鑄鐵(tie)是低塑性材料(liao)。在室溫下，鑄鐵(tie)坯料(liao)短試樣拉(la)伸斷裂(lie)時的(de)相對(dui)伸長率δ5約(yue)為1%,沖擊韌性αk僅為5J/c㎡.把鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵加(jia)熱到(dao)高(gao)溫時，其(qi)(qi)塑性(xing)指標并沒有明顯提高(gao)，相對伸長率僅增(zeng)加(jia)4%~5%.因此，鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵的(de)塑性(xing)變形(xing)(xing)產(chan)品應(ying)用(yong)有限(xian)。這是由于(yu)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵所允許的(de)性(xing)變形(xing)(xing)量小而使(shi)擠(ji)壓過程不(bu)經濟。試驗采(cai)(cai)用(yong)高(gao)頻感應(ying)爐熔煉，在盛鐵桶(tong)中以硅鎂中間合金(jin)或其(qi)(qi)他合金(jin)處理的(de)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵坯料(liao)。圓形(xing)(xing)坯料(liao)可(ke)采(cai)(cai)用(yong)砂型用(yong)澆(jiao)(jiao)口下注澆(jiao)(jiao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)法，或用(yong)離心(xin)澆(jiao)(jiao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)法和石(shi)墨(mo)結晶器用(yong)半(ban)連續澆(jiao)(jiao)注法得到(dao)，最合適的(de)是離心(xin)澆(jiao)(jiao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)法和半(ban)連續澆(jiao)(jiao)注法。
采(cai)用(yong)(yong)離心(xin)澆(jiao)(jiao)鑄法時，其澆(jiao)(jiao)注(zhu)坯料(liao)在隨后的機械加工中幾乎(hu)可減少一倍(bei)的金屬(shu)消耗。而(er)采(cai)用(yong)(yong)石(shi)墨結晶器用(yong)(yong)半連續澆(jiao)(jiao)注(zhu)法得到的坯料(liao)具(ju)有光滑的表(biao)面。
1. 鑄(zhu)鐵(tie)坯料(liao)的化學成分
試驗用擠壓(ya)鑄鐵坯料的化學成分見表5-8.
2. 鑄(zhu)鐵(tie)坯料的(de)加熱
鑄鐵坯(pi)(pi)料(liao)擠壓前在(zai)感應加(jia)(jia)熱爐(lu)或室(shi)狀(zhuang)電(dian)阻爐(lu)內進行加(jia)(jia)熱。一般采用感應加(jia)(jia)熱爐(lu)，因(yin)為感應加(jia)(jia)熱速度(du)(du)快，產生的(de)(de)氧化(hua)鐵皮(pi)少。而鑄鐵坯(pi)(pi)料(liao)在(zai)立式感應加(jia)(jia)熱爐(lu)中加(jia)(jia)熱是最理想的(de)(de)。球墨鑄鐵的(de)(de)加(jia)(jia)熱溫度(du)(du)為900~950℃,在(zai)選擇加(jia)(jia)熱溫度(du)(du)時，不但要(yao)考慮(lv)金屬的(de)(de)變形熱30~35℃,而且還(huan)要(yao)考慮(lv)發生晶界(jie)熔化(hua)時而削(xue)弱的(de)(de)可能性。
3. 擠(ji)壓鑄鐵管的(de)技術參數(shu)
用(yong)擠壓法(fa)可(ke)生(sheng)產φ(40~150)mm×3.5mm以上(shang)的鑄鐵管。
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。
一般認為，擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)鑄(zhu)坯比擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)相同尺寸的(de)鍛(duan)軋坯的(de)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)高18%,且擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)比較大。但在尼科波爾南方不銹鋼管廠的(de)試驗中，當延伸(shen)系數(shu)大于20時(shi)，鑄(zhu)鐵坯料沒(mei)有擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)成功。因為擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)過高，導致(zhi)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)鑄(zhu)管破裂(lie)。
擠壓鑄鐵(tie)管時，金(jin)屬流動速度(du)(du)是(shi)一個重要(yao)參數，一般(ban)控制在2.0~2.5m/s.當金(jin)屬流動速度(du)(du)控制在該范圍(wei)，并采用石墨一機(ji)油潤滑(hua)(hua)劑時，可擠壓出(chu)長達(da)6m的(de)鑄鐵(tie)管。若金(jin)屬流動速度(du)(du)超過臨界值(zhi)，金(jin)屬坯料(liao)就會發生(sheng)破(po)裂。增(zeng)加擠壓管的(de)長度(du)(du)會使擠壓模和芯棒過熱，而采用玻璃(li)潤滑(hua)(hua)劑后可使擠壓管的(de)長度(du)(du)增(zeng)加，但由于要(yao)清(qing)除成品(pin)表面的(de)玻璃(li)而使生(sheng)產成本升高。
在擠壓(ya)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管時(shi)，擠壓(ya)工具的(de)(de)溫(wen)度(du)必須保持在350~400℃,否則工模具接(jie)觸金屬層(ceng)的(de)(de)部(bu)分(fen)會顯著冷卻(que)，使(shi)鑄(zhu)(zhu)態金屬的(de)(de)塑(su)性下(xia)降(jiang)，引(yin)起(qi)擠壓(ya)管破(po)裂(lie)。實(shi)踐表明(ming)，當(dang)芯棒溫(wen)度(du)為100℃時(shi)，經過1s,2s,5s后(hou)，金屬層(ceng)深0.5mm處的(de)(de)溫(wen)降(jiang)分(fen)別為80℃、110℃、180℃;當(dang)芯棒溫(wen)度(du)為400℃時(shi)，金屬層(ceng)深0.5mm處的(de)(de)溫(wen)降(jiang)分(fen)別為30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓出的鑄鐵管的組織性能(neng)
球墨鑄(zhu)鐵(tie)坯料(liao)和(he)擠壓(ya)出(chu)的鑄(zhu)鐵(tie)管的顯(xian)微(wei)組(zu)(zu)織(zhi)如圖(tu)(tu)5-32所示。從(cong)圖(tu)(tu)中可以看出(chu)，球墨鑄(zhu)鐵(tie)坯料(liao)的顯(xian)微(wei)組(zu)(zu)織(zhi)為致密的石墨夾雜(za)物＋珠光體＋鐵(tie)素(su)體；擠壓(ya)后(hou)，橫斷(duan)面上的石墨呈扁圓形，且(qie)在縱斷(duan)面上沿變形方(fang)向上伸長。金屬模子幾乎(hu)完全是(shi)珠光體組(zu)(zu)織(zhi)。
擠壓出的(de)(de)球墨鑄鐵管(guan)具有(you)足夠的(de)(de)塑性，可以在(zai)周期式冷(leng)軋(ya)管(guan)機組(zu)上進行冷(leng)軋(ya)和(he)溫軋(ya)。而擠壓的(de)(de)鑄鐵管(guan)的(de)(de)力學性能主(zhu)要(yao)與(yu)鑄鐵中(zhong)石墨的(de)(de)形狀(zhuang)、剩余的(de)(de)鎂和(he)硅元(yuan)素含(han)量有(you)關(guan)，其關(guan)系如圖5-33所(suo)示。
退火后(hou)球墨鑄鐵管(guan)的力學性能最好，其(qi)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(qiu)墨鑄鐵管(guan)都具有較(jiao)高的液壓堅固性能，能經(jing)受50MPa.
5. 球(qiu)狀石墨對擠壓鑄鐵管的(de)影響(xiang)
從(cong)對(dui)(dui)擠壓鑄鐵管進行的專門試驗中可知，對(dui)(dui)于(yu)鑄鐵坯料，除了對(dui)(dui)材(cai)料表面(mian)加工的光潔度和端面(mian)加工的要求與低塑性(xing)材(cai)料一樣之外(wai)，為了提高加工塑性(xing)和材(cai)料的成材(cai)率還必(bi)須(xu)限制(zhi)鑄鐵中球狀石(shi)墨的含量不小于(yu)80%.
擠壓(ya)鑄(zhu)鐵坯料(liao)斷面上球(qiu)狀(zhuang)石墨分(fen)布均勻，其含量(liang)對擠壓(ya)鑄(zhu)鐵管廢品數量(liang)的影(ying)響如圖(tu)5-34所示。
6. 擠壓出的鑄鐵管的缺陷
擠(ji)(ji)壓(ya)球墨鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管的(de)(de)(de)(de)缺陷(xian)主要(yao)是表面（特(te)別是內(nei)表面）橫向(xiang)裂紋，而(er)其他(ta)缺陷(xian)形式與一(yi)般碳素(su)鋼管相似(si)。采用(yong)(yong)(yong)塑性(xing)的(de)(de)(de)(de)或聚(ju)集體形石(shi)墨的(de)(de)(de)(de)灰口(kou)鐵(tie)坯(pi)(pi)料時，該擠(ji)(ji)壓(ya)缺陷(xian)幾(ji)乎(hu)不可(ke)避免(mian)，并且(qie)隨著細密夾雜物數量的(de)(de)(de)(de)增加而(er)減(jian)少(shao)。由(you)此可(ke)見，石(shi)墨割斷了金屬(shu)(shu)基體的(de)(de)(de)(de)連續(xu)性(xing)，在外(wai)力(li)(li)(li)作用(yong)(yong)(yong)下(xia)會導致應(ying)力(li)(li)(li)集中(zhong)。擠(ji)(ji)壓(ya)后的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管好(hao)像是由(you)很多單(dan)層組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)“分(fen)(fen)層”缺陷(xian)。為了防止“分(fen)(fen)層”，可(ke)以施加附加的(de)(de)(de)(de)壓(ya)縮應(ying)力(li)(li)(li)，即選用(yong)(yong)(yong)帶反壓(ya)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)擠(ji)(ji)壓(ya)方法。采用(yong)(yong)(yong)感應(ying)加熱降低坯(pi)(pi)料內(nei)表面的(de)(de)(de)(de)溫度和坯(pi)(pi)料內(nei)層的(de)(de)(de)(de)塑性(xing)，可(ke)以減(jian)少(shao)變形的(de)(de)(de)(de)不均勻(yun)性(xing)，防止“分(fen)(fen)層”缺陷(xian)的(de)(de)(de)(de)產生(sheng)。另外(wai)，球墨鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)內(nei)石(shi)墨夾雜物的(de)(de)(de)(de)形狀也可(ke)能會防止金屬(shu)(shu)擠(ji)(ji)壓(ya)時出現“分(fen)(fen)層”缺陷(xian)。
7. 擠(ji)壓出(chu)的鑄(zhu)鐵管的后續(xu)處理
鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管的精整與一般鋼管的相同，只是在(zai)輥(gun)式矯直機上矯直時(shi)有些困難。矯直工(gong)序應(ying)在(zai)冷床冷卻前，鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管尚有700~800℃余熱時(shi)進行(xing)，因(yin)為此時(shi)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管具有足夠的塑性。
為了防(fang)止鑄鐵(tie)管(guan)在冷(leng)卻過程中發生彎曲(qu)，在螺旋(xuan)式(shi)冷(leng)床或(huo)旋(xuan)轉傳動的(de)輥(gun)道上進(jin)行冷(leng)卻。鑄鐵(tie)管(guan)冷(leng)卻后的(de)切管(guan)工序可(ke)以在切管(guan)機或(huo)普通(tong)車(che)床上進(jin)行。
鑄鐵(tie)管(guan)可以在不(bu)同的管(guan)道系統(tong)中(zhong)使(shi)用，但需(xu)要(yao)對鑄鐵(tie)管(guan)進行彎(wan)(wan)曲加(jia)工時。為(wei)了保證(zheng)彎(wan)(wan)曲處(chu)具有足夠的塑性(xing)，需(xu)要(yao)彎(wan)(wan)曲處(chu)彎(wan)(wan)曲時的溫(wen)度必(bi)須保證(zheng)在750~800℃。
球墨(mo)鑄鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)熱矯(jiao)直(zhi)可以在(zai)彎(wan)(wan)管(guan)(guan)(guan)機上批量進行，但(dan)須在(zai)彎(wan)(wan)管(guan)(guan)(guan)機前安(an)裝高頻感應加熱設備，預先(xian)將球墨(mo)鑄鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)處加熱到800℃,球墨(mo)鑄鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)縱向進料速度為1mm/s,彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)后用4~5個(ge)大(da)氣壓(ya)（0.4~0.5MPa)的(de)壓(ya)縮(suo)空氣進行冷卻。鑄鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)(guan)的(de)最小(xiao)彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)半(ban)徑可達到成品管(guan)(guan)(guan)直(zhi)徑的(de)1.2倍。
為(wei)了提高(gao)(gao)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的塑性，石(shi)墨含量不同的鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)須按不同的熱處(chu)(chu)理工藝制度進行處(chu)(chu)理。以(yi)球(qiu)狀石(shi)墨含量較高(gao)(gao)的球(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)（表5-8中的9號坯料）為(wei)例，其熱處(chu)(chu)理工藝為(wei)：
a. 加熱至(zhi)780℃,保溫(wen)1h后，隨爐(lu)冷卻至(zhi)680℃,保溫(wen)2.5h,最后空冷至(zhi)室溫(wen)；
b. 加熱至(zhi)930℃,保溫7h后(hou)，隨爐冷(leng)卻(que)至(zhi)760℃,保溫8h,然后(hou)隨爐冷(leng)卻(que)至(zhi)690℃,保溫50h,最后(hou)空(kong)冷(leng)至(zhi)室(shi)溫。
擠壓出的(de)球墨鑄鐵管熱(re)處(chu)理后的(de)力學性能(neng)見表5-10.
擠壓Cr、Ni合金化的鑄(zhu)鐵管（表5-8中的6、7、10號坯(pi)料）的結果表明(ming)，由于(yu)合金化鑄(zhu)鐵金屬的塑性低(di)，每小時(shi)產量比球墨鑄(zhu)鐵低(di)。
擠壓出的球墨(mo)鑄鐵管(guan)、鈦合金(jin)管(guan)和鉬合金(jin)管(guan)都具有(you)良好的綜合性能，其中σb=450~600MPa, δs=3.5% ~8.0%,σ, =400 ~600MPa, ακ=15~35J/c㎡.
8. 擠壓出的鑄鐵管的優點(dian)
熱擠壓鑄鐵(tie)管(guan)與鑄造鑄鐵(tie)管(guan)相比，有以下優(you)點：
a. 幾何尺寸精度高(gao)，直徑(jing)公差為(wei)±1.0%,壁厚公差為(wei)＋10%~15%.
b. 長度長，達(da)10m;壁厚(hou)薄(bo)，達(da)3.5mm.
c. 內外表面質量(liang)高，滿足(zu)TOCT 8732標(biao)準要求。
d. 力(li)學性(xing)能和工藝性(xing)能高，可進行彎曲、氣焊(han)、電焊(han)、機械(xie)加工等。
與碳素(su)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)相比，鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)(guan)在多種(zhong)腐蝕(shi)(shi)介(jie)(jie)質(zhi)的(de)(de)作用下，耐蝕(shi)(shi)性(xing)高(gao)(gao)。在石油產品(pin)介(jie)(jie)質(zhi)、海(hai)水中(zhong)(zhong)的(de)(de)壽(shou)(shou)命(ming)(ming)比碳素(su)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)5~10倍以上；在熱水中(zhong)(zhong)的(de)(de)壽(shou)(shou)命(ming)(ming)比碳素(su)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)10~15倍；在基(ji)本介(jie)(jie)質(zhi)（苛性(xing)堿等(deng)）中(zhong)(zhong)的(de)(de)壽(shou)(shou)命(ming)(ming)比碳素(su)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)15倍；而(er)且(qie)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)表(biao)面腐蝕(shi)(shi)均勻，提(ti)高(gao)(gao)了鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)使用期限。所以，用擠壓出的(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)(guan)代(dai)替鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)（如用于住房(fang)供熱水系統中(zhong)(zhong)），可取得(de)較大(da)的(de)(de)經濟效果(guo)。
