球墨鑄鐵管及管件是城鎮(zhèn)供水、燃氣管網(wǎng)的理想管材，集強度高、塑性好、耐侵蝕性強的長處，具有鐵的實質(zhì)、鋼的功能，是傳統(tǒng)鑄鐵管和普通鋼管的更新?lián)Q代產(chǎn)物，是一種普遍用于壓力供水、燃氣輸送的管材，具有強度高、韌性好、耐腐蝕、易安裝等特點，是傳統(tǒng)灰鐵管和普通鋼管的更新?lián)Q代產(chǎn)品，已成為供水、輸氣行業(yè)的首選材料。
球墨鑄鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的機械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強度。球墨鑄鐵是20世紀50年代發(fā)展起來的一種高強度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，正是基于其優(yōu)異的性能，已成功地用在鑄造一些受力復雜鑄件上，球墨鑄鐵已迅速發(fā)展為僅次于灰鑄鐵的、應用十分廣泛的鑄鐵材料。所謂“以鐵代鋼”，主要指球墨鑄鐵。
球墨鑄鐵管及管件是鑄鐵管及管件的一種。質(zhì)量上要求鑄鐵管的球化等級控制為1～3級（球化率»80%），因而材料本身的機械性能得到了較好的改善，具有鐵的本質(zhì)、鋼的性能。退火后的球墨鑄鐵管，其金相組織為鐵素體加少量珠光體，機械性能良好，防腐性能優(yōu)異、延伸性能好，密封效果好，安裝簡易，主要用于市政、工礦企業(yè)給水、輸氣、輸油等。
在鐵素體和珠光體基體上分布有一定數(shù)量的球狀石墨，根據(jù)公稱口徑及對延伸率的要求不同，基體組織中的鐵素體和珠光體的比例有所不同，小口徑的珠光體比例一般不大于20%，大口徑的一般控制在25%左右。
進入21世紀，我國鑄造企業(yè)達到突飛猛進的發(fā)展與增長；到2013年鑄件產(chǎn)量已經(jīng)達4,500萬t；我國鑄鐵管的年產(chǎn)量約為600萬t，其中供水管道用的離心球墨鑄鐵管約為500萬t，離心灰鑄鐵排水管約80萬t；各類鑄鐵管件約25萬t；鑄鐵管件一般均采用黏土砂、覆膜砂、水玻璃砂、樹脂砂、消失模、V法鑄造工藝生產(chǎn)；排水灰口管件采用黏土砂、覆膜砂工藝偏多。
1 球墨鑄鐵管件
1.1 球墨鑄鐵管件的性能指標
（1）most小抗拉強度：420MPa；
（2）most小屈服強度：300MPa；
（3）most小伸長率：7%；
（相當于我國QT450-10、GB/T13295、ISO2531。）
（4）口徑：DN80～DN2600。
1.2 球墨鑄鐵管及管件的三大功能
（1）防止爆管；
（2）小口徑大流量；
（3）高壓遠距離輸送。
1.3 球墨鑄鐵管常用生產(chǎn)工藝
（1）水冷金屬型離心鑄造；
（2）樹脂砂襯離心鑄造；
（3）熱模法離心鑄造。
1.4 球墨鑄鐵管件常用生產(chǎn)工藝
（1）黏土砂鑄造工藝；
（2）覆膜砂鑄造工藝；
（3）樹脂砂鑄造工藝；
（4）水玻璃砂鑄造工藝（水玻璃工藝因為水玻璃砂殘留強度高，不易清理，現(xiàn)逐步淘汰該工藝在鑄鐵管件上的應用）；
（5）消失模鑄造工藝；
（6）V法鑄造工藝。
1.5 球墨鑄鐵管件常用生產(chǎn)工藝適用管件管徑
（1）黏土砂鑄造工藝（DN80-DN300）；
（2）覆膜砂鑄造工藝（DN80-DN200）；
（3）樹脂砂鑄造工藝（DN80-DN2600）；
（4）消失模鑄造工藝（DN400-DN1200）；
（5）V法鑄造工藝 （DN80-DN2600）。
2 球墨鑄鐵管件常用生產(chǎn)工藝特點
2.1 黏土砂鑄造工藝
黏土砂是以黏土（陶土）作黏結(jié)劑的型（芯）砂。黏土砂造型由于其生產(chǎn)成本低廉，所以目前仍然作為球墨鑄鐵管件生產(chǎn)的一種生產(chǎn)方式。
（1）優(yōu)點：生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)靈活性大，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)周期短。
（2）缺點：容易產(chǎn)生夾砂、結(jié)疤、鼠尾、氣孔、砂眼、脹砂等鑄造缺陷；不適合在中、大口徑球鐵管件生產(chǎn)；most佳口徑≤DN300。
圖1 鑄件生產(chǎn)工藝過程
2.1 覆膜砂鑄造工藝
采用熱塑性酚醛樹脂加潛伏性固化劑(如烏洛托品)與潤滑劑(如硬脂酸鈣)通過一定的覆膜工藝配制成覆膜砂，覆膜砂受熱時包覆在砂粒表面的樹脂熔融，在烏洛托品分解出的亞甲基的作用下，熔融的樹脂由線性結(jié)構(gòu)迅速轉(zhuǎn)變成不熔體的體型結(jié)構(gòu)，從而使覆膜砂固化成形。
（1）優(yōu)點：產(chǎn)品精度高且表面光潔；生產(chǎn)效率高；用人少；占地面積小。
（2）缺點：生產(chǎn)成本高；模具投資大；不適合在中、大口徑球鐵管件生產(chǎn)；most佳口徑≤DN200。
2.2 樹脂砂鑄造工藝
樹脂砂鑄造就是把原砂和樹脂、固化劑混合均勻后放入砂箱、模樣中造型制芯，合箱后進行澆注，是現(xiàn)在廣泛采用的一種鑄造方式，雖然尺寸精度比覆膜砂造型差一些，但其適合于多品種小批量的鑄件，被管件企業(yè)廣泛采用。
（1）優(yōu)點：鑄件尺寸精度高，外形輪廓清晰，鑄件表面光潔，外觀質(zhì)量好，適應范圍廣，適合所有口徑管件。
（2）缺點：造型硬化反應需一定時間，其生產(chǎn)效率低；球鐵管件表面因滲硫可能造成球化不良，澆注時有剌激性氣味及一些有害氣體發(fā)生；與黏土砂相比，成本較高。
圖2 覆膜砂鑄造工藝流程
2.3 消失模鑄造工藝
消失模鑄造是把涂有耐火材料涂層的泡沫塑料模樣放入砂箱，模樣四周用干砂充填，采用微震加負壓緊實，在沒有芯子的情況下澆注液態(tài)金屬，在澆注和凝固過程中繼續(xù)保持一定的負壓，使泡沫塑料氣化繼而被金屬取代形成鑄件的一種新型鑄造工藝方法。
（1）優(yōu)點：鑄件精度高，壁厚均勻；設(shè)計靈活，通過泡沫塑料模片組合鑄造出各種變徑管件；機械加工余量小，甚至直接把法蘭止水圈和法蘭孔鑄出。
（2）缺點：并非所有的球體管件都適合消失模鑄造工藝；管件表面容易出現(xiàn)皺皮，波紋狀、滴瘤狀、冷隔狀、渣狀、夾氣夾雜狀缺陷；工藝流程長；控制點多，技術(shù)要求高，管理難度大，管理人員、操作人員素質(zhì)要求高；只適合中、大口徑球鐵管件生產(chǎn)。
圖3 樹脂砂鑄造工藝
圖4 消失模鑄造工藝流程
圖5 V法鑄造工藝
2.4 V法鑄造工藝
真空密封造型（V法造型）與傳統(tǒng)砂型鑄造方法有很大的不同，是一種物理造型法。它將真空技術(shù)與砂型鑄造結(jié)合，用不加水分和黏結(jié)劑的原砂造型，靠塑料薄膜將砂型的型腔面和背面密封起來，借助真空泵抽氣產(chǎn)生負壓，造成砂型內(nèi)、外壓差使型砂緊固成形，經(jīng)下芯、合箱、澆注，待鑄件凝固，解除負壓或停止抽氣，型砂便隨之潰散而獲得鑄件。
（1）優(yōu)點：管件表面光潔、輪廓清晰、尺寸準確；工藝流程短，生產(chǎn)成本低；金屬利用率高，工藝出品率高；投資少；運行費用低；適應范圍廣；適合所有口徑管件單件小批量。
（2）缺點：模具投資較大；造型效率不高。
3 管件鑄造工藝方法選擇原則
（1）優(yōu)先采用低成本鑄造工藝。
（2）鑄造方法應和生產(chǎn)批量相適應。
（3）造型方法應適合工廠條件。
（4）要兼顧鑄件的精度要求和成本。
不同口徑管件的most佳工藝：
≤DN300：黏土砂、覆膜砂、V法等鑄造工藝；
≥DN400：消失模、樹脂砂、V法等鑄造工藝。
V法、樹脂砂、消失模鑄造的球墨鑄鐵管件表面光潔度比較（圖6）。
圖6 V法、樹脂砂、消失模鑄造的球墨鑄鐵管件表面光潔度比較
當下客戶對鑄鐵管件產(chǎn)品質(zhì)量、鑄造精度、使用性能等要求在不斷提高，鑄鐵管件生產(chǎn)技術(shù)向著精密化、高質(zhì)量、自動化和清潔化、綠色制造的方向發(fā)展。
鑄鐵管件生產(chǎn)的主要工藝過程包括：金屬熔煉、模型制造、澆注凝固和脫模清理打壓精整等。鑄鐵管件生產(chǎn)常用黏土砂鑄造工藝；覆膜砂鑄造工藝；樹脂砂鑄造工藝；消失模鑄造工藝；V法鑄造等工藝；采用什么工藝要根據(jù)企業(yè)自身實際情況進行選擇。
單件小批是大口徑和特大口徑鑄鐵管件生產(chǎn)的特點及特性，樹脂砂手工造型仍是重要的方法，手工造型能適應各種復雜的要求，比較靈活，不要求很多工藝裝備。樹脂砂鑄造對于單件小批量生產(chǎn)的大型球墨鑄鐵管件most為適宜，采用地坑造型法成本低，投產(chǎn)快。
小口徑球墨鑄鐵管件采用機械造型覆膜砂芯工藝，其生產(chǎn)效率快；質(zhì)量保證；合格率高；出口和幾何尺寸與表面質(zhì)量要求高的產(chǎn)品優(yōu)先選擇V法鑄造工藝。
不同的企業(yè)生產(chǎn)條件（包括設(shè)備、場地、員工素質(zhì)等）、生產(chǎn)習慣、所積累的經(jīng)驗各不一樣，應該根據(jù)這些條件考慮適合做什么和不適合做什么？各種鑄造方法所獲得的鑄件精度不同，初投資和生產(chǎn)率也不一致，most終的經(jīng)濟效益也有差異。因此，要做到多、快、好省，就應當兼顧到各個方面。應對所選用的鑄造工藝方法進行初步的成本估算，以確定經(jīng)濟效益高又能保證鑄件要求的。
