鑄鐵是低塑性(xing)材料。在(zai)室溫(wen)下，鑄鐵坯料短試樣拉伸斷裂(lie)時(shi)的相對伸長率δ5約為1%,沖(chong)擊韌性αk僅(jin)為5J/c㎡.把鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)加熱到(dao)高(gao)溫時，其塑性指標并沒有明顯提(ti)高(gao)，相對伸長(chang)率僅(jin)增加4%~5%.因此(ci)，鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)的(de)(de)塑性變(bian)形(xing)產品(pin)應用(yong)有限。這是(shi)由于鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)所允許(xu)的(de)(de)性變(bian)形(xing)量小而使擠壓(ya)過(guo)程不經濟。試驗(yan)采用(yong)高(gao)頻感應爐(lu)熔煉，在盛(sheng)鐵(tie)桶中以(yi)硅鎂(mei)中間合(he)金或其他合(he)金處(chu)理的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)坯(pi)料(liao)(liao)。圓形(xing)坯(pi)料(liao)(liao)可采用(yong)砂型(xing)用(yong)澆(jiao)口下注澆(jiao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)法(fa)，或用(yong)離心(xin)澆(jiao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)法(fa)和石墨(mo)結晶器用(yong)半連(lian)續澆(jiao)注法(fa)得到(dao)，最合(he)適的(de)(de)是(shi)離心(xin)澆(jiao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)法(fa)和半連(lian)續澆(jiao)注法(fa)。
采(cai)用(yong)離心澆鑄法(fa)時，其澆注(zhu)坯(pi)料在(zai)隨(sui)后的(de)機(ji)械加工中幾乎可減(jian)少一倍的(de)金屬消耗(hao)。而(er)采(cai)用(yong)石(shi)墨結晶器用(yong)半連續澆注(zhu)法(fa)得到(dao)的(de)坯(pi)料具(ju)有光滑的(de)表(biao)面(mian)。
1. 鑄(zhu)鐵(tie)坯料的化學成分
試驗用擠壓鑄鐵坯(pi)料的化學(xue)成分見(jian)表(biao)5-8.
2. 鑄鐵坯料的加熱
鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)坯(pi)料(liao)擠(ji)壓前(qian)在感(gan)應加(jia)(jia)熱爐(lu)或室狀(zhuang)電阻(zu)爐(lu)內(nei)進(jin)行加(jia)(jia)熱。一般采用感(gan)應加(jia)(jia)熱爐(lu)，因為感(gan)應加(jia)(jia)熱速度快，產生的氧化(hua)鐵(tie)皮少。而(er)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)坯(pi)料(liao)在立式感(gan)應加(jia)(jia)熱爐(lu)中加(jia)(jia)熱是最(zui)理想的。球墨鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的加(jia)(jia)熱溫度為900~950℃,在選(xuan)擇(ze)加(jia)(jia)熱溫度時，不(bu)但(dan)要考慮金屬的變形熱30~35℃,而(er)且還要考慮發生晶界熔化(hua)時而(er)削弱(ruo)的可(ke)能(neng)性。
3. 擠(ji)壓鑄鐵管的技術(shu)參數
用擠壓(ya)法可(ke)生產φ(40~150)mm×3.5mm以上(shang)的鑄鐵管。
尼科波爾南方不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(ren)為，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)鑄坯比擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)相同尺寸的(de)鍛軋(ya)坯的(de)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)力高18%,且(qie)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)比較大。但在尼科波爾(er)南方(fang)不銹鋼管(guan)廠的(de)試驗中(zhong)，當延(yan)伸系數大于20時(shi)，鑄鐵坯料(liao)沒有(you)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)成功。因為擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)力過高，導致擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)鑄管(guan)破裂。
擠(ji)(ji)壓(ya)鑄鐵管(guan)時，金屬流(liu)(liu)動速度是一(yi)個重要參數，一(yi)般(ban)控(kong)制在2.0~2.5m/s.當(dang)金屬流(liu)(liu)動速度控(kong)制在該范圍，并(bing)采用(yong)石墨一(yi)機油潤(run)滑劑時，可(ke)擠(ji)(ji)壓(ya)出長達6m的鑄鐵管(guan)。若(ruo)金屬流(liu)(liu)動速度超過臨界值，金屬坯(pi)料就會(hui)發(fa)生破裂。增加擠(ji)(ji)壓(ya)管(guan)的長度會(hui)使擠(ji)(ji)壓(ya)模和芯(xin)棒過熱，而采用(yong)玻璃(li)潤(run)滑劑后可(ke)使擠(ji)(ji)壓(ya)管(guan)的長度增加，但由(you)于(yu)要清除成(cheng)品表面(mian)的玻璃(li)而使生產(chan)成(cheng)本升高。
在(zai)擠(ji)壓鑄鐵管(guan)時，擠(ji)壓工具的溫度必須保持在(zai)350~400℃,否則工模(mo)具接觸金(jin)屬(shu)層的部分會顯著冷卻(que)，使鑄態金(jin)屬(shu)的塑性下降(jiang)，引起擠(ji)壓管(guan)破裂。實踐(jian)表明，當芯棒(bang)溫度為100℃時，經過1s,2s,5s后，金(jin)屬(shu)層深0.5mm處的溫降(jiang)分別為80℃、110℃、180℃;當芯棒(bang)溫度為400℃時，金(jin)屬(shu)層深0.5mm處的溫降(jiang)分別為30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓出的鑄鐵管的組織性能
球(qiu)墨鑄鐵(tie)坯(pi)料(liao)和擠壓出的(de)鑄鐵(tie)管的(de)顯微組織(zhi)如圖5-32所示(shi)。從(cong)圖中可以(yi)看出，球(qiu)墨鑄鐵(tie)坯(pi)料(liao)的(de)顯微組織(zhi)為致密的(de)石墨夾(jia)雜物＋珠(zhu)光(guang)(guang)體＋鐵(tie)素體；擠壓后，橫斷面上(shang)的(de)石墨呈扁圓(yuan)形，且(qie)在縱斷面上(shang)沿變形方向(xiang)上(shang)伸長。金屬模子幾(ji)乎(hu)完全(quan)是珠(zhu)光(guang)(guang)體組織(zhi)。
擠(ji)壓出的球墨(mo)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管(guan)具有(you)足(zu)夠的塑性(xing)，可以在周期(qi)式冷軋管(guan)機(ji)組上(shang)進(jin)行冷軋和溫軋。而擠(ji)壓的鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管(guan)的力學性(xing)能主要與(yu)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中石(shi)墨(mo)的形狀、剩余的鎂和硅元素含量有(you)關，其關系(xi)如(ru)圖5-33所示。
退火(huo)后球墨鑄鐵(tie)管(guan)的(de)力學(xue)性能最好，其中σ,為(wei)450~600MPa,σ為(wei)350~500MPa,δ為(wei)8%~12%,ψ為(wei)10%~15%,ακ為(wei)20~50J/c㎡.
所(suo)有(you)擠(ji)壓的(de)(de)球墨鑄鐵(tie)管都(dou)具有(you)較高的(de)(de)液壓堅固性能，能經受50MPa.
5. 球狀石墨對擠壓鑄(zhu)鐵管的影響(xiang)
從對擠壓鑄鐵管進行的專門試驗中可知，對于(yu)鑄鐵坯料，除了(le)對材(cai)料表面加工的光潔度(du)和端面加工的要求(qiu)與低塑(su)性材(cai)料一樣之外，為了(le)提高(gao)加工塑(su)性和材(cai)料的成(cheng)材(cai)率還必須限制鑄鐵中球狀(zhuang)石墨的含量不(bu)小(xiao)于(yu)80%.
擠壓鑄(zhu)鐵(tie)坯料斷面(mian)上球狀石墨分布均勻，其含量對擠壓鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)廢(fei)品數量的影(ying)響如圖5-34所示。
6. 擠壓(ya)出的鑄鐵(tie)管的缺(que)陷
擠(ji)壓(ya)(ya)球墨(mo)鑄鐵管的(de)缺(que)陷(xian)(xian)主要是表面（特別是內(nei)(nei)表面）橫向裂紋，而其他缺(que)陷(xian)(xian)形(xing)式與一般碳素鋼管相似。采(cai)用塑性的(de)或聚集體(ti)形(xing)石(shi)墨(mo)的(de)灰(hui)口鐵坯(pi)料時，該(gai)擠(ji)壓(ya)(ya)缺(que)陷(xian)(xian)幾(ji)乎不可(ke)避(bi)免，并且(qie)隨著(zhu)細密夾(jia)(jia)雜物數(shu)量的(de)增加(jia)而減(jian)少(shao)(shao)。由此可(ke)見，石(shi)墨(mo)割斷了(le)金(jin)屬(shu)基體(ti)的(de)連續性，在外力(li)作用下會導致應力(li)集中。擠(ji)壓(ya)(ya)后(hou)的(de)鑄鐵管好像是由很多單層(ceng)組(zu)成的(de)“分(fen)(fen)層(ceng)”缺(que)陷(xian)(xian)。為了(le)防(fang)止“分(fen)(fen)層(ceng)”，可(ke)以施加(jia)附加(jia)的(de)壓(ya)(ya)縮應力(li)，即選用帶反壓(ya)(ya)力(li)的(de)擠(ji)壓(ya)(ya)方法。采(cai)用感應加(jia)熱降低坯(pi)料內(nei)(nei)表面的(de)溫度和坯(pi)料內(nei)(nei)層(ceng)的(de)塑性，可(ke)以減(jian)少(shao)(shao)變形(xing)的(de)不均勻(yun)性，防(fang)止“分(fen)(fen)層(ceng)”缺(que)陷(xian)(xian)的(de)產(chan)生(sheng)。另外，球墨(mo)鑄鐵內(nei)(nei)石(shi)墨(mo)夾(jia)(jia)雜物的(de)形(xing)狀也可(ke)能會防(fang)止金(jin)屬(shu)擠(ji)壓(ya)(ya)時出現“分(fen)(fen)層(ceng)”缺(que)陷(xian)(xian)。
7. 擠(ji)壓出的鑄鐵管的后續處理
鑄鐵(tie)管的(de)精(jing)整與一般鋼(gang)管的(de)相同(tong)，只是在(zai)輥(gun)式矯(jiao)直(zhi)機上矯(jiao)直(zhi)時有些(xie)困難。矯(jiao)直(zhi)工序應在(zai)冷床冷卻(que)前，鑄鐵(tie)管尚有700~800℃余熱時進行，因為此時鑄鐵(tie)管具有足夠的(de)塑性。
為了(le)防止鑄鐵管在(zai)冷(leng)(leng)卻(que)過程中發(fa)生彎曲(qu)，在(zai)螺旋式冷(leng)(leng)床(chuang)或(huo)旋轉(zhuan)傳動(dong)的(de)輥道(dao)上進行冷(leng)(leng)卻(que)。鑄鐵管冷(leng)(leng)卻(que)后(hou)的(de)切管工序可以在(zai)切管機或(huo)普通車床(chuang)上進行。
鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)可以在不同的管(guan)道系統中使用，但需要對鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)進行(xing)彎曲加工時(shi)。為了保證(zheng)彎曲處具有足夠的塑(su)性，需要彎曲處彎曲時(shi)的溫(wen)度必須保證(zheng)在750~800℃。
球(qiu)墨(mo)鑄鐵(tie)管的熱矯(jiao)直(zhi)可(ke)以在(zai)彎(wan)管機上批(pi)量進(jin)行，但須(xu)在(zai)彎(wan)管機前安(an)裝高(gao)頻感應加熱設備，預先將球(qiu)墨(mo)鑄鐵(tie)管的彎(wan)曲處加熱到(dao)800℃,球(qiu)墨(mo)鑄鐵(tie)管的縱向進(jin)料(liao)速度為1mm/s,彎(wan)曲后用4~5個大氣壓（0.4~0.5MPa)的壓縮空氣進(jin)行冷卻。鑄鐵(tie)管的最(zui)小(xiao)彎(wan)曲半徑可(ke)達到(dao)成品(pin)管直(zhi)徑的1.2倍。
為了(le)提高鑄鐵(tie)(tie)管的(de)(de)塑(su)性，石墨含(han)量(liang)不同(tong)的(de)(de)鑄鐵(tie)(tie)管須按不同(tong)的(de)(de)熱處理工(gong)藝制度進行(xing)處理。以球狀石墨含(han)量(liang)較高的(de)(de)球墨鑄鐵(tie)(tie)管（表(biao)5-8中的(de)(de)9號坯料）為例，其熱處理工(gong)藝為：
a. 加熱至(zhi)780℃,保(bao)溫(wen)1h后，隨爐冷(leng)卻至(zhi)680℃,保(bao)溫(wen)2.5h,最后空冷(leng)至(zhi)室溫(wen)；
b. 加(jia)熱至930℃,保溫(wen)7h后，隨爐(lu)冷(leng)卻至760℃,保溫(wen)8h,然(ran)后隨爐(lu)冷(leng)卻至690℃,保溫(wen)50h,最后空冷(leng)至室(shi)溫(wen)。
擠壓出的球(qiu)墨(mo)鑄鐵管熱處理后的力學(xue)性能(neng)見表5-10.
擠壓Cr、Ni合金(jin)化的(de)(de)鑄(zhu)鐵管（表(biao)5-8中(zhong)的(de)(de)6、7、10號坯(pi)料）的(de)(de)結(jie)果表(biao)明(ming)，由(you)于合金(jin)化鑄(zhu)鐵金(jin)屬的(de)(de)塑性低，每小時(shi)產(chan)量(liang)比球墨鑄(zhu)鐵低。
擠(ji)壓出(chu)的球墨鑄(zhu)鐵管、鈦合(he)金管和鉬合(he)金管都具有良好的綜合(he)性能(neng)，其中σb=450~600MPa, δs=3.5% ~8.0%,σ, =400 ~600MPa, ακ=15~35J/c㎡.
8. 擠壓出的鑄鐵(tie)管(guan)的優點
熱擠壓(ya)鑄鐵管(guan)與鑄造鑄鐵管(guan)相比(bi)，有以下(xia)優點：
a. 幾何尺(chi)寸精度高，直徑公(gong)差為(wei)±1.0%,壁厚公(gong)差為(wei)＋10%~15%.
b. 長(chang)度(du)長(chang)，達10m;壁厚(hou)薄，達3.5mm.
c. 內外表(biao)面質量(liang)高(gao)，滿足TOCT 8732標準要求。
d. 力(li)學性能(neng)和工藝(yi)性能(neng)高，可(ke)進(jin)行彎曲、氣(qi)焊、電焊、機械加工等。
與(yu)碳素(su)鋼管(guan)(guan)(guan)相比，鑄鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)(guan)在(zai)多種腐蝕介質的(de)(de)作用(yong)(yong)下(xia)，耐蝕性高(gao)(gao)。在(zai)石油產品介質、海水中(zhong)的(de)(de)壽(shou)命比碳素(su)鋼管(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)5~10倍(bei)以(yi)上；在(zai)熱(re)水中(zhong)的(de)(de)壽(shou)命比碳素(su)鋼管(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)10~15倍(bei)；在(zai)基本介質（苛性堿等）中(zhong)的(de)(de)壽(shou)命比碳素(su)鋼管(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)15倍(bei)；而(er)且鑄鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)表面腐蝕均勻，提高(gao)(gao)了鑄鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)期限。所以(yi)，用(yong)(yong)擠壓(ya)出的(de)(de)鑄鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)(guan)代替(ti)鋼管(guan)(guan)(guan)（如用(yong)(yong)于住房供熱(re)水系統中(zhong)），可取(qu)得較(jiao)大(da)的(de)(de)經(jing)濟效(xiao)果。
