню границі міцності при розтягуванні внаслідок концентрації напружень, тоді як рівень твердості визначається переважно станом перлітної матриці та хімічним складом сплаву. Отримані результати мають практичне значення для оптимізації технологічних режимів лиття синтетичного сірого чавуну, зокрема при проєктуванні деталей різного перерізу та виборі умов охолодження з метою забезпечення заданого комплексу механічних властивостей.

Ключові слова: сірий чавун, механічні властивості, вуглець, твердість, розтягування, мікроструктура.

Посилання для цитування: Карпова Т. П., Григор’єва Н. О. Закономірності формування структури та механічних властивостей сірого чавуну залежно від умов охолодження та перерізу виливків. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2026. Вип. 40. С. 186-194. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2026-40-011

Перелік посилань

Riposan, I., Chisamera, M., & Stan, S. (2013). Enhanced quality in electric melt grey cast irons. ISIJ International, (53), 1683–1695. https://doi.org/10.2355/isijinternational.53.1683
Kukartsev, V. A., Cherepanov, A. I., Kukartsev, V. V., Mikhalev, A. S., & Makarchuk, I. Y. (2021). Increasing the efficiency of production of synthetic cast iron. Key Engineering Materials, 904, 3–8. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.904.3
Futas, P., Pribulova, A., Petrik, J., Pokusova, M., & Junakova, A. (2018). The study of synthetic cast iron quality made from steel scrap. In: Proceedings of the 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management. Albena, Bulgaria, 2018. Pp. 321–329. https://doi.org/10.5593/sgem2018/1.2
Snigir, A. N., Savitsky, E. M., Saikin, V. T., & Petrov, G. B. (1985). Control over the process of formation of the structure and properties of cast iron by thermal analysis method. Thermochimica Acta, (93), 657–660. https://doi.org/10.1016/0040-6031(85)85103-9
Dey, A. K. (2018) Energy efficiency model for induction furnace. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, (302), 012047. https://doi.org/10.1088/1757-899X/302/1/012047
Futas, P., Brezinová, J., Pástor, M., & Pribulova, A. (2025). Reducing Residual Stresses in Synthetic Cast Iron by Ti Microalloying. Metals, 15(5), 520. https://doi.org/10.3390/met15050520
Shin, M. W., Jang, G. H., Kim, J. K., Kim, H. Y., & Jang, H. (2012). The Effect of Residual Stress on the Distortion of Gray Iron Brake Disks. Journal of Materials Engineering and Performance, 22(4), 1129–1135. https://doi.org/10.1007/s11665-012-0397-7
Bertodo, R. (1970). Grey cast irons for thermal-stress applications. Journal of Strain Analysis, 5(2), 98–109. https://doi.org/10.1243/03093247v052098
Lundberg, M. (2018). Residual Stresses, Fatigue and Deformation in Cast Iron. Linköping University
Sai, Q., Hao, J., Wang, S., & Wang, Z. (2023). Improving the properties of gray cast iron by laser surface modification. Materials, 16(16), 5533. https://doi.org/10.3390/ma16165533
Hanqi, H., & Qujie, Z. (1993). Effect of nitrogen on matrix structure of gray cast iron. Acta Metallurgica Sinica (English Letters), (6), 370–372
Kagawa, A., & Okamoto, T. (2011). Partition of alloying elements in freezing cast irons and its effect on graphitization and nitrogen blowhole formation. – Ibaraki: The Institute of Scientific and Industrial Research, Osaka University
Futas, P., Jelč, I., Vasková, I., Fedorko, G., Molnár, V., Kačmáry, P. (2013). The gist of thermal stresses of cast iron castings. Manufacturing Technology, (13), 173–178

Рукопис надійшов до редакції / Received 26.02.2026
Рекомендовано до друку / Accepted 28.05.2026
Опубліковано / Published 30.05.2026