鑄鐵是低塑性材料。在室(shi)溫下，鑄鐵坯料短試樣拉伸斷裂時的相對伸長率δ5約為1%,沖擊韌(ren)性αk僅為5J/c㎡.把(ba)鑄(zhu)鐵加(jia)熱到高溫時，其塑性指標并沒(mei)有明(ming)顯提(ti)高，相對(dui)伸(shen)長率僅增加(jia)4%~5%.因(yin)此，鑄(zhu)鐵的(de)塑性變(bian)形產品應用有限(xian)。這(zhe)是由于鑄(zhu)鐵所允許的(de)性變(bian)形量小而使擠壓過(guo)程不經濟。試驗采(cai)用高頻感應爐熔(rong)煉，在盛鐵桶中(zhong)以硅鎂中(zhong)間合(he)金(jin)或其他合(he)金(jin)處理的(de)鑄(zhu)鐵坯料(liao)。圓形坯料(liao)可采(cai)用砂型用澆口(kou)下注(zhu)澆鑄(zhu)法(fa)(fa)，或用離心(xin)澆鑄(zhu)法(fa)(fa)和石墨結晶器用半(ban)(ban)連(lian)(lian)續澆注(zhu)法(fa)(fa)得到，最合(he)適的(de)是離心(xin)澆鑄(zhu)法(fa)(fa)和半(ban)(ban)連(lian)(lian)續澆注(zhu)法(fa)(fa)。
采(cai)用離心澆鑄法時，其澆注坯(pi)料在隨后的機械加工中幾乎可減少一倍的金屬消耗。而(er)采(cai)用石墨結晶器用半連續澆注法得到的坯(pi)料具(ju)有光滑的表面。
1. 鑄鐵(tie)坯料(liao)的(de)化學成分
試驗用擠壓鑄鐵坯料的化學(xue)成分(fen)見表5-8.
2. 鑄鐵坯料的(de)加熱
鑄鐵(tie)坯料擠壓前在感(gan)應(ying)加熱(re)(re)(re)爐(lu)(lu)或(huo)室狀電阻(zu)爐(lu)(lu)內進行加熱(re)(re)(re)。一般采用感(gan)應(ying)加熱(re)(re)(re)爐(lu)(lu)，因(yin)為(wei)(wei)感(gan)應(ying)加熱(re)(re)(re)速(su)度(du)(du)快，產生的(de)(de)(de)氧化(hua)鐵(tie)皮少。而(er)鑄鐵(tie)坯料在立式感(gan)應(ying)加熱(re)(re)(re)爐(lu)(lu)中加熱(re)(re)(re)是最(zui)理(li)想的(de)(de)(de)。球墨鑄鐵(tie)的(de)(de)(de)加熱(re)(re)(re)溫度(du)(du)為(wei)(wei)900~950℃,在選擇加熱(re)(re)(re)溫度(du)(du)時，不但要(yao)考(kao)(kao)慮金屬(shu)的(de)(de)(de)變(bian)形(xing)熱(re)(re)(re)30~35℃,而(er)且(qie)還要(yao)考(kao)(kao)慮發(fa)生晶界熔化(hua)時而(er)削(xue)弱的(de)(de)(de)可能性。
3. 擠壓鑄鐵管的技術參數
用擠壓法可生(sheng)產(chan)φ(40~150)mm×3.5mm以上(shang)的鑄(zhu)鐵(tie)管。
尼科波爾南方不銹鋼(gang)管(guan)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(ren)為，擠(ji)壓(ya)鑄坯(pi)比擠(ji)壓(ya)相同(tong)尺寸(cun)的(de)鍛軋坯(pi)的(de)擠(ji)壓(ya)力高(gao)18%,且擠(ji)壓(ya)比較(jiao)大。但(dan)在尼科波爾南方不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)(guan)廠的(de)試驗中，當延伸系數大于20時，鑄鐵坯(pi)料沒有擠(ji)壓(ya)成功。因為擠(ji)壓(ya)力過高(gao)，導(dao)致(zhi)擠(ji)壓(ya)鑄管(guan)(guan)破裂(lie)。
擠(ji)(ji)(ji)壓鑄鐵管(guan)(guan)(guan)時，金(jin)(jin)屬流動(dong)速(su)度(du)是(shi)一(yi)個重要(yao)參數，一(yi)般控制在2.0~2.5m/s.當金(jin)(jin)屬流動(dong)速(su)度(du)控制在該范圍，并(bing)采用石墨(mo)一(yi)機油潤(run)(run)滑(hua)劑時，可擠(ji)(ji)(ji)壓出長(chang)(chang)達(da)6m的鑄鐵管(guan)(guan)(guan)。若金(jin)(jin)屬流動(dong)速(su)度(du)超過臨界值，金(jin)(jin)屬坯料(liao)就會發生破裂。增加(jia)擠(ji)(ji)(ji)壓管(guan)(guan)(guan)的長(chang)(chang)度(du)會使擠(ji)(ji)(ji)壓模和(he)芯棒過熱，而采用玻璃(li)潤(run)(run)滑(hua)劑后可使擠(ji)(ji)(ji)壓管(guan)(guan)(guan)的長(chang)(chang)度(du)增加(jia)，但由(you)于要(yao)清除成品表(biao)面的玻璃(li)而使生產成本升高(gao)。
在擠壓(ya)鑄鐵(tie)管(guan)時，擠壓(ya)工具(ju)的溫(wen)(wen)度必須保持在350~400℃,否則工模(mo)具(ju)接觸(chu)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)層(ceng)的部分(fen)會(hui)顯(xian)著(zhu)冷卻，使鑄態金(jin)屬(shu)(shu)(shu)的塑性下降(jiang)，引(yin)起擠壓(ya)管(guan)破裂。實踐表明，當芯棒溫(wen)(wen)度為100℃時，經過1s,2s,5s后，金(jin)屬(shu)(shu)(shu)層(ceng)深0.5mm處的溫(wen)(wen)降(jiang)分(fen)別(bie)為80℃、110℃、180℃;當芯棒溫(wen)(wen)度為400℃時，金(jin)屬(shu)(shu)(shu)層(ceng)深0.5mm處的溫(wen)(wen)降(jiang)分(fen)別(bie)為30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓出的鑄鐵管的組織性能
球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)坯料(liao)和擠壓出的(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)顯微組(zu)織如圖5-32所示。從圖中可以(yi)看出，球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)坯料(liao)的(de)顯微組(zu)織為致密(mi)的(de)石墨(mo)夾雜物＋珠(zhu)光體＋鐵(tie)素體；擠壓后，橫斷(duan)(duan)面上(shang)的(de)石墨(mo)呈扁圓形，且在縱斷(duan)(duan)面上(shang)沿變形方(fang)向上(shang)伸(shen)長。金屬模子幾乎(hu)完(wan)全是珠(zhu)光體組(zu)織。
擠壓出的(de)球墨鑄(zhu)鐵管具有(you)(you)足夠(gou)的(de)塑(su)性(xing)，可以(yi)在周期式(shi)冷(leng)軋(ya)(ya)管機組(zu)上進(jin)行冷(leng)軋(ya)(ya)和(he)溫軋(ya)(ya)。而(er)擠壓的(de)鑄(zhu)鐵管的(de)力(li)學性(xing)能主(zhu)要與(yu)鑄(zhu)鐵中石墨的(de)形狀、剩(sheng)余的(de)鎂和(he)硅(gui)元素(su)含量有(you)(you)關，其關系如圖5-33所示。
退(tui)火后球墨(mo)鑄鐵(tie)管的力學性能最好，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㎡.
所有(you)擠壓的球墨鑄鐵管都具有(you)較高的液壓堅(jian)固性能，能經受50MPa.
5. 球(qiu)狀石(shi)墨對擠壓鑄鐵管的影響(xiang)
從對擠壓鑄鐵管進行的專(zhuan)門試(shi)驗中(zhong)(zhong)可知，對于鑄鐵坯料(liao)(liao)，除(chu)了(le)對材(cai)料(liao)(liao)表(biao)面加(jia)工的光(guang)潔度和端面加(jia)工的要求(qiu)與(yu)低塑(su)性(xing)材(cai)料(liao)(liao)一樣(yang)之外，為了(le)提高(gao)加(jia)工塑(su)性(xing)和材(cai)料(liao)(liao)的成(cheng)材(cai)率(lv)還必須限(xian)制鑄鐵中(zhong)(zhong)球狀(zhuang)石墨(mo)的含(han)量不小于80%.
擠(ji)壓鑄鐵坯(pi)料斷面上(shang)球狀(zhuang)石(shi)墨分布(bu)均勻，其(qi)含量對擠(ji)壓鑄鐵管(guan)廢品數量的(de)影響如圖(tu)5-34所示。
6. 擠(ji)壓出的鑄鐵(tie)管的缺陷
擠(ji)壓(ya)(ya)球墨鑄(zhu)鐵管(guan)的(de)(de)缺(que)(que)陷(xian)(xian)主要是(shi)表(biao)面(mian)(mian)（特別是(shi)內(nei)表(biao)面(mian)(mian)）橫(heng)向裂(lie)紋(wen)，而其他缺(que)(que)陷(xian)(xian)形(xing)式(shi)與一般碳素鋼管(guan)相似。采用(yong)(yong)塑(su)性的(de)(de)或聚集(ji)體形(xing)石(shi)墨的(de)(de)灰口鐵坯(pi)料時(shi)，該擠(ji)壓(ya)(ya)缺(que)(que)陷(xian)(xian)幾乎(hu)不(bu)可避免，并且隨(sui)著細密夾雜物數量的(de)(de)增(zeng)加而減少。由(you)此可見，石(shi)墨割斷了金屬(shu)基(ji)體的(de)(de)連續性，在(zai)外(wai)力(li)作用(yong)(yong)下會導致應(ying)(ying)力(li)集(ji)中。擠(ji)壓(ya)(ya)后的(de)(de)鑄(zhu)鐵管(guan)好像是(shi)由(you)很多單層(ceng)組成的(de)(de)“分(fen)層(ceng)”缺(que)(que)陷(xian)(xian)。為了防(fang)止“分(fen)層(ceng)”，可以施(shi)加附加的(de)(de)壓(ya)(ya)縮應(ying)(ying)力(li)，即(ji)選用(yong)(yong)帶反(fan)壓(ya)(ya)力(li)的(de)(de)擠(ji)壓(ya)(ya)方法(fa)。采用(yong)(yong)感應(ying)(ying)加熱降低坯(pi)料內(nei)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)溫度和坯(pi)料內(nei)層(ceng)的(de)(de)塑(su)性，可以減少變形(xing)的(de)(de)不(bu)均勻性，防(fang)止“分(fen)層(ceng)”缺(que)(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)產生。另外(wai)，球墨鑄(zhu)鐵內(nei)石(shi)墨夾雜物的(de)(de)形(xing)狀也(ye)可能會防(fang)止金屬(shu)擠(ji)壓(ya)(ya)時(shi)出(chu)現“分(fen)層(ceng)”缺(que)(que)陷(xian)(xian)。
7. 擠壓出(chu)的鑄(zhu)鐵管(guan)的后(hou)續處理(li)
鑄鐵管(guan)的(de)(de)精整與一般鋼管(guan)的(de)(de)相同，只是在輥(gun)式矯直(zhi)(zhi)機上矯直(zhi)(zhi)時(shi)(shi)有(you)些困難。矯直(zhi)(zhi)工(gong)序(xu)應在冷床冷卻前，鑄鐵管(guan)尚有(you)700~800℃余熱時(shi)(shi)進行，因為此時(shi)(shi)鑄鐵管(guan)具有(you)足夠的(de)(de)塑性。
為了防止鑄鐵管(guan)(guan)(guan)(guan)在(zai)冷卻(que)過程中發生(sheng)彎(wan)曲(qu)，在(zai)螺旋(xuan)式冷床或(huo)旋(xuan)轉傳(chuan)動(dong)的輥道上(shang)進行冷卻(que)。鑄鐵管(guan)(guan)(guan)(guan)冷卻(que)后的切管(guan)(guan)(guan)(guan)工(gong)序可以在(zai)切管(guan)(guan)(guan)(guan)機(ji)或(huo)普通車床上(shang)進行。
鑄鐵(tie)管(guan)可(ke)以在不同的(de)管(guan)道(dao)系統(tong)中使用，但需要對鑄鐵(tie)管(guan)進(jin)行彎曲(qu)加工時。為了保證彎曲(qu)處(chu)具有足夠(gou)的(de)塑(su)性，需要彎曲(qu)處(chu)彎曲(qu)時的(de)溫度必須(xu)保證在750~800℃。
球墨(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)熱矯直可以(yi)在彎(wan)(wan)(wan)管(guan)(guan)機(ji)上批(pi)量進行，但須在彎(wan)(wan)(wan)管(guan)(guan)機(ji)前安(an)裝(zhuang)高頻(pin)感應加(jia)(jia)熱設(she)備(bei)，預先將(jiang)球墨(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)彎(wan)(wan)(wan)曲(qu)處加(jia)(jia)熱到800℃,球墨(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)縱向(xiang)進料速度(du)為1mm/s,彎(wan)(wan)(wan)曲(qu)后用4~5個大氣壓（0.4~0.5MPa)的(de)(de)壓縮空(kong)氣進行冷卻。鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)最小彎(wan)(wan)(wan)曲(qu)半徑可達到成品管(guan)(guan)直徑的(de)(de)1.2倍。
為了(le)提高鑄(zhu)鐵管的塑(su)性(xing)，石墨(mo)含量(liang)不同的鑄(zhu)鐵管須按(an)不同的熱(re)處(chu)理(li)工藝(yi)(yi)制度進(jin)行處(chu)理(li)。以球(qiu)(qiu)狀石墨(mo)含量(liang)較高的球(qiu)(qiu)墨(mo)鑄(zhu)鐵管（表5-8中的9號坯料）為例，其熱(re)處(chu)理(li)工藝(yi)(yi)為：
a. 加(jia)熱至(zhi)(zhi)780℃,保(bao)溫1h后，隨爐冷卻至(zhi)(zhi)680℃,保(bao)溫2.5h,最后空冷至(zhi)(zhi)室溫；
b. 加熱至(zhi)930℃,保(bao)溫7h后(hou)，隨爐(lu)冷(leng)(leng)卻(que)至(zhi)760℃,保(bao)溫8h,然后(hou)隨爐(lu)冷(leng)(leng)卻(que)至(zhi)690℃,保(bao)溫50h,最后(hou)空冷(leng)(leng)至(zhi)室溫。
擠壓(ya)出(chu)的(de)球墨鑄鐵管熱處理(li)后的(de)力學性(xing)能見表5-10.
擠壓Cr、Ni合金(jin)化的(de)(de)鑄鐵管（表5-8中的(de)(de)6、7、10號(hao)坯料）的(de)(de)結果表明(ming)，由于(yu)合金(jin)化鑄鐵金(jin)屬的(de)(de)塑(su)性低，每小時產量比(bi)球墨鑄鐵低。
擠壓出(chu)的球墨鑄(zhu)鐵管、鈦合金管和鉬合金管都具有良好(hao)的綜合性能，其中(zhong)σb=450~600MPa, δs=3.5% ~8.0%,σ, =400 ~600MPa, ακ=15~35J/c㎡.
8. 擠壓(ya)出的鑄鐵(tie)管的優點
熱擠壓(ya)鑄(zhu)鐵管與鑄(zhu)造(zao)鑄(zhu)鐵管相比，有以(yi)下(xia)優點：
a. 幾何(he)尺寸精度高，直徑(jing)公差(cha)為±1.0%,壁厚公差(cha)為＋10%~15%.
b. 長度長，達(da)(da)10m;壁厚薄(bo)，達(da)(da)3.5mm.
c. 內外表面質量高(gao)，滿足TOCT 8732標準要求(qiu)。
d. 力學性(xing)能和工(gong)藝性(xing)能高，可進行彎曲(qu)、氣焊(han)、電焊(han)、機械加工(gong)等。
與碳(tan)素(su)(su)鋼管(guan)(guan)相比(bi)，鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)在多種腐蝕(shi)介質的(de)(de)(de)(de)作用下，耐(nai)蝕(shi)性高(gao)(gao)。在石油產(chan)品介質、海水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)壽(shou)(shou)命(ming)比(bi)碳(tan)素(su)(su)鋼管(guan)(guan)高(gao)(gao)5~10倍(bei)以上；在熱(re)水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)壽(shou)(shou)命(ming)比(bi)碳(tan)素(su)(su)鋼管(guan)(guan)高(gao)(gao)10~15倍(bei)；在基本介質（苛性堿等(deng)）中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)壽(shou)(shou)命(ming)比(bi)碳(tan)素(su)(su)鋼管(guan)(guan)高(gao)(gao)15倍(bei)；而且鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)表面腐蝕(shi)均勻，提高(gao)(gao)了(le)鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)使用期(qi)限(xian)。所以，用擠壓出的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)代替鋼管(guan)(guan)（如用于住房供熱(re)水(shui)系統(tong)中(zhong)(zhong)），可(ke)取得較大的(de)(de)(de)(de)經濟效果。
