鑄鐵(tie)是低(di)塑性材料。在室(shi)溫下，鑄鐵(tie)坯料短試樣拉伸斷裂時(shi)的相對伸長(chang)率δ5約(yue)為1%,沖擊韌性(xing)αk僅(jin)為5J/c㎡.把鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)加(jia)熱(re)到(dao)高溫時，其塑(su)性(xing)指(zhi)標并(bing)沒有(you)明顯提高，相(xiang)對伸(shen)長率僅(jin)增加(jia)4%~5%.因(yin)此，鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的塑(su)性(xing)變(bian)形(xing)產品應(ying)用(yong)有(you)限。這是(shi)由于鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)所允許的性(xing)變(bian)形(xing)量小而(er)使擠壓過(guo)程(cheng)不經濟。試(shi)驗采(cai)用(yong)高頻感應(ying)爐(lu)熔煉，在盛(sheng)鐵(tie)桶中以硅鎂中間合金或(huo)其他合金處理的鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)坯料(liao)。圓形(xing)坯料(liao)可(ke)采(cai)用(yong)砂(sha)型用(yong)澆(jiao)(jiao)(jiao)口下注(zhu)澆(jiao)(jiao)(jiao)鑄(zhu)(zhu)法(fa)(fa)，或(huo)用(yong)離心(xin)澆(jiao)(jiao)(jiao)鑄(zhu)(zhu)法(fa)(fa)和石墨結(jie)晶器用(yong)半(ban)連續(xu)澆(jiao)(jiao)(jiao)注(zhu)法(fa)(fa)得到(dao)，最合適的是(shi)離心(xin)澆(jiao)(jiao)(jiao)鑄(zhu)(zhu)法(fa)(fa)和半(ban)連續(xu)澆(jiao)(jiao)(jiao)注(zhu)法(fa)(fa)。
采用離心澆鑄法時(shi)，其澆注坯料(liao)在隨后的機械(xie)加(jia)工中(zhong)幾乎(hu)可(ke)減少(shao)一倍的金屬消耗。而(er)采用石(shi)墨結晶(jing)器用半連(lian)續澆注法得到的坯料(liao)具有光(guang)滑的表面。
1. 鑄鐵坯料的化學成分(fen)
試驗用(yong)擠壓(ya)鑄鐵坯料(liao)的化學成分見表5-8.
2. 鑄(zhu)鐵坯料的加熱
鑄(zhu)鐵坯料擠壓前在感(gan)(gan)應(ying)加熱爐(lu)或室(shi)狀電阻爐(lu)內進行加熱。一般采用感(gan)(gan)應(ying)加熱爐(lu)，因為(wei)感(gan)(gan)應(ying)加熱速度快，產(chan)生的(de)氧化鐵皮(pi)少。而鑄(zhu)鐵坯料在立(li)式感(gan)(gan)應(ying)加熱爐(lu)中加熱是最(zui)理想(xiang)的(de)。球墨鑄(zhu)鐵的(de)加熱溫度為(wei)900~950℃,在選擇加熱溫度時，不但要考慮金(jin)屬(shu)的(de)變形熱30~35℃,而且還要考慮發生晶界熔化時而削弱的(de)可能性。
3. 擠壓鑄鐵管(guan)的技(ji)術參數
用擠(ji)壓法(fa)可生產φ(40~150)mm×3.5mm以上的鑄(zhu)鐵管。
尼科波爾南方不銹(xiu)鋼(gang)管廠(chang)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)(ji)壓鑄坯(pi)比擠(ji)(ji)(ji)壓相同尺寸的鍛(duan)軋坯(pi)的擠(ji)(ji)(ji)壓力高18%,且(qie)擠(ji)(ji)(ji)壓比較大。但在尼科(ke)波爾南方不(bu)銹(xiu)鋼管廠的試驗中，當延伸系數大于(yu)20時，鑄鐵坯(pi)料沒有擠(ji)(ji)(ji)壓成功。因為擠(ji)(ji)(ji)壓力過高，導致擠(ji)(ji)(ji)壓鑄管破裂。
擠(ji)壓鑄鐵管(guan)時(shi)，金(jin)屬流(liu)(liu)動速度(du)是(shi)一(yi)個重要參(can)數，一(yi)般控制在2.0~2.5m/s.當金(jin)屬流(liu)(liu)動速度(du)控制在該范圍，并(bing)采(cai)用石墨一(yi)機油(you)潤滑劑時(shi)，可(ke)擠(ji)壓出長(chang)達(da)6m的鑄鐵管(guan)。若金(jin)屬流(liu)(liu)動速度(du)超過(guo)臨界(jie)值，金(jin)屬坯(pi)料就會發生破(po)裂。增加(jia)擠(ji)壓管(guan)的長(chang)度(du)會使(shi)擠(ji)壓模和芯棒(bang)過(guo)熱，而(er)采(cai)用玻璃(li)潤滑劑后可(ke)使(shi)擠(ji)壓管(guan)的長(chang)度(du)增加(jia)，但由(you)于要清除成(cheng)品表(biao)面的玻璃(li)而(er)使(shi)生產成(cheng)本(ben)升高(gao)。
在(zai)擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)鐵管時，擠(ji)壓(ya)工具(ju)的(de)溫(wen)度必須保持在(zai)350~400℃,否則工模具(ju)接觸金屬層(ceng)(ceng)的(de)部(bu)分會顯著冷卻，使(shi)鑄(zhu)態金屬的(de)塑(su)性下降(jiang)，引起(qi)擠(ji)壓(ya)管破裂。實踐表明，當芯(xin)棒(bang)溫(wen)度為(wei)100℃時，經過(guo)1s,2s,5s后，金屬層(ceng)(ceng)深0.5mm處的(de)溫(wen)降(jiang)分別為(wei)80℃、110℃、180℃;當芯(xin)棒(bang)溫(wen)度為(wei)400℃時，金屬層(ceng)(ceng)深0.5mm處的(de)溫(wen)降(jiang)分別為(wei)30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓出的鑄鐵管的組織性(xing)能
球墨鑄鐵坯料和(he)擠(ji)(ji)壓(ya)出的鑄鐵管的顯微(wei)組(zu)織如圖(tu)5-32所示。從圖(tu)中可以看出，球墨鑄鐵坯料的顯微(wei)組(zu)織為致密(mi)的石(shi)墨夾雜物＋珠光體＋鐵素體；擠(ji)(ji)壓(ya)后，橫斷面(mian)上的石(shi)墨呈扁圓(yuan)形(xing)，且在縱斷面(mian)上沿(yan)變形(xing)方向上伸(shen)長。金屬模子幾乎完全是珠光體組(zu)織。
擠壓出的(de)球墨鑄(zhu)鐵管(guan)具有(you)足夠的(de)塑性，可以(yi)在周期(qi)式(shi)冷軋(ya)管(guan)機(ji)組上(shang)進行冷軋(ya)和(he)(he)溫軋(ya)。而擠壓的(de)鑄(zhu)鐵管(guan)的(de)力學性能主要與鑄(zhu)鐵中石墨的(de)形(xing)狀(zhuang)、剩(sheng)余的(de)鎂和(he)(he)硅元素含量有(you)關(guan)(guan)，其關(guan)(guan)系如圖5-33所示。
退火后球墨鑄鐵管的(de)力學性(xing)能(neng)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㎡.
所有擠壓的(de)球墨(mo)鑄鐵管都具有較高的(de)液壓堅固性(xing)能，能經受50MPa.
5. 球狀(zhuang)石墨對擠壓鑄鐵管的影響(xiang)
從對(dui)擠壓鑄(zhu)鐵管進行的(de)(de)(de)專門試驗中可知，對(dui)于鑄(zhu)鐵坯料，除了對(dui)材(cai)料表面(mian)加工(gong)的(de)(de)(de)光潔度和端面(mian)加工(gong)的(de)(de)(de)要求(qiu)與低塑性材(cai)料一(yi)樣之外(wai)，為了提(ti)高加工(gong)塑性和材(cai)料的(de)(de)(de)成材(cai)率還必須限(xian)制鑄(zhu)鐵中球狀石墨(mo)的(de)(de)(de)含量(liang)不(bu)小(xiao)于80%.
擠(ji)壓鑄鐵坯料斷面上球狀(zhuang)石墨分布均勻，其含量對(dui)擠(ji)壓鑄鐵管廢品數(shu)量的影響如圖5-34所示。
6. 擠(ji)壓出的鑄鐵管(guan)的缺陷
擠(ji)壓球墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管的(de)(de)(de)(de)(de)缺(que)陷主要(yao)是表面(mian)(mian)（特(te)別是內(nei)表面(mian)(mian)）橫向(xiang)裂紋，而(er)其他缺(que)陷形(xing)式與一般碳素鋼管相似。采用塑性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)或聚(ju)集體形(xing)石墨(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)灰口鐵(tie)坯(pi)料時(shi)，該擠(ji)壓缺(que)陷幾乎不可(ke)避免，并(bing)且隨(sui)著細密夾雜(za)物數量的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加而(er)減少(shao)(shao)。由此(ci)可(ke)見，石墨(mo)割斷了(le)金屬基體的(de)(de)(de)(de)(de)連續性(xing)(xing)，在外力作用下會導致應力集中。擠(ji)壓后的(de)(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)管好(hao)像是由很(hen)多單層(ceng)組成的(de)(de)(de)(de)(de)“分(fen)(fen)層(ceng)”缺(que)陷。為了(le)防(fang)止(zhi)“分(fen)(fen)層(ceng)”，可(ke)以施加附加的(de)(de)(de)(de)(de)壓縮應力，即(ji)選(xuan)用帶反壓力的(de)(de)(de)(de)(de)擠(ji)壓方法。采用感應加熱(re)降低(di)坯(pi)料內(nei)表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)溫度和坯(pi)料內(nei)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)塑性(xing)(xing)，可(ke)以減少(shao)(shao)變形(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)不均勻性(xing)(xing)，防(fang)止(zhi)“分(fen)(fen)層(ceng)”缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)(de)產生。另(ling)外，球墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)內(nei)石墨(mo)夾雜(za)物的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)狀也可(ke)能會防(fang)止(zhi)金屬擠(ji)壓時(shi)出(chu)現“分(fen)(fen)層(ceng)”缺(que)陷。
7. 擠壓出(chu)的鑄鐵管的后(hou)續(xu)處理
鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)的精整與一般(ban)鋼(gang)管(guan)的相同，只是在(zai)輥式矯(jiao)直機(ji)上矯(jiao)直時(shi)有(you)些(xie)困難。矯(jiao)直工序應在(zai)冷(leng)床冷(leng)卻(que)前，鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)尚有(you)700~800℃余(yu)熱(re)時(shi)進(jin)行，因為此時(shi)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)具(ju)有(you)足夠的塑性。
為了(le)防止鑄鐵管在冷(leng)卻(que)過程中發生彎曲，在螺旋(xuan)式(shi)冷(leng)床(chuang)或旋(xuan)轉傳動的(de)輥道上(shang)進(jin)行(xing)冷(leng)卻(que)。鑄鐵管冷(leng)卻(que)后的(de)切管工序可以在切管機或普(pu)通車床(chuang)上(shang)進(jin)行(xing)。
鑄鐵管(guan)可以(yi)在(zai)不同的(de)管(guan)道(dao)系(xi)統中使用(yong)，但需要對鑄鐵管(guan)進(jin)行彎(wan)曲(qu)(qu)加工時。為(wei)了保(bao)證彎(wan)曲(qu)(qu)處具有足夠的(de)塑(su)性，需要彎(wan)曲(qu)(qu)處彎(wan)曲(qu)(qu)時的(de)溫度必須保(bao)證在(zai)750~800℃。
球(qiu)墨鑄鐵(tie)管的(de)熱矯直可以在(zai)彎管機上批量進行(xing)，但須在(zai)彎管機前安裝(zhuang)高頻感(gan)應(ying)加熱設(she)備，預(yu)先(xian)將球(qiu)墨鑄鐵(tie)管的(de)彎曲處(chu)加熱到(dao)800℃,球(qiu)墨鑄鐵(tie)管的(de)縱向進料速度為1mm/s,彎曲后用4~5個大(da)氣(qi)壓(ya)（0.4~0.5MPa)的(de)壓(ya)縮空氣(qi)進行(xing)冷卻。鑄鐵(tie)管的(de)最(zui)小彎曲半徑(jing)(jing)可達到(dao)成品管直徑(jing)(jing)的(de)1.2倍(bei)。
為(wei)了提高鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)(de)塑性(xing)，石墨含量不同(tong)(tong)的(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)須按不同(tong)(tong)的(de)(de)熱(re)處理(li)工藝制度進行處理(li)。以球(qiu)狀石墨含量較高的(de)(de)球(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)（表5-8中的(de)(de)9號坯料(liao)）為(wei)例，其熱(re)處理(li)工藝為(wei)：
a. 加熱至(zhi)780℃,保溫1h后，隨爐冷卻至(zhi)680℃,保溫2.5h,最后空冷至(zhi)室溫；
b. 加熱(re)至(zhi)(zhi)(zhi)930℃,保(bao)溫7h后(hou)，隨(sui)爐(lu)冷(leng)卻至(zhi)(zhi)(zhi)760℃,保(bao)溫8h,然后(hou)隨(sui)爐(lu)冷(leng)卻至(zhi)(zhi)(zhi)690℃,保(bao)溫50h,最后(hou)空(kong)冷(leng)至(zhi)(zhi)(zhi)室溫。
擠壓出(chu)的(de)球墨鑄鐵管熱(re)處理后的(de)力學性能見表5-10.
擠壓Cr、Ni合金化(hua)的鑄鐵(tie)管(guan)（表(biao)(biao)5-8中(zhong)的6、7、10號坯(pi)料）的結(jie)果(guo)表(biao)(biao)明，由于合金化(hua)鑄鐵(tie)金屬的塑性低，每小時產(chan)量(liang)比球(qiu)墨(mo)鑄鐵(tie)低。
擠(ji)壓(ya)出的球墨鑄鐵管、鈦合金(jin)管和鉬合金(jin)管都(dou)具有良好的綜合性能，其(qi)中σb=450~600MPa, δs=3.5% ~8.0%,σ, =400 ~600MPa, ακ=15~35J/c㎡.
8. 擠壓出的(de)鑄鐵管(guan)的(de)優點
熱(re)擠壓鑄(zhu)鐵(tie)管與鑄(zhu)造鑄(zhu)鐵(tie)管相比，有以下優點：
a. 幾何(he)尺寸精度高，直(zhi)徑公差為±1.0%,壁厚(hou)公差為＋10%~15%.
b. 長度長，達10m;壁厚薄，達3.5mm.
c. 內外(wai)表面質量高，滿足TOCT 8732標(biao)準要求。
d. 力學(xue)性能和工藝性能高(gao)，可進行彎曲、氣焊(han)、電焊(han)、機械加(jia)工等(deng)。
與碳(tan)素(su)(su)鋼管(guan)(guan)相比(bi)(bi)，鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)在(zai)多種腐(fu)蝕介(jie)質的(de)作用(yong)(yong)下，耐蝕性高(gao)。在(zai)石油產品介(jie)質、海水中的(de)壽命比(bi)(bi)碳(tan)素(su)(su)鋼管(guan)(guan)高(gao)5~10倍以(yi)上(shang)；在(zai)熱(re)水中的(de)壽命比(bi)(bi)碳(tan)素(su)(su)鋼管(guan)(guan)高(gao)10~15倍；在(zai)基(ji)本介(jie)質（苛性堿(jian)等）中的(de)壽命比(bi)(bi)碳(tan)素(su)(su)鋼管(guan)(guan)高(gao)15倍；而且(qie)鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)的(de)表面腐(fu)蝕均勻，提高(gao)了鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)的(de)使用(yong)(yong)期限(xian)。所以(yi)，用(yong)(yong)擠壓出的(de)鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)代(dai)替鋼管(guan)(guan)（如用(yong)(yong)于住房供(gong)熱(re)水系統中），可取得(de)較(jiao)大(da)的(de)經濟效(xiao)果(guo)。
