鑄鐵是低塑性(xing)材料。在(zai)室溫下，鑄鐵坯料短試樣拉伸(shen)斷裂時的相對伸(shen)長(chang)率δ5約為(wei)1%,沖(chong)擊韌(ren)性αk僅為5J/c㎡.把鑄鐵(tie)加(jia)熱到(dao)高溫時，其塑性指標并(bing)沒有(you)明(ming)顯提高，相(xiang)對伸長率僅增加(jia)4%~5%.因此，鑄鐵(tie)的(de)塑性變形產品應用有(you)限。這是由于鑄鐵(tie)所允(yun)許的(de)性變形量小而使擠壓(ya)過程不經濟(ji)。試驗采用高頻感應爐熔煉(lian)，在盛鐵(tie)桶中(zhong)以硅鎂中(zhong)間(jian)合(he)(he)金或其他(ta)合(he)(he)金處理的(de)鑄鐵(tie)坯料。圓(yuan)形坯料可采用砂型用澆(jiao)(jiao)口下(xia)注(zhu)(zhu)澆(jiao)(jiao)鑄法(fa)，或用離心澆(jiao)(jiao)鑄法(fa)和(he)石墨結晶(jing)器用半連續澆(jiao)(jiao)注(zhu)(zhu)法(fa)得到(dao)，最合(he)(he)適的(de)是離心澆(jiao)(jiao)鑄法(fa)和(he)半連續澆(jiao)(jiao)注(zhu)(zhu)法(fa)。
采用(yong)離心澆(jiao)鑄法時，其(qi)澆(jiao)注(zhu)坯(pi)料在(zai)隨后的(de)(de)機械加(jia)工中幾乎(hu)可減少一倍(bei)的(de)(de)金屬消(xiao)耗。而(er)采用(yong)石墨結晶器(qi)用(yong)半(ban)連(lian)續澆(jiao)注(zhu)法得到的(de)(de)坯(pi)料具(ju)有光滑的(de)(de)表面(mian)。
1. 鑄(zhu)鐵坯(pi)料的(de)化學成分
試驗(yan)用(yong)擠(ji)壓鑄鐵坯料(liao)的(de)化學成分見表5-8.
2. 鑄鐵坯料的加熱
鑄鐵坯料擠(ji)壓前在(zai)感應(ying)(ying)加(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)或室狀電阻(zu)爐(lu)內進行加(jia)熱(re)(re)(re)。一般采(cai)用感應(ying)(ying)加(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)，因為感應(ying)(ying)加(jia)熱(re)(re)(re)速(su)度(du)快，產生的(de)氧(yang)化鐵皮少。而鑄鐵坯料在(zai)立(li)式感應(ying)(ying)加(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)中加(jia)熱(re)(re)(re)是最理(li)想的(de)。球墨(mo)鑄鐵的(de)加(jia)熱(re)(re)(re)溫度(du)為900~950℃,在(zai)選擇(ze)加(jia)熱(re)(re)(re)溫度(du)時，不但要(yao)考慮金屬的(de)變形熱(re)(re)(re)30~35℃,而且還要(yao)考慮發生晶界熔化時而削(xue)弱(ruo)的(de)可能性(xing)。
3. 擠壓鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的技術參數
用擠壓(ya)法可生產φ(40~150)mm×3.5mm以上的鑄鐵管。
尼科波爾南方不(bu)銹鋼管(guan)廠(chang)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)般認為，擠(ji)壓(ya)(ya)鑄(zhu)坯(pi)比擠(ji)壓(ya)(ya)相同尺寸的鍛軋坯(pi)的擠(ji)壓(ya)(ya)力高18%,且擠(ji)壓(ya)(ya)比較大(da)。但(dan)在(zai)尼科波爾南(nan)方不(bu)銹鋼(gang)管(guan)廠(chang)的試驗(yan)中，當延(yan)伸(shen)系數大(da)于20時，鑄(zhu)鐵(tie)坯(pi)料沒有擠(ji)壓(ya)(ya)成功。因為擠(ji)壓(ya)(ya)力過高，導致擠(ji)壓(ya)(ya)鑄(zhu)管(guan)破裂。
擠壓(ya)鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)時，金(jin)屬(shu)(shu)流(liu)(liu)動速(su)度(du)是一(yi)個重要參數(shu)，一(yi)般控制(zhi)在2.0~2.5m/s.當金(jin)屬(shu)(shu)流(liu)(liu)動速(su)度(du)控制(zhi)在該(gai)范圍，并采(cai)用石墨一(yi)機(ji)油潤滑劑時，可擠壓(ya)出(chu)長(chang)達6m的(de)鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)。若金(jin)屬(shu)(shu)流(liu)(liu)動速(su)度(du)超過臨界值(zhi)，金(jin)屬(shu)(shu)坯料就會發生破裂。增加擠壓(ya)管(guan)(guan)(guan)的(de)長(chang)度(du)會使(shi)擠壓(ya)模和芯棒過熱，而采(cai)用玻(bo)璃(li)潤滑劑后可使(shi)擠壓(ya)管(guan)(guan)(guan)的(de)長(chang)度(du)增加，但由于(yu)要清除成(cheng)品(pin)表(biao)面的(de)玻(bo)璃(li)而使(shi)生產成(cheng)本升高(gao)。
在(zai)擠壓(ya)鑄鐵管時，擠壓(ya)工(gong)具的(de)(de)溫度(du)必(bi)須保持在(zai)350~400℃,否則工(gong)模(mo)具接(jie)觸(chu)金(jin)(jin)屬層的(de)(de)部分(fen)會顯著(zhu)冷(leng)卻(que)，使鑄態(tai)金(jin)(jin)屬的(de)(de)塑性(xing)下降，引起擠壓(ya)管破裂(lie)。實踐表明，當芯棒(bang)溫度(du)為(wei)(wei)100℃時，經(jing)過1s,2s,5s后，金(jin)(jin)屬層深(shen)0.5mm處的(de)(de)溫降分(fen)別為(wei)(wei)80℃、110℃、180℃;當芯棒(bang)溫度(du)為(wei)(wei)400℃時，金(jin)(jin)屬層深(shen)0.5mm處的(de)(de)溫降分(fen)別為(wei)(wei)30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓(ya)出(chu)的(de)鑄鐵管的(de)組(zu)織性能
球墨(mo)(mo)鑄鐵(tie)(tie)坯料和(he)擠壓出(chu)的(de)鑄鐵(tie)(tie)管的(de)顯(xian)微組(zu)織(zhi)如(ru)圖5-32所示。從圖中可(ke)以看出(chu)，球墨(mo)(mo)鑄鐵(tie)(tie)坯料的(de)顯(xian)微組(zu)織(zhi)為致(zhi)密的(de)石(shi)墨(mo)(mo)夾(jia)雜物＋珠光體＋鐵(tie)(tie)素體；擠壓后(hou)，橫斷(duan)面上的(de)石(shi)墨(mo)(mo)呈扁圓形(xing)，且(qie)在縱斷(duan)面上沿變形(xing)方向(xiang)上伸長。金屬(shu)模(mo)子幾乎完全是珠光體組(zu)織(zhi)。
擠壓(ya)出的(de)(de)球墨鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)具有足夠的(de)(de)塑性，可以在周(zhou)期式冷(leng)軋(ya)(ya)管(guan)機組上進行(xing)冷(leng)軋(ya)(ya)和溫軋(ya)(ya)。而擠壓(ya)的(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)(de)力學性能主要與鑄(zhu)鐵(tie)中石(shi)墨的(de)(de)形狀、剩余的(de)(de)鎂和硅元素含量有關，其關系如圖5-33所示。
退(tui)火后球(qiu)墨鑄鐵管的(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(dou)具有較高的(de)液(ye)壓堅固性能，能經(jing)受50MPa.
5. 球狀石墨對擠(ji)壓鑄鐵管的(de)影響
從對擠壓鑄鐵(tie)(tie)管進行的專門試驗(yan)中可知，對于鑄鐵(tie)(tie)坯料，除了(le)對材(cai)料表(biao)面(mian)加工的光潔度和端面(mian)加工的要求與低塑(su)性材(cai)料一樣之外，為了(le)提高(gao)加工塑(su)性和材(cai)料的成(cheng)材(cai)率還必須(xu)限(xian)制(zhi)鑄鐵(tie)(tie)中球狀石墨的含(han)量不小(xiao)于80%.
擠壓鑄(zhu)鐵坯料(liao)斷面上球狀(zhuang)石(shi)墨分(fen)布均(jun)勻，其含量對擠壓鑄(zhu)鐵管廢品數量的影響如圖5-34所(suo)示。
6. 擠壓出(chu)的(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)缺陷(xian)
擠壓(ya)球墨鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)的(de)(de)(de)缺陷(xian)(xian)(xian)主要(yao)是(shi)(shi)表(biao)面(mian)（特別是(shi)(shi)內(nei)表(biao)面(mian)）橫向裂紋(wen)，而其他缺陷(xian)(xian)(xian)形式與一般碳素鋼(gang)管(guan)相似。采用(yong)塑性(xing)的(de)(de)(de)或聚(ju)集體(ti)形石墨的(de)(de)(de)灰口鐵(tie)坯料(liao)時，該擠壓(ya)缺陷(xian)(xian)(xian)幾(ji)乎不可避免，并且隨著(zhu)細(xi)密夾(jia)雜(za)物數量的(de)(de)(de)增加(jia)而減少。由(you)(you)此(ci)可見，石墨割斷(duan)了金(jin)屬基體(ti)的(de)(de)(de)連續性(xing)，在(zai)外力作用(yong)下(xia)會導(dao)致應(ying)(ying)力集中(zhong)。擠壓(ya)后(hou)的(de)(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)好像是(shi)(shi)由(you)(you)很多單(dan)層(ceng)組(zu)成的(de)(de)(de)“分(fen)(fen)層(ceng)”缺陷(xian)(xian)(xian)。為了防止(zhi)(zhi)“分(fen)(fen)層(ceng)”，可以施加(jia)附加(jia)的(de)(de)(de)壓(ya)縮應(ying)(ying)力，即選用(yong)帶反壓(ya)力的(de)(de)(de)擠壓(ya)方法。采用(yong)感應(ying)(ying)加(jia)熱(re)降低坯料(liao)內(nei)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)和坯料(liao)內(nei)層(ceng)的(de)(de)(de)塑性(xing)，可以減少變形的(de)(de)(de)不均勻性(xing)，防止(zhi)(zhi)“分(fen)(fen)層(ceng)”缺陷(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)產(chan)生。另外，球墨鑄(zhu)鐵(tie)內(nei)石墨夾(jia)雜(za)物的(de)(de)(de)形狀也(ye)可能會防止(zhi)(zhi)金(jin)屬擠壓(ya)時出現“分(fen)(fen)層(ceng)”缺陷(xian)(xian)(xian)。
7. 擠壓出的(de)鑄鐵管(guan)的(de)后續處理
鑄(zhu)鐵管的(de)精(jing)整與(yu)一般鋼(gang)管的(de)相(xiang)同(tong)，只是在輥式矯(jiao)直機上矯(jiao)直時有些困(kun)難(nan)。矯(jiao)直工序(xu)應在冷(leng)床(chuang)冷(leng)卻前，鑄(zhu)鐵管尚有700~800℃余(yu)熱(re)時進行，因為此時鑄(zhu)鐵管具(ju)有足夠的(de)塑性。
為(wei)了防(fang)止鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)在冷卻過程中發生彎曲，在螺旋式(shi)冷床或旋轉(zhuan)傳動的輥道上進行冷卻。鑄(zhu)鐵管(guan)(guan)(guan)冷卻后的切(qie)管(guan)(guan)(guan)工序可以在切(qie)管(guan)(guan)(guan)機(ji)或普通車床上進行。
鑄(zhu)鐵管(guan)可以在(zai)不同的(de)管(guan)道(dao)系統中使(shi)用(yong)，但需要(yao)對鑄(zhu)鐵管(guan)進行(xing)彎(wan)曲(qu)加(jia)工時。為了(le)保證彎(wan)曲(qu)處具有足夠的(de)塑性(xing)，需要(yao)彎(wan)曲(qu)處彎(wan)曲(qu)時的(de)溫度必須(xu)保證在(zai)750~800℃。
球(qiu)(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的熱(re)(re)矯直(zhi)可(ke)以在彎(wan)(wan)管(guan)(guan)機上批量進行，但(dan)須在彎(wan)(wan)管(guan)(guan)機前(qian)安裝高頻感應加熱(re)(re)設備(bei)，預先(xian)將(jiang)球(qiu)(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的彎(wan)(wan)曲(qu)處(chu)加熱(re)(re)到(dao)800℃,球(qiu)(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的縱向進料速度(du)為1mm/s,彎(wan)(wan)曲(qu)后用4~5個大氣壓（0.4~0.5MPa)的壓縮空(kong)氣進行冷卻。鑄(zhu)鐵(tie)管(guan)(guan)的最小彎(wan)(wan)曲(qu)半(ban)徑可(ke)達到(dao)成品管(guan)(guan)直(zhi)徑的1.2倍。
為(wei)(wei)了提高鑄(zhu)鐵管(guan)的(de)塑性，石墨含量不同(tong)(tong)的(de)鑄(zhu)鐵管(guan)須(xu)按(an)不同(tong)(tong)的(de)熱處(chu)理(li)(li)工藝制度進行處(chu)理(li)(li)。以球狀石墨含量較(jiao)高的(de)球墨鑄(zhu)鐵管(guan)（表5-8中的(de)9號坯(pi)料）為(wei)(wei)例(li)，其熱處(chu)理(li)(li)工藝為(wei)(wei)：
a. 加熱至(zhi)780℃,保(bao)溫1h后，隨爐冷(leng)卻至(zhi)680℃,保(bao)溫2.5h,最后空(kong)冷(leng)至(zhi)室溫；
b. 加熱(re)至(zhi)930℃,保(bao)溫7h后，隨爐冷(leng)卻至(zhi)760℃,保(bao)溫8h,然后隨爐冷(leng)卻至(zhi)690℃,保(bao)溫50h,最后空冷(leng)至(zhi)室溫。
擠壓出的(de)球墨(mo)鑄鐵管熱處理后的(de)力學性(xing)能見表5-10.
擠(ji)壓Cr、Ni合金化(hua)的(de)鑄(zhu)鐵管（表5-8中的(de)6、7、10號(hao)坯料）的(de)結果表明，由于(yu)合金化(hua)鑄(zhu)鐵金屬的(de)塑(su)性低，每小時產量比球墨鑄(zhu)鐵低。
擠壓出(chu)的(de)球墨鑄鐵管、鈦(tai)合(he)金管和鉬(mu)合(he)金管都具(ju)有良好的(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(ji)壓出的(de)鑄(zhu)鐵管(guan)的(de)優點
熱(re)擠壓(ya)鑄(zhu)鐵(tie)管與鑄(zhu)造鑄(zhu)鐵(tie)管相(xiang)比，有以下優點(dian)：
a. 幾何(he)尺寸精度(du)高，直徑公差(cha)為±1.0%,壁厚公差(cha)為＋10%~15%.
b. 長(chang)度(du)長(chang)，達(da)10m;壁厚(hou)薄，達(da)3.5mm.
c. 內外表面質量高，滿(man)足TOCT 8732標準要求。
d. 力學(xue)性能和工藝性能高，可進行彎曲、氣焊(han)、電(dian)焊(han)、機械加(jia)工等。
與(yu)碳素(su)鋼管(guan)(guan)相(xiang)比(bi)，鑄鐵(tie)管(guan)(guan)在(zai)多種腐蝕介質(zhi)(zhi)的(de)作用下，耐蝕性(xing)高(gao)。在(zai)石油產品介質(zhi)(zhi)、海水(shui)(shui)中的(de)壽命比(bi)碳素(su)鋼管(guan)(guan)高(gao)5~10倍(bei)以(yi)上；在(zai)熱(re)(re)水(shui)(shui)中的(de)壽命比(bi)碳素(su)鋼管(guan)(guan)高(gao)10~15倍(bei)；在(zai)基本(ben)介質(zhi)(zhi)（苛(ke)性(xing)堿(jian)等）中的(de)壽命比(bi)碳素(su)鋼管(guan)(guan)高(gao)15倍(bei)；而(er)且鑄鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)表(biao)面腐蝕均勻，提高(gao)了(le)鑄鐵(tie)管(guan)(guan)的(de)使用期限。所以(yi)，用擠(ji)壓出的(de)鑄鐵(tie)管(guan)(guan)代替(ti)鋼管(guan)(guan)（如(ru)用于住(zhu)房供熱(re)(re)水(shui)(shui)系統中），可取(qu)得較大(da)的(de)經濟效(xiao)果。
