鑄鐵是(shi)低塑性材料(liao)。在室溫下，鑄鐵坯料(liao)短試樣拉伸斷裂時的相對伸長率δ5約為1%,沖(chong)擊(ji)韌性αk僅為5J/c㎡.把鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)加(jia)(jia)熱(re)到高溫時，其(qi)塑性指標并(bing)沒有明(ming)顯提高，相對伸長(chang)率(lv)僅增加(jia)(jia)4%~5%.因此，鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的(de)(de)塑性變(bian)形產品(pin)應(ying)用(yong)有限(xian)。這(zhe)是由于鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)所允許的(de)(de)性變(bian)形量(liang)小(xiao)而使擠壓(ya)過(guo)程不(bu)經(jing)濟。試驗采用(yong)高頻(pin)感應(ying)爐熔煉，在盛鐵(tie)桶(tong)中以(yi)硅(gui)鎂中間合金或(huo)其(qi)他合金處理的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)。圓形坯(pi)(pi)料(liao)(liao)可采用(yong)砂型用(yong)澆口下注(zhu)澆鑄(zhu)(zhu)法，或(huo)用(yong)離心澆鑄(zhu)(zhu)法和石墨結(jie)晶(jing)器用(yong)半連(lian)續澆注(zhu)法得(de)到，最合適的(de)(de)是離心澆鑄(zhu)(zhu)法和半連(lian)續澆注(zhu)法。
采用(yong)(yong)離心澆(jiao)鑄法(fa)時，其澆(jiao)注坯(pi)(pi)料在隨后的機械加工中幾(ji)乎可減少一倍(bei)的金屬消耗。而(er)采用(yong)(yong)石墨結晶器用(yong)(yong)半連(lian)續澆(jiao)注法(fa)得到(dao)的坯(pi)(pi)料具有光滑的表面。
1. 鑄(zhu)鐵(tie)坯料的(de)化學成分
試驗(yan)用(yong)擠壓鑄鐵坯料的化學(xue)成分見表5-8.
2. 鑄鐵(tie)坯料的加(jia)熱
鑄鐵(tie)坯料(liao)擠壓前在感應(ying)(ying)加(jia)熱(re)爐或室(shi)狀(zhuang)電阻(zu)爐內進行加(jia)熱(re)。一般采用感應(ying)(ying)加(jia)熱(re)爐，因為感應(ying)(ying)加(jia)熱(re)速度(du)快，產生的(de)氧化鐵(tie)皮少(shao)。而鑄鐵(tie)坯料(liao)在立(li)式感應(ying)(ying)加(jia)熱(re)爐中加(jia)熱(re)是最(zui)理想的(de)。球(qiu)墨(mo)鑄鐵(tie)的(de)加(jia)熱(re)溫(wen)度(du)為900~950℃,在選擇加(jia)熱(re)溫(wen)度(du)時(shi)，不(bu)但(dan)要(yao)考(kao)慮(lv)金屬(shu)的(de)變形熱(re)30~35℃,而且還(huan)要(yao)考(kao)慮(lv)發生晶界熔化時(shi)而削(xue)弱的(de)可能性。
3. 擠壓鑄(zhu)鐵管的(de)技(ji)術參數(shu)
用擠壓法可生(sheng)產φ(40~150)mm×3.5mm以上的(de)鑄鐵管。
尼科波爾南方不銹鋼管(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(yi)般認為，擠(ji)(ji)壓(ya)鑄(zhu)坯(pi)(pi)比擠(ji)(ji)壓(ya)相同尺寸的(de)鍛軋坯(pi)(pi)的(de)擠(ji)(ji)壓(ya)力高18%,且(qie)擠(ji)(ji)壓(ya)比較大。但在尼科波爾南方不銹鋼管廠的(de)試驗中，當延伸系數大于20時，鑄(zhu)鐵坯(pi)(pi)料沒有擠(ji)(ji)壓(ya)成功。因為擠(ji)(ji)壓(ya)力過高，導致擠(ji)(ji)壓(ya)鑄(zhu)管破裂。
擠(ji)壓鑄鐵(tie)(tie)管時，金屬(shu)(shu)流動(dong)速(su)(su)度是一個重(zhong)要(yao)(yao)參數(shu)，一般控制(zhi)在2.0~2.5m/s.當金屬(shu)(shu)流動(dong)速(su)(su)度控制(zhi)在該(gai)范圍，并采用石墨一機(ji)油潤滑劑時，可(ke)擠(ji)壓出長達6m的(de)鑄鐵(tie)(tie)管。若(ruo)金屬(shu)(shu)流動(dong)速(su)(su)度超過臨界值，金屬(shu)(shu)坯料(liao)就(jiu)會發(fa)生(sheng)破(po)裂(lie)。增(zeng)加(jia)擠(ji)壓管的(de)長度會使(shi)擠(ji)壓模和芯棒過熱(re)，而采用玻(bo)璃潤滑劑后可(ke)使(shi)擠(ji)壓管的(de)長度增(zeng)加(jia)，但(dan)由于要(yao)(yao)清除(chu)成品表面的(de)玻(bo)璃而使(shi)生(sheng)產成本升高(gao)。
在(zai)擠壓鑄(zhu)鐵(tie)管時，擠壓工具(ju)的溫(wen)度必須保持在(zai)350~400℃,否(fou)則(ze)工模具(ju)接觸金(jin)(jin)屬層的部(bu)分會顯著冷卻，使鑄(zhu)態(tai)金(jin)(jin)屬的塑性下降，引(yin)起擠壓管破裂。實(shi)踐表明(ming)，當芯棒溫(wen)度為(wei)100℃時，經過1s,2s,5s后，金(jin)(jin)屬層深0.5mm處(chu)的溫(wen)降分別(bie)為(wei)80℃、110℃、180℃;當芯棒溫(wen)度為(wei)400℃時，金(jin)(jin)屬層深0.5mm處(chu)的溫(wen)降分別(bie)為(wei)30℃、60℃、110℃.
4. 擠(ji)壓(ya)出的鑄鐵(tie)管的組織(zhi)性(xing)能(neng)
球墨(mo)鑄鐵坯料和(he)擠(ji)壓出(chu)的鑄鐵管的顯微組(zu)織如(ru)圖(tu)5-32所示。從圖(tu)中可以看出(chu)，球墨(mo)鑄鐵坯料的顯微組(zu)織為致密(mi)的石墨(mo)夾雜物＋珠(zhu)光(guang)體(ti)＋鐵素體(ti)；擠(ji)壓后，橫斷面上的石墨(mo)呈扁圓形，且在縱斷面上沿變形方(fang)向上伸長。金屬模子(zi)幾乎完全是珠(zhu)光(guang)體(ti)組(zu)織。
擠壓出的球墨鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)具(ju)有(you)足夠的塑性，可(ke)以在周期(qi)式冷軋管(guan)機組上進行冷軋和(he)(he)溫軋。而擠壓的鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)的力學性能(neng)主要(yao)與鑄(zhu)(zhu)鐵中石(shi)墨的形狀、剩(sheng)余的鎂和(he)(he)硅元素含(han)量有(you)關，其關系如圖5-33所(suo)示(shi)。
退火后球墨(mo)鑄鐵管的力學(xue)性(xing)能最好(hao)，其中(zhong)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㎡.
所有擠壓的球墨鑄鐵管(guan)都具有較高的液壓堅固性(xing)能(neng)，能(neng)經受50MPa.
5. 球狀石墨對擠壓鑄(zhu)鐵(tie)管的影響
從對(dui)擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)(zhu)鐵管進行的(de)專門試驗中可知，對(dui)于鑄(zhu)(zhu)鐵坯料，除了(le)對(dui)材料表面加(jia)工的(de)光潔度和端面加(jia)工的(de)要(yao)求與低(di)塑性(xing)材料一樣之外，為了(le)提高加(jia)工塑性(xing)和材料的(de)成材率還必須限制鑄(zhu)(zhu)鐵中球狀石墨的(de)含(han)量不(bu)小于80%.
擠壓鑄鐵(tie)坯料斷面上球(qiu)狀石墨分布均勻，其含量(liang)(liang)對擠壓鑄鐵(tie)管(guan)廢品(pin)數量(liang)(liang)的影響如圖5-34所示。
6. 擠壓出的鑄鐵管(guan)的缺陷
擠(ji)壓(ya)球墨(mo)鑄(zhu)(zhu)鐵管的(de)(de)(de)(de)(de)缺陷(xian)主要是表面（特別是內(nei)(nei)表面）橫向裂紋(wen)，而(er)其他缺陷(xian)形式(shi)與(yu)一般碳(tan)素(su)鋼管相似。采用(yong)塑性的(de)(de)(de)(de)(de)或(huo)聚集體形石墨(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)灰(hui)口鐵坯料(liao)(liao)時，該(gai)擠(ji)壓(ya)缺陷(xian)幾乎不可(ke)避(bi)免，并且(qie)隨著細密夾雜物數量的(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)而(er)減(jian)少。由(you)此可(ke)見(jian)，石墨(mo)割斷了金(jin)屬基體的(de)(de)(de)(de)(de)連續性，在外力作用(yong)下會(hui)導(dao)致應(ying)(ying)力集中。擠(ji)壓(ya)后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵管好(hao)像是由(you)很多單層(ceng)組成的(de)(de)(de)(de)(de)“分層(ceng)”缺陷(xian)。為(wei)了防(fang)止(zhi)“分層(ceng)”，可(ke)以施加(jia)附加(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)縮應(ying)(ying)力，即選用(yong)帶反壓(ya)力的(de)(de)(de)(de)(de)擠(ji)壓(ya)方法。采用(yong)感應(ying)(ying)加(jia)熱(re)降低坯料(liao)(liao)內(nei)(nei)表面的(de)(de)(de)(de)(de)溫度和(he)坯料(liao)(liao)內(nei)(nei)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)塑性，可(ke)以減(jian)少變形的(de)(de)(de)(de)(de)不均勻性，防(fang)止(zhi)“分層(ceng)”缺陷(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)生。另外，球墨(mo)鑄(zhu)(zhu)鐵內(nei)(nei)石墨(mo)夾雜物的(de)(de)(de)(de)(de)形狀也可(ke)能(neng)會(hui)防(fang)止(zhi)金(jin)屬擠(ji)壓(ya)時出現“分層(ceng)”缺陷(xian)。
7. 擠壓出的鑄鐵管的后續處理
鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管的(de)精整與一般(ban)鋼管的(de)相同，只(zhi)是在(zai)輥式矯直機(ji)上(shang)矯直時有些困難(nan)。矯直工序應在(zai)冷(leng)床冷(leng)卻前，鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管尚(shang)有700~800℃余熱時進行，因為此時鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管具有足夠的(de)塑(su)性(xing)。
為了防止鑄鐵管在(zai)冷(leng)(leng)卻(que)過程中發生彎(wan)曲，在(zai)螺旋(xuan)式冷(leng)(leng)床(chuang)(chuang)或旋(xuan)轉傳動(dong)的輥道上進行冷(leng)(leng)卻(que)。鑄鐵管冷(leng)(leng)卻(que)后的切(qie)(qie)管工序可(ke)以在(zai)切(qie)(qie)管機或普通車床(chuang)(chuang)上進行。
鑄鐵(tie)管(guan)(guan)可(ke)以(yi)在(zai)不同的管(guan)(guan)道(dao)系統中使用，但需(xu)(xu)要(yao)對(dui)鑄鐵(tie)管(guan)(guan)進行(xing)彎曲加工時(shi)。為了保證(zheng)彎曲處具(ju)有足夠的塑性，需(xu)(xu)要(yao)彎曲處彎曲時(shi)的溫度必(bi)須保證(zheng)在(zai)750~800℃。
球(qiu)(qiu)墨(mo)鑄鐵管的(de)熱(re)矯直(zhi)(zhi)可(ke)以在(zai)彎管機上(shang)批量進(jin)行(xing)，但須(xu)在(zai)彎管機前安裝(zhuang)高(gao)頻感應加熱(re)設備(bei)，預先(xian)將球(qiu)(qiu)墨(mo)鑄鐵管的(de)彎曲處加熱(re)到(dao)800℃,球(qiu)(qiu)墨(mo)鑄鐵管的(de)縱向進(jin)料速度為1mm/s,彎曲后用(yong)4~5個(ge)大氣壓（0.4~0.5MPa)的(de)壓縮空氣進(jin)行(xing)冷卻。鑄鐵管的(de)最小彎曲半徑可(ke)達到(dao)成品管直(zhi)(zhi)徑的(de)1.2倍。
為了提高(gao)鑄鐵管(guan)(guan)的(de)塑性(xing)，石(shi)墨含量不同的(de)鑄鐵管(guan)(guan)須按不同的(de)熱(re)(re)處理(li)工(gong)藝制度進行處理(li)。以(yi)球(qiu)狀石(shi)墨含量較高(gao)的(de)球(qiu)墨鑄鐵管(guan)(guan)（表5-8中(zhong)的(de)9號坯料）為例，其熱(re)(re)處理(li)工(gong)藝為：
a. 加熱(re)至(zhi)(zhi)780℃,保溫(wen)1h后，隨爐冷(leng)卻(que)至(zhi)(zhi)680℃,保溫(wen)2.5h,最后空冷(leng)至(zhi)(zhi)室溫(wen)；
b. 加熱(re)至(zhi)930℃,保(bao)溫(wen)7h后，隨爐(lu)冷卻(que)(que)至(zhi)760℃,保(bao)溫(wen)8h,然后隨爐(lu)冷卻(que)(que)至(zhi)690℃,保(bao)溫(wen)50h,最后空(kong)冷至(zhi)室溫(wen)。
擠壓(ya)出的球墨鑄鐵(tie)管熱處理后的力學性(xing)能見表(biao)5-10.
擠壓(ya)Cr、Ni合金(jin)化的(de)鑄鐵管（表5-8中的(de)6、7、10號坯料）的(de)結果表明，由于合金(jin)化鑄鐵金(jin)屬的(de)塑(su)性(xing)低，每小時產量比(bi)球墨鑄鐵低。
擠壓出(chu)的球墨(mo)鑄鐵管、鈦合金管和鉬合金管都具有良(liang)好的綜(zong)合性能，其中σb=450~600MPa, δs=3.5% ~8.0%,σ, =400 ~600MPa, ακ=15~35J/c㎡.
8. 擠(ji)壓出的鑄鐵管的優點
熱擠壓鑄鐵管與鑄造鑄鐵管相比，有(you)以下優點：
a. 幾何尺寸精(jing)度(du)高，直徑公差為±1.0%,壁厚公差為＋10%~15%.
b. 長度長，達(da)10m;壁厚薄(bo)，達(da)3.5mm.
c. 內外表面(mian)質量高，滿(man)足TOCT 8732標準要求。
d. 力學(xue)性能和(he)工藝性能高，可(ke)進行彎(wan)曲(qu)、氣焊(han)(han)、電焊(han)(han)、機械加工等。
與(yu)碳(tan)(tan)素(su)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)相比(bi)，鑄鐵管(guan)(guan)(guan)在多種腐蝕(shi)介(jie)質(zhi)(zhi)的作用(yong)(yong)下，耐蝕(shi)性高。在石油(you)產品介(jie)質(zhi)(zhi)、海水中(zhong)的壽命比(bi)碳(tan)(tan)素(su)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)高5~10倍以上；在熱(re)水中(zhong)的壽命比(bi)碳(tan)(tan)素(su)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)高10~15倍；在基本介(jie)質(zhi)(zhi)（苛性堿等）中(zhong)的壽命比(bi)碳(tan)(tan)素(su)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)高15倍；而且(qie)鑄鐵管(guan)(guan)(guan)的表面腐蝕(shi)均勻，提高了鑄鐵管(guan)(guan)(guan)的使用(yong)(yong)期限(xian)。所(suo)以，用(yong)(yong)擠壓出的鑄鐵管(guan)(guan)(guan)代(dai)替鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)（如用(yong)(yong)于住(zhu)房供(gong)熱(re)水系統中(zhong)），可取得較(jiao)大的經(jing)濟效(xiao)果。
