鑄鐵是低塑性材料。在室溫下，鑄鐵坯料短試樣拉伸斷裂時的相對伸長率δ5約為1%,沖擊韌性αk僅為5J/c㎡.把鑄鐵加熱到高溫時，其塑性指標(biāo)并沒有明顯提高，相對伸長率僅增加4%~5%.因此，鑄鐵的塑性變形產(chǎn)品應(yīng)用有限。這是由于鑄鐵所允許的性變形量小而使擠壓過程不經(jīng)濟(jì)。試驗采用高頻感應(yīng)爐熔煉，在盛鐵桶中以硅鎂中間合金或其他合金處理的鑄鐵坯料。圓形坯料可采用砂型用澆口下注澆鑄法，或用離心澆鑄法和石墨結(jié)晶器用半連續(xù)澆注法得到，最合適的是離心澆鑄法和半連續(xù)澆注法。
采用離心澆鑄法時，其澆注坯料在隨后的機械加工中幾乎可減少一倍的金屬消耗。而采用石墨結(jié)晶器用半連續(xù)澆注法得到的坯料具有光滑的表面。
1. 鑄鐵坯料的化學(xué)成分
試驗用擠壓鑄鐵坯料的化學(xué)成分見表5-8.
2. 鑄鐵坯料的加熱
鑄鐵坯料擠壓前在感應(yīng)加熱爐或室狀電阻爐內(nèi)進(jìn)行加熱。一般采用感應(yīng)加熱爐，因為感應(yīng)加熱速度快，產(chǎn)生的氧化鐵皮少。而鑄鐵坯料在立式感應(yīng)加熱爐中加熱是最理想的。球墨鑄鐵的加熱溫度為900~950℃,在選擇加熱溫度時，不但要考慮金屬的變形熱30~35℃,而且還要考慮發(fā)生晶界熔化時而削弱的可能性。
3. 擠壓鑄鐵管的技術(shù)參數(shù)
用擠壓法可生產(chǎn)φ(40~150)mm×3.5mm以上的鑄鐵管。
尼科波爾南方不銹鋼管廠批量生產(chǎn)球墨鑄鐵管時使用的坯料規(guī)格以及擠壓過程的技術(shù)參數(shù)見表 5-9。
一般認(rèn)為，擠壓鑄坯比擠壓相同尺寸的鍛軋坯的擠壓力高18%,且擠壓比較大。但在尼科波爾南方不銹鋼管廠的試驗中，當(dāng)延伸系數(shù)大于20時，鑄鐵坯料沒有擠壓成功。因為擠壓力過高，導(dǎo)致擠壓鑄管破裂。
擠壓鑄鐵管時，金屬流動速度是一個重要參數(shù)，一般控制在2.0~2.5m/s.當(dāng)金屬流動速度控制在該范圍，并采用石墨一機油潤滑劑時，可擠壓出長達(dá)6m的鑄鐵管。若金屬流動速度超過臨界值，金屬坯料就會發(fā)生破裂。增加擠壓管的長度會使擠壓模和芯棒過熱，而采用玻璃潤滑劑后可使擠壓管的長度增加，但由于要清除成品表面的玻璃而使生產(chǎn)成本升高。
在擠壓鑄鐵管時，擠壓工具的溫度必須保持在350~400℃,否則工模具接觸金屬層的部分會顯著冷卻，使鑄態(tài)金屬的塑性下降，引起擠壓管破裂。實踐表明，當(dāng)芯棒溫度為100℃時，經(jīng)過1s,2s,5s后，金屬層深0.5mm處的溫降分別為80℃、110℃、180℃;當(dāng)芯棒溫度為400℃時，金屬層深0.5mm處的溫降分別為30℃、60℃、110℃.
4. 擠壓出的鑄鐵管的組織性能
球墨鑄鐵坯料和擠壓出的鑄鐵管的顯微組織如圖5-32所示。從圖中可以看出，球墨鑄鐵坯料的顯微組織為致密的石墨夾雜物＋珠光體＋鐵素體；擠壓后，橫斷面上的石墨呈扁圓形，且在縱斷面上沿變形方向上伸長。金屬模子幾乎完全是珠光體組織。
擠壓出的球墨鑄鐵管具有足夠的塑性，可以在周期式冷軋管機組上進(jìn)行冷軋和溫軋。而擠壓的鑄鐵管的力學(xué)性能主要與鑄鐵中石墨的形狀、剩余的鎂和硅元素含量有關(guān)，其關(guān)系如圖5-33所示。
退火后球墨鑄鐵管的力學(xué)性能最好，其中σ,為450~600MPa,σ為350~500MPa,δ為8%~12%,ψ為10%~15%,ακ為20~50J/c㎡.
所有擠壓的球墨鑄鐵管都具有較高的液壓堅固性能，能經(jīng)受50MPa.
5. 球狀石墨對擠壓鑄鐵管的影響
從對擠壓鑄鐵管進(jìn)行的專門試驗中可知，對于鑄鐵坯料，除了對材料表面加工的光潔度和端面加工的要求與低塑性材料一樣之外，為了提高加工塑性和材料的成材率還必須限制鑄鐵中球狀石墨的含量不小于80%.
擠壓鑄鐵坯料斷面上球狀石墨分布均勻，其含量對擠壓鑄鐵管廢品數(shù)量的影響如圖5-34所示。
6. 擠壓出的鑄鐵管的缺陷
擠壓球墨鑄鐵管的缺陷主要是表面（特別是內(nèi)表面）橫向裂紋，而其他缺陷形式與一般碳素鋼管相似。采用塑性的或聚集體形石墨的灰口鐵坯料時，該擠壓缺陷幾乎不可避免，并且隨著細(xì)密夾雜物數(shù)量的增加而減少。由此可見，石墨割斷了金屬基體的連續(xù)性，在外力作用下會導(dǎo)致應(yīng)力集中。擠壓后的鑄鐵管好像是由很多單層組成的“分層”缺陷。為了防止“分層”，可以施加附加的壓縮應(yīng)力，即選用帶反壓力的擠壓方法。采用感應(yīng)加熱降低坯料內(nèi)表面的溫度和坯料內(nèi)層的塑性，可以減少變形的不均勻性，防止“分層”缺陷的產(chǎn)生。另外，球墨鑄鐵內(nèi)石墨夾雜物的形狀也可能會防止金屬擠壓時出現(xiàn)“分層”缺陷。
7. 擠壓出的鑄鐵管的后續(xù)處理
鑄鐵管的精整與一般鋼管的相同，只是在輥式矯直機上矯直時有些困難。矯直工序應(yīng)在冷床冷卻前，鑄鐵管尚有700~800℃余熱時進(jìn)行，因為此時鑄鐵管具有足夠的塑性。
為了防止鑄鐵管在冷卻過程中發(fā)生彎曲，在螺旋式冷床或旋轉(zhuǎn)傳動的輥道上進(jìn)行冷卻。鑄鐵管冷卻后的切管工序可以在切管機或普通車床上進(jìn)行。
鑄鐵管可以在不同的管道系統(tǒng)中使用，但需要對鑄鐵管進(jìn)行彎曲加工時。為了保證彎曲處具有足夠的塑性，需要彎曲處彎曲時的溫度必須保證在750~800℃。
球墨鑄鐵管的熱矯直可以在彎管機上批量進(jìn)行，但須在彎管機前安裝高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，預(yù)先將球墨鑄鐵管的彎曲處加熱到800℃,球墨鑄鐵管的縱向進(jìn)料速度為1mm/s,彎曲后用4~5個大氣壓（0.4~0.5MPa)的壓縮空氣進(jìn)行冷卻。鑄鐵管的最小彎曲半徑可達(dá)到成品管直徑的1.2倍。
為了提高鑄鐵管的塑性，石墨含量不同的鑄鐵管須按不同的熱處理工藝制度進(jìn)行處理。以球狀石墨含量較高的球墨鑄鐵管（表5-8中的9號坯料）為例，其熱處理工藝為：
a. 加熱至780℃,保溫1h后，隨爐冷卻至680℃,保溫2.5h,最后空冷至室溫；
b. 加熱至930℃,保溫7h后，隨爐冷卻至760℃,保溫8h,然后隨爐冷卻至690℃,保溫50h,最后空冷至室溫。
擠壓出的球墨鑄鐵管熱處理后的力學(xué)性能見表5-10.
擠壓Cr、Ni合金化的鑄鐵管（表5-8中的6、7、10號坯料）的結(jié)果表明，由于合金化鑄鐵金屬的塑性低，每小時產(chǎn)量比球墨鑄鐵低。
擠壓出的球墨鑄鐵管、鈦合金管和鉬合金管都具有良好的綜合性能，其中σb=450~600MPa, δs=3.5% ~8.0%,σ, =400 ~600MPa, ακ=15~35J/c㎡.
8. 擠壓出的鑄鐵管的優(yōu)點
熱擠壓鑄鐵管與鑄造鑄鐵管相比，有以下優(yōu)點：
a. 幾何尺寸精度高，直徑公差為±1.0%,壁厚公差為＋10%~15%.
b. 長度長，達(dá)10m;壁厚薄，達(dá)3.5mm.
c. 內(nèi)外表面質(zhì)量高，滿足TOCT 8732標(biāo)準(zhǔn)要求。
d. 力學(xué)性能和工藝性能高，可進(jìn)行彎曲、氣焊、電焊、機械加工等。
與碳素鋼管相比，鑄鐵管在多種腐蝕介質(zhì)的作用下，耐蝕性高。在石油產(chǎn)品介質(zhì)、海水中的壽命比碳素鋼管高5~10倍以上；在熱水中的壽命比碳素鋼管高10~15倍；在基本介質(zhì)（苛性堿等）中的壽命比碳素鋼管高15倍；而且鑄鐵管的表面腐蝕均勻，提高了鑄鐵管的使用期限。所以，用擠壓出的鑄鐵管代替鋼管（如用于住房供熱水系統(tǒng)中），可取得較大的經(jīng)濟(jì)效果。
