鑄鐵(tie)是低塑性(xing)材料。在(zai)室溫(wen)下(xia)，鑄鐵(tie)坯料短試(shi)樣拉伸(shen)斷(duan)裂(lie)時的相對伸(shen)長率(lv)δ5約為1%,沖擊韌性αk僅(jin)為5J/c㎡.把鑄(zhu)(zhu)鐵加熱到(dao)高溫(wen)時(shi)，其(qi)塑(su)性(xing)指(zhi)標并沒有明顯提(ti)高，相對伸長率(lv)僅(jin)增(zeng)加4%~5%.因此，鑄(zhu)(zhu)鐵的(de)塑(su)性(xing)變形(xing)產(chan)品應(ying)用(yong)有限。這是由(you)于(yu)鑄(zhu)(zhu)鐵所(suo)允(yun)許的(de)性(xing)變形(xing)量(liang)小(xiao)而使擠壓過程不經(jing)濟(ji)。試驗采(cai)(cai)用(yong)高頻感(gan)應(ying)爐熔(rong)煉，在(zai)盛(sheng)鐵桶(tong)中以硅鎂中間合金或其(qi)他合金處理的(de)鑄(zhu)(zhu)鐵坯料(liao)。圓(yuan)形(xing)坯料(liao)可采(cai)(cai)用(yong)砂型用(yong)澆(jiao)(jiao)口下注澆(jiao)(jiao)鑄(zhu)(zhu)法(fa)(fa)，或用(yong)離心澆(jiao)(jiao)鑄(zhu)(zhu)法(fa)(fa)和(he)石墨結晶器用(yong)半連(lian)續澆(jiao)(jiao)注法(fa)(fa)得到(dao)，最合適的(de)是離心澆(jiao)(jiao)鑄(zhu)(zhu)法(fa)(fa)和(he)半連(lian)續澆(jiao)(jiao)注法(fa)(fa)。
采用離心澆(jiao)鑄(zhu)法(fa)時，其澆(jiao)注(zhu)坯(pi)料在隨后(hou)的機械加工(gong)中幾(ji)乎可減(jian)少一倍的金屬消耗。而(er)采用石墨結晶器用半連續(xu)澆(jiao)注(zhu)法(fa)得到的坯(pi)料具(ju)有光(guang)滑的表面。
1. 鑄鐵(tie)坯料的化學成分(fen)
試驗用(yong)擠(ji)壓鑄鐵坯料的(de)化學成(cheng)分見(jian)表5-8.
2. 鑄鐵坯料的(de)加熱
鑄鐵(tie)坯料擠壓前在感(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱(re)爐(lu)(lu)或室狀電阻爐(lu)(lu)內(nei)進行(xing)加(jia)(jia)熱(re)。一(yi)般采用(yong)感(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱(re)爐(lu)(lu)，因為(wei)(wei)感(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱(re)速度快，產生的氧(yang)化鐵(tie)皮少。而(er)鑄鐵(tie)坯料在立式感(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱(re)爐(lu)(lu)中加(jia)(jia)熱(re)是最理想的。球(qiu)墨(mo)鑄鐵(tie)的加(jia)(jia)熱(re)溫(wen)度為(wei)(wei)900~950℃,在選擇加(jia)(jia)熱(re)溫(wen)度時(shi)，不但(dan)要考(kao)慮金屬的變形熱(re)30~35℃,而(er)且還要考(kao)慮發生晶界熔(rong)化時(shi)而(er)削弱的可(ke)能性。
3. 擠壓鑄鐵(tie)管的技(ji)術參數(shu)
用(yong)擠壓法可生(sheng)產φ(40~150)mm×3.5mm以上(shang)的鑄鐵管。
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。
一般認(ren)為，擠(ji)壓(ya)(ya)鑄(zhu)坯(pi)比擠(ji)壓(ya)(ya)相同尺寸的鍛軋坯(pi)的擠(ji)壓(ya)(ya)力高18%,且擠(ji)壓(ya)(ya)比較大(da)(da)。但在尼科(ke)波爾南(nan)方不銹鋼管(guan)廠的試驗中，當延伸系數大(da)(da)于20時(shi)，鑄(zhu)鐵坯(pi)料沒有擠(ji)壓(ya)(ya)成功。因(yin)為擠(ji)壓(ya)(ya)力過高，導致(zhi)擠(ji)壓(ya)(ya)鑄(zhu)管(guan)破(po)裂(lie)。
擠壓(ya)(ya)鑄(zhu)鐵管(guan)時(shi)(shi)，金(jin)屬(shu)流(liu)(liu)(liu)動(dong)速度是(shi)一個(ge)重(zhong)要(yao)參(can)數(shu)，一般控制(zhi)在2.0~2.5m/s.當金(jin)屬(shu)流(liu)(liu)(liu)動(dong)速度控制(zhi)在該(gai)范圍，并采用石墨一機油潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)(ji)時(shi)(shi)，可(ke)擠壓(ya)(ya)出長達6m的(de)鑄(zhu)鐵管(guan)。若金(jin)屬(shu)流(liu)(liu)(liu)動(dong)速度超過臨界值，金(jin)屬(shu)坯料(liao)就會發生(sheng)破裂(lie)。增加(jia)擠壓(ya)(ya)管(guan)的(de)長度會使擠壓(ya)(ya)模和芯棒過熱(re)，而采用玻璃潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)(ji)后(hou)可(ke)使擠壓(ya)(ya)管(guan)的(de)長度增加(jia)，但由于要(yao)清除(chu)成(cheng)品表面的(de)玻璃而使生(sheng)產(chan)成(cheng)本升高。
在擠(ji)(ji)壓(ya)鑄鐵管時，擠(ji)(ji)壓(ya)工(gong)具的(de)溫度(du)必須(xu)保持在350~400℃,否(fou)則工(gong)模具接觸金屬(shu)層(ceng)的(de)部分(fen)會(hui)顯(xian)著冷卻，使鑄態金屬(shu)的(de)塑性(xing)下降(jiang)(jiang)，引起(qi)擠(ji)(ji)壓(ya)管破裂。實踐(jian)表明，當芯(xin)棒溫度(du)為(wei)100℃時，經過1s,2s,5s后(hou)，金屬(shu)層(ceng)深(shen)0.5mm處的(de)溫降(jiang)(jiang)分(fen)別為(wei)80℃、110℃、180℃;當芯(xin)棒溫度(du)為(wei)400℃時，金屬(shu)層(ceng)深(shen)0.5mm處的(de)溫降(jiang)(jiang)分(fen)別為(wei)30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓出的鑄(zhu)鐵管的組織性能
球墨(mo)(mo)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)坯料和(he)擠(ji)壓(ya)出的(de)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)的(de)顯微組(zu)織(zhi)(zhi)如圖5-32所示。從(cong)圖中可以看出，球墨(mo)(mo)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)坯料的(de)顯微組(zu)織(zhi)(zhi)為(wei)致密的(de)石墨(mo)(mo)夾雜物＋珠(zhu)光體＋鐵(tie)(tie)素體；擠(ji)壓(ya)后(hou)，橫斷面上(shang)的(de)石墨(mo)(mo)呈(cheng)扁圓形(xing)，且在縱斷面上(shang)沿變形(xing)方(fang)向上(shang)伸長。金屬模子幾乎完全是珠(zhu)光體組(zu)織(zhi)(zhi)。
擠壓出的(de)球墨鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)具有(you)足(zu)夠(gou)的(de)塑性，可以在周期式冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)機(ji)組(zu)上(shang)進(jin)行冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)和(he)溫軋(ya)(ya)(ya)。而(er)擠壓的(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)力(li)學性能主要與鑄(zhu)鐵(tie)中石墨的(de)形狀、剩余的(de)鎂和(he)硅元素含量有(you)關(guan)，其關(guan)系如圖5-33所示。
退火后球墨鑄鐵(tie)管的力學性(xing)能(neng)最好，其中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(you)擠(ji)壓的(de)球墨鑄鐵管(guan)都具有(you)較高的(de)液壓堅(jian)固(gu)性(xing)能，能經受50MPa.
5. 球狀石墨對擠壓鑄鐵管的影響
從對擠壓鑄(zhu)鐵管進行的(de)(de)專門試驗中(zhong)可知，對于鑄(zhu)鐵坯料(liao)，除了對材(cai)料(liao)表面加(jia)(jia)(jia)工的(de)(de)光潔(jie)度和端(duan)面加(jia)(jia)(jia)工的(de)(de)要求與低(di)塑(su)性材(cai)料(liao)一樣(yang)之外，為(wei)了提高加(jia)(jia)(jia)工塑(su)性和材(cai)料(liao)的(de)(de)成材(cai)率還必須限制鑄(zhu)鐵中(zhong)球狀石墨的(de)(de)含量不小(xiao)于80%.
擠壓鑄鐵坯料斷面上球狀石墨分布均勻(yun)，其含量(liang)(liang)對(dui)擠壓鑄鐵管(guan)廢品數(shu)量(liang)(liang)的影響如(ru)圖(tu)5-34所(suo)示(shi)。
6. 擠(ji)壓出的(de)鑄鐵(tie)管(guan)的(de)缺陷
擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)球(qiu)墨(mo)鑄鐵管的(de)缺陷(xian)(xian)主要是表(biao)面（特別是內(nei)(nei)(nei)表(biao)面）橫向(xiang)裂紋(wen)，而(er)其他(ta)缺陷(xian)(xian)形(xing)式與一般碳素鋼管相似。采用(yong)塑(su)(su)性的(de)或(huo)聚集體形(xing)石墨(mo)的(de)灰(hui)口鐵坯料(liao)(liao)時，該擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)缺陷(xian)(xian)幾乎不(bu)可(ke)(ke)避免，并且隨著細密夾(jia)(jia)雜物(wu)數量的(de)增加(jia)而(er)減少(shao)。由此(ci)可(ke)(ke)見，石墨(mo)割斷了金屬基體的(de)連續性，在外力作用(yong)下會導致應(ying)力集中。擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)后(hou)的(de)鑄鐵管好像(xiang)是由很(hen)多單層(ceng)組成的(de)“分(fen)層(ceng)”缺陷(xian)(xian)。為了防止(zhi)(zhi)“分(fen)層(ceng)”，可(ke)(ke)以(yi)施加(jia)附加(jia)的(de)壓(ya)(ya)(ya)縮應(ying)力，即(ji)選用(yong)帶(dai)反壓(ya)(ya)(ya)力的(de)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)方(fang)法。采用(yong)感應(ying)加(jia)熱降低坯料(liao)(liao)內(nei)(nei)(nei)表(biao)面的(de)溫度和坯料(liao)(liao)內(nei)(nei)(nei)層(ceng)的(de)塑(su)(su)性，可(ke)(ke)以(yi)減少(shao)變形(xing)的(de)不(bu)均勻性，防止(zhi)(zhi)“分(fen)層(ceng)”缺陷(xian)(xian)的(de)產(chan)生。另(ling)外，球(qiu)墨(mo)鑄鐵內(nei)(nei)(nei)石墨(mo)夾(jia)(jia)雜物(wu)的(de)形(xing)狀也可(ke)(ke)能會防止(zhi)(zhi)金屬擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)時出(chu)現“分(fen)層(ceng)”缺陷(xian)(xian)。
7. 擠壓出的鑄鐵(tie)管的后續(xu)處理
鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的精整(zheng)與一般鋼管(guan)的相同，只(zhi)是在輥式(shi)矯(jiao)直機上矯(jiao)直時有些困(kun)難。矯(jiao)直工序應在冷(leng)床冷(leng)卻前，鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)尚有700~800℃余熱時進行，因為(wei)此時鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)具(ju)有足夠(gou)的塑(su)性。
為了防止鑄鐵(tie)管在冷卻(que)過程中發生彎曲(qu)，在螺(luo)旋式冷床或旋轉傳動的輥道上進(jin)行(xing)冷卻(que)。鑄鐵(tie)管冷卻(que)后的切管工(gong)序(xu)可以在切管機或普(pu)通車床上進(jin)行(xing)。
鑄鐵管可以在不同的管道系(xi)統中使用，但(dan)需(xu)要(yao)(yao)對鑄鐵管進行彎曲加(jia)工(gong)時。為了保(bao)證彎曲處具(ju)有足夠的塑性，需(xu)要(yao)(yao)彎曲處彎曲時的溫度(du)必須(xu)保(bao)證在750~800℃。
球(qiu)(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)熱矯(jiao)直(zhi)可以在彎(wan)(wan)管(guan)(guan)機(ji)上批量進(jin)行(xing)，但須在彎(wan)(wan)管(guan)(guan)機(ji)前安裝(zhuang)高頻(pin)感應加熱設備(bei)，預先(xian)將球(qiu)(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)彎(wan)(wan)曲處加熱到800℃,球(qiu)(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)縱向進(jin)料速度為1mm/s,彎(wan)(wan)曲后用(yong)4~5個大氣(qi)壓（0.4~0.5MPa)的(de)(de)壓縮空氣(qi)進(jin)行(xing)冷卻。鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)最(zui)小彎(wan)(wan)曲半徑可達到成品管(guan)(guan)直(zhi)徑的(de)(de)1.2倍。
為了提高鑄鐵(tie)管的塑性，石(shi)墨(mo)含量不(bu)同的鑄鐵(tie)管須按不(bu)同的熱處理(li)工(gong)藝制度進行處理(li)。以球(qiu)狀(zhuang)石(shi)墨(mo)含量較(jiao)高的球(qiu)墨(mo)鑄鐵(tie)管（表5-8中的9號坯料）為例(li)，其熱處理(li)工(gong)藝為：
a. 加熱至(zhi)780℃,保溫1h后，隨爐冷(leng)卻至(zhi)680℃,保溫2.5h,最(zui)后空冷(leng)至(zhi)室溫；
b. 加熱至930℃,保溫(wen)(wen)7h后，隨爐(lu)冷卻(que)至760℃,保溫(wen)(wen)8h,然后隨爐(lu)冷卻(que)至690℃,保溫(wen)(wen)50h,最后空(kong)冷至室(shi)溫(wen)(wen)。
擠壓出的球(qiu)墨(mo)鑄鐵管熱處理后的力學性能見表5-10.
擠(ji)壓Cr、Ni合金化的(de)鑄鐵(tie)管（表5-8中的(de)6、7、10號坯(pi)料）的(de)結果表明(ming)，由于合金化鑄鐵(tie)金屬(shu)的(de)塑性低，每小時產(chan)量比球(qiu)墨鑄鐵(tie)低。
擠(ji)壓出的球墨鑄鐵管(guan)(guan)、鈦合(he)金管(guan)(guan)和鉬合(he)金管(guan)(guan)都具(ju)有良好的綜(zong)合(he)性(xing)能(neng)，其中(zhong)σb=450~600MPa, δs=3.5% ~8.0%,σ, =400 ~600MPa, ακ=15~35J/c㎡.
8. 擠壓出的(de)(de)鑄鐵管(guan)的(de)(de)優點
熱擠壓鑄鐵管與鑄造鑄鐵管相(xiang)比(bi)，有以下(xia)優點(dian)：
a. 幾何尺寸精度高，直徑公差為(wei)±1.0%,壁厚公差為(wei)＋10%~15%.
b. 長(chang)度長(chang)，達10m;壁厚薄，達3.5mm.
c. 內外表面質量高，滿足(zu)TOCT 8732標(biao)準要求。
d. 力學性(xing)能和工(gong)藝性(xing)能高，可進行彎曲、氣焊、電焊、機(ji)械加工(gong)等(deng)。
與(yu)碳素鋼管(guan)(guan)(guan)相比，鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)在(zai)(zai)(zai)多種(zhong)腐蝕介質的(de)作用(yong)下，耐蝕性(xing)(xing)高。在(zai)(zai)(zai)石油產品介質、海水(shui)(shui)中(zhong)的(de)壽命比碳素鋼管(guan)(guan)(guan)高5~10倍(bei)以(yi)上；在(zai)(zai)(zai)熱(re)水(shui)(shui)中(zhong)的(de)壽命比碳素鋼管(guan)(guan)(guan)高10~15倍(bei)；在(zai)(zai)(zai)基本介質（苛(ke)性(xing)(xing)堿等）中(zhong)的(de)壽命比碳素鋼管(guan)(guan)(guan)高15倍(bei)；而且鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)表面(mian)腐蝕均勻，提(ti)高了鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)使用(yong)期限。所以(yi)，用(yong)擠(ji)壓出的(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)代替鋼管(guan)(guan)(guan)（如用(yong)于住(zhu)房供熱(re)水(shui)(shui)系統(tong)中(zhong)），可取得較大(da)的(de)經濟(ji)效(xiao)果。
