鑄(zhu)鐵(tie)是低塑性材料(liao)。在室溫下，鑄(zhu)鐵(tie)坯(pi)料(liao)短試(shi)樣拉(la)伸(shen)斷裂時(shi)的相(xiang)對(dui)伸(shen)長率δ5約為1%,沖擊韌性(xing)αk僅為5J/c㎡.把鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)加熱(re)到高(gao)(gao)溫(wen)時，其塑性(xing)指(zhi)標并沒有明(ming)顯提高(gao)(gao)，相對伸(shen)長率(lv)僅增加4%~5%.因此，鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)塑性(xing)變形產品應(ying)用有限。這是(shi)由于鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)所允許的(de)(de)(de)性(xing)變形量(liang)小而使擠壓過(guo)程不經濟。試(shi)驗采用高(gao)(gao)頻感應(ying)爐熔煉，在盛鐵(tie)桶中(zhong)以硅(gui)鎂中(zhong)間合金或其他(ta)合金處(chu)理的(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)坯(pi)料(liao)。圓(yuan)形坯(pi)料(liao)可采用砂型用澆(jiao)口下注(zhu)澆(jiao)鑄(zhu)(zhu)法，或用離(li)心澆(jiao)鑄(zhu)(zhu)法和(he)(he)石墨(mo)結晶器(qi)用半連(lian)續(xu)(xu)澆(jiao)注(zhu)法得到，最合適的(de)(de)(de)是(shi)離(li)心澆(jiao)鑄(zhu)(zhu)法和(he)(he)半連(lian)續(xu)(xu)澆(jiao)注(zhu)法。
采用(yong)離(li)心澆(jiao)鑄(zhu)法(fa)時，其澆(jiao)注坯料在(zai)隨后的(de)(de)機(ji)械加工中幾乎可減少一倍的(de)(de)金屬消(xiao)耗。而采用(yong)石(shi)墨結晶器用(yong)半連(lian)續澆(jiao)注法(fa)得到的(de)(de)坯料具有(you)光滑的(de)(de)表面。
1. 鑄鐵(tie)坯料的化(hua)學成分(fen)
試驗用擠壓鑄鐵(tie)坯(pi)料的化(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)見(jian)表5-8.
2. 鑄鐵坯料的加熱
鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)坯料擠壓前在感(gan)應加(jia)(jia)熱(re)(re)爐(lu)或室狀電(dian)阻爐(lu)內進行加(jia)(jia)熱(re)(re)。一(yi)般采用感(gan)應加(jia)(jia)熱(re)(re)爐(lu)，因為感(gan)應加(jia)(jia)熱(re)(re)速(su)度快(kuai)，產生的(de)氧化鐵(tie)(tie)皮少。而(er)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)坯料在立式(shi)感(gan)應加(jia)(jia)熱(re)(re)爐(lu)中加(jia)(jia)熱(re)(re)是(shi)最理想的(de)。球墨鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)加(jia)(jia)熱(re)(re)溫度為900~950℃,在選擇加(jia)(jia)熱(re)(re)溫度時(shi)，不但要考慮(lv)金屬的(de)變(bian)形熱(re)(re)30~35℃,而(er)且(qie)還要考慮(lv)發生晶(jing)界(jie)熔(rong)化時(shi)而(er)削弱的(de)可能性。
3. 擠(ji)壓鑄鐵管的技術(shu)參(can)數
用擠壓法可生產φ(40~150)mm×3.5mm以(yi)上的鑄鐵管。
尼科波爾南方不銹鋼(gang)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)(ji)壓(ya)(ya)鑄(zhu)坯(pi)比(bi)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)相同(tong)尺寸的(de)鍛軋坯(pi)的(de)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力高(gao)18%,且擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)比(bi)較大(da)。但在尼科波爾南方不(bu)銹鋼(gang)管廠的(de)試(shi)驗中，當延(yan)伸(shen)系(xi)數大(da)于20時，鑄(zhu)鐵坯(pi)料沒有擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)成(cheng)功。因為擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力過高(gao)，導致擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)鑄(zhu)管破裂。
擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)時，金(jin)屬(shu)流動速(su)度(du)是一個重要參數(shu)，一般(ban)控(kong)制在(zai)2.0~2.5m/s.當金(jin)屬(shu)流動速(su)度(du)控(kong)制在(zai)該范圍，并采用(yong)石墨一機(ji)油潤滑劑(ji)時，可擠(ji)壓(ya)出長達6m的(de)(de)鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)。若(ruo)金(jin)屬(shu)流動速(su)度(du)超過(guo)臨界值，金(jin)屬(shu)坯料就會發生(sheng)破裂。增加擠(ji)壓(ya)管(guan)(guan)的(de)(de)長度(du)會使擠(ji)壓(ya)模和芯棒(bang)過(guo)熱，而采用(yong)玻(bo)璃潤滑劑(ji)后可使擠(ji)壓(ya)管(guan)(guan)的(de)(de)長度(du)增加，但由于要清除(chu)成(cheng)(cheng)品表(biao)面的(de)(de)玻(bo)璃而使生(sheng)產成(cheng)(cheng)本升高(gao)。
在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)鑄鐵管時(shi)，擠(ji)(ji)壓(ya)工(gong)(gong)具(ju)的(de)溫(wen)度(du)必須保持在(zai)350~400℃,否則工(gong)(gong)模具(ju)接觸金屬(shu)層的(de)部分會顯著(zhu)冷(leng)卻(que)，使鑄態金屬(shu)的(de)塑性下降(jiang)，引起擠(ji)(ji)壓(ya)管破裂。實踐(jian)表明(ming)，當芯棒(bang)(bang)溫(wen)度(du)為100℃時(shi)，經過1s,2s,5s后，金屬(shu)層深(shen)0.5mm處(chu)的(de)溫(wen)降(jiang)分別(bie)為80℃、110℃、180℃;當芯棒(bang)(bang)溫(wen)度(du)為400℃時(shi)，金屬(shu)層深(shen)0.5mm處(chu)的(de)溫(wen)降(jiang)分別(bie)為30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓出的鑄鐵管(guan)的組織性(xing)能
球(qiu)墨(mo)(mo)(mo)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)坯料(liao)(liao)和擠壓出的鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管的顯(xian)微組(zu)織(zhi)如圖5-32所(suo)示。從圖中(zhong)可以看出，球(qiu)墨(mo)(mo)(mo)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)坯料(liao)(liao)的顯(xian)微組(zu)織(zhi)為致(zhi)密的石墨(mo)(mo)(mo)夾雜物(wu)＋珠光體(ti)＋鐵(tie)素體(ti)；擠壓后(hou)，橫斷面(mian)上(shang)的石墨(mo)(mo)(mo)呈扁(bian)圓形，且在縱斷面(mian)上(shang)沿變形方向上(shang)伸長。金(jin)屬模子幾乎完全是(shi)珠光體(ti)組(zu)織(zhi)。
擠(ji)壓(ya)出的(de)(de)(de)球墨鑄鐵(tie)管(guan)具有足夠的(de)(de)(de)塑(su)性，可以在周期式冷軋(ya)(ya)(ya)管(guan)機組(zu)上進行冷軋(ya)(ya)(ya)和溫軋(ya)(ya)(ya)。而擠(ji)壓(ya)的(de)(de)(de)鑄鐵(tie)管(guan)的(de)(de)(de)力學性能主要與鑄鐵(tie)中(zhong)石墨的(de)(de)(de)形狀、剩余的(de)(de)(de)鎂和硅元素含量有關，其關系如圖5-33所示。
退火后球墨鑄(zhu)鐵管(guan)的力學性(xing)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㎡.
所有擠壓的球墨鑄鐵管都具有較(jiao)高的液壓堅固性(xing)能，能經受50MPa.
5. 球狀石墨對擠壓(ya)鑄鐵管的影響
從對擠壓鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管進行的(de)(de)專(zhuan)門試驗中可知，對于鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)坯料，除了對材料表面(mian)加工的(de)(de)光潔度和(he)端面(mian)加工的(de)(de)要(yao)求與低(di)塑(su)性材料一樣之外，為了提(ti)高加工塑(su)性和(he)材料的(de)(de)成材率還必須限制鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)中球(qiu)狀石墨的(de)(de)含(han)量不(bu)小于80%.
擠壓鑄鐵(tie)坯料斷面上球狀石墨(mo)分布均勻(yun)，其含(han)量對擠壓鑄鐵(tie)管(guan)廢品數量的影響如圖5-34所示(shi)。
6. 擠壓出的(de)鑄(zhu)鐵管的(de)缺陷
擠壓球墨(mo)(mo)(mo)鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)的(de)(de)(de)(de)缺(que)陷主要是(shi)表面（特別是(shi)內(nei)表面）橫向裂紋(wen)，而其(qi)他缺(que)陷形(xing)式與一般碳素(su)鋼管(guan)相似。采用塑(su)性的(de)(de)(de)(de)或聚集(ji)體(ti)形(xing)石墨(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)灰口鐵坯料時，該擠壓缺(que)陷幾乎不可(ke)避免，并且隨著細密夾(jia)雜(za)物數量的(de)(de)(de)(de)增加而減少(shao)。由此(ci)可(ke)見，石墨(mo)(mo)(mo)割斷了金(jin)屬基體(ti)的(de)(de)(de)(de)連續性，在外(wai)力作用下(xia)會導致應力集(ji)中(zhong)。擠壓后(hou)的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)好像是(shi)由很多單(dan)層(ceng)組成的(de)(de)(de)(de)“分(fen)層(ceng)”缺(que)陷。為了防止“分(fen)層(ceng)”，可(ke)以施加附加的(de)(de)(de)(de)壓縮應力，即選用帶反壓力的(de)(de)(de)(de)擠壓方(fang)法。采用感應加熱降低坯料內(nei)表面的(de)(de)(de)(de)溫度和坯料內(nei)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)塑(su)性，可(ke)以減少(shao)變形(xing)的(de)(de)(de)(de)不均勻性，防止“分(fen)層(ceng)”缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)產生。另外(wai)，球墨(mo)(mo)(mo)鑄(zhu)(zhu)鐵內(nei)石墨(mo)(mo)(mo)夾(jia)雜(za)物的(de)(de)(de)(de)形(xing)狀也(ye)可(ke)能會防止金(jin)屬擠壓時出現“分(fen)層(ceng)”缺(que)陷。
7. 擠壓(ya)出(chu)的(de)鑄(zhu)鐵管的(de)后(hou)續處理
鑄鐵管的精整與一(yi)般鋼管的相同(tong)，只是在輥式矯直(zhi)機上矯直(zhi)時有些困(kun)難。矯直(zhi)工序應(ying)在冷床冷卻前，鑄鐵管尚有700~800℃余熱(re)時進行，因為此時鑄鐵管具(ju)有足(zu)夠的塑性。
為了防(fang)止(zhi)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)在冷卻(que)(que)過程(cheng)中發生彎曲，在螺旋式冷床或旋轉(zhuan)傳動(dong)的輥(gun)道上進(jin)行冷卻(que)(que)。鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)冷卻(que)(que)后的切管(guan)工序可以(yi)在切管(guan)機(ji)或普通車床上進(jin)行。
鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管(guan)可(ke)以(yi)在不同的管(guan)道系(xi)統中使用(yong)，但需要對鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管(guan)進行彎曲(qu)加工時。為了保證彎曲(qu)處具有足夠的塑性，需要彎曲(qu)處彎曲(qu)時的溫度必(bi)須(xu)保證在750~800℃。
球墨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管的(de)(de)(de)熱(re)矯直可(ke)以在(zai)彎管機上(shang)批量進行，但(dan)須在(zai)彎管機前(qian)安裝高頻感應加(jia)熱(re)設備(bei)，預先將球墨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管的(de)(de)(de)彎曲(qu)處加(jia)熱(re)到(dao)800℃,球墨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管的(de)(de)(de)縱(zong)向進料(liao)速度(du)為1mm/s,彎曲(qu)后用4~5個大氣(qi)壓(ya)（0.4~0.5MPa)的(de)(de)(de)壓(ya)縮空氣(qi)進行冷卻。鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管的(de)(de)(de)最(zui)小彎曲(qu)半徑(jing)(jing)可(ke)達到(dao)成品管直徑(jing)(jing)的(de)(de)(de)1.2倍。
為(wei)了提高鑄(zhu)鐵管(guan)的塑性，石墨含量(liang)不(bu)同的鑄(zhu)鐵管(guan)須按不(bu)同的熱處理工藝制(zhi)度進行處理。以(yi)球狀(zhuang)石墨含量(liang)較高的球墨鑄(zhu)鐵管(guan)（表5-8中的9號坯料）為(wei)例，其(qi)熱處理工藝為(wei)：
a. 加熱至(zhi)780℃,保(bao)(bao)溫(wen)1h后，隨爐冷卻至(zhi)680℃,保(bao)(bao)溫(wen)2.5h,最后空冷至(zhi)室溫(wen)；
b. 加(jia)熱至(zhi)930℃,保(bao)溫7h后(hou)，隨爐冷卻至(zhi)760℃,保(bao)溫8h,然(ran)后(hou)隨爐冷卻至(zhi)690℃,保(bao)溫50h,最后(hou)空冷至(zhi)室溫。
擠壓出(chu)的球墨鑄(zhu)鐵管熱處理后的力(li)學性能見表5-10.
擠(ji)壓Cr、Ni合金(jin)化的(de)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管（表5-8中(zhong)的(de)6、7、10號坯料(liao)）的(de)結(jie)果表明，由于合金(jin)化鑄(zhu)鐵(tie)(tie)金(jin)屬的(de)塑性(xing)低(di)，每小時產量比(bi)球墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)低(di)。
擠壓(ya)出(chu)的(de)球墨鑄鐵管、鈦合金(jin)管和(he)鉬(mu)合金(jin)管都具有良好的(de)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(zhu)鐵管(guan)的優點
熱擠壓鑄鐵管與鑄造鑄鐵管相比，有以下優點(dian)：
a. 幾何尺(chi)寸精度高，直(zhi)徑公(gong)差為±1.0%,壁厚公(gong)差為＋10%~15%.
b. 長度長，達(da)(da)10m;壁厚薄，達(da)(da)3.5mm.
c. 內外(wai)表面質量高，滿足TOCT 8732標準要求。
d. 力學(xue)性(xing)能和工藝性(xing)能高，可(ke)進行彎曲、氣焊(han)、電(dian)焊(han)、機械加工等。
與(yu)碳素鋼(gang)(gang)管相比(bi)，鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管在多種腐蝕(shi)(shi)介(jie)質(zhi)的(de)(de)作用(yong)下(xia)，耐蝕(shi)(shi)性高(gao)(gao)(gao)。在石(shi)油產品介(jie)質(zhi)、海水(shui)中(zhong)的(de)(de)壽(shou)命比(bi)碳素鋼(gang)(gang)管高(gao)(gao)(gao)5~10倍(bei)(bei)以上；在熱水(shui)中(zhong)的(de)(de)壽(shou)命比(bi)碳素鋼(gang)(gang)管高(gao)(gao)(gao)10~15倍(bei)(bei)；在基本介(jie)質(zhi)（苛性堿等）中(zhong)的(de)(de)壽(shou)命比(bi)碳素鋼(gang)(gang)管高(gao)(gao)(gao)15倍(bei)(bei)；而且鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管的(de)(de)表面腐蝕(shi)(shi)均勻，提高(gao)(gao)(gao)了鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管的(de)(de)使(shi)用(yong)期限。所以，用(yong)擠壓(ya)出的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管代替鋼(gang)(gang)管（如用(yong)于住房供熱水(shui)系統中(zhong)），可(ke)取得(de)較大的(de)(de)經濟效果。
