鑄鐵是(shi)低塑性材料。在室溫下(xia)，鑄鐵坯料短試樣拉(la)伸斷裂時(shi)的相對伸長率δ5約為1%,沖(chong)擊韌性αk僅為5J/c㎡.把(ba)鑄鐵(tie)加(jia)熱到(dao)高溫(wen)時，其(qi)塑性指標并沒(mei)有(you)明顯提高，相對伸長(chang)率(lv)僅增(zeng)加(jia)4%~5%.因此，鑄鐵(tie)的塑性變(bian)形產品應用(yong)有(you)限。這是(shi)由(you)于鑄鐵(tie)所允許的性變(bian)形量小(xiao)而使擠壓過程(cheng)不經濟。試驗采(cai)用(yong)高頻感(gan)應爐熔煉，在(zai)盛(sheng)鐵(tie)桶中以硅(gui)鎂中間合金或其(qi)他(ta)合金處(chu)理的鑄鐵(tie)坯料。圓形坯料可采(cai)用(yong)砂型用(yong)澆(jiao)口下注(zhu)澆(jiao)鑄法(fa)，或用(yong)離(li)心澆(jiao)鑄法(fa)和石墨結晶器(qi)用(yong)半連(lian)續澆(jiao)注(zhu)法(fa)得到(dao)，最合適的是(shi)離(li)心澆(jiao)鑄法(fa)和半連(lian)續澆(jiao)注(zhu)法(fa)。
采用離心(xin)澆鑄法時(shi)，其澆注(zhu)坯料(liao)在隨后的(de)機械加工中幾乎可減少一倍的(de)金(jin)屬消耗。而采用石墨結晶器用半連續(xu)澆注(zhu)法得到的(de)坯料(liao)具有光(guang)滑的(de)表(biao)面。
1. 鑄(zhu)鐵坯(pi)料的(de)化(hua)學成分
試驗用擠壓鑄鐵坯料的化學成分見表(biao)5-8.
2. 鑄鐵(tie)坯(pi)料(liao)的加熱
鑄鐵坯料(liao)(liao)擠壓前在(zai)(zai)感(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱爐(lu)(lu)(lu)或(huo)室狀(zhuang)電阻爐(lu)(lu)(lu)內(nei)進行加(jia)(jia)熱。一般采用感(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱爐(lu)(lu)(lu)，因為感(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱速度快，產生的(de)(de)氧(yang)化鐵皮少(shao)。而(er)鑄鐵坯料(liao)(liao)在(zai)(zai)立式感(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱爐(lu)(lu)(lu)中加(jia)(jia)熱是最理想的(de)(de)。球墨鑄鐵的(de)(de)加(jia)(jia)熱溫度為900~950℃,在(zai)(zai)選擇加(jia)(jia)熱溫度時，不但要(yao)考慮金屬的(de)(de)變形熱30~35℃,而(er)且還(huan)要(yao)考慮發生晶界熔化時而(er)削弱的(de)(de)可能性。
3. 擠壓(ya)鑄鐵管(guan)的(de)技術(shu)參(can)數(shu)
用擠壓(ya)法(fa)可(ke)生產φ(40~150)mm×3.5mm以上的(de)鑄(zhu)鐵(tie)管。
尼科波爾南方不銹(xiu)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(ban)認為，擠壓(ya)鑄坯比擠壓(ya)相同尺寸的(de)鍛(duan)軋(ya)坯的(de)擠壓(ya)力(li)高18%,且擠壓(ya)比較大。但(dan)在尼科波爾南方不銹鋼管廠(chang)的(de)試驗(yan)中，當延伸系數(shu)大于20時，鑄鐵坯料沒有擠壓(ya)成功。因(yin)為擠壓(ya)力(li)過高，導致(zhi)擠壓(ya)鑄管破裂。
擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)鑄鐵(tie)管(guan)時(shi)，金(jin)屬流動(dong)速(su)(su)度是一(yi)個重要(yao)參數，一(yi)般控(kong)制在2.0~2.5m/s.當金(jin)屬流動(dong)速(su)(su)度控(kong)制在該范圍(wei)，并采用(yong)石(shi)墨一(yi)機油潤滑(hua)劑(ji)時(shi)，可(ke)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)出長(chang)達(da)6m的鑄鐵(tie)管(guan)。若金(jin)屬流動(dong)速(su)(su)度超過(guo)臨界(jie)值，金(jin)屬坯(pi)料就會(hui)發生破裂。增(zeng)加(jia)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)管(guan)的長(chang)度會(hui)使(shi)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)模和(he)芯棒過(guo)熱，而采用(yong)玻璃(li)潤滑(hua)劑(ji)后可(ke)使(shi)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)管(guan)的長(chang)度增(zeng)加(jia)，但由于要(yao)清除成(cheng)品(pin)表面(mian)的玻璃(li)而使(shi)生產成(cheng)本升高。
在(zai)(zai)擠(ji)壓(ya)鑄鐵管(guan)時(shi)(shi)，擠(ji)壓(ya)工具的溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)必須保持在(zai)(zai)350~400℃,否則工模具接觸金(jin)(jin)屬(shu)(shu)層的部分會顯(xian)著冷卻，使鑄態金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的塑性下降(jiang)，引起擠(ji)壓(ya)管(guan)破裂。實踐表明，當(dang)(dang)芯(xin)棒溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)100℃時(shi)(shi)，經過1s,2s,5s后，金(jin)(jin)屬(shu)(shu)層深0.5mm處的溫(wen)(wen)(wen)降(jiang)分別為(wei)(wei)80℃、110℃、180℃;當(dang)(dang)芯(xin)棒溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)400℃時(shi)(shi)，金(jin)(jin)屬(shu)(shu)層深0.5mm處的溫(wen)(wen)(wen)降(jiang)分別為(wei)(wei)30℃、60℃、110℃.
4. 擠(ji)壓出的鑄鐵管的組織性能
球墨(mo)(mo)鑄鐵坯料和擠壓出的鑄鐵管的顯微(wei)組織(zhi)如(ru)圖5-32所示。從圖中(zhong)可以看出，球墨(mo)(mo)鑄鐵坯料的顯微(wei)組織(zhi)為致密的石(shi)墨(mo)(mo)夾雜物＋珠光(guang)體(ti)＋鐵素體(ti)；擠壓后，橫斷面上(shang)的石(shi)墨(mo)(mo)呈扁(bian)圓形，且(qie)在(zai)縱(zong)斷面上(shang)沿變形方向(xiang)上(shang)伸長。金屬模子幾乎完全(quan)是珠光(guang)體(ti)組織(zhi)。
擠壓(ya)(ya)出的球墨鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)具有足夠(gou)的塑(su)性(xing)，可以在周期式冷(leng)軋(ya)管(guan)機組上(shang)進行(xing)冷(leng)軋(ya)和溫軋(ya)。而擠壓(ya)(ya)的鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)的力學性(xing)能主要(yao)與鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)中石(shi)墨的形狀、剩余的鎂和硅元素含(han)量有關，其關系如圖5-33所示。
退火后球墨(mo)鑄鐵(tie)管的(de)力學性能最好，其中σ,為450~600MPa,σ為350~500MPa,δ為8%~12%,ψ為10%~15%,ακ為20~50J/c㎡.
所有擠壓的(de)球墨鑄鐵(tie)管都(dou)具有較(jiao)高的(de)液壓堅固性能，能經受50MPa.
5. 球狀石墨對(dui)擠壓(ya)鑄(zhu)鐵(tie)管的影響
從對(dui)擠壓鑄(zhu)鐵(tie)管進行(xing)的(de)(de)專門試驗(yan)中可知，對(dui)于(yu)鑄(zhu)鐵(tie)坯料(liao)，除了(le)對(dui)材料(liao)表面加工(gong)的(de)(de)光(guang)潔(jie)度(du)和端(duan)面加工(gong)的(de)(de)要求與(yu)低塑性(xing)材料(liao)一樣之外(wai)，為了(le)提高(gao)加工(gong)塑性(xing)和材料(liao)的(de)(de)成材率還必須限制鑄(zhu)鐵(tie)中球(qiu)狀石(shi)墨的(de)(de)含量不小于(yu)80%.
擠壓鑄鐵(tie)坯料斷面上球狀(zhuang)石墨分(fen)布均勻，其(qi)含(han)量(liang)對擠壓鑄鐵(tie)管廢品(pin)數量(liang)的影響(xiang)如(ru)圖5-34所(suo)示。
6. 擠壓出的鑄(zhu)鐵管的缺陷
擠(ji)壓(ya)(ya)球墨(mo)(mo)(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)缺(que)(que)陷主要是(shi)表面（特別是(shi)內表面）橫向(xiang)裂紋，而其他缺(que)(que)陷形式(shi)與一般碳素鋼管(guan)(guan)相似。采(cai)(cai)用塑性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)或(huo)聚集(ji)體形石(shi)墨(mo)(mo)(mo)的(de)(de)灰口鐵(tie)坯料(liao)時，該擠(ji)壓(ya)(ya)缺(que)(que)陷幾乎不(bu)可(ke)避免，并(bing)且(qie)隨著細密夾(jia)雜物(wu)數(shu)量(liang)的(de)(de)增加(jia)而減少。由(you)此可(ke)見(jian)，石(shi)墨(mo)(mo)(mo)割斷了金屬基(ji)體的(de)(de)連(lian)續(xu)性(xing)(xing)(xing)，在外力(li)(li)作用下會(hui)導致應力(li)(li)集(ji)中。擠(ji)壓(ya)(ya)后(hou)的(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)好像是(shi)由(you)很(hen)多單(dan)層(ceng)(ceng)組成的(de)(de)“分(fen)層(ceng)(ceng)”缺(que)(que)陷。為(wei)了防止“分(fen)層(ceng)(ceng)”，可(ke)以施(shi)加(jia)附加(jia)的(de)(de)壓(ya)(ya)縮(suo)應力(li)(li)，即選(xuan)用帶反壓(ya)(ya)力(li)(li)的(de)(de)擠(ji)壓(ya)(ya)方法。采(cai)(cai)用感應加(jia)熱降低坯料(liao)內表面的(de)(de)溫度和坯料(liao)內層(ceng)(ceng)的(de)(de)塑性(xing)(xing)(xing)，可(ke)以減少變形的(de)(de)不(bu)均(jun)勻(yun)性(xing)(xing)(xing)，防止“分(fen)層(ceng)(ceng)”缺(que)(que)陷的(de)(de)產生。另外，球墨(mo)(mo)(mo)鑄(zhu)鐵(tie)內石(shi)墨(mo)(mo)(mo)夾(jia)雜物(wu)的(de)(de)形狀也可(ke)能會(hui)防止金屬擠(ji)壓(ya)(ya)時出現“分(fen)層(ceng)(ceng)”缺(que)(que)陷。
7. 擠壓出的鑄鐵(tie)管的后續處理
鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)精整與(yu)一(yi)般鋼(gang)管(guan)(guan)的(de)相同，只是在輥式(shi)矯直(zhi)機(ji)上矯直(zhi)時(shi)有(you)些困難。矯直(zhi)工序應在冷(leng)床冷(leng)卻前，鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)尚有(you)700~800℃余熱時(shi)進(jin)行，因為此時(shi)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)具有(you)足(zu)夠的(de)塑(su)性。
為(wei)了防(fang)止鑄鐵(tie)管在(zai)(zai)(zai)冷卻(que)過程中發生彎曲，在(zai)(zai)(zai)螺旋式(shi)冷床或(huo)旋轉傳(chuan)動的輥道上進行(xing)冷卻(que)。鑄鐵(tie)管冷卻(que)后的切管工序可(ke)以在(zai)(zai)(zai)切管機(ji)或(huo)普(pu)通車(che)床上進行(xing)。
鑄(zhu)鐵管可以(yi)在不同的(de)管道系統中(zhong)使用，但需要對鑄(zhu)鐵管進(jin)行(xing)彎曲(qu)(qu)加工時(shi)。為了保證彎曲(qu)(qu)處具(ju)有(you)足夠的(de)塑性，需要彎曲(qu)(qu)處彎曲(qu)(qu)時(shi)的(de)溫度(du)必須保證在750~800℃。
球墨鑄鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)熱矯(jiao)直可以在彎管(guan)(guan)(guan)機上批(pi)量進行，但須在彎管(guan)(guan)(guan)機前安(an)裝高頻(pin)感應加(jia)熱設備，預先(xian)將球墨鑄鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)彎曲(qu)(qu)處加(jia)熱到(dao)800℃,球墨鑄鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)縱向進料速度為1mm/s,彎曲(qu)(qu)后用4~5個大氣(qi)壓（0.4~0.5MPa)的(de)壓縮空氣(qi)進行冷(leng)卻。鑄鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)最小(xiao)彎曲(qu)(qu)半徑(jing)可達到(dao)成品管(guan)(guan)(guan)直徑(jing)的(de)1.2倍。
為(wei)(wei)了提高鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)塑性，石(shi)墨含(han)量(liang)不(bu)同的(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)須(xu)按不(bu)同的(de)(de)熱處理工藝制度(du)進(jin)行(xing)處理。以(yi)球(qiu)狀石(shi)墨含(han)量(liang)較高的(de)(de)球(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)（表5-8中的(de)(de)9號坯料）為(wei)(wei)例，其熱處理工藝為(wei)(wei)：
a. 加熱至(zhi)780℃,保(bao)溫1h后，隨爐冷卻(que)至(zhi)680℃,保(bao)溫2.5h,最(zui)后空冷至(zhi)室(shi)溫；
b. 加(jia)熱至930℃,保(bao)(bao)(bao)溫7h后(hou)(hou)，隨爐(lu)冷卻(que)至760℃,保(bao)(bao)(bao)溫8h,然后(hou)(hou)隨爐(lu)冷卻(que)至690℃,保(bao)(bao)(bao)溫50h,最后(hou)(hou)空冷至室溫。
擠壓(ya)出的(de)球墨(mo)鑄鐵(tie)管熱處理后的(de)力學(xue)性能見表5-10.
擠(ji)壓Cr、Ni合金化(hua)的鑄(zhu)鐵管（表5-8中(zhong)的6、7、10號坯料）的結果表明，由于合金化(hua)鑄(zhu)鐵金屬的塑性低(di)，每小時產(chan)量比球墨鑄(zhu)鐵低(di)。
擠壓出的球墨鑄鐵管、鈦合金管和鉬合金管都具有(you)良好的綜合性(xing)能，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)管的優(you)點(dian)
熱擠(ji)壓鑄(zhu)鐵(tie)管與鑄(zhu)造鑄(zhu)鐵(tie)管相比，有(you)以下優(you)點：
a. 幾何尺寸精度(du)高，直徑公(gong)差為±1.0%,壁厚公(gong)差為＋10%~15%.
b. 長度長，達(da)10m;壁(bi)厚薄，達(da)3.5mm.
c. 內外表面質量(liang)高，滿足(zu)TOCT 8732標(biao)準要求。
d. 力學性能和工藝性能高，可進行(xing)彎曲(qu)、氣焊、電焊、機械(xie)加(jia)工等(deng)。
與碳(tan)素鋼(gang)管(guan)相比，鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)在(zai)多種腐蝕介(jie)質的(de)作用下，耐蝕性高(gao)。在(zai)石油產品(pin)介(jie)質、海(hai)水中(zhong)的(de)壽(shou)命比碳(tan)素鋼(gang)管(guan)高(gao)5~10倍以上(shang)；在(zai)熱水中(zhong)的(de)壽(shou)命比碳(tan)素鋼(gang)管(guan)高(gao)10~15倍；在(zai)基(ji)本介(jie)質（苛性堿(jian)等）中(zhong)的(de)壽(shou)命比碳(tan)素鋼(gang)管(guan)高(gao)15倍；而且鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)表面腐蝕均勻，提高(gao)了鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)使用期限。所以，用擠壓出(chu)的(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)代替(ti)鋼(gang)管(guan)（如用于住房供熱水系(xi)統中(zhong)），可取得較大的(de)經(jing)濟效(xiao)果。
