鑄(zhu)鐵是低塑性材料。在室溫下，鑄(zhu)鐵坯料短試樣拉伸斷(duan)裂(lie)時的相對伸長率δ5約(yue)為1%,沖擊韌性αk僅(jin)為5J/c㎡.把鑄(zhu)鐵加(jia)(jia)熱到高溫時，其塑(su)性(xing)指標并沒有明顯提高，相對伸長率僅(jin)增加(jia)(jia)4%~5%.因(yin)此，鑄(zhu)鐵的(de)(de)塑(su)性(xing)變形產(chan)品應用(yong)有限(xian)。這是由于鑄(zhu)鐵所允許的(de)(de)性(xing)變形量小(xiao)而使擠壓過程不經濟。試(shi)驗采(cai)用(yong)高頻感應爐(lu)熔煉，在(zai)盛鐵桶中(zhong)以硅鎂中(zhong)間合(he)金(jin)或其他(ta)合(he)金(jin)處理的(de)(de)鑄(zhu)鐵坯料。圓形坯料可采(cai)用(yong)砂型用(yong)澆(jiao)口(kou)下注澆(jiao)鑄(zhu)法(fa)，或用(yong)離心(xin)澆(jiao)鑄(zhu)法(fa)和(he)石墨結(jie)晶器用(yong)半(ban)連續(xu)澆(jiao)注法(fa)得到，最合(he)適(shi)的(de)(de)是離心(xin)澆(jiao)鑄(zhu)法(fa)和(he)半(ban)連續(xu)澆(jiao)注法(fa)。
采用離心澆鑄(zhu)法(fa)時，其澆注坯料在隨(sui)后的(de)(de)(de)機械(xie)加(jia)工中幾乎可減少一倍的(de)(de)(de)金屬消耗。而采用石(shi)墨結晶器用半連續澆注法(fa)得到的(de)(de)(de)坯料具有光滑的(de)(de)(de)表面。
1. 鑄(zhu)鐵坯(pi)料(liao)的化(hua)學成分
試驗用擠壓鑄鐵(tie)坯料的化學(xue)成分見(jian)表5-8.
2. 鑄鐵坯料(liao)的加熱
鑄(zhu)鐵坯料擠壓(ya)前在感(gan)應加(jia)(jia)(jia)熱爐(lu)(lu)或(huo)室狀電阻爐(lu)(lu)內進行加(jia)(jia)(jia)熱。一般(ban)采用感(gan)應加(jia)(jia)(jia)熱爐(lu)(lu)，因為感(gan)應加(jia)(jia)(jia)熱速度(du)(du)快，產生的氧化鐵皮(pi)少。而(er)(er)(er)鑄(zhu)鐵坯料在立式(shi)感(gan)應加(jia)(jia)(jia)熱爐(lu)(lu)中加(jia)(jia)(jia)熱是(shi)最(zui)理想的。球墨鑄(zhu)鐵的加(jia)(jia)(jia)熱溫度(du)(du)為900~950℃,在選擇加(jia)(jia)(jia)熱溫度(du)(du)時，不(bu)但要考(kao)慮金屬的變(bian)形熱30~35℃,而(er)(er)(er)且(qie)還要考(kao)慮發生晶界熔(rong)化時而(er)(er)(er)削弱的可能(neng)性。
3. 擠壓鑄鐵管的技術參(can)數
用擠壓法可(ke)生產φ(40~150)mm×3.5mm以(yi)上的鑄鐵管。
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。
一般認為，擠壓(ya)(ya)鑄坯比擠壓(ya)(ya)相同(tong)尺寸的鍛軋坯的擠壓(ya)(ya)力(li)(li)高18%,且擠壓(ya)(ya)比較大(da)(da)。但在尼科波爾南方不銹鋼管廠的試驗中(zhong)，當(dang)延伸系(xi)數(shu)大(da)(da)于20時，鑄鐵坯料(liao)沒有擠壓(ya)(ya)成功(gong)。因為擠壓(ya)(ya)力(li)(li)過高，導致(zhi)擠壓(ya)(ya)鑄管破裂。
擠壓(ya)鑄鐵管時，金(jin)屬(shu)流動(dong)速度是一個重(zhong)要參數，一般控制(zhi)在2.0~2.5m/s.當金(jin)屬(shu)流動(dong)速度控制(zhi)在該范圍(wei)，并采(cai)用石墨(mo)一機油潤(run)滑劑時，可擠壓(ya)出長達6m的鑄鐵管。若金(jin)屬(shu)流動(dong)速度超過(guo)臨界值，金(jin)屬(shu)坯料就會發(fa)生(sheng)破裂(lie)。增(zeng)加擠壓(ya)管的長度會使(shi)擠壓(ya)模(mo)和芯棒過(guo)熱，而采(cai)用玻璃潤(run)滑劑后可使(shi)擠壓(ya)管的長度增(zeng)加，但由于要清(qing)除(chu)成品表面(mian)的玻璃而使(shi)生(sheng)產成本升高(gao)。
在擠(ji)壓(ya)鑄(zhu)鐵(tie)管時，擠(ji)壓(ya)工(gong)具(ju)的溫(wen)(wen)度必須保持在350~400℃,否則工(gong)模具(ju)接觸(chu)金屬層(ceng)的部分(fen)會顯著冷卻，使鑄(zhu)態金屬的塑性下降，引(yin)起擠(ji)壓(ya)管破裂。實踐表明，當芯(xin)棒溫(wen)(wen)度為100℃時，經過(guo)1s,2s,5s后，金屬層(ceng)深0.5mm處的溫(wen)(wen)降分(fen)別為80℃、110℃、180℃;當芯(xin)棒溫(wen)(wen)度為400℃時，金屬層(ceng)深0.5mm處的溫(wen)(wen)降分(fen)別為30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓出的鑄(zhu)鐵管的組織(zhi)性能
球墨(mo)鑄(zhu)鐵坯(pi)料和擠壓出的(de)鑄(zhu)鐵管(guan)的(de)顯微組(zu)織(zhi)如圖5-32所示。從(cong)圖中可以看出，球墨(mo)鑄(zhu)鐵坯(pi)料的(de)顯微組(zu)織(zhi)為致密(mi)的(de)石墨(mo)夾(jia)雜物(wu)＋珠光體＋鐵素體；擠壓后(hou)，橫斷(duan)面上的(de)石墨(mo)呈扁圓形，且在縱斷(duan)面上沿變形方(fang)向上伸長。金屬模子幾乎(hu)完(wan)全是珠光體組(zu)織(zhi)。
擠壓(ya)出的(de)球墨鑄鐵管(guan)具(ju)有足夠的(de)塑性，可以在周(zhou)期式(shi)冷軋管(guan)機組上(shang)進行(xing)冷軋和溫(wen)軋。而擠壓(ya)的(de)鑄鐵管(guan)的(de)力學(xue)性能(neng)主要與(yu)鑄鐵中(zhong)石(shi)墨的(de)形狀(zhuang)、剩余的(de)鎂和硅元素含量有關，其關系(xi)如圖5-33所示(shi)。
退火后球墨鑄鐵管的(de)力學性(xing)能最(zui)好(hao)，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(you)擠壓的(de)球墨鑄鐵管都具有(you)較高的(de)液(ye)壓堅固(gu)性能，能經受50MPa.
5. 球狀石墨對擠(ji)壓鑄(zhu)鐵管(guan)的影(ying)響
從對(dui)(dui)擠壓(ya)鑄鐵管進行的(de)專門試驗中(zhong)可知，對(dui)(dui)于(yu)鑄鐵坯料，除了對(dui)(dui)材(cai)(cai)料表面(mian)加工(gong)的(de)光潔度和端面(mian)加工(gong)的(de)要求與(yu)低塑(su)性材(cai)(cai)料一(yi)樣之外(wai)，為(wei)了提高加工(gong)塑(su)性和材(cai)(cai)料的(de)成材(cai)(cai)率還必須(xu)限制鑄鐵中(zhong)球狀石墨的(de)含(han)量不小(xiao)于(yu)80%.
擠(ji)壓鑄鐵坯料斷面上球(qiu)狀(zhuang)石墨分(fen)布均勻，其含量對擠(ji)壓鑄鐵管廢品數量的影響(xiang)如圖5-34所示(shi)。
6. 擠壓出的鑄鐵(tie)管的缺陷
擠(ji)壓(ya)(ya)球(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)主要是(shi)表面(mian)(mian)（特別(bie)是(shi)內(nei)(nei)表面(mian)(mian)）橫(heng)向裂紋(wen)，而(er)其他缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)形(xing)式(shi)與(yu)一般碳(tan)素鋼(gang)管(guan)(guan)相似。采(cai)用(yong)塑(su)性(xing)的(de)(de)(de)(de)或聚集(ji)體形(xing)石(shi)墨的(de)(de)(de)(de)灰口鐵(tie)坯(pi)料(liao)時(shi)，該擠(ji)壓(ya)(ya)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)幾乎不可(ke)避免，并且隨著細密夾(jia)雜(za)物(wu)數量的(de)(de)(de)(de)增加(jia)而(er)減(jian)(jian)少(shao)。由此可(ke)見，石(shi)墨割斷了金(jin)屬(shu)基體的(de)(de)(de)(de)連續性(xing)，在外力(li)(li)作用(yong)下(xia)會導致應(ying)力(li)(li)集(ji)中。擠(ji)壓(ya)(ya)后的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)好像是(shi)由很多單層(ceng)(ceng)組成的(de)(de)(de)(de)“分(fen)(fen)(fen)層(ceng)(ceng)”缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)。為了防(fang)止“分(fen)(fen)(fen)層(ceng)(ceng)”，可(ke)以(yi)施加(jia)附加(jia)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)縮應(ying)力(li)(li)，即(ji)選用(yong)帶反(fan)壓(ya)(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)擠(ji)壓(ya)(ya)方(fang)法(fa)。采(cai)用(yong)感應(ying)加(jia)熱降(jiang)低坯(pi)料(liao)內(nei)(nei)表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)溫度和坯(pi)料(liao)內(nei)(nei)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)塑(su)性(xing)，可(ke)以(yi)減(jian)(jian)少(shao)變(bian)形(xing)的(de)(de)(de)(de)不均勻性(xing)，防(fang)止“分(fen)(fen)(fen)層(ceng)(ceng)”缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)產生。另(ling)外，球(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)內(nei)(nei)石(shi)墨夾(jia)雜(za)物(wu)的(de)(de)(de)(de)形(xing)狀也可(ke)能會防(fang)止金(jin)屬(shu)擠(ji)壓(ya)(ya)時(shi)出現“分(fen)(fen)(fen)層(ceng)(ceng)”缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)。
7. 擠(ji)壓出的(de)鑄鐵管的(de)后(hou)續處(chu)理
鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)精整與一般(ban)鋼(gang)管(guan)(guan)的(de)相同，只是在(zai)輥(gun)式矯(jiao)直機上矯(jiao)直時有些(xie)困難(nan)。矯(jiao)直工序應在(zai)冷床(chuang)冷卻前，鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)尚有700~800℃余熱時進行，因為此(ci)時鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)具有足夠的(de)塑性。
為了防(fang)止(zhi)鑄鐵(tie)管(guan)在冷卻過程中發(fa)生彎曲(qu)，在螺(luo)旋式(shi)冷床(chuang)或旋轉傳動的輥道上(shang)進行(xing)冷卻。鑄鐵(tie)管(guan)冷卻后的切管(guan)工序可以在切管(guan)機或普通(tong)車床(chuang)上(shang)進行(xing)。
鑄鐵(tie)管可以在(zai)不(bu)同(tong)的管道系統中使用，但需要對鑄鐵(tie)管進(jin)行彎曲(qu)加(jia)工時(shi)。為了保(bao)證彎曲(qu)處具有足夠的塑性，需要彎曲(qu)處彎曲(qu)時(shi)的溫度必須保(bao)證在(zai)750~800℃。
球墨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)管的(de)(de)熱(re)矯直可以(yi)在(zai)彎管機(ji)上批量進行，但須在(zai)彎管機(ji)前安裝高頻感應加熱(re)設備，預(yu)先(xian)將(jiang)球墨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)管的(de)(de)彎曲(qu)(qu)處加熱(re)到(dao)800℃,球墨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)管的(de)(de)縱向進料速度為1mm/s,彎曲(qu)(qu)后(hou)用(yong)4~5個大氣壓（0.4~0.5MPa)的(de)(de)壓縮空氣進行冷卻(que)。鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)管的(de)(de)最小彎曲(qu)(qu)半徑可達到(dao)成品管直徑的(de)(de)1.2倍。
為(wei)了(le)提(ti)高(gao)鑄鐵管(guan)(guan)的(de)塑性(xing)，石墨含量不同的(de)鑄鐵管(guan)(guan)須按不同的(de)熱處(chu)理工藝制度(du)進(jin)行處(chu)理。以球狀(zhuang)石墨含量較高(gao)的(de)球墨鑄鐵管(guan)(guan)（表5-8中的(de)9號坯料）為(wei)例(li)，其熱處(chu)理工藝為(wei)：
a. 加熱至780℃,保溫(wen)(wen)1h后，隨爐冷卻至680℃,保溫(wen)(wen)2.5h,最后空冷至室溫(wen)(wen)；
b. 加熱至930℃,保(bao)(bao)溫7h后，隨爐冷(leng)卻(que)至760℃,保(bao)(bao)溫8h,然后隨爐冷(leng)卻(que)至690℃,保(bao)(bao)溫50h,最后空冷(leng)至室溫。
擠壓出(chu)的球(qiu)墨鑄鐵管熱處理(li)后的力(li)學(xue)性(xing)能見表5-10.
擠壓Cr、Ni合金(jin)(jin)化的(de)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)管(guan)（表(biao)5-8中的(de)6、7、10號坯料）的(de)結果(guo)表(biao)明(ming)，由于合金(jin)(jin)化鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)金(jin)(jin)屬(shu)的(de)塑性(xing)低，每小時(shi)產量比球墨鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)低。
擠(ji)壓出的球墨(mo)鑄鐵管、鈦合金(jin)管和鉬合金(jin)管都具(ju)有良好的綜合性能，其中σb=450~600MPa, δs=3.5% ~8.0%,σ, =400 ~600MPa, ακ=15~35J/c㎡.
8. 擠壓出的鑄(zhu)鐵(tie)管的優點
熱擠壓鑄(zhu)(zhu)鐵管與鑄(zhu)(zhu)造鑄(zhu)(zhu)鐵管相(xiang)比，有(you)以(yi)下優點：
a. 幾何尺寸精度高，直徑公(gong)差為±1.0%,壁厚(hou)公(gong)差為＋10%~15%.
b. 長度長，達(da)10m;壁(bi)厚薄，達(da)3.5mm.
c. 內外表面質(zhi)量(liang)高(gao)，滿足TOCT 8732標準要求。
d. 力學性能(neng)和工(gong)藝性能(neng)高，可進行彎曲、氣焊、電焊、機械加工(gong)等。
與碳素(su)鋼(gang)管(guan)相比(bi)，鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)在(zai)(zai)多種(zhong)腐蝕介質的(de)作用下(xia)，耐蝕性高(gao)。在(zai)(zai)石油產(chan)品介質、海水中(zhong)(zhong)的(de)壽命比(bi)碳素(su)鋼(gang)管(guan)高(gao)5~10倍(bei)以上；在(zai)(zai)熱水中(zhong)(zhong)的(de)壽命比(bi)碳素(su)鋼(gang)管(guan)高(gao)10~15倍(bei)；在(zai)(zai)基本介質（苛(ke)性堿等）中(zhong)(zhong)的(de)壽命比(bi)碳素(su)鋼(gang)管(guan)高(gao)15倍(bei)；而且鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)表面腐蝕均勻，提(ti)高(gao)了鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)使用期限。所以，用擠壓(ya)出的(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)代替(ti)鋼(gang)管(guan)（如用于住房(fang)供熱水系統中(zhong)(zhong)），可取(qu)得較(jiao)大的(de)經濟(ji)效果。
