鑄鐵是低塑性材料。在(zai)室溫下，鑄鐵坯料短(duan)試樣(yang)拉伸斷(duan)裂時的相對伸長率(lv)δ5約(yue)為1%,沖(chong)擊韌性αk僅為5J/c㎡.把鑄(zhu)鐵(tie)加熱到(dao)高溫時，其(qi)塑性指標并沒(mei)有明顯(xian)提高，相對(dui)伸長率僅增加4%~5%.因此(ci)，鑄(zhu)鐵(tie)的塑性變(bian)形(xing)產品應用(yong)(yong)有限。這是(shi)由(you)于鑄(zhu)鐵(tie)所允許的性變(bian)形(xing)量小(xiao)而使擠壓過程(cheng)不(bu)經濟(ji)。試(shi)驗采用(yong)(yong)高頻感應爐熔煉，在(zai)盛鐵(tie)桶中(zhong)以(yi)硅鎂中(zhong)間合金或其(qi)他(ta)合金處理的鑄(zhu)鐵(tie)坯料。圓形(xing)坯料可采用(yong)(yong)砂型用(yong)(yong)澆(jiao)口(kou)下注(zhu)澆(jiao)鑄(zhu)法(fa)，或用(yong)(yong)離心澆(jiao)鑄(zhu)法(fa)和(he)石墨結晶器用(yong)(yong)半連(lian)續澆(jiao)注(zhu)法(fa)得(de)到(dao)，最合適的是(shi)離心澆(jiao)鑄(zhu)法(fa)和(he)半連(lian)續澆(jiao)注(zhu)法(fa)。
采用離心(xin)澆(jiao)(jiao)鑄(zhu)法(fa)時，其(qi)澆(jiao)(jiao)注坯料在隨(sui)后的(de)機械加工中幾乎(hu)可減少一倍的(de)金屬消耗。而采用石墨結晶器用半連(lian)續澆(jiao)(jiao)注法(fa)得到(dao)的(de)坯料具有光滑的(de)表面。
1. 鑄(zhu)鐵坯料的(de)化(hua)學成分
試驗(yan)用擠壓鑄鐵坯料的化(hua)學成(cheng)分見(jian)表(biao)5-8.
2. 鑄鐵坯料(liao)的加熱
鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)坯料擠壓(ya)前在(zai)感(gan)應(ying)加熱(re)爐(lu)(lu)或(huo)室狀電阻爐(lu)(lu)內進行(xing)加熱(re)。一般(ban)采用感(gan)應(ying)加熱(re)爐(lu)(lu)，因為感(gan)應(ying)加熱(re)速(su)度(du)快，產生(sheng)的(de)氧(yang)化鐵(tie)皮少。而鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)坯料在(zai)立式感(gan)應(ying)加熱(re)爐(lu)(lu)中加熱(re)是最理想(xiang)的(de)。球墨鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的(de)加熱(re)溫度(du)為900~950℃,在(zai)選擇(ze)加熱(re)溫度(du)時，不(bu)但要考慮(lv)(lv)金屬的(de)變形熱(re)30~35℃,而且(qie)還(huan)要考慮(lv)(lv)發生(sheng)晶(jing)界熔(rong)化時而削弱的(de)可能(neng)性。
3. 擠壓鑄(zhu)鐵管的技術參數(shu)
用擠壓法可生產φ(40~150)mm×3.5mm以(yi)上的鑄鐵管。
尼科波爾南方不(bu)銹(xiu)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。
一般認為，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)鑄坯比擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)相同尺寸(cun)的(de)鍛軋(ya)坯的(de)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)高(gao)18%,且擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)比較大(da)。但在尼科(ke)波(bo)爾南方不銹鋼管(guan)廠的(de)試驗(yan)中，當延伸(shen)系數大(da)于20時，鑄鐵坯料沒有擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)成功(gong)。因為擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)過高(gao)，導致擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)鑄管(guan)破(po)裂(lie)。
擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)鑄(zhu)鐵管(guan)時，金(jin)屬流動(dong)速度是一個重(zhong)要參數，一般控(kong)制(zhi)在2.0~2.5m/s.當金(jin)屬流動(dong)速度控(kong)制(zhi)在該范圍，并(bing)采用(yong)石(shi)墨一機油潤滑(hua)(hua)劑時，可(ke)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)出長達6m的(de)鑄(zhu)鐵管(guan)。若(ruo)金(jin)屬流動(dong)速度超過(guo)臨(lin)界值，金(jin)屬坯(pi)料就(jiu)會發(fa)生破(po)裂(lie)。增(zeng)加擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)管(guan)的(de)長度會使(shi)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)模和芯棒過(guo)熱(re)，而(er)采用(yong)玻璃(li)潤滑(hua)(hua)劑后可(ke)使(shi)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)管(guan)的(de)長度增(zeng)加，但由于(yu)要清除(chu)成(cheng)品表面的(de)玻璃(li)而(er)使(shi)生產成(cheng)本升高。
在擠(ji)壓(ya)(ya)鑄(zhu)鐵管時，擠(ji)壓(ya)(ya)工具(ju)的(de)溫度必須保持在350~400℃,否則工模(mo)具(ju)接觸金(jin)(jin)屬層的(de)部分(fen)會顯(xian)著(zhu)冷卻，使鑄(zhu)態金(jin)(jin)屬的(de)塑(su)性下降，引起擠(ji)壓(ya)(ya)管破裂(lie)。實踐表明(ming)，當芯棒溫度為100℃時，經過1s,2s,5s后，金(jin)(jin)屬層深0.5mm處的(de)溫降分(fen)別(bie)為80℃、110℃、180℃;當芯棒溫度為400℃時，金(jin)(jin)屬層深0.5mm處的(de)溫降分(fen)別(bie)為30℃、60℃、110℃.
4. 擠(ji)壓出的鑄鐵管的組織(zhi)性能
球墨(mo)鑄鐵坯料(liao)和擠壓(ya)出(chu)的鑄鐵管(guan)的顯微組(zu)織(zhi)如圖5-32所示。從圖中可以看出(chu)，球墨(mo)鑄鐵坯料(liao)的顯微組(zu)織(zhi)為致(zhi)密(mi)的石(shi)墨(mo)夾雜物(wu)＋珠光(guang)體＋鐵素體；擠壓(ya)后(hou)，橫斷面上(shang)的石(shi)墨(mo)呈扁圓形，且在(zai)縱斷面上(shang)沿變形方向上(shang)伸長。金屬模子幾乎完(wan)全是(shi)珠光(guang)體組(zu)織(zhi)。
擠壓出的球(qiu)墨(mo)(mo)鑄鐵(tie)(tie)管(guan)具(ju)有足夠的塑性，可以在周(zhou)期式冷軋(ya)管(guan)機(ji)組上(shang)進行冷軋(ya)和溫軋(ya)。而擠壓的鑄鐵(tie)(tie)管(guan)的力學性能主要與鑄鐵(tie)(tie)中(zhong)石墨(mo)(mo)的形(xing)狀、剩余(yu)的鎂和硅元素含量有關(guan)，其關(guan)系(xi)如圖5-33所示。
退火后球墨鑄鐵管的力學性能(neng)最好，其中σ,為450~600MPa,σ為350~500MPa,δ為8%~12%,ψ為10%~15%,ακ為20~50J/c㎡.
所有擠壓的(de)球墨鑄(zhu)鐵管都具(ju)有較高的(de)液壓堅固性能(neng)，能(neng)經受50MPa.
5. 球(qiu)狀(zhuang)石墨對(dui)擠壓鑄(zhu)鐵管的影響
從(cong)對擠壓鑄鐵(tie)管進行的(de)專門試驗中(zhong)可知(zhi)，對于鑄鐵(tie)坯(pi)料(liao)(liao)，除(chu)了(le)對材(cai)料(liao)(liao)表(biao)面加工的(de)光潔(jie)度(du)和端(duan)面加工的(de)要(yao)求與低塑性(xing)材(cai)料(liao)(liao)一樣之外，為了(le)提高加工塑性(xing)和材(cai)料(liao)(liao)的(de)成材(cai)率(lv)還必(bi)須(xu)限制鑄鐵(tie)中(zhong)球狀石墨的(de)含量不(bu)小于80%.
擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)坯料斷面上球狀(zhuang)石(shi)墨分布均勻，其(qi)含量(liang)對擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管廢品數量(liang)的影響如圖5-34所示(shi)。
6. 擠壓(ya)出的(de)鑄鐵管(guan)的(de)缺(que)陷
擠(ji)壓(ya)(ya)球墨(mo)鑄鐵管的(de)(de)(de)(de)(de)缺(que)陷主(zhu)要是(shi)(shi)表(biao)面（特別是(shi)(shi)內(nei)表(biao)面）橫向裂紋，而(er)其(qi)他(ta)缺(que)陷形(xing)式(shi)與一般碳素(su)鋼(gang)管相似。采(cai)用(yong)塑性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)或聚集(ji)體形(xing)石(shi)(shi)墨(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)灰(hui)口(kou)鐵坯(pi)料(liao)(liao)時，該(gai)擠(ji)壓(ya)(ya)缺(que)陷幾(ji)乎不可避免，并且隨著細密夾(jia)雜物數量的(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)而(er)減(jian)(jian)少。由(you)此可見，石(shi)(shi)墨(mo)割斷了(le)金屬基(ji)體的(de)(de)(de)(de)(de)連續性(xing)，在外(wai)力作用(yong)下會導致應力集(ji)中。擠(ji)壓(ya)(ya)后的(de)(de)(de)(de)(de)鑄鐵管好像(xiang)是(shi)(shi)由(you)很多單層(ceng)(ceng)組成的(de)(de)(de)(de)(de)“分層(ceng)(ceng)”缺(que)陷。為了(le)防(fang)止(zhi)“分層(ceng)(ceng)”，可以施加(jia)附加(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)縮(suo)應力，即選(xuan)用(yong)帶反壓(ya)(ya)力的(de)(de)(de)(de)(de)擠(ji)壓(ya)(ya)方法。采(cai)用(yong)感應加(jia)熱降低坯(pi)料(liao)(liao)內(nei)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)溫度(du)和坯(pi)料(liao)(liao)內(nei)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)塑性(xing)，可以減(jian)(jian)少變形(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)不均(jun)勻性(xing)，防(fang)止(zhi)“分層(ceng)(ceng)”缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)(de)產生。另外(wai)，球墨(mo)鑄鐵內(nei)石(shi)(shi)墨(mo)夾(jia)雜物的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)狀也可能會防(fang)止(zhi)金屬擠(ji)壓(ya)(ya)時出現“分層(ceng)(ceng)”缺(que)陷。
7. 擠壓(ya)出(chu)的鑄鐵管的后續處理(li)
鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)的精整(zheng)與一般鋼管(guan)(guan)的相同，只是在輥式矯(jiao)直機(ji)上(shang)矯(jiao)直時(shi)有(you)些(xie)困難(nan)。矯(jiao)直工序(xu)應在冷床冷卻前，鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)尚有(you)700~800℃余熱(re)時(shi)進行，因為此時(shi)鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)具(ju)有(you)足夠(gou)的塑性。
為(wei)了防止鑄鐵管(guan)在(zai)(zai)(zai)冷卻(que)過程(cheng)中發生彎曲，在(zai)(zai)(zai)螺旋式冷床(chuang)或旋轉傳動(dong)的(de)輥道(dao)上進行(xing)冷卻(que)。鑄鐵管(guan)冷卻(que)后的(de)切管(guan)工序可以在(zai)(zai)(zai)切管(guan)機或普(pu)通車(che)床(chuang)上進行(xing)。
鑄鐵(tie)管可以在不同的(de)(de)管道系統中使用，但需要對(dui)鑄鐵(tie)管進行(xing)彎(wan)曲(qu)加工時(shi)。為(wei)了保(bao)證彎(wan)曲(qu)處具(ju)有足(zu)夠(gou)的(de)(de)塑性，需要彎(wan)曲(qu)處彎(wan)曲(qu)時(shi)的(de)(de)溫度必(bi)須保(bao)證在750~800℃。
球墨(mo)鑄鐵管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)熱(re)(re)矯直(zhi)可(ke)以在彎(wan)(wan)管(guan)(guan)(guan)機(ji)上批(pi)量(liang)進行，但(dan)須在彎(wan)(wan)管(guan)(guan)(guan)機(ji)前安裝高頻(pin)感(gan)應加熱(re)(re)設(she)備，預先將球墨(mo)鑄鐵管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)彎(wan)(wan)曲處加熱(re)(re)到800℃,球墨(mo)鑄鐵管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)縱向(xiang)進料(liao)速度為1mm/s,彎(wan)(wan)曲后(hou)用4~5個大氣(qi)壓（0.4~0.5MPa)的(de)(de)(de)壓縮空氣(qi)進行冷卻。鑄鐵管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)最小彎(wan)(wan)曲半徑可(ke)達(da)到成品管(guan)(guan)(guan)直(zhi)徑的(de)(de)(de)1.2倍(bei)。
為了提高(gao)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)管(guan)的塑性，石墨含量不同(tong)的鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)管(guan)須按不同(tong)的熱處(chu)理工(gong)藝制度(du)進行處(chu)理。以(yi)球(qiu)狀石墨含量較高(gao)的球(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)管(guan)（表5-8中的9號坯料(liao)）為例，其熱處(chu)理工(gong)藝為：
a. 加熱至(zhi)(zhi)780℃,保(bao)溫1h后，隨爐冷卻至(zhi)(zhi)680℃,保(bao)溫2.5h,最后空(kong)冷至(zhi)(zhi)室溫；
b. 加熱至930℃,保溫(wen)7h后，隨爐冷卻至760℃,保溫(wen)8h,然后隨爐冷卻至690℃,保溫(wen)50h,最后空冷至室溫(wen)。
擠壓出的(de)(de)球墨鑄(zhu)鐵(tie)管熱處理(li)后的(de)(de)力(li)學性能(neng)見表5-10.
擠壓Cr、Ni合(he)金化(hua)的鑄鐵(tie)管（表(biao)(biao)5-8中的6、7、10號坯(pi)料）的結果表(biao)(biao)明，由于合(he)金化(hua)鑄鐵(tie)金屬的塑性低，每小時(shi)產(chan)量比球墨鑄鐵(tie)低。
擠壓出(chu)的(de)(de)球墨鑄鐵管、鈦合(he)金管和鉬(mu)合(he)金管都具有(you)良好(hao)的(de)(de)綜(zong)合(he)性(xing)能，其中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(guan)的(de)優點
熱擠壓鑄(zhu)鐵管與鑄(zhu)造(zao)鑄(zhu)鐵管相(xiang)比，有以下優(you)點(dian)：
a. 幾何尺(chi)寸精(jing)度高，直徑公差(cha)為±1.0%,壁厚公差(cha)為＋10%~15%.
b. 長度長，達10m;壁厚薄(bo)，達3.5mm.
c. 內外表面質量高(gao)，滿足(zu)TOCT 8732標準要求(qiu)。
d. 力(li)學性能(neng)和(he)工藝性能(neng)高，可進(jin)行彎(wan)曲、氣焊、電焊、機械(xie)加工等。
與碳(tan)素鋼(gang)管(guan)相(xiang)比(bi)(bi)，鑄鐵管(guan)在(zai)(zai)多種腐(fu)(fu)蝕(shi)介質的(de)作用下，耐蝕(shi)性高。在(zai)(zai)石油產品介質、海水(shui)(shui)(shui)中(zhong)的(de)壽命(ming)比(bi)(bi)碳(tan)素鋼(gang)管(guan)高5~10倍以上；在(zai)(zai)熱(re)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)的(de)壽命(ming)比(bi)(bi)碳(tan)素鋼(gang)管(guan)高10~15倍；在(zai)(zai)基本介質（苛(ke)性堿等）中(zhong)的(de)壽命(ming)比(bi)(bi)碳(tan)素鋼(gang)管(guan)高15倍；而且鑄鐵管(guan)的(de)表面腐(fu)(fu)蝕(shi)均勻(yun)，提高了鑄鐵管(guan)的(de)使(shi)用期限(xian)。所以，用擠壓出的(de)鑄鐵管(guan)代替鋼(gang)管(guan)（如用于住房供熱(re)水(shui)(shui)(shui)系統中(zhong)），可取得較大的(de)經濟效果。
