鑄(zhu)鐵(tie)(tie)是低(di)塑性材料(liao)。在(zai)室溫下，鑄(zhu)鐵(tie)(tie)坯料(liao)短試樣拉伸斷(duan)裂時的相對伸長(chang)率δ5約為1%,沖擊韌性αk僅為5J/c㎡.把鑄鐵(tie)(tie)加(jia)熱到(dao)高溫時，其塑性(xing)指標(biao)并沒有明顯提高，相對伸長(chang)率僅增加(jia)4%~5%.因此，鑄鐵(tie)(tie)的塑性(xing)變形產(chan)品應用(yong)有限。這是由于鑄鐵(tie)(tie)所允(yun)許(xu)的性(xing)變形量小而使擠(ji)壓過(guo)程不經(jing)濟(ji)。試驗采用(yong)高頻感(gan)應爐熔煉，在盛鐵(tie)(tie)桶(tong)中(zhong)以(yi)硅鎂中(zhong)間(jian)合(he)金或其他合(he)金處理的鑄鐵(tie)(tie)坯料(liao)。圓形坯料(liao)可采用(yong)砂(sha)型用(yong)澆(jiao)口下注(zhu)澆(jiao)鑄法(fa)，或用(yong)離(li)(li)心(xin)澆(jiao)鑄法(fa)和石墨結晶(jing)器(qi)用(yong)半連續澆(jiao)注(zhu)法(fa)得到(dao)，最合(he)適的是離(li)(li)心(xin)澆(jiao)鑄法(fa)和半連續澆(jiao)注(zhu)法(fa)。
采(cai)用(yong)離心澆(jiao)鑄法(fa)(fa)時，其澆(jiao)注坯(pi)(pi)料(liao)在(zai)隨后的機械(xie)加工中幾(ji)乎可減少一倍的金屬(shu)消耗。而(er)采(cai)用(yong)石墨(mo)結晶器用(yong)半(ban)連續澆(jiao)注法(fa)(fa)得到的坯(pi)(pi)料(liao)具有光滑的表面。
1. 鑄鐵坯(pi)料的化(hua)學成(cheng)分(fen)
試驗用擠壓鑄鐵坯料的(de)化學成分見(jian)表5-8.
2. 鑄鐵坯料的(de)加熱
鑄鐵(tie)坯料擠壓前在感(gan)應加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐或室狀(zhuang)電阻爐內進行加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)。一般(ban)采用感(gan)應加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐，因(yin)為感(gan)應加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)速度快，產生(sheng)的(de)(de)氧化鐵(tie)皮少。而(er)鑄鐵(tie)坯料在立式感(gan)應加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐中(zhong)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)是最理想(xiang)的(de)(de)。球墨鑄鐵(tie)的(de)(de)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫度為900~950℃,在選擇加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫度時，不但要考(kao)慮(lv)金屬的(de)(de)變形熱(re)(re)(re)30~35℃,而(er)且還要考(kao)慮(lv)發(fa)生(sheng)晶界熔(rong)化時而(er)削弱的(de)(de)可能性(xing)。
3. 擠壓鑄(zhu)鐵管的(de)技(ji)術參數
用擠壓法可生(sheng)產(chan)φ(40~150)mm×3.5mm以上的鑄鐵管。
尼科波爾南方不(bu)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(ban)認為(wei)，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)鑄坯比(bi)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)相同尺寸的(de)(de)鍛(duan)軋坯的(de)(de)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)力高18%,且(qie)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)比(bi)較大(da)。但在(zai)尼科波爾南(nan)方(fang)不銹(xiu)鋼管廠的(de)(de)試驗中，當延伸系(xi)數大(da)于20時，鑄鐵坯料(liao)沒有擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)成功(gong)。因為(wei)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)力過高，導致擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)鑄管破(po)裂。
擠(ji)壓(ya)(ya)鑄(zhu)鐵管(guan)時，金(jin)屬流(liu)動速(su)度(du)(du)是(shi)一個(ge)重(zhong)要(yao)參(can)數，一般控(kong)制在2.0~2.5m/s.當金(jin)屬流(liu)動速(su)度(du)(du)控(kong)制在該范圍，并采用石墨一機(ji)油潤滑劑時，可(ke)擠(ji)壓(ya)(ya)出長達6m的(de)鑄(zhu)鐵管(guan)。若金(jin)屬流(liu)動速(su)度(du)(du)超過臨(lin)界值，金(jin)屬坯(pi)料就會發生破(po)裂。增加擠(ji)壓(ya)(ya)管(guan)的(de)長度(du)(du)會使(shi)擠(ji)壓(ya)(ya)模和芯棒(bang)過熱，而采用玻璃潤滑劑后可(ke)使(shi)擠(ji)壓(ya)(ya)管(guan)的(de)長度(du)(du)增加，但(dan)由于要(yao)清除成品(pin)表面的(de)玻璃而使(shi)生產成本升高。
在(zai)擠(ji)壓鑄鐵管(guan)時，擠(ji)壓工(gong)具的溫(wen)度(du)必須保持在(zai)350~400℃,否則工(gong)模具接觸金屬(shu)層的部分會顯著(zhu)冷卻(que)，使鑄態金屬(shu)的塑性(xing)下降，引起擠(ji)壓管(guan)破裂。實(shi)踐(jian)表明，當芯(xin)棒(bang)(bang)溫(wen)度(du)為(wei)(wei)100℃時，經(jing)過1s,2s,5s后(hou)，金屬(shu)層深0.5mm處(chu)的溫(wen)降分別(bie)為(wei)(wei)80℃、110℃、180℃;當芯(xin)棒(bang)(bang)溫(wen)度(du)為(wei)(wei)400℃時，金屬(shu)層深0.5mm處(chu)的溫(wen)降分別(bie)為(wei)(wei)30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓出的鑄鐵(tie)管(guan)的組織(zhi)性能
球(qiu)墨鑄鐵(tie)坯料(liao)和擠壓出的(de)鑄鐵(tie)管的(de)顯微組(zu)織(zhi)如圖(tu)5-32所示。從圖(tu)中可以(yi)看出，球(qiu)墨鑄鐵(tie)坯料(liao)的(de)顯微組(zu)織(zhi)為致密的(de)石墨夾雜物(wu)＋珠光(guang)體(ti)＋鐵(tie)素體(ti)；擠壓后(hou)，橫斷面(mian)上(shang)的(de)石墨呈扁圓形，且在(zai)縱(zong)斷面(mian)上(shang)沿變(bian)形方向上(shang)伸長。金(jin)屬模子幾乎完全是(shi)珠光(guang)體(ti)組(zu)織(zhi)。
擠壓出(chu)的(de)球墨鑄鐵管(guan)具有(you)足夠的(de)塑(su)性，可以在周期(qi)式冷軋管(guan)機組上進行冷軋和溫軋。而擠壓的(de)鑄鐵管(guan)的(de)力(li)學性能主要與鑄鐵中石墨的(de)形狀、剩余(yu)的(de)鎂和硅元(yuan)素(su)含(han)量有(you)關，其關系如(ru)圖5-33所示。
退火(huo)后球(qiu)墨鑄鐵管的力(li)學性能最好，其(qi)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(ye)壓堅(jian)固性能(neng)，能(neng)經受50MPa.
5. 球狀石墨對擠壓鑄鐵管的影響
從對(dui)擠壓鑄鐵(tie)管進行的(de)專門試驗中(zhong)可知(zhi)，對(dui)于鑄鐵(tie)坯料(liao)，除了對(dui)材(cai)料(liao)表面加工的(de)光潔(jie)度和端(duan)面加工的(de)要(yao)求與低(di)塑(su)性(xing)材(cai)料(liao)一樣之外，為了提高加工塑(su)性(xing)和材(cai)料(liao)的(de)成材(cai)率還必須(xu)限(xian)制(zhi)鑄鐵(tie)中(zhong)球(qiu)狀(zhuang)石墨的(de)含(han)量不小于80%.
擠壓鑄鐵坯料斷(duan)面上球(qiu)狀石(shi)墨分布(bu)均勻，其含量對擠壓鑄鐵管廢品數量的影響如圖5-34所示(shi)。
6. 擠壓(ya)出的鑄鐵管的缺陷
擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)球墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)缺陷(xian)(xian)主要是(shi)表面(mian)（特別(bie)是(shi)內表面(mian)）橫向裂紋(wen)，而其他缺陷(xian)(xian)形式與(yu)一(yi)般碳素鋼管(guan)相似(si)。采(cai)用(yong)塑性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)或聚集體(ti)(ti)形石(shi)墨(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)灰口(kou)鐵(tie)坯料時(shi)，該擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)缺陷(xian)(xian)幾乎不可(ke)(ke)避免，并且(qie)隨著細密夾雜(za)物數(shu)量的(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)而減少(shao)。由此可(ke)(ke)見(jian)，石(shi)墨(mo)割(ge)斷了金屬基體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)連(lian)續性(xing)，在外力作用(yong)下(xia)會(hui)(hui)導(dao)致應力集中。擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)后的(de)(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)好像是(shi)由很多單層(ceng)組成的(de)(de)(de)(de)(de)“分層(ceng)”缺陷(xian)(xian)。為了防止(zhi)“分層(ceng)”，可(ke)(ke)以施加(jia)附(fu)加(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)縮應力，即(ji)選用(yong)帶反壓(ya)(ya)力的(de)(de)(de)(de)(de)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)方法。采(cai)用(yong)感應加(jia)熱降低(di)坯料內表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度和坯料內層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)塑性(xing)，可(ke)(ke)以減少(shao)變(bian)形的(de)(de)(de)(de)(de)不均勻性(xing)，防止(zhi)“分層(ceng)”缺陷(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)產生。另外，球墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)內石(shi)墨(mo)夾雜(za)物的(de)(de)(de)(de)(de)形狀(zhuang)也可(ke)(ke)能會(hui)(hui)防止(zhi)金屬擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)時(shi)出(chu)現“分層(ceng)”缺陷(xian)(xian)。
7. 擠(ji)壓出(chu)的(de)鑄鐵管的(de)后續處(chu)理(li)
鑄鐵(tie)(tie)管的(de)(de)精(jing)整與一般(ban)鋼管的(de)(de)相同，只(zhi)是在(zai)輥式矯直機上矯直時有些(xie)困難(nan)。矯直工序(xu)應在(zai)冷(leng)床冷(leng)卻前(qian)，鑄鐵(tie)(tie)管尚(shang)有700~800℃余熱時進行，因為此時鑄鐵(tie)(tie)管具有足(zu)夠的(de)(de)塑(su)性(xing)。
為了防止(zhi)鑄(zhu)鐵(tie)管在(zai)(zai)冷卻過程中發生彎(wan)曲(qu)，在(zai)(zai)螺(luo)旋式冷床(chuang)或旋轉傳(chuan)動(dong)的(de)輥道上(shang)進行冷卻。鑄(zhu)鐵(tie)管冷卻后的(de)切(qie)管工序可以在(zai)(zai)切(qie)管機或普通車床(chuang)上(shang)進行。
鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)可(ke)以在不同(tong)的(de)(de)管(guan)(guan)道系統中使用，但需要(yao)對鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)進行彎曲(qu)(qu)加工時(shi)。為了保證彎曲(qu)(qu)處(chu)具(ju)有足(zu)夠的(de)(de)塑性，需要(yao)彎曲(qu)(qu)處(chu)彎曲(qu)(qu)時(shi)的(de)(de)溫度必須保證在750~800℃。
球(qiu)(qiu)墨鑄(zhu)鐵管(guan)的熱(re)(re)矯直可以在(zai)彎(wan)管(guan)機上批量進行，但須在(zai)彎(wan)管(guan)機前(qian)安裝高(gao)頻感應加(jia)熱(re)(re)設備，預先將球(qiu)(qiu)墨鑄(zhu)鐵管(guan)的彎(wan)曲(qu)(qu)處加(jia)熱(re)(re)到800℃,球(qiu)(qiu)墨鑄(zhu)鐵管(guan)的縱向(xiang)進料速度為1mm/s,彎(wan)曲(qu)(qu)后用4~5個大氣壓（0.4~0.5MPa)的壓縮空氣進行冷卻(que)。鑄(zhu)鐵管(guan)的最小彎(wan)曲(qu)(qu)半徑可達到成品管(guan)直徑的1.2倍。
為了(le)提高鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)的塑性，石墨(mo)(mo)含量不同(tong)的鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)須按(an)不同(tong)的熱(re)處理工藝制度(du)進行處理。以球狀石墨(mo)(mo)含量較高的球墨(mo)(mo)鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)（表5-8中的9號坯料）為例，其熱(re)處理工藝為：
a. 加熱至780℃,保(bao)溫1h后(hou)，隨爐冷卻至680℃,保(bao)溫2.5h,最后(hou)空冷至室(shi)溫；
b. 加熱至(zhi)930℃,保溫7h后，隨爐(lu)(lu)冷卻至(zhi)760℃,保溫8h,然后隨爐(lu)(lu)冷卻至(zhi)690℃,保溫50h,最(zui)后空(kong)冷至(zhi)室溫。
擠壓出(chu)的球墨鑄鐵(tie)管熱處(chu)理后(hou)的力學性能見表5-10.
擠壓Cr、Ni合(he)金(jin)化的(de)鑄鐵管(guan)（表5-8中的(de)6、7、10號坯料）的(de)結果表明(ming)，由(you)于(yu)合(he)金(jin)化鑄鐵金(jin)屬的(de)塑性(xing)低(di)(di)，每(mei)小時產(chan)量比球墨鑄鐵低(di)(di)。
擠壓出的球墨鑄鐵管、鈦合(he)金管和(he)鉬合(he)金管都具有(you)良好的綜合(he)性能，其(qi)中σb=450~600MPa, δs=3.5% ~8.0%,σ, =400 ~600MPa, ακ=15~35J/c㎡.
8. 擠壓出(chu)的鑄鐵(tie)管的優點
熱擠(ji)壓鑄(zhu)鐵管(guan)與鑄(zhu)造鑄(zhu)鐵管(guan)相比(bi)，有(you)以(yi)下優點：
a. 幾何尺寸(cun)精度高，直(zhi)徑公差為±1.0%,壁厚公差為＋10%~15%.
b. 長度(du)長，達10m;壁厚薄，達3.5mm.
c. 內外表面質量高，滿(man)足TOCT 8732標準要(yao)求。
d. 力(li)學性(xing)能(neng)和(he)工(gong)藝性(xing)能(neng)高，可進(jin)行(xing)彎曲(qu)、氣焊、電焊、機械加工(gong)等。
與(yu)碳素(su)鋼管(guan)(guan)相比，鑄鐵管(guan)(guan)在多種腐蝕介質的(de)(de)(de)作用下，耐蝕性高(gao)。在石油產品介質、海水(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)壽(shou)命比碳素(su)鋼管(guan)(guan)高(gao)5~10倍以上(shang)；在熱水(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)壽(shou)命比碳素(su)鋼管(guan)(guan)高(gao)10~15倍；在基本介質（苛性堿(jian)等）中(zhong)的(de)(de)(de)壽(shou)命比碳素(su)鋼管(guan)(guan)高(gao)15倍；而且鑄鐵管(guan)(guan)的(de)(de)(de)表面腐蝕均勻，提高(gao)了鑄鐵管(guan)(guan)的(de)(de)(de)使用期限。所以，用擠(ji)壓出的(de)(de)(de)鑄鐵管(guan)(guan)代替鋼管(guan)(guan)（如用于(yu)住(zhu)房(fang)供熱水(shui)系統(tong)中(zhong)），可取得較大(da)的(de)(de)(de)經(jing)濟(ji)效果。
