鑄鐵是低塑(su)性(xing)材(cai)料。在室溫下(xia)，鑄鐵坯料短試樣(yang)拉(la)伸(shen)斷裂時的(de)相對(dui)伸(shen)長(chang)率δ5約為1%,沖擊(ji)韌性(xing)αk僅為5J/c㎡.把鑄(zhu)鐵加(jia)熱到高(gao)溫(wen)時(shi)，其塑性(xing)指標(biao)并沒有明顯提(ti)高(gao)，相對伸長率僅增加(jia)4%~5%.因此，鑄(zhu)鐵的(de)(de)塑性(xing)變形產品(pin)應用有限。這是由(you)于鑄(zhu)鐵所允許(xu)的(de)(de)性(xing)變形量小而使擠壓過程(cheng)不經濟。試驗采用高(gao)頻感應爐熔煉，在(zai)盛(sheng)鐵桶中以硅鎂中間合金或(huo)其他合金處理的(de)(de)鑄(zhu)鐵坯(pi)料(liao)。圓形坯(pi)料(liao)可采用砂型用澆口下注(zhu)(zhu)澆鑄(zhu)法，或(huo)用離心(xin)澆鑄(zhu)法和石墨結晶器用半連(lian)續澆注(zhu)(zhu)法得(de)到，最合適的(de)(de)是離心(xin)澆鑄(zhu)法和半連(lian)續澆注(zhu)(zhu)法。
采(cai)用離心澆(jiao)(jiao)鑄(zhu)法時，其澆(jiao)(jiao)注(zhu)坯(pi)料在隨后的機械加工中幾乎可(ke)減(jian)少一(yi)倍的金屬消耗。而采(cai)用石墨結晶器用半連續澆(jiao)(jiao)注(zhu)法得(de)到(dao)的坯(pi)料具(ju)有光滑的表(biao)面。
1. 鑄(zhu)鐵坯(pi)料的化學成分
試驗(yan)用擠(ji)壓(ya)鑄鐵坯料的化(hua)學成分見表5-8.
2. 鑄(zhu)鐵(tie)坯料的加熱
鑄(zhu)鐵坯料(liao)擠壓前(qian)在感(gan)應加(jia)熱(re)(re)爐(lu)(lu)或室(shi)狀電阻爐(lu)(lu)內進(jin)行加(jia)熱(re)(re)。一般采用感(gan)應加(jia)熱(re)(re)爐(lu)(lu)，因(yin)為感(gan)應加(jia)熱(re)(re)速度快，產生(sheng)的氧化(hua)鐵皮(pi)少。而鑄(zhu)鐵坯料(liao)在立式感(gan)應加(jia)熱(re)(re)爐(lu)(lu)中加(jia)熱(re)(re)是最理(li)想的。球墨鑄(zhu)鐵的加(jia)熱(re)(re)溫度為900~950℃,在選擇加(jia)熱(re)(re)溫度時，不但(dan)要考(kao)慮(lv)金屬(shu)的變形(xing)熱(re)(re)30~35℃,而且還要考(kao)慮(lv)發生(sheng)晶界熔(rong)化(hua)時而削弱的可能性。
3. 擠(ji)壓鑄鐵(tie)管的(de)技術參(can)數
用擠壓法可(ke)生產φ(40~150)mm×3.5mm以上的鑄鐵管。
尼科波爾南方不銹鋼(gang)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，擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)(zhu)坯(pi)比擠(ji)壓(ya)相同尺寸的鍛軋坯(pi)的擠(ji)壓(ya)力(li)高(gao)18%,且擠(ji)壓(ya)比較大。但在尼(ni)科(ke)波爾南方不銹(xiu)鋼管(guan)廠(chang)的試驗中(zhong)，當(dang)延伸系(xi)數大于20時，鑄(zhu)(zhu)鐵坯(pi)料(liao)沒有擠(ji)壓(ya)成(cheng)功(gong)。因為擠(ji)壓(ya)力(li)過(guo)高(gao)，導致擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)(zhu)管(guan)破裂(lie)。
擠(ji)壓(ya)(ya)鑄鐵管時(shi)，金(jin)屬(shu)(shu)流動(dong)(dong)速度是一(yi)(yi)(yi)個重要(yao)(yao)參數，一(yi)(yi)(yi)般控制(zhi)在2.0~2.5m/s.當金(jin)屬(shu)(shu)流動(dong)(dong)速度控制(zhi)在該范圍，并(bing)采用(yong)石墨一(yi)(yi)(yi)機油潤滑劑時(shi)，可擠(ji)壓(ya)(ya)出長達6m的(de)鑄鐵管。若(ruo)金(jin)屬(shu)(shu)流動(dong)(dong)速度超過臨界值，金(jin)屬(shu)(shu)坯料就會(hui)發生破(po)裂。增加(jia)擠(ji)壓(ya)(ya)管的(de)長度會(hui)使(shi)擠(ji)壓(ya)(ya)模和芯(xin)棒過熱(re)，而采用(yong)玻璃潤滑劑后可使(shi)擠(ji)壓(ya)(ya)管的(de)長度增加(jia)，但由于要(yao)(yao)清除(chu)成(cheng)品(pin)表面的(de)玻璃而使(shi)生產成(cheng)本升(sheng)高。
在(zai)擠壓(ya)鑄鐵管時，擠壓(ya)工(gong)具的(de)(de)溫度必(bi)須(xu)保持在(zai)350~400℃,否則工(gong)模具接觸金屬(shu)層(ceng)的(de)(de)部分會顯著冷卻，使鑄態金屬(shu)的(de)(de)塑性下降，引(yin)起擠壓(ya)管破裂。實踐表明，當(dang)(dang)芯棒溫度為(wei)100℃時，經過1s,2s,5s后(hou)，金屬(shu)層(ceng)深(shen)0.5mm處的(de)(de)溫降分別(bie)為(wei)80℃、110℃、180℃;當(dang)(dang)芯棒溫度為(wei)400℃時，金屬(shu)層(ceng)深(shen)0.5mm處的(de)(de)溫降分別(bie)為(wei)30℃、60℃、110℃.
4. 擠(ji)壓(ya)出的鑄鐵管的組織(zhi)性能
球墨鑄鐵坯料(liao)和(he)擠壓出的鑄鐵管的顯(xian)微組織如圖(tu)5-32所示(shi)。從(cong)圖(tu)中可以看出，球墨鑄鐵坯料(liao)的顯(xian)微組織為致密的石墨夾雜(za)物＋珠光體＋鐵素(su)體；擠壓后，橫斷面上的石墨呈扁(bian)圓形，且在縱斷面上沿(yan)變形方向(xiang)上伸長(chang)。金屬模子幾乎(hu)完全(quan)是珠光體組織。
擠壓出的(de)球墨鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管具(ju)有足夠(gou)的(de)塑性，可(ke)以在周期式冷軋(ya)管機組上(shang)進(jin)行冷軋(ya)和溫軋(ya)。而(er)擠壓的(de)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管的(de)力學性能主(zhu)要與鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中石墨的(de)形(xing)狀、剩余(yu)的(de)鎂和硅(gui)元素(su)含量有關，其關系如圖5-33所示。
退(tui)火后球墨鑄鐵管的力學性能最(zui)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㎡.
所有擠(ji)壓的球墨鑄鐵管(guan)都具有較(jiao)高(gao)的液壓堅固性能(neng)，能(neng)經受(shou)50MPa.
5. 球狀石墨對擠壓鑄鐵管的影響
從對擠壓(ya)鑄鐵管(guan)進行(xing)的(de)(de)專門試驗中(zhong)可知，對于(yu)鑄鐵坯料(liao)，除了對材(cai)料(liao)表面加工的(de)(de)光潔度和端面加工的(de)(de)要求(qiu)與(yu)低塑性材(cai)料(liao)一(yi)樣之外，為了提(ti)高加工塑性和材(cai)料(liao)的(de)(de)成材(cai)率還必(bi)須限制鑄鐵中(zhong)球狀石墨的(de)(de)含量不(bu)小于(yu)80%.
擠壓鑄(zhu)鐵坯料斷(duan)面上球狀石墨(mo)分布均勻(yun)，其(qi)含量對擠壓鑄(zhu)鐵管廢(fei)品數量的影響如圖5-34所示(shi)。
6. 擠壓出的鑄鐵(tie)管(guan)的缺陷
擠(ji)壓(ya)球(qiu)墨(mo)鑄鐵管的缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)主要是表面（特別(bie)是內(nei)(nei)表面）橫向裂紋，而(er)其(qi)他(ta)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)形(xing)(xing)(xing)式與一(yi)般碳素鋼管相似。采用(yong)塑(su)性(xing)的或聚集(ji)體形(xing)(xing)(xing)石墨(mo)的灰口鐵坯(pi)料(liao)時，該擠(ji)壓(ya)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)幾乎不可(ke)(ke)避免，并且隨著(zhu)細密夾(jia)雜物數量的增加而(er)減少。由此可(ke)(ke)見，石墨(mo)割(ge)斷了金屬基體的連續性(xing)，在外力作用(yong)下(xia)會導致應力集(ji)中。擠(ji)壓(ya)后的鑄鐵管好(hao)像是由很多單(dan)層(ceng)(ceng)(ceng)組成的“分層(ceng)(ceng)(ceng)”缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)。為了防(fang)止(zhi)“分層(ceng)(ceng)(ceng)”，可(ke)(ke)以施加附加的壓(ya)縮應力，即(ji)選用(yong)帶反壓(ya)力的擠(ji)壓(ya)方法。采用(yong)感應加熱(re)降低(di)坯(pi)料(liao)內(nei)(nei)表面的溫度和坯(pi)料(liao)內(nei)(nei)層(ceng)(ceng)(ceng)的塑(su)性(xing)，可(ke)(ke)以減少變形(xing)(xing)(xing)的不均勻(yun)性(xing)，防(fang)止(zhi)“分層(ceng)(ceng)(ceng)”缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)的產生。另(ling)外，球(qiu)墨(mo)鑄鐵內(nei)(nei)石墨(mo)夾(jia)雜物的形(xing)(xing)(xing)狀也(ye)可(ke)(ke)能會防(fang)止(zhi)金屬擠(ji)壓(ya)時出現“分層(ceng)(ceng)(ceng)”缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)。
7. 擠壓出的(de)鑄鐵管(guan)的(de)后(hou)續處理(li)
鑄鐵管的(de)精整與一(yi)般鋼管的(de)相同，只是在輥(gun)式矯直機上矯直時有(you)些(xie)困難。矯直工序(xu)應在冷床冷卻前，鑄鐵管尚有(you)700~800℃余熱時進(jin)行，因(yin)為此時鑄鐵管具有(you)足夠的(de)塑性。
為了防止鑄(zhu)鐵管(guan)在冷(leng)(leng)卻過程中發生彎曲(qu)，在螺旋式冷(leng)(leng)床或旋轉(zhuan)傳動的輥道上進(jin)(jin)行(xing)冷(leng)(leng)卻。鑄(zhu)鐵管(guan)冷(leng)(leng)卻后的切管(guan)工序可(ke)以在切管(guan)機或普通車(che)床上進(jin)(jin)行(xing)。
鑄鐵(tie)(tie)管可(ke)以在(zai)不同的(de)管道系統中使(shi)用(yong)，但需(xu)要對鑄鐵(tie)(tie)管進行彎曲加工時。為了保證(zheng)彎曲處具有足夠的(de)塑(su)性，需(xu)要彎曲處彎曲時的(de)溫度必須保證(zheng)在(zai)750~800℃。
球墨鑄鐵管(guan)(guan)的(de)熱(re)矯直可以在彎(wan)管(guan)(guan)機(ji)上批(pi)量(liang)進(jin)行(xing)，但(dan)須在彎(wan)管(guan)(guan)機(ji)前安裝高頻感(gan)應加(jia)熱(re)設備，預(yu)先將球墨鑄鐵管(guan)(guan)的(de)彎(wan)曲處加(jia)熱(re)到800℃,球墨鑄鐵管(guan)(guan)的(de)縱向進(jin)料速度為(wei)1mm/s,彎(wan)曲后用4~5個大氣壓（0.4~0.5MPa)的(de)壓縮空氣進(jin)行(xing)冷卻(que)。鑄鐵管(guan)(guan)的(de)最小彎(wan)曲半徑可達(da)到成品管(guan)(guan)直徑的(de)1.2倍。
為了提高(gao)鑄鐵管的(de)(de)塑性，石墨含量(liang)不同(tong)的(de)(de)鑄鐵管須按(an)不同(tong)的(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)工藝制度(du)進(jin)行處(chu)理(li)。以球狀石墨含量(liang)較高(gao)的(de)(de)球墨鑄鐵管（表5-8中的(de)(de)9號坯料）為例，其熱(re)處(chu)理(li)工藝為：
a. 加(jia)熱(re)至(zhi)780℃,保溫(wen)1h后(hou)，隨(sui)爐冷卻(que)至(zhi)680℃,保溫(wen)2.5h,最后(hou)空冷至(zhi)室(shi)溫(wen)；
b. 加熱至930℃,保溫(wen)7h后，隨爐冷卻(que)至760℃,保溫(wen)8h,然后隨爐冷卻(que)至690℃,保溫(wen)50h,最后空(kong)冷至室溫(wen)。
擠(ji)壓出(chu)的球墨鑄鐵(tie)管熱處理后的力學性能見表5-10.
擠(ji)壓Cr、Ni合金(jin)化(hua)的(de)(de)鑄鐵管（表5-8中(zhong)的(de)(de)6、7、10號坯料）的(de)(de)結果表明，由于合金(jin)化(hua)鑄鐵金(jin)屬的(de)(de)塑性低，每(mei)小時產量比(bi)球墨鑄鐵低。
擠(ji)壓出的球(qiu)墨鑄鐵管(guan)、鈦合(he)金管(guan)和鉬合(he)金管(guan)都具有良好的綜合(he)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(de)鑄鐵管(guan)的(de)優點
熱擠(ji)壓鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管與(yu)鑄(zhu)(zhu)造(zao)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管相(xiang)比，有以下(xia)優(you)點：
a. 幾何尺(chi)寸(cun)精度高，直徑公差為±1.0%,壁厚公差為＋10%~15%.
b. 長度長，達10m;壁厚薄，達3.5mm.
c. 內(nei)外表面(mian)質量高，滿足TOCT 8732標準要求。
d. 力學性(xing)能(neng)和工藝性(xing)能(neng)高(gao)，可進行彎曲、氣焊、電焊、機械加工等。
與(yu)碳素(su)(su)(su)鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)相比(bi)(bi)，鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)(guan)在(zai)多(duo)種腐蝕(shi)介(jie)質的(de)作用(yong)下，耐蝕(shi)性高(gao)(gao)。在(zai)石油產品介(jie)質、海(hai)水中的(de)壽命(ming)(ming)比(bi)(bi)碳素(su)(su)(su)鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)5~10倍(bei)(bei)以上(shang)；在(zai)熱水中的(de)壽命(ming)(ming)比(bi)(bi)碳素(su)(su)(su)鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)10~15倍(bei)(bei)；在(zai)基本介(jie)質（苛(ke)性堿(jian)等）中的(de)壽命(ming)(ming)比(bi)(bi)碳素(su)(su)(su)鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)高(gao)(gao)15倍(bei)(bei)；而(er)且鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)表面腐蝕(shi)均勻，提高(gao)(gao)了鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)使用(yong)期(qi)限。所(suo)以，用(yong)擠壓出(chu)的(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)(guan)代替鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)（如用(yong)于住(zhu)房供熱水系統中），可取得較大的(de)經濟(ji)效(xiao)果(guo)。
