鑄(zhu)鐵是低塑性(xing)材料。在室溫下，鑄(zhu)鐵坯(pi)料短試樣拉伸斷裂時的相對伸長率δ5約為1%,沖擊韌性(xing)αk僅(jin)為5J/c㎡.把(ba)鑄(zhu)鐵加(jia)熱到高溫時(shi)，其(qi)塑性指標并沒(mei)有明(ming)顯提高，相對(dui)伸長率僅(jin)增加(jia)4%~5%.因(yin)此(ci)，鑄(zhu)鐵的(de)塑性變形(xing)產品應用有限。這是由于鑄(zhu)鐵所允許的(de)性變形(xing)量小而使(shi)擠壓過(guo)程不經(jing)濟。試驗采用高頻感應爐(lu)熔煉，在盛鐵桶(tong)中以(yi)硅鎂中間合(he)(he)金(jin)或其(qi)他(ta)合(he)(he)金(jin)處理的(de)鑄(zhu)鐵坯料(liao)。圓形(xing)坯料(liao)可采用砂型用澆(jiao)(jiao)口下注(zhu)(zhu)澆(jiao)(jiao)鑄(zhu)法(fa)，或用離心澆(jiao)(jiao)鑄(zhu)法(fa)和石墨結晶器用半連(lian)續澆(jiao)(jiao)注(zhu)(zhu)法(fa)得到，最合(he)(he)適的(de)是離心澆(jiao)(jiao)鑄(zhu)法(fa)和半連(lian)續澆(jiao)(jiao)注(zhu)(zhu)法(fa)。
采(cai)用離心澆鑄(zhu)法(fa)時，其澆注坯料(liao)在隨后的機械加工中幾(ji)乎(hu)可減少一(yi)倍(bei)的金屬消(xiao)耗。而采(cai)用石墨結(jie)晶器用半連續澆注法(fa)得到(dao)的坯料(liao)具(ju)有光滑(hua)的表面。
1. 鑄鐵坯料的(de)化學成分
試(shi)驗用(yong)擠壓鑄(zhu)鐵坯料的化學(xue)成分見表5-8.
2. 鑄鐵坯(pi)料的加(jia)熱
鑄鐵(tie)坯料(liao)擠壓前在(zai)感(gan)(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱(re)(re)爐或室狀電(dian)阻爐內進行加(jia)(jia)熱(re)(re)。一般采用感(gan)(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱(re)(re)爐，因(yin)為感(gan)(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱(re)(re)速度(du)快，產生的(de)(de)氧化(hua)鐵(tie)皮少。而(er)(er)鑄鐵(tie)坯料(liao)在(zai)立式感(gan)(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱(re)(re)爐中加(jia)(jia)熱(re)(re)是最理想(xiang)的(de)(de)。球墨鑄鐵(tie)的(de)(de)加(jia)(jia)熱(re)(re)溫度(du)為900~950℃,在(zai)選擇加(jia)(jia)熱(re)(re)溫度(du)時(shi)(shi)，不但(dan)要考慮金(jin)屬的(de)(de)變形(xing)熱(re)(re)30~35℃,而(er)(er)且還要考慮發(fa)生晶界(jie)熔化(hua)時(shi)(shi)而(er)(er)削(xue)弱(ruo)的(de)(de)可能性。
3. 擠壓鑄鐵管的技術參數
用擠壓法(fa)可生產(chan)φ(40~150)mm×3.5mm以上的鑄(zhu)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。
一般認為，擠(ji)壓(ya)鑄坯(pi)比擠(ji)壓(ya)相同尺寸(cun)的鍛軋(ya)坯(pi)的擠(ji)壓(ya)力(li)高18%,且擠(ji)壓(ya)比較大(da)。但在尼(ni)科波爾南方不銹(xiu)鋼管廠的試驗中，當延伸(shen)系數大(da)于20時，鑄鐵坯(pi)料沒有擠(ji)壓(ya)成功(gong)。因為擠(ji)壓(ya)力(li)過(guo)高，導致擠(ji)壓(ya)鑄管破裂(lie)。
擠壓(ya)鑄鐵管時(shi)，金(jin)(jin)屬流動(dong)速(su)度(du)(du)是(shi)一個重要參數，一般控(kong)制在(zai)2.0~2.5m/s.當(dang)金(jin)(jin)屬流動(dong)速(su)度(du)(du)控(kong)制在(zai)該(gai)范圍，并采用(yong)石墨(mo)一機油(you)潤滑(hua)(hua)劑時(shi)，可擠壓(ya)出長(chang)達6m的鑄鐵管。若金(jin)(jin)屬流動(dong)速(su)度(du)(du)超過臨界值，金(jin)(jin)屬坯(pi)料就會發生破裂。增加擠壓(ya)管的長(chang)度(du)(du)會使擠壓(ya)模和芯(xin)棒過熱，而采用(yong)玻(bo)璃潤滑(hua)(hua)劑后可使擠壓(ya)管的長(chang)度(du)(du)增加，但由(you)于要清(qing)除(chu)成品表面(mian)的玻(bo)璃而使生產成本升高。
在擠壓鑄(zhu)鐵管(guan)時(shi)，擠壓工具(ju)的溫(wen)度必須(xu)保持在350~400℃,否(fou)則工模具(ju)接觸金屬層的部分(fen)會(hui)顯(xian)著(zhu)冷卻，使鑄(zhu)態(tai)金屬的塑性下降(jiang)，引(yin)起擠壓管(guan)破裂。實踐表明，當芯棒溫(wen)度為(wei)100℃時(shi)，經過1s,2s,5s后，金屬層深(shen)0.5mm處(chu)的溫(wen)降(jiang)分(fen)別(bie)(bie)為(wei)80℃、110℃、180℃;當芯棒溫(wen)度為(wei)400℃時(shi)，金屬層深(shen)0.5mm處(chu)的溫(wen)降(jiang)分(fen)別(bie)(bie)為(wei)30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓(ya)出(chu)的(de)鑄鐵管(guan)的(de)組織(zhi)性能
球墨(mo)鑄鐵坯料(liao)和擠壓出的(de)鑄鐵管的(de)顯微(wei)(wei)組(zu)織(zhi)如圖5-32所示(shi)。從(cong)圖中可(ke)以看出，球墨(mo)鑄鐵坯料(liao)的(de)顯微(wei)(wei)組(zu)織(zhi)為致密的(de)石墨(mo)夾雜(za)物＋珠(zhu)光體＋鐵素體；擠壓后(hou)，橫斷面(mian)上的(de)石墨(mo)呈扁圓(yuan)形(xing)，且在縱斷面(mian)上沿變形(xing)方(fang)向上伸長(chang)。金屬模子幾乎完全是(shi)珠(zhu)光體組(zu)織(zhi)。
擠壓出的(de)(de)球墨鑄(zhu)(zhu)鐵管具有足夠(gou)的(de)(de)塑性(xing)，可以在周期式(shi)冷軋(ya)管機組上(shang)進行冷軋(ya)和溫(wen)軋(ya)。而擠壓的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵管的(de)(de)力(li)學(xue)性(xing)能主要與(yu)鑄(zhu)(zhu)鐵中(zhong)石墨的(de)(de)形狀、剩余的(de)(de)鎂(mei)和硅元素(su)含量有關，其關系如圖5-33所示。
退火后球墨鑄(zhu)鐵管的力(li)學(xue)性能(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(suo)有擠壓(ya)的球(qiu)墨鑄鐵管都具有較高的液(ye)壓(ya)堅固性能(neng)，能(neng)經受50MPa.
5. 球(qiu)狀(zhuang)石墨對(dui)擠壓鑄(zhu)鐵管的影(ying)響
從(cong)對擠壓(ya)鑄(zhu)鐵管進行(xing)的(de)專門試驗中可知，對于(yu)(yu)鑄(zhu)鐵坯料(liao)，除了(le)對材(cai)料(liao)表面加(jia)工的(de)光潔度和端面加(jia)工的(de)要(yao)求(qiu)與(yu)低塑性材(cai)料(liao)一(yi)樣之外(wai)，為(wei)了(le)提高加(jia)工塑性和材(cai)料(liao)的(de)成(cheng)材(cai)率還(huan)必須限制鑄(zhu)鐵中球狀石墨的(de)含量(liang)不小于(yu)(yu)80%.
擠(ji)(ji)壓(ya)鑄鐵坯(pi)料斷(duan)面上球(qiu)狀石墨(mo)分布均勻，其含量對擠(ji)(ji)壓(ya)鑄鐵管廢品數量的影響如圖5-34所示(shi)。
6. 擠壓出(chu)的(de)鑄(zhu)鐵管(guan)的(de)缺(que)陷
擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)球(qiu)墨鑄鐵(tie)管的(de)(de)(de)(de)缺(que)陷(xian)主要是表面（特別是內表面）橫(heng)向裂紋，而其他缺(que)陷(xian)形式與一(yi)般(ban)碳素(su)鋼管相似。采用(yong)塑性(xing)的(de)(de)(de)(de)或聚集體(ti)形石墨的(de)(de)(de)(de)灰口鐵(tie)坯料(liao)時(shi)，該擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)缺(que)陷(xian)幾乎(hu)不可避免，并且隨著細密(mi)夾(jia)雜物(wu)數量的(de)(de)(de)(de)增加而減(jian)少。由(you)此可見，石墨割斷了金屬(shu)(shu)基體(ti)的(de)(de)(de)(de)連(lian)續性(xing)，在外(wai)力作用(yong)下會導致應力集中。擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)后的(de)(de)(de)(de)鑄鐵(tie)管好(hao)像是由(you)很多單層組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)“分層”缺(que)陷(xian)。為了防止“分層”，可以(yi)施加附加的(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮應力，即(ji)選用(yong)帶反壓(ya)(ya)(ya)(ya)力的(de)(de)(de)(de)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)方法。采用(yong)感應加熱降低坯料(liao)內表面的(de)(de)(de)(de)溫度和坯料(liao)內層的(de)(de)(de)(de)塑性(xing)，可以(yi)減(jian)少變形的(de)(de)(de)(de)不均勻性(xing)，防止“分層”缺(que)陷(xian)的(de)(de)(de)(de)產(chan)生。另外(wai)，球(qiu)墨鑄鐵(tie)內石墨夾(jia)雜物(wu)的(de)(de)(de)(de)形狀也可能會防止金屬(shu)(shu)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)時(shi)出現“分層”缺(que)陷(xian)。
7. 擠壓出(chu)的鑄鐵管的后續處(chu)理
鑄(zhu)鐵管(guan)的精整與一(yi)般鋼管(guan)的相同，只(zhi)是在(zai)(zai)輥式矯直(zhi)機上(shang)矯直(zhi)時有些困難。矯直(zhi)工序應在(zai)(zai)冷床(chuang)冷卻前，鑄(zhu)鐵管(guan)尚有700~800℃余熱時進(jin)行，因為此時鑄(zhu)鐵管(guan)具有足夠(gou)的塑性。
為了防止(zhi)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)在冷(leng)(leng)卻過程中發生(sheng)彎曲，在螺旋(xuan)式冷(leng)(leng)床或旋(xuan)轉傳動(dong)的輥道(dao)上(shang)(shang)進行(xing)冷(leng)(leng)卻。鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)冷(leng)(leng)卻后的切管(guan)工序(xu)可以在切管(guan)機(ji)或普通車(che)床上(shang)(shang)進行(xing)。
鑄鐵(tie)管(guan)可以在(zai)(zai)不同的(de)(de)管(guan)道系(xi)統中使用，但需(xu)要(yao)對鑄鐵(tie)管(guan)進行彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)加工時(shi)。為了(le)保證彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)處具有足夠的(de)(de)塑性，需(xu)要(yao)彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)處彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)時(shi)的(de)(de)溫度必須保證在(zai)(zai)750~800℃。
球墨(mo)鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)的熱(re)矯直可以在彎(wan)(wan)管(guan)(guan)(guan)機上批量進(jin)行，但須在彎(wan)(wan)管(guan)(guan)(guan)機前(qian)安裝高頻感(gan)應加熱(re)設備，預先將球墨(mo)鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)的彎(wan)(wan)曲(qu)處加熱(re)到(dao)800℃,球墨(mo)鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)的縱向進(jin)料速(su)度(du)為1mm/s,彎(wan)(wan)曲(qu)后用4~5個大(da)氣(qi)壓(ya)（0.4~0.5MPa)的壓(ya)縮空(kong)氣(qi)進(jin)行冷卻。鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)的最小彎(wan)(wan)曲(qu)半徑可達(da)到(dao)成品管(guan)(guan)(guan)直徑的1.2倍(bei)。
為了提高(gao)鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)的塑性，石(shi)墨(mo)含量不同的鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)須按不同的熱處理(li)(li)(li)工(gong)藝(yi)制度(du)進行處理(li)(li)(li)。以球(qiu)(qiu)狀石(shi)墨(mo)含量較高(gao)的球(qiu)(qiu)墨(mo)鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)（表(biao)5-8中(zhong)的9號坯料）為例，其(qi)熱處理(li)(li)(li)工(gong)藝(yi)為：
a. 加熱至(zhi)780℃,保溫1h后，隨爐冷(leng)卻至(zhi)680℃,保溫2.5h,最(zui)后空冷(leng)至(zhi)室(shi)溫；
b. 加(jia)熱至930℃,保溫7h后，隨爐(lu)冷卻至760℃,保溫8h,然后隨爐(lu)冷卻至690℃,保溫50h,最后空冷至室溫。
擠壓出的(de)(de)球墨鑄鐵管熱(re)處(chu)理(li)后的(de)(de)力學性能(neng)見表5-10.
擠(ji)壓Cr、Ni合金化的(de)鑄(zhu)鐵(tie)管（表(biao)5-8中的(de)6、7、10號(hao)坯料）的(de)結果表(biao)明，由于合金化鑄(zhu)鐵(tie)金屬的(de)塑(su)性低，每(mei)小時產量(liang)比球墨鑄(zhu)鐵(tie)低。
擠壓出(chu)的(de)球墨鑄鐵管(guan)(guan)、鈦合金(jin)管(guan)(guan)和(he)鉬合金(jin)管(guan)(guan)都(dou)具有良好的(de)綜(zong)合性(xing)能，其中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
熱擠壓(ya)鑄鐵(tie)管(guan)(guan)與(yu)鑄造(zao)鑄鐵(tie)管(guan)(guan)相比，有以下優點：
a. 幾何尺寸精(jing)度高，直徑公(gong)差(cha)為±1.0%,壁厚公(gong)差(cha)為＋10%~15%.
b. 長度長，達10m;壁(bi)厚薄，達3.5mm.
c. 內外表面質量高(gao)，滿(man)足TOCT 8732標準(zhun)要求。
d. 力(li)學性能和工(gong)藝(yi)性能高，可進行彎曲、氣焊、電焊、機械加工(gong)等。
與碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)相比(bi)(bi)(bi)，鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)在多(duo)種腐蝕介(jie)質的(de)(de)作(zuo)用下，耐蝕性高(gao)。在石(shi)油(you)產品介(jie)質、海水(shui)中的(de)(de)壽(shou)命(ming)比(bi)(bi)(bi)碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)高(gao)5~10倍(bei)以(yi)上；在熱水(shui)中的(de)(de)壽(shou)命(ming)比(bi)(bi)(bi)碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)高(gao)10~15倍(bei)；在基本介(jie)質（苛性堿等）中的(de)(de)壽(shou)命(ming)比(bi)(bi)(bi)碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)高(gao)15倍(bei)；而且鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)的(de)(de)表面腐蝕均(jun)勻，提高(gao)了鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)的(de)(de)使用期限。所以(yi)，用擠(ji)壓出的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)代替鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)（如用于住(zhu)房供(gong)熱水(shui)系統中），可取得較大的(de)(de)經濟效果。
