鑄鐵是(shi)低塑性材(cai)料。在室溫下(xia)，鑄鐵坯料短試樣拉伸斷裂時的相(xiang)對伸長率(lv)δ5約為1%,沖擊韌(ren)性αk僅(jin)為5J/c㎡.把鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)加熱(re)到高(gao)溫時，其塑性指標并(bing)沒有(you)明顯提高(gao)，相對伸長率僅(jin)增加4%~5%.因此，鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)(de)塑性變(bian)形產品應用有(you)限(xian)。這是由于鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)所允許的(de)(de)性變(bian)形量小(xiao)而使擠壓過程不經濟。試驗采用高(gao)頻感應爐(lu)熔煉(lian)，在盛鐵(tie)(tie)桶中(zhong)以(yi)硅鎂中(zhong)間合(he)金或其他合(he)金處(chu)理的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)坯料。圓形坯料可采用砂型用澆口下注(zhu)澆鑄(zhu)(zhu)法，或用離(li)心澆鑄(zhu)(zhu)法和(he)石墨(mo)結晶器用半連續澆注(zhu)法得到，最合(he)適的(de)(de)是離(li)心澆鑄(zhu)(zhu)法和(he)半連續澆注(zhu)法。
采用(yong)離心澆鑄法時，其澆注(zhu)坯料在隨后的(de)機械(xie)加工中幾(ji)乎可減少一倍(bei)的(de)金屬消耗。而采用(yong)石墨結晶(jing)器用(yong)半(ban)連續澆注(zhu)法得到的(de)坯料具有(you)光滑的(de)表面。
1. 鑄鐵坯料的化學(xue)成(cheng)分
試驗用擠壓鑄鐵坯(pi)料的化學成分見(jian)表(biao)5-8.
2. 鑄(zhu)鐵坯(pi)料的(de)加熱
鑄鐵(tie)坯料擠壓前在感應加(jia)熱(re)(re)爐或室狀電(dian)阻爐內進行加(jia)熱(re)(re)。一般采(cai)用感應加(jia)熱(re)(re)爐，因(yin)為感應加(jia)熱(re)(re)速度(du)快，產生的(de)氧(yang)化鐵(tie)皮少(shao)。而(er)(er)鑄鐵(tie)坯料在立式感應加(jia)熱(re)(re)爐中加(jia)熱(re)(re)是最(zui)理(li)想的(de)。球墨鑄鐵(tie)的(de)加(jia)熱(re)(re)溫度(du)為900~950℃,在選擇加(jia)熱(re)(re)溫度(du)時(shi)，不但(dan)要考(kao)慮金屬的(de)變(bian)形(xing)熱(re)(re)30~35℃,而(er)(er)且還要考(kao)慮發(fa)生晶界(jie)熔化時(shi)而(er)(er)削(xue)弱的(de)可能性(xing)。
3. 擠壓鑄鐵管的技術參數
用擠壓法可生產φ(40~150)mm×3.5mm以上的(de)鑄鐵管。
尼科波爾南方不(bu)銹鋼管廠批量生產球墨鑄鐵管時使用的坯料規格以及擠壓過程的技術參數見表 5-9。
一般認為，擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)坯(pi)比擠(ji)壓(ya)相(xiang)同尺寸的(de)鍛軋坯(pi)的(de)擠(ji)壓(ya)力高18%,且擠(ji)壓(ya)比較大(da)。但在尼科(ke)波爾南方不銹鋼管廠(chang)的(de)試驗中，當延伸系數(shu)大(da)于20時(shi)，鑄(zhu)鐵坯(pi)料(liao)沒有擠(ji)壓(ya)成功(gong)。因為擠(ji)壓(ya)力過高，導(dao)致(zhi)擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)管破裂。
擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)鐵管(guan)時，金(jin)屬流動(dong)速度(du)(du)(du)(du)是一個重要(yao)(yao)參數，一般控制在2.0~2.5m/s.當金(jin)屬流動(dong)速度(du)(du)(du)(du)控制在該范圍，并采用石墨一機油潤滑(hua)劑時，可擠(ji)壓(ya)出(chu)長達6m的(de)鑄(zhu)鐵管(guan)。若金(jin)屬流動(dong)速度(du)(du)(du)(du)超過臨(lin)界值，金(jin)屬坯料就會發(fa)生(sheng)(sheng)破(po)裂(lie)。增加(jia)擠(ji)壓(ya)管(guan)的(de)長度(du)(du)(du)(du)會使(shi)擠(ji)壓(ya)模和芯棒(bang)過熱，而(er)采用玻(bo)璃(li)潤滑(hua)劑后可使(shi)擠(ji)壓(ya)管(guan)的(de)長度(du)(du)(du)(du)增加(jia)，但由于要(yao)(yao)清(qing)除成品表面(mian)的(de)玻(bo)璃(li)而(er)使(shi)生(sheng)(sheng)產成本升高。
在擠(ji)壓鑄(zhu)鐵(tie)管時(shi)，擠(ji)壓工(gong)具的(de)溫(wen)度(du)必須保持(chi)在350~400℃,否則工(gong)模具接觸金屬(shu)層的(de)部分會顯著冷卻，使鑄(zhu)態金屬(shu)的(de)塑性(xing)下降，引起(qi)擠(ji)壓管破裂。實踐表明，當(dang)芯(xin)棒溫(wen)度(du)為(wei)(wei)(wei)100℃時(shi)，經過1s,2s,5s后，金屬(shu)層深0.5mm處(chu)(chu)的(de)溫(wen)降分別(bie)為(wei)(wei)(wei)80℃、110℃、180℃;當(dang)芯(xin)棒溫(wen)度(du)為(wei)(wei)(wei)400℃時(shi)，金屬(shu)層深0.5mm處(chu)(chu)的(de)溫(wen)降分別(bie)為(wei)(wei)(wei)30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓出的鑄(zhu)鐵管(guan)的組織性能
球墨(mo)(mo)鑄鐵(tie)(tie)坯料和擠(ji)壓出的(de)鑄鐵(tie)(tie)管的(de)顯(xian)微組(zu)(zu)織如(ru)圖5-32所示。從圖中可(ke)以看出，球墨(mo)(mo)鑄鐵(tie)(tie)坯料的(de)顯(xian)微組(zu)(zu)織為(wei)致密(mi)的(de)石(shi)墨(mo)(mo)夾雜物(wu)＋珠光體(ti)＋鐵(tie)(tie)素體(ti)；擠(ji)壓后，橫(heng)斷(duan)面(mian)上(shang)的(de)石(shi)墨(mo)(mo)呈扁圓(yuan)形，且在縱斷(duan)面(mian)上(shang)沿變形方向上(shang)伸長。金屬模子幾(ji)乎完全是珠光體(ti)組(zu)(zu)織。
擠(ji)壓出的(de)球墨鑄鐵管(guan)具有(you)足夠(gou)的(de)塑性(xing)，可以在周期式冷軋管(guan)機組上進行(xing)冷軋和溫軋。而擠(ji)壓的(de)鑄鐵管(guan)的(de)力學(xue)性(xing)能主要與鑄鐵中石墨的(de)形(xing)狀、剩余的(de)鎂和硅元素含量有(you)關，其關系(xi)如圖5-33所示。
退火后球墨(mo)鑄鐵管的(de)力學性能最好，其(qi)中σ,為(wei)(wei)450~600MPa,σ為(wei)(wei)350~500MPa,δ為(wei)(wei)8%~12%,ψ為(wei)(wei)10%~15%,ακ為(wei)(wei)20~50J/c㎡.
所有擠壓(ya)的球(qiu)墨鑄鐵管都具有較高的液壓(ya)堅固性能，能經受50MPa.
5. 球狀石墨對擠(ji)壓鑄鐵管的影響
從對(dui)擠壓鑄(zhu)鐵(tie)管進行(xing)的(de)專門試驗中(zhong)可知，對(dui)于(yu)鑄(zhu)鐵(tie)坯料，除了對(dui)材料表面加(jia)工的(de)光潔度和端面加(jia)工的(de)要(yao)求與低塑性材料一樣之外，為了提高加(jia)工塑性和材料的(de)成材率還必須限制鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)球狀(zhuang)石墨的(de)含(han)量不小于(yu)80%.
擠壓鑄鐵坯料斷面上球(qiu)狀石墨(mo)分(fen)布均勻，其含量對擠壓鑄鐵管廢品(pin)數量的影響如圖5-34所示(shi)。
6. 擠壓出的鑄(zhu)鐵管的缺陷
擠(ji)壓(ya)球墨(mo)鑄鐵管的(de)(de)(de)(de)(de)缺(que)陷主要是(shi)表(biao)面（特別是(shi)內(nei)表(biao)面）橫向(xiang)裂紋，而其他(ta)缺(que)陷形(xing)(xing)式與一般碳素鋼管相似。采用(yong)塑(su)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)或聚(ju)集體形(xing)(xing)石墨(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)灰口(kou)鐵坯(pi)料(liao)時，該擠(ji)壓(ya)缺(que)陷幾乎不可避(bi)免，并且隨著細密夾(jia)雜物數量的(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)而減少。由此可見，石墨(mo)割(ge)斷(duan)了(le)金(jin)屬基體的(de)(de)(de)(de)(de)連續性(xing)(xing)，在外力(li)作用(yong)下會導致應(ying)力(li)集中。擠(ji)壓(ya)后的(de)(de)(de)(de)(de)鑄鐵管好像是(shi)由很(hen)多單層(ceng)組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)“分(fen)層(ceng)”缺(que)陷。為(wei)了(le)防(fang)止“分(fen)層(ceng)”，可以(yi)施加(jia)附加(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)縮應(ying)力(li)，即選(xuan)用(yong)帶(dai)反壓(ya)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)擠(ji)壓(ya)方法。采用(yong)感應(ying)加(jia)熱降低坯(pi)料(liao)內(nei)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)溫度和坯(pi)料(liao)內(nei)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)塑(su)性(xing)(xing)，可以(yi)減少變形(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)不均勻性(xing)(xing)，防(fang)止“分(fen)層(ceng)”缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)生。另外，球墨(mo)鑄鐵內(nei)石墨(mo)夾(jia)雜物的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)狀也可能(neng)會防(fang)止金(jin)屬擠(ji)壓(ya)時出現(xian)“分(fen)層(ceng)”缺(que)陷。
7. 擠壓(ya)出的鑄鐵管(guan)的后(hou)續處理
鑄鐵管的(de)精整與(yu)一般(ban)鋼管的(de)相同，只(zhi)是在(zai)輥式矯直機上矯直時(shi)有些困(kun)難。矯直工序應在(zai)冷(leng)(leng)床(chuang)冷(leng)(leng)卻(que)前(qian)，鑄鐵管尚有700~800℃余熱時(shi)進行，因為此(ci)時(shi)鑄鐵管具有足夠的(de)塑性(xing)。
為了防止鑄鐵管在(zai)冷(leng)卻(que)過程中發生(sheng)彎曲，在(zai)螺旋式冷(leng)床(chuang)或(huo)旋轉(zhuan)傳動的輥(gun)道上(shang)進(jin)行冷(leng)卻(que)。鑄鐵管冷(leng)卻(que)后的切管工序可以在(zai)切管機(ji)或(huo)普通車(che)床(chuang)上(shang)進(jin)行。
鑄鐵管(guan)可(ke)以在不同(tong)的管(guan)道系統中使(shi)用，但需要對鑄鐵管(guan)進行(xing)彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)加(jia)工(gong)時。為了保(bao)(bao)證(zheng)(zheng)彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)處(chu)具有足夠的塑性，需要彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)處(chu)彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)時的溫度必(bi)須保(bao)(bao)證(zheng)(zheng)在750~800℃。
球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管的(de)熱矯直可(ke)以在彎(wan)管機上批量進行(xing)，但須在彎(wan)管機前安裝高(gao)頻感(gan)應加(jia)熱設備，預先(xian)將球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管的(de)彎(wan)曲(qu)處加(jia)熱到800℃,球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管的(de)縱向(xiang)進料速(su)度為1mm/s,彎(wan)曲(qu)后用4~5個大(da)氣壓(ya)（0.4~0.5MPa)的(de)壓(ya)縮空氣進行(xing)冷卻。鑄(zhu)鐵(tie)管的(de)最(zui)小彎(wan)曲(qu)半徑可(ke)達(da)到成(cheng)品(pin)管直徑的(de)1.2倍。
為(wei)(wei)了提高鑄(zhu)鐵管(guan)的(de)塑(su)性，石(shi)墨(mo)(mo)含量不同的(de)鑄(zhu)鐵管(guan)須按不同的(de)熱(re)處理工藝制(zhi)度進行處理。以球狀石(shi)墨(mo)(mo)含量較(jiao)高的(de)球墨(mo)(mo)鑄(zhu)鐵管(guan)（表5-8中的(de)9號(hao)坯料）為(wei)(wei)例(li)，其(qi)熱(re)處理工藝為(wei)(wei)：
a. 加熱(re)至(zhi)(zhi)780℃,保溫1h后，隨爐冷卻至(zhi)(zhi)680℃,保溫2.5h,最后空(kong)冷至(zhi)(zhi)室溫；
b. 加(jia)熱(re)至(zhi)930℃,保溫(wen)7h后(hou)(hou)，隨爐冷卻(que)至(zhi)760℃,保溫(wen)8h,然后(hou)(hou)隨爐冷卻(que)至(zhi)690℃,保溫(wen)50h,最后(hou)(hou)空(kong)冷至(zhi)室溫(wen)。
擠壓出的(de)球墨鑄鐵管熱處理(li)后的(de)力學性能見表5-10.
擠壓Cr、Ni合(he)金化(hua)的鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)（表5-8中的6、7、10號坯料）的結果表明，由于合(he)金化(hua)鑄(zhu)鐵(tie)金屬的塑性(xing)低，每小(xiao)時產量比球墨鑄(zhu)鐵(tie)低。
擠壓出的球(qiu)墨(mo)鑄鐵管(guan)、鈦合(he)金(jin)管(guan)和鉬合(he)金(jin)管(guan)都具有良好(hao)的綜合(he)性能，其(qi)中σb=450~600MPa, δs=3.5% ~8.0%,σ, =400 ~600MPa, ακ=15~35J/c㎡.
8. 擠壓(ya)出(chu)的鑄鐵管的優點
熱(re)擠壓鑄(zhu)鐵管與鑄(zhu)造鑄(zhu)鐵管相比(bi)，有以下優點：
a. 幾何尺寸精度高(gao)，直徑公差(cha)為(wei)(wei)±1.0%,壁厚公差(cha)為(wei)(wei)＋10%~15%.
b. 長度長，達10m;壁厚薄，達3.5mm.
c. 內外表面質量高，滿(man)足TOCT 8732標(biao)準要求。
d. 力學性能和工(gong)藝性能高，可進行(xing)彎曲、氣(qi)焊(han)、電焊(han)、機(ji)械加工(gong)等。
與碳(tan)素(su)(su)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)相比，鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)(guan)在(zai)多種(zhong)腐蝕介(jie)質的(de)作(zuo)用下，耐蝕性高(gao)(gao)(gao)。在(zai)石油產品介(jie)質、海(hai)水中(zhong)的(de)壽(shou)命(ming)(ming)比碳(tan)素(su)(su)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)(gao)5~10倍以(yi)上(shang)；在(zai)熱水中(zhong)的(de)壽(shou)命(ming)(ming)比碳(tan)素(su)(su)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)(gao)10~15倍；在(zai)基(ji)本介(jie)質（苛性堿等）中(zhong)的(de)壽(shou)命(ming)(ming)比碳(tan)素(su)(su)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)(gao)15倍；而且(qie)鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)表面(mian)腐蝕均勻，提高(gao)(gao)(gao)了鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)使用期限。所以(yi)，用擠壓出的(de)鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)(guan)代(dai)替鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)（如用于住(zhu)房供熱水系(xi)統中(zhong)），可(ke)取得較(jiao)大的(de)經濟效果。
