鑄鐵是低塑(su)性材(cai)料。在室溫(wen)下，鑄鐵坯料短試(shi)樣拉伸斷裂時的相(xiang)對伸長率(lv)δ5約為1%,沖擊韌性(xing)αk僅為(wei)5J/c㎡.把鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)加(jia)熱到高(gao)溫時(shi)，其塑性(xing)指標并(bing)沒(mei)有(you)明(ming)顯提高(gao)，相對(dui)伸長率僅增加(jia)4%~5%.因此，鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的(de)塑性(xing)變(bian)形(xing)產品(pin)應用有(you)限。這是由于鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)所允許的(de)性(xing)變(bian)形(xing)量小而(er)使(shi)擠壓過程(cheng)不(bu)經(jing)濟。試驗采(cai)用高(gao)頻(pin)感應爐熔(rong)煉(lian)，在(zai)盛(sheng)鐵(tie)桶中以硅鎂中間(jian)合金或其他合金處理的(de)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)坯料(liao)。圓形(xing)坯料(liao)可采(cai)用砂型用澆口下(xia)注(zhu)(zhu)澆鑄(zhu)(zhu)法(fa)，或用離(li)心澆鑄(zhu)(zhu)法(fa)和石(shi)墨結晶(jing)器用半連續澆注(zhu)(zhu)法(fa)得到，最合適的(de)是離(li)心澆鑄(zhu)(zhu)法(fa)和半連續澆注(zhu)(zhu)法(fa)。
采用離心澆鑄法時，其澆注(zhu)坯料在隨后的(de)機械加工中幾乎可減少(shao)一(yi)倍的(de)金屬消(xiao)耗。而采用石(shi)墨結晶器用半連續(xu)澆注(zhu)法得到的(de)坯料具有光滑的(de)表面。
1. 鑄鐵坯(pi)料的化學成分(fen)
試驗用擠壓鑄鐵坯料的(de)化學成分見表(biao)5-8.
2. 鑄鐵坯(pi)料的(de)加熱
鑄鐵(tie)坯料擠壓前在(zai)感(gan)(gan)應加(jia)(jia)熱(re)爐或室狀電阻爐內進(jin)行(xing)加(jia)(jia)熱(re)。一(yi)般(ban)采用感(gan)(gan)應加(jia)(jia)熱(re)爐，因為(wei)感(gan)(gan)應加(jia)(jia)熱(re)速(su)度快，產生的氧化鐵(tie)皮少。而鑄鐵(tie)坯料在(zai)立式(shi)感(gan)(gan)應加(jia)(jia)熱(re)爐中加(jia)(jia)熱(re)是最(zui)理想的。球(qiu)墨(mo)鑄鐵(tie)的加(jia)(jia)熱(re)溫度為(wei)900~950℃,在(zai)選(xuan)擇(ze)加(jia)(jia)熱(re)溫度時，不但要(yao)考慮(lv)金屬(shu)的變形(xing)熱(re)30~35℃,而且還要(yao)考慮(lv)發生晶(jing)界熔化時而削(xue)弱的可能性(xing)。
3. 擠壓鑄鐵(tie)管的技(ji)術參數
用擠壓法可生產φ(40~150)mm×3.5mm以(yi)上的鑄鐵管(guan)。
尼科波爾南方不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(wei)，擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)鑄(zhu)坯(pi)比擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)相同尺寸的(de)鍛軋(ya)坯(pi)的(de)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)力高18%,且擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)比較大。但在尼科波爾南(nan)方不銹鋼(gang)管廠的(de)試(shi)驗中，當延伸系(xi)數大于20時，鑄(zhu)鐵坯(pi)料沒有擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)成功。因為(wei)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)力過高，導致擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)鑄(zhu)管破裂。
擠壓(ya)鑄(zhu)鐵管時，金屬流動速度是一(yi)(yi)個(ge)重(zhong)要參數，一(yi)(yi)般控(kong)制在2.0~2.5m/s.當金屬流動速度控(kong)制在該范圍，并(bing)采(cai)用(yong)石墨一(yi)(yi)機(ji)油潤滑劑(ji)時，可擠壓(ya)出長達(da)6m的鑄(zhu)鐵管。若金屬流動速度超過(guo)臨(lin)界值，金屬坯料就會(hui)發生(sheng)破裂。增加擠壓(ya)管的長度會(hui)使(shi)(shi)擠壓(ya)模和芯棒過(guo)熱，而采(cai)用(yong)玻璃(li)潤滑劑(ji)后可使(shi)(shi)擠壓(ya)管的長度增加，但由于(yu)要清(qing)除成品表(biao)面的玻璃(li)而使(shi)(shi)生(sheng)產(chan)成本升高。
在擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)鐵管時(shi)(shi)，擠(ji)壓(ya)工(gong)具的(de)溫(wen)度必須(xu)保持在350~400℃,否則工(gong)模具接觸(chu)金(jin)屬(shu)(shu)層的(de)部(bu)分會(hui)顯著冷(leng)卻，使鑄(zhu)態金(jin)屬(shu)(shu)的(de)塑性下(xia)降，引起擠(ji)壓(ya)管破裂。實踐表明，當芯棒(bang)溫(wen)度為(wei)100℃時(shi)(shi)，經過1s,2s,5s后(hou)，金(jin)屬(shu)(shu)層深(shen)0.5mm處的(de)溫(wen)降分別為(wei)80℃、110℃、180℃;當芯棒(bang)溫(wen)度為(wei)400℃時(shi)(shi)，金(jin)屬(shu)(shu)層深(shen)0.5mm處的(de)溫(wen)降分別為(wei)30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓出的鑄鐵(tie)管的組織性能
球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)坯料和擠壓出(chu)的鑄(zhu)鐵(tie)管的顯(xian)微組織如(ru)圖(tu)5-32所(suo)示(shi)。從圖(tu)中(zhong)可(ke)以看出(chu)，球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)坯料的顯(xian)微組織為(wei)致密的石墨(mo)夾雜物(wu)＋珠(zhu)光(guang)(guang)體＋鐵(tie)素體；擠壓后，橫斷面上(shang)(shang)的石墨(mo)呈扁圓(yuan)形，且在縱(zong)斷面上(shang)(shang)沿變形方(fang)向上(shang)(shang)伸(shen)長。金(jin)屬(shu)模子幾(ji)乎完全(quan)是珠(zhu)光(guang)(guang)體組織。
擠壓出的(de)(de)球墨鑄鐵(tie)管(guan)具(ju)有足夠的(de)(de)塑性，可以(yi)在周(zhou)期式冷軋管(guan)機組上進行冷軋和溫(wen)軋。而擠壓的(de)(de)鑄鐵(tie)管(guan)的(de)(de)力學性能主(zhu)要與鑄鐵(tie)中石墨的(de)(de)形狀、剩余的(de)(de)鎂和硅元素含量有關(guan)，其關(guan)系(xi)如圖5-33所示。
退火后球墨鑄鐵(tie)管的力(li)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㎡.
所有擠壓的球(qiu)墨鑄(zhu)鐵管(guan)都具有較高的液(ye)壓堅固性能(neng)，能(neng)經(jing)受50MPa.
5. 球狀石墨對擠壓鑄鐵管的影響
從對擠壓鑄(zhu)鐵(tie)管進行的(de)專(zhuan)門試驗中(zhong)可知，對于(yu)鑄(zhu)鐵(tie)坯料，除了(le)對材(cai)料表面加(jia)工(gong)(gong)的(de)光潔度和端(duan)面加(jia)工(gong)(gong)的(de)要求與低塑性材(cai)料一樣之(zhi)外(wai)，為了(le)提高加(jia)工(gong)(gong)塑性和材(cai)料的(de)成材(cai)率(lv)還必須(xu)限制鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)球狀石墨的(de)含量(liang)不小于(yu)80%.
擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)鐵(tie)坯料斷面上球狀石墨分布(bu)均勻，其(qi)含量對擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)鐵(tie)管廢品數量的影(ying)響如圖5-34所(suo)示。
6. 擠壓出的(de)鑄鐵(tie)管的(de)缺(que)陷
擠(ji)壓(ya)球墨(mo)鑄鐵管(guan)的(de)(de)(de)缺(que)陷(xian)主要是(shi)表(biao)面（特別是(shi)內表(biao)面）橫(heng)向(xiang)裂紋，而其(qi)他缺(que)陷(xian)形式(shi)與一般碳素(su)鋼(gang)管(guan)相(xiang)似。采用塑性的(de)(de)(de)或聚集(ji)體形石墨(mo)的(de)(de)(de)灰口鐵坯料(liao)時(shi)，該擠(ji)壓(ya)缺(que)陷(xian)幾乎不可避免，并且隨著細密夾(jia)雜物數量的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)而減(jian)(jian)少(shao)。由(you)此可見，石墨(mo)割斷了(le)金(jin)(jin)屬(shu)基體的(de)(de)(de)連續(xu)性，在外力作用下會導致應(ying)力集(ji)中。擠(ji)壓(ya)后的(de)(de)(de)鑄鐵管(guan)好像(xiang)是(shi)由(you)很多單層(ceng)組(zu)成的(de)(de)(de)“分(fen)層(ceng)”缺(que)陷(xian)。為了(le)防止“分(fen)層(ceng)”，可以施加(jia)附加(jia)的(de)(de)(de)壓(ya)縮應(ying)力，即選用帶反壓(ya)力的(de)(de)(de)擠(ji)壓(ya)方法。采用感應(ying)加(jia)熱降低(di)坯料(liao)內表(biao)面的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)和坯料(liao)內層(ceng)的(de)(de)(de)塑性，可以減(jian)(jian)少(shao)變形的(de)(de)(de)不均(jun)勻性，防止“分(fen)層(ceng)”缺(que)陷(xian)的(de)(de)(de)產生(sheng)。另外，球墨(mo)鑄鐵內石墨(mo)夾(jia)雜物的(de)(de)(de)形狀也(ye)可能會防止金(jin)(jin)屬(shu)擠(ji)壓(ya)時(shi)出現“分(fen)層(ceng)”缺(que)陷(xian)。
7. 擠壓出的(de)鑄鐵管的(de)后續處理
鑄(zhu)鐵(tie)管的精(jing)整與一般鋼(gang)管的相同，只(zhi)是在(zai)輥式矯(jiao)直機上矯(jiao)直時(shi)有(you)些困難。矯(jiao)直工序應(ying)在(zai)冷床(chuang)冷卻前，鑄(zhu)鐵(tie)管尚有(you)700~800℃余熱時(shi)進(jin)行，因為(wei)此時(shi)鑄(zhu)鐵(tie)管具有(you)足夠的塑(su)性。
為了防止鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)在(zai)冷(leng)(leng)卻(que)過程中發生彎(wan)曲，在(zai)螺旋(xuan)(xuan)式冷(leng)(leng)床或旋(xuan)(xuan)轉傳動的(de)輥道上進(jin)行冷(leng)(leng)卻(que)。鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)冷(leng)(leng)卻(que)后的(de)切管(guan)工序可以在(zai)切管(guan)機或普通車床上進(jin)行。
鑄鐵(tie)管(guan)(guan)可以在不(bu)同的(de)管(guan)(guan)道系(xi)統中使用，但需要對鑄鐵(tie)管(guan)(guan)進行(xing)彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)(qu)加工時。為了保證彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)(qu)處(chu)具(ju)有(you)足夠的(de)塑性，需要彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)(qu)處(chu)彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)(qu)時的(de)溫度必須(xu)保證在750~800℃。
球墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)熱(re)矯直可以在(zai)彎(wan)(wan)管(guan)(guan)機上批(pi)量進行(xing)，但須在(zai)彎(wan)(wan)管(guan)(guan)機前安裝高頻(pin)感(gan)應加熱(re)設備，預(yu)先將球墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)彎(wan)(wan)曲(qu)處加熱(re)到800℃,球墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)縱向(xiang)進料速度為1mm/s,彎(wan)(wan)曲(qu)后用(yong)4~5個大(da)氣(qi)壓（0.4~0.5MPa)的(de)(de)壓縮空氣(qi)進行(xing)冷卻。鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)最小彎(wan)(wan)曲(qu)半徑可達到成品管(guan)(guan)直徑的(de)(de)1.2倍。
為(wei)了提高鑄(zhu)(zhu)鐵管的(de)(de)(de)塑性(xing)，石墨(mo)含(han)量不同的(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵管須(xu)按不同的(de)(de)(de)熱處(chu)理(li)(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)制(zhi)度進(jin)行處(chu)理(li)(li)(li)。以球狀石墨(mo)含(han)量較高的(de)(de)(de)球墨(mo)鑄(zhu)(zhu)鐵管（表5-8中的(de)(de)(de)9號坯料）為(wei)例，其熱處(chu)理(li)(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)為(wei)：
a. 加(jia)熱至780℃,保溫(wen)1h后(hou)，隨(sui)爐冷(leng)卻至680℃,保溫(wen)2.5h,最后(hou)空冷(leng)至室(shi)溫(wen)；
b. 加熱至(zhi)930℃,保(bao)溫(wen)7h后，隨爐冷卻至(zhi)760℃,保(bao)溫(wen)8h,然(ran)后隨爐冷卻至(zhi)690℃,保(bao)溫(wen)50h,最后空冷至(zhi)室溫(wen)。
擠壓出的球墨鑄(zhu)鐵管熱處理后的力(li)學性能見表5-10.
擠壓Cr、Ni合金(jin)化(hua)的(de)(de)鑄(zhu)鐵管（表5-8中的(de)(de)6、7、10號坯料）的(de)(de)結果(guo)表明，由(you)于合金(jin)化(hua)鑄(zhu)鐵金(jin)屬的(de)(de)塑性低(di)，每小時產(chan)量比球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)鐵低(di)。
擠壓出的球(qiu)墨鑄鐵管、鈦合(he)金管和鉬合(he)金管都具有良好的綜(zong)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(chu)的鑄鐵管的優點
熱擠壓(ya)鑄鐵管(guan)與鑄造鑄鐵管(guan)相(xiang)比，有以下(xia)優(you)點(dian)：
a. 幾何尺寸精度高，直徑公差為±1.0%,壁厚公差為＋10%~15%.
b. 長度(du)長，達10m;壁厚薄，達3.5mm.
c. 內(nei)外(wai)表面質量高，滿足TOCT 8732標準(zhun)要求。
d. 力學性(xing)能和工藝性(xing)能高，可(ke)進行彎曲(qu)、氣焊(han)、電焊(han)、機械加工等(deng)。
與碳(tan)素鋼(gang)管(guan)(guan)相(xiang)比(bi)，鑄鐵(tie)管(guan)(guan)在多種腐(fu)蝕介質(zhi)的(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)下，耐蝕性高(gao)(gao)。在石油產(chan)品介質(zhi)、海水(shui)(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)壽(shou)命(ming)比(bi)碳(tan)素鋼(gang)管(guan)(guan)高(gao)(gao)5~10倍(bei)以上；在熱(re)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)壽(shou)命(ming)比(bi)碳(tan)素鋼(gang)管(guan)(guan)高(gao)(gao)10~15倍(bei)；在基本介質(zhi)（苛性堿等）中(zhong)的(de)(de)壽(shou)命(ming)比(bi)碳(tan)素鋼(gang)管(guan)(guan)高(gao)(gao)15倍(bei)；而且鑄鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)表面(mian)腐(fu)蝕均勻(yun)，提(ti)高(gao)(gao)了(le)鑄鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)使用(yong)(yong)期限。所以，用(yong)(yong)擠壓(ya)出的(de)(de)鑄鐵(tie)管(guan)(guan)代替(ti)鋼(gang)管(guan)(guan)（如用(yong)(yong)于住房供(gong)熱(re)水(shui)(shui)(shui)系(xi)統中(zhong)），可(ke)取得(de)較大(da)的(de)(de)經濟(ji)效(xiao)果。
