鑄(zhu)鐵(tie)是低塑性(xing)材料。在室(shi)溫(wen)下(xia)，鑄(zhu)鐵(tie)坯料短試(shi)樣拉伸(shen)斷(duan)裂時的相對伸(shen)長率δ5約為1%,沖擊韌(ren)性αk僅為5J/c㎡.把鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)加熱到高(gao)(gao)溫時，其塑性(xing)指標并沒有(you)明顯提高(gao)(gao)，相對伸長率(lv)僅增加4%~5%.因此，鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)的塑性(xing)變形產品應用(yong)(yong)(yong)(yong)有(you)限(xian)。這是由于(yu)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)所允許的性(xing)變形量小而使擠壓過程(cheng)不經濟(ji)。試驗采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)高(gao)(gao)頻(pin)感應爐熔煉，在盛鐵(tie)桶中以硅鎂中間合金(jin)或(huo)其他(ta)合金(jin)處理的鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)坯料。圓(yuan)形坯料可采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)砂型用(yong)(yong)(yong)(yong)澆口下注(zhu)澆鑄(zhu)(zhu)(zhu)法(fa)(fa)，或(huo)用(yong)(yong)(yong)(yong)離心澆鑄(zhu)(zhu)(zhu)法(fa)(fa)和石(shi)墨結晶器用(yong)(yong)(yong)(yong)半連續(xu)(xu)澆注(zhu)法(fa)(fa)得到，最合適(shi)的是離心澆鑄(zhu)(zhu)(zhu)法(fa)(fa)和半連續(xu)(xu)澆注(zhu)法(fa)(fa)。
采(cai)用(yong)離心澆(jiao)鑄法(fa)時，其(qi)澆(jiao)注坯(pi)料在隨(sui)后的(de)機械(xie)加(jia)工中幾乎可減少一倍的(de)金屬消耗(hao)。而采(cai)用(yong)石墨結晶器用(yong)半連續(xu)澆(jiao)注法(fa)得到的(de)坯(pi)料具有光滑的(de)表面。
1. 鑄鐵坯料的化學成(cheng)分
試驗(yan)用擠壓鑄鐵(tie)坯料的化學成分見表(biao)5-8.
2. 鑄(zhu)鐵(tie)坯料(liao)的加熱(re)
鑄(zhu)鐵(tie)坯料(liao)擠壓前在感(gan)應加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)或(huo)室狀電阻(zu)爐(lu)內進行加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)。一般采用(yong)感(gan)應加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)，因(yin)為(wei)感(gan)應加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)速(su)度快(kuai)，產生的氧化鐵(tie)皮少。而(er)鑄(zhu)鐵(tie)坯料(liao)在立式感(gan)應加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)中(zhong)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)是最(zui)理想的。球(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)的加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫度為(wei)900~950℃,在選擇加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫度時(shi)，不但要考慮金屬的變形熱(re)(re)(re)30~35℃,而(er)且還(huan)要考慮發生晶界熔化時(shi)而(er)削弱的可能性。
3. 擠壓鑄鐵(tie)管的技術參數
用擠(ji)壓法可(ke)生產φ(40~150)mm×3.5mm以上的鑄鐵(tie)管。
尼科波爾南方不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，擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)鑄坯(pi)比擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)相同尺寸(cun)的(de)鍛軋坯(pi)的(de)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力高18%,且擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)比較大。但在尼科波爾南方(fang)不銹(xiu)鋼管(guan)廠的(de)試(shi)驗中，當延(yan)伸系數(shu)大于20時，鑄鐵坯(pi)料沒有擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)成功。因為擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力過(guo)高，導致(zhi)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)鑄管(guan)破裂(lie)。
擠(ji)(ji)壓鑄鐵(tie)管時，金(jin)屬流(liu)動(dong)速度是一個重(zhong)要參數(shu)，一般控制在2.0~2.5m/s.當金(jin)屬流(liu)動(dong)速度控制在該范(fan)圍，并采(cai)(cai)用石墨(mo)一機油潤滑劑(ji)時，可擠(ji)(ji)壓出長(chang)達6m的(de)鑄鐵(tie)管。若(ruo)金(jin)屬流(liu)動(dong)速度超過(guo)臨界(jie)值，金(jin)屬坯料就(jiu)會發生破裂。增加(jia)擠(ji)(ji)壓管的(de)長(chang)度會使(shi)擠(ji)(ji)壓模和芯(xin)棒過(guo)熱，而(er)(er)采(cai)(cai)用玻(bo)璃潤滑劑(ji)后可使(shi)擠(ji)(ji)壓管的(de)長(chang)度增加(jia)，但由于要清除(chu)成品表面的(de)玻(bo)璃而(er)(er)使(shi)生產成本升高。
在(zai)擠(ji)壓鑄(zhu)鐵管時(shi)，擠(ji)壓工(gong)具的(de)溫(wen)(wen)度必須保持(chi)在(zai)350~400℃,否則(ze)工(gong)模(mo)具接觸(chu)金(jin)(jin)屬(shu)層(ceng)的(de)部分會(hui)顯著冷卻(que)，使鑄(zhu)態金(jin)(jin)屬(shu)的(de)塑性下降，引起擠(ji)壓管破裂。實踐表明，當(dang)芯棒溫(wen)(wen)度為100℃時(shi)，經過1s,2s,5s后，金(jin)(jin)屬(shu)層(ceng)深(shen)0.5mm處(chu)的(de)溫(wen)(wen)降分別為80℃、110℃、180℃;當(dang)芯棒溫(wen)(wen)度為400℃時(shi)，金(jin)(jin)屬(shu)層(ceng)深(shen)0.5mm處(chu)的(de)溫(wen)(wen)降分別為30℃、60℃、110℃.
4. 擠(ji)壓出(chu)的鑄鐵管的組織性能
球(qiu)墨(mo)鑄鐵(tie)坯料和擠(ji)壓出(chu)的(de)鑄鐵(tie)管(guan)的(de)顯微(wei)組(zu)(zu)織如(ru)圖5-32所示。從圖中可以(yi)看出(chu)，球(qiu)墨(mo)鑄鐵(tie)坯料的(de)顯微(wei)組(zu)(zu)織為致密(mi)的(de)石墨(mo)夾雜(za)物＋珠光體(ti)＋鐵(tie)素(su)體(ti)；擠(ji)壓后，橫斷(duan)面上的(de)石墨(mo)呈扁圓形，且在(zai)縱(zong)斷(duan)面上沿變形方向(xiang)上伸長。金(jin)屬模子幾乎完(wan)全是珠光體(ti)組(zu)(zu)織。
擠壓出(chu)的(de)(de)球墨鑄鐵管具有足夠(gou)的(de)(de)塑(su)性，可以(yi)在周期式(shi)冷軋(ya)(ya)管機組上進行冷軋(ya)(ya)和(he)溫軋(ya)(ya)。而(er)擠壓的(de)(de)鑄鐵管的(de)(de)力學性能主要與鑄鐵中石墨的(de)(de)形(xing)狀(zhuang)、剩余的(de)(de)鎂和(he)硅(gui)元素(su)含(han)量(liang)有關(guan)(guan)，其關(guan)(guan)系如圖(tu)5-33所示。
退火后球墨鑄鐵管(guan)的力(li)學性(xing)能(neng)最好，其(qi)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㎡.
所有擠壓的球墨(mo)鑄鐵管都具有較高的液壓堅固(gu)性能，能經受50MPa.
5. 球(qiu)狀石(shi)墨(mo)對(dui)擠壓(ya)鑄鐵管的影響
從對擠壓(ya)鑄鐵管進行的(de)專門試驗中可知，對于鑄鐵坯料，除了(le)對材料表面(mian)加工的(de)光(guang)潔度(du)和(he)(he)端面(mian)加工的(de)要求與低塑性(xing)材料一樣之外(wai)，為(wei)了(le)提高加工塑性(xing)和(he)(he)材料的(de)成(cheng)材率還必(bi)須限制鑄鐵中球(qiu)狀石墨的(de)含量不(bu)小(xiao)于80%.
擠壓(ya)鑄(zhu)鐵坯料(liao)斷面(mian)上球狀石墨(mo)分布均勻，其(qi)含量對擠壓(ya)鑄(zhu)鐵管廢品數量的影響如圖5-34所示。
6. 擠壓出的(de)鑄鐵管的(de)缺陷(xian)
擠(ji)(ji)壓球墨鑄鐵(tie)管的(de)缺(que)(que)陷主(zhu)要(yao)是表面（特(te)別是內表面）橫向裂紋，而(er)其他(ta)缺(que)(que)陷形(xing)式(shi)與(yu)一般(ban)碳素(su)鋼管相似。采(cai)用塑性(xing)的(de)或聚集體形(xing)石(shi)墨的(de)灰口鐵(tie)坯料(liao)時，該擠(ji)(ji)壓缺(que)(que)陷幾(ji)乎(hu)不可(ke)避(bi)免(mian)，并且(qie)隨著(zhu)細密夾雜物(wu)數量的(de)增加而(er)減(jian)少(shao)。由(you)(you)此可(ke)見(jian)，石(shi)墨割(ge)斷了金(jin)屬基體的(de)連(lian)續性(xing)，在外(wai)力作用下會導致(zhi)應(ying)力集中。擠(ji)(ji)壓后的(de)鑄鐵(tie)管好像是由(you)(you)很多單層(ceng)組成(cheng)的(de)“分(fen)(fen)(fen)層(ceng)”缺(que)(que)陷。為了防止“分(fen)(fen)(fen)層(ceng)”，可(ke)以施加附(fu)加的(de)壓縮應(ying)力，即選用帶反壓力的(de)擠(ji)(ji)壓方法。采(cai)用感應(ying)加熱降低(di)坯料(liao)內表面的(de)溫度和坯料(liao)內層(ceng)的(de)塑性(xing)，可(ke)以減(jian)少(shao)變(bian)形(xing)的(de)不均勻(yun)性(xing)，防止“分(fen)(fen)(fen)層(ceng)”缺(que)(que)陷的(de)產生。另外(wai)，球墨鑄鐵(tie)內石(shi)墨夾雜物(wu)的(de)形(xing)狀也(ye)可(ke)能(neng)會防止金(jin)屬擠(ji)(ji)壓時出現“分(fen)(fen)(fen)層(ceng)”缺(que)(que)陷。
7. 擠(ji)壓出(chu)的(de)鑄鐵管(guan)的(de)后續處(chu)理(li)
鑄鐵管(guan)(guan)的(de)精整與一(yi)般鋼管(guan)(guan)的(de)相同，只是在輥式(shi)矯直機上矯直時有(you)些(xie)困難。矯直工(gong)序應在冷(leng)床(chuang)冷(leng)卻前，鑄鐵管(guan)(guan)尚有(you)700~800℃余熱時進(jin)行，因為此時鑄鐵管(guan)(guan)具有(you)足(zu)夠(gou)的(de)塑性。
為了防止鑄鐵管在冷(leng)卻過程中發生彎曲，在螺旋式(shi)冷(leng)床或旋轉傳動的(de)輥道上進行(xing)冷(leng)卻。鑄鐵管冷(leng)卻后的(de)切(qie)(qie)管工序(xu)可以在切(qie)(qie)管機或普(pu)通車(che)床上進行(xing)。
鑄鐵管可以在(zai)(zai)不同的(de)(de)管道(dao)系統中使用，但需(xu)要對鑄鐵管進行彎(wan)曲加工時(shi)。為了保證彎(wan)曲處(chu)具(ju)有足夠的(de)(de)塑性，需(xu)要彎(wan)曲處(chu)彎(wan)曲時(shi)的(de)(de)溫度(du)必須保證在(zai)(zai)750~800℃。
球墨鑄鐵管(guan)的(de)(de)(de)熱(re)(re)矯(jiao)直(zhi)可(ke)以在彎管(guan)機(ji)上批量進行，但須在彎管(guan)機(ji)前安(an)裝高頻(pin)感應加(jia)熱(re)(re)設備，預(yu)先將球墨鑄鐵管(guan)的(de)(de)(de)彎曲(qu)(qu)處加(jia)熱(re)(re)到(dao)800℃,球墨鑄鐵管(guan)的(de)(de)(de)縱向進料速度為1mm/s,彎曲(qu)(qu)后用4~5個大氣壓(ya)（0.4~0.5MPa)的(de)(de)(de)壓(ya)縮空氣進行冷卻(que)。鑄鐵管(guan)的(de)(de)(de)最(zui)小(xiao)彎曲(qu)(qu)半徑可(ke)達(da)到(dao)成品(pin)管(guan)直(zhi)徑的(de)(de)(de)1.2倍。
為了提高鑄鐵管的(de)塑(su)性(xing)，石墨含量不同的(de)鑄鐵管須按不同的(de)熱(re)(re)處(chu)理工藝制度(du)進行處(chu)理。以球狀(zhuang)石墨含量較高的(de)球墨鑄鐵管（表5-8中(zhong)的(de)9號坯(pi)料）為例，其熱(re)(re)處(chu)理工藝為：
a. 加(jia)熱至780℃,保溫1h后，隨爐冷(leng)卻(que)至680℃,保溫2.5h,最后空冷(leng)至室(shi)溫；
b. 加(jia)熱至(zhi)(zhi)930℃,保(bao)溫7h后(hou)，隨爐冷卻至(zhi)(zhi)760℃,保(bao)溫8h,然后(hou)隨爐冷卻至(zhi)(zhi)690℃,保(bao)溫50h,最(zui)后(hou)空冷至(zhi)(zhi)室(shi)溫。
擠壓出的球墨鑄鐵管熱處理后的力學性能見表5-10.
擠(ji)壓Cr、Ni合金化的鑄(zhu)鐵管(guan)（表5-8中的6、7、10號坯料）的結果表明，由于合金化鑄(zhu)鐵金屬的塑(su)性(xing)低，每小時產量(liang)比球墨鑄(zhu)鐵低。
擠壓出的球墨鑄鐵管、鈦合金管和鉬合金管都具(ju)有(you)良好(hao)的綜(zong)合性能(neng)，其中σb=450~600MPa, δs=3.5% ~8.0%,σ, =400 ~600MPa, ακ=15~35J/c㎡.
8. 擠(ji)壓出的(de)(de)鑄鐵(tie)管的(de)(de)優點(dian)
熱(re)擠壓(ya)鑄鐵管(guan)與鑄造鑄鐵管(guan)相比，有以下優(you)點：
a. 幾何(he)尺寸精(jing)度高，直(zhi)徑公差(cha)為±1.0%,壁(bi)厚公差(cha)為＋10%~15%.
b. 長度(du)長，達(da)10m;壁厚薄，達(da)3.5mm.
c. 內外表(biao)面(mian)質量高，滿足TOCT 8732標準(zhun)要求。
d. 力(li)學性(xing)能(neng)和工(gong)藝性(xing)能(neng)高，可進行彎曲、氣焊、電焊、機械加工(gong)等。
與碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)相比(bi)，鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)在多種腐(fu)蝕(shi)介質(zhi)的(de)(de)作用下，耐蝕(shi)性高(gao)(gao)。在石(shi)油產品介質(zhi)、海水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)壽命(ming)比(bi)碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)5~10倍以上；在熱水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)壽命(ming)比(bi)碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)10~15倍；在基(ji)本介質(zhi)（苛(ke)性堿等）中(zhong)(zhong)的(de)(de)壽命(ming)比(bi)碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)15倍；而且鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)表面腐(fu)蝕(shi)均勻，提高(gao)(gao)了鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)使用期限。所(suo)以，用擠壓(ya)出的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)代替(ti)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)（如用于住房供熱水(shui)系統中(zhong)(zhong)），可(ke)取(qu)得較大的(de)(de)經濟效(xiao)果。
