鑄鐵是(shi)低塑性材料(liao)。在(zai)室溫下，鑄鐵坯(pi)料(liao)短試樣拉伸(shen)斷裂時的相對伸(shen)長率δ5約為1%,沖擊韌性(xing)αk僅(jin)為(wei)5J/c㎡.把(ba)鑄鐵(tie)加熱到高溫時，其塑性(xing)指標并沒(mei)有明顯(xian)提高，相對伸(shen)長(chang)率僅(jin)增加4%~5%.因此，鑄鐵(tie)的(de)塑性(xing)變(bian)形產(chan)品應用(yong)(yong)有限(xian)。這是(shi)由(you)于鑄鐵(tie)所允許(xu)的(de)性(xing)變(bian)形量小而使擠壓過程(cheng)不經濟(ji)。試驗(yan)采用(yong)(yong)高頻感應爐熔煉，在盛鐵(tie)桶中以硅(gui)鎂中間合(he)金(jin)或(huo)其他合(he)金(jin)處理的(de)鑄鐵(tie)坯料(liao)。圓形坯料(liao)可采用(yong)(yong)砂型(xing)用(yong)(yong)澆口下注澆鑄法，或(huo)用(yong)(yong)離心澆鑄法和石墨結晶(jing)器用(yong)(yong)半(ban)連(lian)續澆注法得到，最(zui)合(he)適的(de)是(shi)離心澆鑄法和半(ban)連(lian)續澆注法。
采用(yong)離心(xin)澆鑄法(fa)時，其澆注(zhu)坯料在隨后的機(ji)械(xie)加工中幾乎可減少(shao)一倍的金屬消(xiao)耗。而(er)采用(yong)石墨結晶器(qi)用(yong)半連續澆注(zhu)法(fa)得到的坯料具(ju)有光滑(hua)的表面(mian)。
1. 鑄鐵坯(pi)料的化(hua)學成分
試驗(yan)用擠壓鑄鐵坯料的化學成分見表5-8.
2. 鑄鐵坯料的加熱(re)
鑄鐵坯料(liao)擠壓前在(zai)感應(ying)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)或(huo)室狀電阻爐(lu)內進行(xing)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)。一般采用感應(ying)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)，因(yin)為感應(ying)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)速度(du)(du)快，產生(sheng)的氧化(hua)鐵皮少。而鑄鐵坯料(liao)在(zai)立(li)式感應(ying)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)中加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)是(shi)最理想的。球墨鑄鐵的加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫度(du)(du)為900~950℃,在(zai)選擇加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫度(du)(du)時，不(bu)但(dan)要考慮金(jin)屬的變形熱(re)(re)(re)30~35℃,而且還要考慮發生(sheng)晶界熔化(hua)時而削弱的可能性(xing)。
3. 擠壓(ya)鑄(zhu)鐵(tie)管的技術參數(shu)
用擠(ji)壓(ya)法可(ke)生(sheng)產φ(40~150)mm×3.5mm以上的鑄(zhu)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)壓鑄(zhu)坯(pi)比擠(ji)壓相同尺寸的(de)鍛軋坯(pi)的(de)擠(ji)壓力高(gao)18%,且擠(ji)壓比較大(da)(da)。但在尼科(ke)波爾南方不銹(xiu)鋼管廠的(de)試驗中，當延伸系(xi)數大(da)(da)于20時(shi)，鑄(zhu)鐵坯(pi)料沒(mei)有(you)擠(ji)壓成功。因為擠(ji)壓力過高(gao)，導(dao)致擠(ji)壓鑄(zhu)管破裂。
擠壓(ya)鑄鐵(tie)管(guan)(guan)時(shi)，金(jin)(jin)屬(shu)(shu)流動(dong)速度(du)是(shi)一個(ge)重要參數(shu)，一般控(kong)制在2.0~2.5m/s.當金(jin)(jin)屬(shu)(shu)流動(dong)速度(du)控(kong)制在該范圍，并采(cai)用石墨一機(ji)油潤滑劑時(shi)，可擠壓(ya)出長達6m的鑄鐵(tie)管(guan)(guan)。若(ruo)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)流動(dong)速度(du)超(chao)過臨界(jie)值，金(jin)(jin)屬(shu)(shu)坯料就(jiu)會發(fa)生破裂(lie)。增(zeng)加擠壓(ya)管(guan)(guan)的長度(du)會使(shi)擠壓(ya)模和芯棒過熱，而(er)(er)采(cai)用玻璃潤滑劑后可使(shi)擠壓(ya)管(guan)(guan)的長度(du)增(zeng)加，但由于要清除(chu)成品表面的玻璃而(er)(er)使(shi)生產成本升高。
在擠壓鑄鐵管時，擠壓工具(ju)的(de)溫(wen)度(du)必須保持在350~400℃,否則工模(mo)具(ju)接觸金屬(shu)層的(de)部(bu)分(fen)會顯著冷(leng)卻，使鑄態(tai)金屬(shu)的(de)塑性下降，引起擠壓管破裂。實(shi)踐表(biao)明(ming)，當(dang)(dang)芯棒溫(wen)度(du)為100℃時，經過1s,2s,5s后，金屬(shu)層深0.5mm處的(de)溫(wen)降分(fen)別(bie)為80℃、110℃、180℃;當(dang)(dang)芯棒溫(wen)度(du)為400℃時，金屬(shu)層深0.5mm處的(de)溫(wen)降分(fen)別(bie)為30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓(ya)出的鑄鐵管的組織性能
球墨鑄鐵坯(pi)料和擠(ji)壓出的(de)(de)鑄鐵管的(de)(de)顯(xian)微組織(zhi)如圖(tu)5-32所示。從圖(tu)中可以看出，球墨鑄鐵坯(pi)料的(de)(de)顯(xian)微組織(zhi)為致密的(de)(de)石(shi)墨夾(jia)雜物＋珠光體(ti)＋鐵素體(ti)；擠(ji)壓后(hou)，橫斷面上的(de)(de)石(shi)墨呈扁圓形(xing)，且(qie)在縱斷面上沿變形(xing)方向上伸長。金(jin)屬(shu)模子幾乎完全是珠光體(ti)組織(zhi)。
擠壓(ya)出的(de)球墨鑄(zhu)鐵管(guan)具有(you)足夠的(de)塑性，可以(yi)在周期式冷軋(ya)管(guan)機組上進行(xing)冷軋(ya)和(he)溫軋(ya)。而擠壓(ya)的(de)鑄(zhu)鐵管(guan)的(de)力學性能主(zhu)要與鑄(zhu)鐵中石墨的(de)形狀、剩(sheng)余(yu)的(de)鎂(mei)和(he)硅(gui)元素含量有(you)關(guan)，其關(guan)系如圖(tu)5-33所(suo)示。
退火后球(qiu)墨鑄鐵管的力學性能(neng)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(suo)有擠壓的球墨鑄鐵(tie)管(guan)都具有較(jiao)高(gao)的液壓堅(jian)固性(xing)能(neng)，能(neng)經受50MPa.
5. 球狀石(shi)墨對擠壓(ya)鑄鐵管(guan)的(de)影響
從對(dui)擠壓鑄(zhu)鐵管進行的(de)專門試驗中可知，對(dui)于鑄(zhu)鐵坯料，除了對(dui)材料表面(mian)加(jia)工(gong)的(de)光潔度和(he)端面(mian)加(jia)工(gong)的(de)要求(qiu)與低塑性(xing)材料一(yi)樣(yang)之外，為了提高(gao)加(jia)工(gong)塑性(xing)和(he)材料的(de)成材率(lv)還(huan)必須限制鑄(zhu)鐵中球狀(zhuang)石墨(mo)的(de)含量不小于80%.
擠壓(ya)鑄鐵坯(pi)料斷(duan)面上球狀石墨分布均勻，其(qi)含量(liang)對擠壓(ya)鑄鐵管廢品數量(liang)的影響如圖5-34所(suo)示。
6. 擠壓出的鑄鐵(tie)管的缺陷
擠(ji)壓球墨(mo)鑄鐵(tie)(tie)管(guan)的(de)(de)缺(que)(que)陷主要是(shi)表面（特別是(shi)內(nei)(nei)(nei)表面）橫向裂紋，而其他缺(que)(que)陷形(xing)(xing)式與一般碳素鋼管(guan)相似。采用(yong)塑性的(de)(de)或聚集體(ti)形(xing)(xing)石(shi)墨(mo)的(de)(de)灰口鐵(tie)(tie)坯料(liao)時(shi)，該擠(ji)壓缺(que)(que)陷幾乎(hu)不可(ke)(ke)避(bi)免，并且隨著細密夾雜物數(shu)量的(de)(de)增(zeng)加而減(jian)(jian)少。由此可(ke)(ke)見，石(shi)墨(mo)割斷了金(jin)屬基體(ti)的(de)(de)連續性，在外(wai)力(li)作用(yong)下會導(dao)致應(ying)力(li)集中(zhong)。擠(ji)壓后的(de)(de)鑄鐵(tie)(tie)管(guan)好像是(shi)由很多單(dan)層(ceng)組成(cheng)的(de)(de)“分(fen)(fen)層(ceng)”缺(que)(que)陷。為了防止(zhi)“分(fen)(fen)層(ceng)”，可(ke)(ke)以施加附加的(de)(de)壓縮應(ying)力(li)，即(ji)選(xuan)用(yong)帶(dai)反壓力(li)的(de)(de)擠(ji)壓方法。采用(yong)感應(ying)加熱降低坯料(liao)內(nei)(nei)(nei)表面的(de)(de)溫(wen)度和(he)坯料(liao)內(nei)(nei)(nei)層(ceng)的(de)(de)塑性，可(ke)(ke)以減(jian)(jian)少變形(xing)(xing)的(de)(de)不均勻性，防止(zhi)“分(fen)(fen)層(ceng)”缺(que)(que)陷的(de)(de)產生(sheng)。另外(wai)，球墨(mo)鑄鐵(tie)(tie)內(nei)(nei)(nei)石(shi)墨(mo)夾雜物的(de)(de)形(xing)(xing)狀也可(ke)(ke)能會防止(zhi)金(jin)屬擠(ji)壓時(shi)出現(xian)“分(fen)(fen)層(ceng)”缺(que)(que)陷。
7. 擠壓出的(de)鑄鐵管的(de)后續(xu)處理
鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)的精整與(yu)一(yi)般(ban)鋼管(guan)(guan)的相同，只是在(zai)輥式矯直(zhi)機上(shang)矯直(zhi)時(shi)有(you)些困難。矯直(zhi)工(gong)序應在(zai)冷床(chuang)冷卻前，鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)尚(shang)有(you)700~800℃余熱時(shi)進行，因為此時(shi)鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)具有(you)足夠的塑性。
為了防(fang)止鑄(zhu)鐵管(guan)在冷(leng)卻過(guo)程(cheng)中(zhong)發生彎曲，在螺旋式冷(leng)床或(huo)旋轉傳(chuan)動的輥道上進行冷(leng)卻。鑄(zhu)鐵管(guan)冷(leng)卻后的切(qie)管(guan)工序可(ke)以(yi)在切(qie)管(guan)機或(huo)普通車床上進行。
鑄(zhu)鐵管可(ke)以(yi)在不同的(de)(de)管道(dao)系(xi)統(tong)中使用(yong)，但(dan)需要(yao)對鑄(zhu)鐵管進行(xing)彎(wan)曲(qu)(qu)加工時(shi)。為了保證彎(wan)曲(qu)(qu)處(chu)具(ju)有足(zu)夠的(de)(de)塑性，需要(yao)彎(wan)曲(qu)(qu)處(chu)彎(wan)曲(qu)(qu)時(shi)的(de)(de)溫(wen)度必須保證在750~800℃。
球墨(mo)(mo)鑄鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)熱矯直可以在(zai)彎(wan)管(guan)(guan)(guan)機上批量進(jin)行，但須在(zai)彎(wan)管(guan)(guan)(guan)機前(qian)安裝高頻感應(ying)加熱設(she)備(bei)，預(yu)先將球墨(mo)(mo)鑄鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)彎(wan)曲(qu)(qu)處加熱到800℃,球墨(mo)(mo)鑄鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)縱向進(jin)料速(su)度(du)為1mm/s,彎(wan)曲(qu)(qu)后(hou)用4~5個大氣壓(ya)（0.4~0.5MPa)的(de)壓(ya)縮(suo)空(kong)氣進(jin)行冷卻。鑄鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)最小(xiao)彎(wan)曲(qu)(qu)半徑可達到成品管(guan)(guan)(guan)直徑的(de)1.2倍。
為了提高鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的塑性，石(shi)墨含量不同(tong)的鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)須按不同(tong)的熱處理(li)工藝(yi)制度進行處理(li)。以球狀石(shi)墨含量較(jiao)高的球墨鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)（表5-8中(zhong)的9號坯(pi)料）為例，其熱處理(li)工藝(yi)為：
a. 加(jia)熱至780℃,保溫(wen)1h后，隨(sui)爐冷(leng)卻至680℃,保溫(wen)2.5h,最后空冷(leng)至室溫(wen)；
b. 加熱至(zhi)(zhi)930℃,保溫7h后，隨(sui)(sui)爐(lu)冷(leng)卻至(zhi)(zhi)760℃,保溫8h,然后隨(sui)(sui)爐(lu)冷(leng)卻至(zhi)(zhi)690℃,保溫50h,最后空(kong)冷(leng)至(zhi)(zhi)室溫。
擠壓出(chu)的球墨鑄鐵管熱處理(li)后的力學性(xing)能見表(biao)5-10.
擠壓Cr、Ni合金化的鑄(zhu)鐵管（表(biao)5-8中的6、7、10號坯料(liao)）的結(jie)果(guo)表(biao)明，由(you)于合金化鑄(zhu)鐵金屬(shu)的塑性低，每小時產量比球墨(mo)鑄(zhu)鐵低。
擠壓出的球墨(mo)鑄鐵管、鈦合(he)金管和鉬(mu)合(he)金管都具有良(liang)好的綜合(he)性能(neng)，其中σb=450~600MPa, δs=3.5% ~8.0%,σ, =400 ~600MPa, ακ=15~35J/c㎡.
8. 擠壓出(chu)的鑄鐵管的優點(dian)
熱(re)擠壓鑄(zhu)鐵管與鑄(zhu)造鑄(zhu)鐵管相比，有以下優(you)點：
a. 幾何尺寸(cun)精(jing)度高，直徑(jing)公差為±1.0%,壁厚公差為＋10%~15%.
b. 長度長，達10m;壁厚薄，達3.5mm.
c. 內外表面質量高(gao)，滿足(zu)TOCT 8732標(biao)準要求。
d. 力學性(xing)能(neng)和工藝性(xing)能(neng)高，可進行彎曲、氣焊、電焊、機械加工等。
與碳素鋼管(guan)相(xiang)比(bi)，鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)在(zai)多(duo)種(zhong)腐蝕(shi)介質的作用(yong)下(xia)，耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)高(gao)。在(zai)石油產品介質、海水(shui)中(zhong)的壽(shou)(shou)命比(bi)碳素鋼管(guan)高(gao)5~10倍(bei)以上；在(zai)熱(re)水(shui)中(zhong)的壽(shou)(shou)命比(bi)碳素鋼管(guan)高(gao)10~15倍(bei)；在(zai)基(ji)本(ben)介質（苛(ke)性(xing)(xing)堿等）中(zhong)的壽(shou)(shou)命比(bi)碳素鋼管(guan)高(gao)15倍(bei)；而且鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的表面腐蝕(shi)均勻，提(ti)高(gao)了鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的使用(yong)期(qi)限。所以，用(yong)擠(ji)壓出的鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)代替鋼管(guan)（如(ru)用(yong)于(yu)住房供(gong)熱(re)水(shui)系統中(zhong)），可取得較大(da)的經濟效(xiao)果。
