鑄(zhu)鐵是低塑(su)性(xing)材料。在室溫下(xia)，鑄(zhu)鐵坯料短(duan)試樣(yang)拉伸(shen)斷裂(lie)時的(de)相對伸(shen)長率δ5約為1%,沖擊韌性(xing)αk僅為5J/c㎡.把鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)加熱到(dao)(dao)高溫時，其塑性指(zhi)標并(bing)沒有明(ming)顯提(ti)高，相對伸長率僅增加4%~5%.因此，鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的塑性變形(xing)(xing)產品應用(yong)(yong)有限(xian)。這是由于鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)所允許的性變形(xing)(xing)量小而使擠壓過程不經(jing)濟。試(shi)驗采用(yong)(yong)高頻感應爐熔(rong)煉，在盛鐵(tie)桶中以硅鎂中間合金或(huo)其他合金處理的鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)坯料。圓形(xing)(xing)坯料可采用(yong)(yong)砂(sha)型用(yong)(yong)澆(jiao)口下注(zhu)澆(jiao)鑄(zhu)(zhu)法(fa)(fa)，或(huo)用(yong)(yong)離心澆(jiao)鑄(zhu)(zhu)法(fa)(fa)和石墨結晶(jing)器用(yong)(yong)半(ban)連續(xu)澆(jiao)注(zhu)法(fa)(fa)得到(dao)(dao)，最合適的是離心澆(jiao)鑄(zhu)(zhu)法(fa)(fa)和半(ban)連續(xu)澆(jiao)注(zhu)法(fa)(fa)。
采(cai)用離心澆(jiao)鑄法時(shi)，其澆(jiao)注(zhu)坯(pi)料在隨(sui)后(hou)的(de)(de)(de)機械(xie)加(jia)工中幾乎可減少一倍的(de)(de)(de)金(jin)屬消耗。而采(cai)用石墨結(jie)晶器用半連續澆(jiao)注(zhu)法得到的(de)(de)(de)坯(pi)料具有(you)光滑的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)。
1. 鑄鐵坯(pi)料的化學成分
試驗用擠(ji)壓鑄(zhu)鐵坯料的化學成分見表5-8.
2. 鑄鐵(tie)坯料的加(jia)熱
鑄鐵(tie)坯料擠壓前在(zai)(zai)(zai)感應(ying)(ying)(ying)加(jia)熱(re)(re)爐(lu)或室狀電(dian)阻爐(lu)內進行加(jia)熱(re)(re)。一般采用(yong)感應(ying)(ying)(ying)加(jia)熱(re)(re)爐(lu)，因(yin)為(wei)感應(ying)(ying)(ying)加(jia)熱(re)(re)速度快，產(chan)生的氧(yang)化鐵(tie)皮少。而(er)(er)鑄鐵(tie)坯料在(zai)(zai)(zai)立(li)式感應(ying)(ying)(ying)加(jia)熱(re)(re)爐(lu)中加(jia)熱(re)(re)是最理想的。球墨鑄鐵(tie)的加(jia)熱(re)(re)溫度為(wei)900~950℃,在(zai)(zai)(zai)選擇(ze)加(jia)熱(re)(re)溫度時(shi)，不(bu)但(dan)要考(kao)慮金屬的變形熱(re)(re)30~35℃,而(er)(er)且還要考(kao)慮發生晶界(jie)熔化時(shi)而(er)(er)削弱的可(ke)能性(xing)。
3. 擠壓(ya)鑄鐵(tie)管的技術參數
用擠壓法(fa)可生產φ(40~150)mm×3.5mm以(yi)上的鑄(zhu)鐵(tie)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(yi)般(ban)認為，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)鑄(zhu)坯(pi)比(bi)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)相同(tong)尺寸(cun)的鍛軋(ya)坯(pi)的擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)高18%,且擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)比(bi)較大。但在尼科(ke)波爾(er)南方不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)廠的試(shi)驗(yan)中，當延伸系數大于20時，鑄(zhu)鐵坯(pi)料沒有擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)成功。因為擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)過(guo)高，導致(zhi)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)鑄(zhu)管(guan)破裂。
擠壓鑄鐵管(guan)時，金屬流(liu)動速度是一(yi)個重要參(can)數，一(yi)般控制(zhi)在2.0~2.5m/s.當金屬流(liu)動速度控制(zhi)在該范圍，并(bing)采(cai)用石墨(mo)一(yi)機油潤滑(hua)劑時，可擠壓出長達6m的(de)鑄鐵管(guan)。若金屬流(liu)動速度超過臨界值，金屬坯料(liao)就會發生破裂。增加擠壓管(guan)的(de)長度會使擠壓模和芯棒過熱，而采(cai)用玻(bo)璃潤滑(hua)劑后(hou)可使擠壓管(guan)的(de)長度增加，但由于要清除成品表面的(de)玻(bo)璃而使生產(chan)成本升高(gao)。
在(zai)擠(ji)壓鑄(zhu)鐵管(guan)時(shi)(shi)，擠(ji)壓工(gong)具的(de)溫度(du)必(bi)須保持在(zai)350~400℃,否(fou)則(ze)工(gong)模具接觸金(jin)屬(shu)層(ceng)的(de)部(bu)分(fen)(fen)會顯著(zhu)冷卻(que)，使鑄(zhu)態(tai)金(jin)屬(shu)的(de)塑(su)性下降(jiang)，引(yin)起擠(ji)壓管(guan)破裂。實踐表明，當芯棒(bang)溫度(du)為100℃時(shi)(shi)，經過1s,2s,5s后，金(jin)屬(shu)層(ceng)深0.5mm處的(de)溫降(jiang)分(fen)(fen)別為80℃、110℃、180℃;當芯棒(bang)溫度(du)為400℃時(shi)(shi)，金(jin)屬(shu)層(ceng)深0.5mm處的(de)溫降(jiang)分(fen)(fen)別為30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓出的鑄鐵管的組織性能(neng)
球墨(mo)鑄(zhu)鐵坯(pi)料和擠(ji)壓(ya)(ya)出(chu)的鑄(zhu)鐵管的顯(xian)微(wei)組織如圖5-32所示。從(cong)圖中(zhong)可以看出(chu)，球墨(mo)鑄(zhu)鐵坯(pi)料的顯(xian)微(wei)組織為致密的石墨(mo)夾(jia)雜(za)物＋珠(zhu)光(guang)體＋鐵素體；擠(ji)壓(ya)(ya)后，橫(heng)斷(duan)面(mian)上的石墨(mo)呈扁圓形，且在縱斷(duan)面(mian)上沿變形方向上伸長(chang)。金屬模子幾乎完全(quan)是(shi)珠(zhu)光(guang)體組織。
擠壓出的(de)(de)球(qiu)墨鑄鐵管具有足夠(gou)的(de)(de)塑性(xing)，可以在周期式冷軋管機組上進行冷軋和(he)溫(wen)軋。而擠壓的(de)(de)鑄鐵管的(de)(de)力學性(xing)能主要與(yu)鑄鐵中石墨的(de)(de)形(xing)狀、剩(sheng)余的(de)(de)鎂(mei)和(he)硅元素含量(liang)有關(guan)(guan)，其關(guan)(guan)系如圖(tu)5-33所示。
退火(huo)后(hou)球墨鑄鐵(tie)管的力學(xue)性(xing)能最(zui)好(hao)，其中(zhong)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㎡.
所有擠壓的球墨鑄鐵管都(dou)具有較(jiao)高的液壓堅固性(xing)能，能經受(shou)50MPa.
5. 球狀石墨對(dui)擠壓(ya)鑄鐵管的(de)影(ying)響
從對(dui)擠壓(ya)鑄鐵管(guan)進行的專門試驗(yan)中可知(zhi)，對(dui)于(yu)鑄鐵坯料(liao)，除了(le)對(dui)材料(liao)表面(mian)加(jia)工的光(guang)潔度和端面(mian)加(jia)工的要(yao)求與低塑性(xing)材料(liao)一樣之(zhi)外，為了(le)提高加(jia)工塑性(xing)和材料(liao)的成材率(lv)還必須(xu)限(xian)制鑄鐵中球狀石(shi)墨的含量不小(xiao)于(yu)80%.
擠(ji)壓(ya)鑄鐵(tie)坯料斷面上球(qiu)狀石墨分布均勻(yun)，其含量對擠(ji)壓(ya)鑄鐵(tie)管廢品數量的影響如圖5-34所示。
6. 擠壓出(chu)的(de)鑄鐵管的(de)缺陷
擠壓(ya)(ya)球墨鑄(zhu)鐵(tie)管的(de)(de)(de)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)主要是表(biao)面（特別是內表(biao)面）橫向(xiang)裂紋(wen)，而其他缺(que)陷(xian)(xian)(xian)形式與一(yi)般碳素鋼(gang)管相(xiang)似。采用(yong)塑性(xing)的(de)(de)(de)或聚(ju)集(ji)體(ti)(ti)形石(shi)墨的(de)(de)(de)灰口鐵(tie)坯料(liao)時，該擠壓(ya)(ya)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)幾乎(hu)不可避免，并(bing)且(qie)隨著細(xi)密夾雜(za)物數量的(de)(de)(de)增加(jia)(jia)而減少。由此可見，石(shi)墨割(ge)斷了(le)金(jin)屬基體(ti)(ti)的(de)(de)(de)連續性(xing)，在外力(li)作用(yong)下會(hui)導(dao)致應力(li)集(ji)中。擠壓(ya)(ya)后的(de)(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)管好像是由很(hen)多單(dan)層(ceng)組成的(de)(de)(de)“分層(ceng)”缺(que)陷(xian)(xian)(xian)。為了(le)防止“分層(ceng)”，可以(yi)施(shi)加(jia)(jia)附加(jia)(jia)的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)縮應力(li)，即選用(yong)帶(dai)反(fan)壓(ya)(ya)力(li)的(de)(de)(de)擠壓(ya)(ya)方法。采用(yong)感(gan)應加(jia)(jia)熱降(jiang)低坯料(liao)內表(biao)面的(de)(de)(de)溫度和坯料(liao)內層(ceng)的(de)(de)(de)塑性(xing)，可以(yi)減少變形的(de)(de)(de)不均勻性(xing)，防止“分層(ceng)”缺(que)陷(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)產生。另外，球墨鑄(zhu)鐵(tie)內石(shi)墨夾雜(za)物的(de)(de)(de)形狀也可能會(hui)防止金(jin)屬擠壓(ya)(ya)時出現“分層(ceng)”缺(que)陷(xian)(xian)(xian)。
7. 擠壓出(chu)的鑄鐵管的后(hou)續處理
鑄鐵(tie)管(guan)的(de)精整與一般鋼管(guan)的(de)相同，只(zhi)是在(zai)輥式矯(jiao)直(zhi)機(ji)上矯(jiao)直(zhi)時有些困難。矯(jiao)直(zhi)工序(xu)應在(zai)冷床冷卻前，鑄鐵(tie)管(guan)尚有700~800℃余熱(re)時進行，因為(wei)此時鑄鐵(tie)管(guan)具有足夠的(de)塑性。
為了防止鑄鐵管(guan)在冷(leng)(leng)卻(que)過程中發(fa)生彎曲(qu)，在螺(luo)旋(xuan)式冷(leng)(leng)床或(huo)旋(xuan)轉傳動(dong)的(de)輥道上進行冷(leng)(leng)卻(que)。鑄鐵管(guan)冷(leng)(leng)卻(que)后(hou)的(de)切管(guan)工序可(ke)以在切管(guan)機(ji)或(huo)普(pu)通車床上進行。
鑄鐵管(guan)可以在不同(tong)的(de)管(guan)道系統中使用，但需要對鑄鐵管(guan)進行彎曲(qu)加工時。為了(le)保(bao)證(zheng)彎曲(qu)處具有足夠的(de)塑(su)性，需要彎曲(qu)處彎曲(qu)時的(de)溫度必須保(bao)證(zheng)在750~800℃。
球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)熱矯(jiao)直可以在彎(wan)管(guan)(guan)機(ji)上批(pi)量進(jin)行，但須在彎(wan)管(guan)(guan)機(ji)前(qian)安裝高(gao)頻(pin)感應加(jia)熱設備，預先(xian)將球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)彎(wan)曲(qu)處加(jia)熱到800℃,球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)縱向進(jin)料速度為1mm/s,彎(wan)曲(qu)后用4~5個大氣壓（0.4~0.5MPa)的(de)壓縮空氣進(jin)行冷卻。鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)最(zui)小彎(wan)曲(qu)半徑可達到成品管(guan)(guan)直徑的(de)1.2倍。
為了(le)提高(gao)鑄(zhu)鐵(tie)管的塑性，石墨含(han)量不同(tong)的鑄(zhu)鐵(tie)管須按不同(tong)的熱處理工藝制度進行(xing)處理。以(yi)球(qiu)狀石墨含(han)量較高(gao)的球(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)管（表5-8中的9號坯料）為例(li)，其熱處理工藝為：
a. 加熱至(zhi)(zhi)780℃,保(bao)溫1h后(hou)，隨爐冷卻至(zhi)(zhi)680℃,保(bao)溫2.5h,最后(hou)空冷至(zhi)(zhi)室溫；
b. 加熱至930℃,保(bao)(bao)(bao)溫7h后，隨(sui)爐冷卻至760℃,保(bao)(bao)(bao)溫8h,然后隨(sui)爐冷卻至690℃,保(bao)(bao)(bao)溫50h,最后空冷至室溫。
擠壓出的(de)球墨鑄鐵管熱處(chu)理后的(de)力學性(xing)能(neng)見表5-10.
擠壓(ya)Cr、Ni合(he)(he)金化的(de)(de)鑄鐵管（表(biao)5-8中(zhong)的(de)(de)6、7、10號(hao)坯(pi)料）的(de)(de)結果表(biao)明(ming)，由于(yu)合(he)(he)金化鑄鐵金屬(shu)的(de)(de)塑性低(di)(di)，每小(xiao)時產量比(bi)球墨(mo)鑄鐵低(di)(di)。
擠壓出的球(qiu)墨鑄鐵管(guan)、鈦合(he)金(jin)管(guan)和鉬合(he)金(jin)管(guan)都具有(you)良好(hao)的綜(zong)合(he)性能，其(qi)中σb=450~600MPa, δs=3.5% ~8.0%,σ, =400 ~600MPa, ακ=15~35J/c㎡.
8. 擠壓出的鑄鐵管(guan)的優點
熱擠壓(ya)鑄鐵(tie)管與鑄造鑄鐵(tie)管相(xiang)比，有以下優點：
a. 幾(ji)何尺寸精度高(gao)，直(zhi)徑(jing)公差為±1.0%,壁厚(hou)公差為＋10%~15%.
b. 長(chang)度長(chang)，達10m;壁厚(hou)薄(bo)，達3.5mm.
c. 內外表面質(zhi)量(liang)高，滿足TOCT 8732標準(zhun)要求。
d. 力學性能和工(gong)藝性能高，可進行彎(wan)曲(qu)、氣焊(han)、電焊(han)、機械加工(gong)等。
與碳素(su)鋼管(guan)相(xiang)比，鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)在(zai)多種腐(fu)蝕介質(zhi)的(de)作用下，耐(nai)蝕性(xing)高(gao)。在(zai)石油(you)產品(pin)介質(zhi)、海水(shui)中(zhong)的(de)壽命(ming)比碳素(su)鋼管(guan)高(gao)5~10倍(bei)以(yi)上；在(zai)熱(re)水(shui)中(zhong)的(de)壽命(ming)比碳素(su)鋼管(guan)高(gao)10~15倍(bei)；在(zai)基本介質(zhi)（苛性(xing)堿(jian)等）中(zhong)的(de)壽命(ming)比碳素(su)鋼管(guan)高(gao)15倍(bei)；而且鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)表面腐(fu)蝕均(jun)勻，提高(gao)了鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)使用期限。所以(yi)，用擠(ji)壓出的(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)代替(ti)鋼管(guan)（如用于住房(fang)供熱(re)水(shui)系(xi)統中(zhong)），可取得較大的(de)經(jing)濟效(xiao)果(guo)。
