鑄(zhu)鐵是低塑性材料。在室溫下(xia)，鑄(zhu)鐵坯料短試樣拉伸斷裂時(shi)的相對伸長(chang)率δ5約為(wei)1%,沖擊韌性(xing)αk僅為5J/c㎡.把鑄(zhu)鐵(tie)加(jia)熱到高(gao)溫時(shi)，其(qi)(qi)塑(su)性指標并沒有明(ming)顯提(ti)高(gao)，相對伸長率僅增(zeng)加(jia)4%~5%.因(yin)此，鑄(zhu)鐵(tie)的塑(su)性變形產品應(ying)用有限。這是由于鑄(zhu)鐵(tie)所允許的性變形量小而使擠(ji)壓(ya)過(guo)程不經濟(ji)。試驗采用高(gao)頻感(gan)應(ying)爐熔(rong)煉(lian)，在(zai)盛鐵(tie)桶中(zhong)以硅鎂中(zhong)間合(he)金(jin)或其(qi)(qi)他合(he)金(jin)處理的鑄(zhu)鐵(tie)坯(pi)料。圓形坯(pi)料可(ke)采用砂型用澆(jiao)口下注澆(jiao)鑄(zhu)法(fa)，或用離心(xin)澆(jiao)鑄(zhu)法(fa)和(he)石墨(mo)結晶器用半連(lian)(lian)續澆(jiao)注法(fa)得到，最合(he)適(shi)的是離心(xin)澆(jiao)鑄(zhu)法(fa)和(he)半連(lian)(lian)續澆(jiao)注法(fa)。
采用離心澆鑄(zhu)法(fa)時(shi)，其澆注坯料在隨后的(de)(de)機械加工(gong)中幾乎可(ke)減少(shao)一倍的(de)(de)金(jin)屬消耗(hao)。而采用石墨(mo)結晶(jing)器用半(ban)連續澆注法(fa)得(de)到的(de)(de)坯料具有光滑(hua)的(de)(de)表面。
1. 鑄鐵坯料的化學成分(fen)
試驗用擠壓(ya)鑄(zhu)鐵(tie)坯料的化學成(cheng)分見表5-8.
2. 鑄鐵坯料(liao)的加熱(re)
鑄(zhu)鐵(tie)(tie)坯料擠壓前在感(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱(re)爐或室狀電(dian)阻爐內進行加(jia)(jia)熱(re)。一(yi)般(ban)采用感(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱(re)爐，因為感(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱(re)速度快，產生的(de)氧化鐵(tie)(tie)皮少。而(er)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)坯料在立式感(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱(re)爐中加(jia)(jia)熱(re)是(shi)最理想(xiang)的(de)。球墨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)加(jia)(jia)熱(re)溫度為900~950℃,在選擇加(jia)(jia)熱(re)溫度時，不但(dan)要(yao)(yao)考慮金屬(shu)的(de)變形熱(re)30~35℃,而(er)且(qie)還要(yao)(yao)考慮發生晶界熔化時而(er)削弱的(de)可(ke)能性。
3. 擠(ji)壓鑄鐵(tie)管(guan)的技術參數(shu)
用擠壓法可生(sheng)產φ(40~150)mm×3.5mm以上的(de)鑄(zhu)鐵管(guan)。
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(ren)為(wei)，擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)鑄坯(pi)比擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)相同尺(chi)寸(cun)的鍛軋(ya)坯(pi)的擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力(li)高18%,且擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)比較大(da)。但在尼科波爾南方不(bu)銹鋼(gang)管(guan)廠的試驗(yan)中，當(dang)延伸系數(shu)大(da)于20時，鑄鐵坯(pi)料沒(mei)有擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)成功。因為(wei)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力(li)過高，導致擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)鑄管(guan)破(po)裂。
擠壓(ya)(ya)鑄鐵管(guan)時，金屬(shu)(shu)流(liu)(liu)動(dong)速度(du)是一(yi)(yi)(yi)個(ge)重要參數，一(yi)(yi)(yi)般(ban)控(kong)制在(zai)2.0~2.5m/s.當金屬(shu)(shu)流(liu)(liu)動(dong)速度(du)控(kong)制在(zai)該范(fan)圍，并采用石墨一(yi)(yi)(yi)機油潤滑(hua)(hua)劑時，可擠壓(ya)(ya)出長(chang)達(da)6m的鑄鐵管(guan)。若(ruo)金屬(shu)(shu)流(liu)(liu)動(dong)速度(du)超過臨界(jie)值，金屬(shu)(shu)坯料就會發生破(po)裂。增加擠壓(ya)(ya)管(guan)的長(chang)度(du)會使擠壓(ya)(ya)模(mo)和芯棒過熱，而(er)采用玻(bo)璃潤滑(hua)(hua)劑后可使擠壓(ya)(ya)管(guan)的長(chang)度(du)增加，但由(you)于要清除成(cheng)品表(biao)面的玻(bo)璃而(er)使生產(chan)成(cheng)本(ben)升(sheng)高。
在擠(ji)壓鑄(zhu)鐵管(guan)時(shi)，擠(ji)壓工具的(de)溫度必須保持在350~400℃,否則(ze)工模具接觸金(jin)屬層(ceng)的(de)部分(fen)會顯(xian)著(zhu)冷卻(que)，使鑄(zhu)態金(jin)屬的(de)塑性下降(jiang)，引起擠(ji)壓管(guan)破裂。實踐表明，當芯棒(bang)溫度為100℃時(shi)，經(jing)過1s,2s,5s后，金(jin)屬層(ceng)深(shen)0.5mm處的(de)溫降(jiang)分(fen)別為80℃、110℃、180℃;當芯棒(bang)溫度為400℃時(shi)，金(jin)屬層(ceng)深(shen)0.5mm處的(de)溫降(jiang)分(fen)別為30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓(ya)出的鑄鐵管的組織性能
球墨鑄鐵坯料(liao)和(he)擠(ji)壓出的(de)鑄鐵管的(de)顯(xian)微組織如圖(tu)5-32所示。從圖(tu)中可以看出，球墨鑄鐵坯料(liao)的(de)顯(xian)微組織為致密的(de)石墨夾雜物＋珠(zhu)(zhu)光體＋鐵素體；擠(ji)壓后，橫斷面上的(de)石墨呈扁圓形(xing)(xing)，且在縱斷面上沿變形(xing)(xing)方向上伸長。金屬模(mo)子幾乎完全是珠(zhu)(zhu)光體組織。
擠(ji)(ji)壓(ya)出的球墨(mo)鑄(zhu)鐵管(guan)具有足夠(gou)的塑性(xing)(xing)，可以在周期式冷軋(ya)(ya)管(guan)機(ji)組上進(jin)行冷軋(ya)(ya)和(he)溫軋(ya)(ya)。而(er)擠(ji)(ji)壓(ya)的鑄(zhu)鐵管(guan)的力(li)學性(xing)(xing)能主要(yao)與鑄(zhu)鐵中石(shi)墨(mo)的形狀(zhuang)、剩余的鎂和(he)硅元素含量有關(guan)(guan)，其關(guan)(guan)系如圖5-33所示(shi)。
退火后球墨鑄鐵管的力學(xue)性(xing)能最好，其中(zhong)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(suo)有(you)擠壓的球墨鑄鐵管都(dou)具有(you)較(jiao)高的液壓堅固性(xing)能，能經受50MPa.
5. 球狀(zhuang)石墨對擠壓鑄(zhu)鐵管的影響
從對(dui)擠壓鑄(zhu)鐵管進行(xing)的(de)(de)專門試驗中可知，對(dui)于鑄(zhu)鐵坯(pi)料，除(chu)了對(dui)材(cai)(cai)料表面加工的(de)(de)光潔(jie)度和端(duan)面加工的(de)(de)要求與低(di)塑性材(cai)(cai)料一樣之外，為了提高加工塑性和材(cai)(cai)料的(de)(de)成材(cai)(cai)率(lv)還(huan)必須限制鑄(zhu)鐵中球狀(zhuang)石墨的(de)(de)含量不小于80%.
擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)鐵坯料(liao)斷面上(shang)球狀石(shi)墨分布均勻，其含量(liang)(liang)對擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)鐵管(guan)廢(fei)品數量(liang)(liang)的影響如圖5-34所(suo)示。
6. 擠(ji)壓出(chu)的(de)(de)鑄鐵管(guan)的(de)(de)缺陷
擠(ji)壓(ya)(ya)球(qiu)墨鑄鐵管的(de)(de)缺(que)陷(xian)(xian)主要是表(biao)(biao)面（特別是內(nei)表(biao)(biao)面）橫(heng)向裂(lie)紋，而(er)其他缺(que)陷(xian)(xian)形式(shi)與一般碳素鋼管相似。采(cai)用(yong)(yong)塑性的(de)(de)或聚(ju)集(ji)體形石(shi)墨的(de)(de)灰口(kou)鐵坯料時(shi)，該擠(ji)壓(ya)(ya)缺(que)陷(xian)(xian)幾乎不可(ke)(ke)避免，并且隨著細密夾雜(za)物數量的(de)(de)增加(jia)而(er)減少。由(you)此可(ke)(ke)見，石(shi)墨割斷了金(jin)屬基體的(de)(de)連(lian)續性，在外力(li)作用(yong)(yong)下會(hui)導致應力(li)集(ji)中。擠(ji)壓(ya)(ya)后的(de)(de)鑄鐵管好像是由(you)很多單層組成的(de)(de)“分(fen)層”缺(que)陷(xian)(xian)。為了防止“分(fen)層”，可(ke)(ke)以施加(jia)附加(jia)的(de)(de)壓(ya)(ya)縮應力(li)，即選用(yong)(yong)帶(dai)反壓(ya)(ya)力(li)的(de)(de)擠(ji)壓(ya)(ya)方法。采(cai)用(yong)(yong)感應加(jia)熱(re)降低(di)坯料內(nei)表(biao)(biao)面的(de)(de)溫度和坯料內(nei)層的(de)(de)塑性，可(ke)(ke)以減少變形的(de)(de)不均勻性，防止“分(fen)層”缺(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)產生。另(ling)外，球(qiu)墨鑄鐵內(nei)石(shi)墨夾雜(za)物的(de)(de)形狀也可(ke)(ke)能會(hui)防止金(jin)屬擠(ji)壓(ya)(ya)時(shi)出(chu)現“分(fen)層”缺(que)陷(xian)(xian)。
7. 擠壓出的(de)鑄鐵管(guan)的(de)后(hou)續處(chu)理
鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)的(de)精整與一(yi)般鋼管(guan)的(de)相同(tong)，只是(shi)在(zai)輥(gun)式矯(jiao)(jiao)直(zhi)機上矯(jiao)(jiao)直(zhi)時有(you)(you)些困難。矯(jiao)(jiao)直(zhi)工序應(ying)在(zai)冷床冷卻(que)前，鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)尚有(you)(you)700~800℃余熱時進行，因為(wei)此時鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管(guan)具(ju)有(you)(you)足夠的(de)塑性(xing)。
為(wei)了(le)防止(zhi)鑄(zhu)鐵管(guan)在冷卻(que)過程中發生彎(wan)曲，在螺旋(xuan)式冷床(chuang)或旋(xuan)轉(zhuan)傳動(dong)的輥道上進行冷卻(que)。鑄(zhu)鐵管(guan)冷卻(que)后的切管(guan)工序可以在切管(guan)機或普通車(che)床(chuang)上進行。
鑄鐵管(guan)可以在不同的管(guan)道(dao)系統中使用，但需(xu)要對鑄鐵管(guan)進(jin)行(xing)彎(wan)曲加(jia)工時。為了(le)保(bao)證彎(wan)曲處具有足(zu)夠的塑性，需(xu)要彎(wan)曲處彎(wan)曲時的溫度必須保(bao)證在750~800℃。
球(qiu)(qiu)墨鑄鐵管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)熱矯直(zhi)可以在彎(wan)管(guan)(guan)機上批量進行，但(dan)須在彎(wan)管(guan)(guan)機前(qian)安裝高頻(pin)感(gan)應加(jia)熱設備，預(yu)先將(jiang)球(qiu)(qiu)墨鑄鐵管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)彎(wan)曲(qu)處加(jia)熱到(dao)800℃,球(qiu)(qiu)墨鑄鐵管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)縱(zong)向(xiang)進料速度為1mm/s,彎(wan)曲(qu)后用4~5個大氣(qi)壓(ya)（0.4~0.5MPa)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)縮空氣(qi)進行冷卻。鑄鐵管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)最(zui)小彎(wan)曲(qu)半徑可達到(dao)成品管(guan)(guan)直(zhi)徑的(de)(de)(de)(de)1.2倍。
為(wei)了提(ti)高鑄鐵管(guan)的(de)塑性，石墨(mo)含量不(bu)(bu)同(tong)的(de)鑄鐵管(guan)須按不(bu)(bu)同(tong)的(de)熱處理工(gong)藝(yi)制度進(jin)行處理。以球(qiu)狀(zhuang)石墨(mo)含量較(jiao)高的(de)球(qiu)墨(mo)鑄鐵管(guan)（表5-8中的(de)9號(hao)坯料）為(wei)例(li)，其熱處理工(gong)藝(yi)為(wei)：
a. 加熱(re)至(zhi)780℃,保溫1h后，隨(sui)爐冷(leng)卻至(zhi)680℃,保溫2.5h,最后空冷(leng)至(zhi)室溫；
b. 加熱至930℃,保(bao)溫(wen)7h后，隨(sui)爐冷(leng)(leng)卻至760℃,保(bao)溫(wen)8h,然后隨(sui)爐冷(leng)(leng)卻至690℃,保(bao)溫(wen)50h,最后空冷(leng)(leng)至室溫(wen)。
擠壓出(chu)的球墨(mo)鑄鐵管(guan)熱處理后的力學性(xing)能見表5-10.
擠壓Cr、Ni合金化的(de)鑄(zhu)鐵管（表5-8中(zhong)的(de)6、7、10號坯料）的(de)結果表明，由于合金化鑄(zhu)鐵金屬的(de)塑性低(di)，每小時產量比球墨鑄(zhu)鐵低(di)。
擠壓(ya)出的(de)球墨(mo)鑄(zhu)鐵管、鈦(tai)合(he)金管和鉬合(he)金管都具有良(liang)好的(de)綜合(he)性(xing)能，其中(zhong)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(ya)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)與鑄(zhu)造(zao)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)相比，有(you)以下優點：
a. 幾(ji)何尺寸精度(du)高，直(zhi)徑公差為(wei)±1.0%,壁(bi)厚公差為(wei)＋10%~15%.
b. 長(chang)度長(chang)，達10m;壁厚薄，達3.5mm.
c. 內外表面質(zhi)量高(gao)，滿足TOCT 8732標準要求(qiu)。
d. 力學性能和(he)工(gong)藝(yi)性能高，可進行(xing)彎曲、氣(qi)焊(han)、電焊(han)、機械加工(gong)等。
與碳(tan)(tan)素(su)鋼管(guan)相(xiang)比(bi)，鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)在多(duo)種腐蝕(shi)介(jie)質的(de)(de)作用(yong)下，耐蝕(shi)性高(gao)。在石油產品介(jie)質、海水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)壽命比(bi)碳(tan)(tan)素(su)鋼管(guan)高(gao)5~10倍以上；在熱水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)壽命比(bi)碳(tan)(tan)素(su)鋼管(guan)高(gao)10~15倍；在基(ji)本(ben)介(jie)質（苛性堿等）中(zhong)(zhong)的(de)(de)壽命比(bi)碳(tan)(tan)素(su)鋼管(guan)高(gao)15倍；而且鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)(de)表(biao)面腐蝕(shi)均勻，提高(gao)了鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)(de)使用(yong)期限。所以，用(yong)擠壓(ya)出的(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)代替鋼管(guan)（如(ru)用(yong)于(yu)住房(fang)供熱水(shui)系統中(zhong)(zhong)），可取得較大的(de)(de)經濟效(xiao)果。
