鑄鐵是(shi)低塑性材料。在室(shi)溫下，鑄鐵坯料短試(shi)樣(yang)拉伸(shen)斷裂時的相對伸(shen)長率δ5約為(wei)1%,沖擊韌性αk僅(jin)為(wei)5J/c㎡.把鑄(zhu)(zhu)鐵加(jia)熱到高(gao)溫時，其塑性指標(biao)并沒有明顯(xian)提高(gao)，相對伸長率(lv)僅(jin)增加(jia)4%~5%.因此，鑄(zhu)(zhu)鐵的(de)塑性變形(xing)產品(pin)應用(yong)有限。這是由于鑄(zhu)(zhu)鐵所(suo)允(yun)許的(de)性變形(xing)量(liang)小而(er)使擠(ji)壓過(guo)程不經濟。試驗采用(yong)高(gao)頻感(gan)應爐熔煉，在盛鐵桶中(zhong)以硅鎂(mei)中(zhong)間合(he)(he)金或其他合(he)(he)金處理的(de)鑄(zhu)(zhu)鐵坯料(liao)。圓形(xing)坯料(liao)可采用(yong)砂型用(yong)澆口下注(zhu)澆鑄(zhu)(zhu)法，或用(yong)離心(xin)澆鑄(zhu)(zhu)法和石墨(mo)結晶(jing)器用(yong)半連(lian)續(xu)澆注(zhu)法得到，最合(he)(he)適的(de)是離心(xin)澆鑄(zhu)(zhu)法和半連(lian)續(xu)澆注(zhu)法。
采用離心澆(jiao)(jiao)鑄法(fa)時(shi)，其澆(jiao)(jiao)注坯(pi)料在(zai)隨(sui)后的(de)(de)機(ji)械加工(gong)中(zhong)幾乎可(ke)減少一倍的(de)(de)金屬消(xiao)耗。而采用石墨結晶器用半連續澆(jiao)(jiao)注法(fa)得到的(de)(de)坯(pi)料具有光滑的(de)(de)表面。
1. 鑄鐵坯料的化(hua)學(xue)成分
試驗用擠壓鑄鐵坯料的化學成(cheng)分見表5-8.
2. 鑄鐵坯料的加熱(re)
鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)坯(pi)料擠壓前在感應加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)爐或(huo)室狀電(dian)阻爐內進行加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)。一(yi)般(ban)采用感應加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)爐，因(yin)為感應加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)速度(du)(du)快，產生(sheng)(sheng)的氧化(hua)鐵(tie)皮(pi)少(shao)。而(er)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)坯(pi)料在立式感應加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)爐中加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)是最(zui)理想的。球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)的加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)溫(wen)度(du)(du)為900~950℃,在選擇(ze)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)溫(wen)度(du)(du)時，不但(dan)要考(kao)慮金(jin)屬的變(bian)形熱(re)(re)(re)(re)(re)30~35℃,而(er)且還要考(kao)慮發(fa)生(sheng)(sheng)晶界(jie)熔化(hua)時而(er)削弱的可能性(xing)。
3. 擠壓鑄鐵管的技術參數
用擠壓法(fa)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(ban)認(ren)為，擠(ji)壓(ya)鑄坯比(bi)擠(ji)壓(ya)相同尺(chi)寸(cun)的(de)鍛軋坯的(de)擠(ji)壓(ya)力高18%,且(qie)擠(ji)壓(ya)比(bi)較大。但在尼科(ke)波爾南方不銹鋼管廠(chang)的(de)試驗中，當延(yan)伸系數大于(yu)20時，鑄鐵(tie)坯料沒有擠(ji)壓(ya)成功。因(yin)為擠(ji)壓(ya)力過高，導致(zhi)擠(ji)壓(ya)鑄管破裂(lie)。
擠壓鑄(zhu)鐵管(guan)時，金(jin)屬流(liu)動速(su)度是一個重要參數，一般控制在2.0~2.5m/s.當金(jin)屬流(liu)動速(su)度控制在該范圍，并采用石墨(mo)一機油潤滑(hua)劑(ji)時，可擠壓出(chu)長(chang)(chang)達6m的鑄(zhu)鐵管(guan)。若金(jin)屬流(liu)動速(su)度超過臨界值，金(jin)屬坯料就會發生(sheng)破裂(lie)。增加擠壓管(guan)的長(chang)(chang)度會使(shi)擠壓模和芯(xin)棒(bang)過熱，而采用玻璃潤滑(hua)劑(ji)后可使(shi)擠壓管(guan)的長(chang)(chang)度增加，但由于要清除成(cheng)品表面的玻璃而使(shi)生(sheng)產成(cheng)本(ben)升高。
在(zai)擠壓鑄鐵管時(shi)，擠壓工(gong)(gong)具的(de)溫度(du)必(bi)須保(bao)持在(zai)350~400℃,否則(ze)工(gong)(gong)模具接觸金(jin)(jin)屬層(ceng)的(de)部分會顯(xian)著冷卻，使鑄態金(jin)(jin)屬的(de)塑性下降，引(yin)起擠壓管破裂。實踐表明(ming)，當芯棒(bang)(bang)溫度(du)為100℃時(shi)，經過1s,2s,5s后，金(jin)(jin)屬層(ceng)深0.5mm處(chu)的(de)溫降分別為80℃、110℃、180℃;當芯棒(bang)(bang)溫度(du)為400℃時(shi)，金(jin)(jin)屬層(ceng)深0.5mm處(chu)的(de)溫降分別為30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓出的(de)鑄(zhu)鐵管的(de)組織性能
球墨(mo)(mo)(mo)鑄(zhu)鐵坯(pi)料(liao)(liao)和擠(ji)(ji)壓(ya)出(chu)的(de)(de)鑄(zhu)鐵管的(de)(de)顯微(wei)組織如圖5-32所示。從圖中可以看出(chu)，球墨(mo)(mo)(mo)鑄(zhu)鐵坯(pi)料(liao)(liao)的(de)(de)顯微(wei)組織為(wei)致(zhi)密(mi)的(de)(de)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)夾雜物＋珠光體(ti)(ti)＋鐵素體(ti)(ti)；擠(ji)(ji)壓(ya)后(hou)，橫斷面(mian)上的(de)(de)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)呈扁(bian)圓(yuan)形，且在(zai)縱(zong)斷面(mian)上沿變形方向上伸長。金屬(shu)模(mo)子幾乎完(wan)全是珠光體(ti)(ti)組織。
擠壓(ya)出的(de)(de)(de)球墨(mo)鑄(zhu)鐵管(guan)具有(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)塑性，可以在周期(qi)式冷軋(ya)管(guan)機組上進行冷軋(ya)和溫軋(ya)。而擠壓(ya)的(de)(de)(de)鑄(zhu)鐵管(guan)的(de)(de)(de)力學性能主要與鑄(zhu)鐵中石墨(mo)的(de)(de)(de)形狀(zhuang)、剩余的(de)(de)(de)鎂和硅元(yuan)素(su)含量有(you)關，其關系如圖5-33所示。
退火后(hou)球墨鑄(zhu)鐵管的(de)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(suo)有擠壓的(de)球墨鑄鐵管都具有較高的(de)液(ye)壓堅(jian)固性能(neng)，能(neng)經受(shou)50MPa.
5. 球狀石墨對擠壓鑄鐵管的(de)影響
從對(dui)(dui)擠(ji)壓鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管進行的(de)專(zhuan)門試驗中(zhong)可知，對(dui)(dui)于鑄(zhu)鐵(tie)(tie)坯料(liao)，除了(le)對(dui)(dui)材料(liao)表面(mian)(mian)加工(gong)的(de)光潔度(du)和端面(mian)(mian)加工(gong)的(de)要(yao)求(qiu)與低塑性材料(liao)一樣之外，為(wei)了(le)提(ti)高加工(gong)塑性和材料(liao)的(de)成材率還必須(xu)限制(zhi)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)球狀(zhuang)石墨的(de)含量不(bu)小于80%.
擠壓鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)坯料斷面上球狀石墨(mo)分布均勻，其含量對擠壓鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)管廢(fei)品數量的影響如圖5-34所示。
6. 擠壓出(chu)的(de)鑄(zhu)鐵管的(de)缺陷
擠(ji)壓球墨(mo)鑄鐵(tie)(tie)管(guan)的(de)(de)缺(que)(que)(que)陷(xian)主要是(shi)表(biao)(biao)面(mian)（特別是(shi)內(nei)(nei)表(biao)(biao)面(mian)）橫向裂(lie)紋(wen)，而其他缺(que)(que)(que)陷(xian)形(xing)式(shi)與一般碳素鋼管(guan)相似(si)。采用(yong)(yong)塑性的(de)(de)或聚集(ji)體形(xing)石(shi)墨(mo)的(de)(de)灰(hui)口鐵(tie)(tie)坯(pi)(pi)料(liao)時，該擠(ji)壓缺(que)(que)(que)陷(xian)幾乎不可(ke)避免，并且隨著細(xi)密夾(jia)雜物數(shu)量的(de)(de)增加(jia)而減(jian)少(shao)。由此(ci)可(ke)見，石(shi)墨(mo)割(ge)斷(duan)了金屬基體的(de)(de)連續性，在外力作用(yong)(yong)下會導致應力集(ji)中。擠(ji)壓后的(de)(de)鑄鐵(tie)(tie)管(guan)好像是(shi)由很多單(dan)層(ceng)(ceng)組成的(de)(de)“分層(ceng)(ceng)”缺(que)(que)(que)陷(xian)。為了防止“分層(ceng)(ceng)”，可(ke)以(yi)施(shi)加(jia)附(fu)加(jia)的(de)(de)壓縮應力，即選用(yong)(yong)帶反壓力的(de)(de)擠(ji)壓方(fang)法(fa)。采用(yong)(yong)感應加(jia)熱降低坯(pi)(pi)料(liao)內(nei)(nei)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)溫度和坯(pi)(pi)料(liao)內(nei)(nei)層(ceng)(ceng)的(de)(de)塑性，可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)變形(xing)的(de)(de)不均勻(yun)性，防止“分層(ceng)(ceng)”缺(que)(que)(que)陷(xian)的(de)(de)產生。另外，球墨(mo)鑄鐵(tie)(tie)內(nei)(nei)石(shi)墨(mo)夾(jia)雜物的(de)(de)形(xing)狀也可(ke)能會防止金屬擠(ji)壓時出現“分層(ceng)(ceng)”缺(que)(que)(que)陷(xian)。
7. 擠壓出的(de)鑄鐵管的(de)后續(xu)處(chu)理(li)
鑄(zhu)鐵管(guan)的(de)精整(zheng)與一(yi)般鋼管(guan)的(de)相同(tong)，只是在輥式矯(jiao)直機上矯(jiao)直時(shi)有些(xie)困(kun)難(nan)。矯(jiao)直工序應在冷床冷卻前(qian)，鑄(zhu)鐵管(guan)尚有700~800℃余熱時(shi)進行，因為此(ci)時(shi)鑄(zhu)鐵管(guan)具有足夠(gou)的(de)塑性。
為了防止鑄鐵管(guan)(guan)在(zai)冷(leng)卻(que)(que)過程中發生彎曲，在(zai)螺旋(xuan)式冷(leng)床或旋(xuan)轉傳動(dong)的輥道上(shang)進(jin)行(xing)冷(leng)卻(que)(que)。鑄鐵管(guan)(guan)冷(leng)卻(que)(que)后的切(qie)管(guan)(guan)工序可以在(zai)切(qie)管(guan)(guan)機或普通車床上(shang)進(jin)行(xing)。
鑄鐵(tie)管(guan)可(ke)以在(zai)不(bu)同的管(guan)道系統中使用，但需要對鑄鐵(tie)管(guan)進行彎(wan)曲(qu)加工(gong)時。為了保(bao)證彎(wan)曲(qu)處(chu)具(ju)有足夠的塑(su)性(xing)，需要彎(wan)曲(qu)處(chu)彎(wan)曲(qu)時的溫(wen)度(du)必(bi)須保(bao)證在(zai)750~800℃。
球(qiu)墨(mo)(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)的熱矯直可以在(zai)彎(wan)管(guan)(guan)(guan)機(ji)上批量進(jin)(jin)行，但(dan)須在(zai)彎(wan)管(guan)(guan)(guan)機(ji)前安裝(zhuang)高(gao)頻(pin)感(gan)應加熱設(she)備，預(yu)先將球(qiu)墨(mo)(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)的彎(wan)曲處(chu)加熱到800℃,球(qiu)墨(mo)(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)的縱向進(jin)(jin)料(liao)速度為1mm/s,彎(wan)曲后用4~5個大氣壓（0.4~0.5MPa)的壓縮空氣進(jin)(jin)行冷(leng)卻。鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)(guan)的最小彎(wan)曲半徑(jing)可達到成品管(guan)(guan)(guan)直徑(jing)的1.2倍。
為(wei)了(le)提高(gao)鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)的(de)(de)塑性(xing)，石墨(mo)含(han)量不同的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)須按不同的(de)(de)熱(re)處理工藝制度進行處理。以(yi)球狀石墨(mo)含(han)量較高(gao)的(de)(de)球墨(mo)鑄(zhu)(zhu)鐵管(guan)(guan)（表5-8中(zhong)的(de)(de)9號坯料）為(wei)例(li)，其(qi)熱(re)處理工藝為(wei)：
a. 加熱至780℃,保(bao)(bao)溫1h后，隨爐冷卻至680℃,保(bao)(bao)溫2.5h,最后空冷至室溫；
b. 加熱至(zhi)(zhi)930℃,保溫(wen)7h后(hou)，隨爐(lu)冷卻(que)至(zhi)(zhi)760℃,保溫(wen)8h,然后(hou)隨爐(lu)冷卻(que)至(zhi)(zhi)690℃,保溫(wen)50h,最后(hou)空冷至(zhi)(zhi)室溫(wen)。
擠(ji)壓出的球墨鑄鐵管熱處(chu)理后的力學性能見表5-10.
擠壓Cr、Ni合金化(hua)的(de)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)管（表5-8中的(de)6、7、10號坯料）的(de)結果表明，由(you)于合金化(hua)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)金屬的(de)塑(su)性低(di)，每小時產(chan)量比球墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)低(di)。
擠壓出的(de)球墨鑄(zhu)鐵(tie)管、鈦合金(jin)(jin)管和(he)鉬合金(jin)(jin)管都具有良好的(de)綜合性能，其(qi)中σb=450~600MPa, δs=3.5% ~8.0%,σ, =400 ~600MPa, ακ=15~35J/c㎡.
8. 擠壓出(chu)的(de)鑄鐵管的(de)優點
熱(re)擠(ji)壓(ya)鑄鐵管與(yu)鑄造鑄鐵管相比，有以下優點：
a. 幾何尺寸精度高，直徑公(gong)差為±1.0%,壁厚公(gong)差為＋10%~15%.
b. 長度長，達10m;壁厚薄，達3.5mm.
c. 內外表(biao)面質量高，滿(man)足TOCT 8732標準要求(qiu)。
d. 力學性能(neng)和(he)工藝(yi)性能(neng)高，可進行彎(wan)曲、氣(qi)焊、電焊、機械加工等。
與碳(tan)素(su)(su)鋼(gang)管相比(bi)(bi)，鑄(zhu)鐵管在(zai)多種腐蝕介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)下，耐蝕性高。在(zai)石油產(chan)品介(jie)質(zhi)、海水中的(de)(de)(de)(de)(de)壽(shou)命比(bi)(bi)碳(tan)素(su)(su)鋼(gang)管高5~10倍以(yi)上；在(zai)熱水中的(de)(de)(de)(de)(de)壽(shou)命比(bi)(bi)碳(tan)素(su)(su)鋼(gang)管高10~15倍；在(zai)基(ji)本介(jie)質(zhi)（苛性堿(jian)等）中的(de)(de)(de)(de)(de)壽(shou)命比(bi)(bi)碳(tan)素(su)(su)鋼(gang)管高15倍；而且鑄(zhu)鐵管的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面腐蝕均勻，提高了鑄(zhu)鐵管的(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)期(qi)限。所以(yi)，用(yong)(yong)擠(ji)壓出的(de)(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)鐵管代替鋼(gang)管（如用(yong)(yong)于(yu)住房供熱水系(xi)統中），可取得(de)較大的(de)(de)(de)(de)(de)經濟效果。
