Giới thiệu chung về Gang, các loại gang phổ biến hiện nay

I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GANG

1.Định nghĩa gang là gì ?

Gang là hợp kim của sắt và cacbon cùng một vài nguyên tố khác như: C, Si, Mn, P, S hàm lượng cacbon lớn hơn 2,14% thường từ 3% đến 4,5%. 

2.Thành phần, tính chất, tác dụng của gang 

Tùy theo thành phần và hàm lượng các nguyên tố có trong gang mà ta có những loại gang như sau: gang thường và gang hợp kim.

+Gang thường: là loại gang mà tỷ lệ tính theo phần trăm khối lượng của các nguyên tố thường có như: Cacbon, Silic, Mangan, Phốt pho, Lưu hùynh ở giới hạn bình thường.

+Gang hợp kim: hay còn gọi là gang đặc biệt có hai loại.

-Thành phần chỉ gồm có các nguyên tố thường có nhưng riêng hàm lượng silic cao hơn 4% hoặc hàm lượng mangan cao hơn 1,5%.

3.Các yếu tố ảng hưởng đến tính chất của gang 

3.1.Anh hưởng của thành phần hóa học: 

+Cacbon (C) : là nguyên tố đẩy nhanh quy trình graphít hóa. Nhưng gang có nhiều cacbon thì độ dẻo và tính dẫn nhiệt Giảm. Nếu cacbon chứa trong gang ở dạng hợp chất hóa học xêmentit thì gang đó gọi là gang trắng, nếu cacbon ở dạng tự do (graphít) thì gang đó gọi là gang xám. Sự tạo thành những loại gang khác nhau phụ thuộc vào thành phần hóa học và tốc độ nguội của nó.

+Silic (Si): Silic là nguyên tố tác động nhiều nhất đến cấu trúc tinh thể của gang, vì nó thúc đẩy quá trình graphít hóa, do đó trong gang xám, thành phần silic cao khỏang 1~4,25%. Hàm lượng Si tăng sẽ làm tăng độ chảy loãng, tăng tính chịu mài mòn và ăn mòn của gang.

+Mangan (Mn): Mn trong gang thúc đẩy sự tạo thành gang trắng và ngăn cản graphít hóa. Bởi vậy trong gang trắng thường chứa 2 ~ 2,5% Mn, trong gang xám lượng Mn trong vòng 1,3%. Mn là nguyên tố tăng tính chịu mài mòn, tăng độ bền, hạn chế tác hại của lưu hùynh (S).

+Phốt pho (P): P là một nguyên tố có hại trong gang, nó làm Giảm độ bền, tăng độ dòn của gang, dễ gây ra nứt vật đúc. mặc khác P tăng tính chảy loãng, tác dụng này được dùng để đúc tượng, chi tiết mỹ thuật. Trong trường hợp đúc các cụ thể thành mỏng, hàm lượng P trong các chi tiết quan trọng không được quá 0,1%, còn các chi không quan trọng có thể tới 1,2%.

+Lưu hùynh (S): là nguyên tố có hại trong gang, nó làm cản trở graphít hóa, nên làm Giảm tính chảy lõang do đó làm hạn chế tính đúc. Lưu hùynh làm Giảm độ bền cho gang dòn. S kết hợp với Fe tạo thành FeS gây bở nóng. do đó thành phần S trong gang không quá 0,15%.

3.2.Anh hưởng của độ quá nhiệt 

Để tạo sự quá nguội người ta nung gang quá nhiệt nhiều, bởi vì khi nung gang tơi nhiệt độ cao thì các hạt graphít hòa tan hòan tòan hơn và khử được các vật lẫn phi kim loại dẫn đến khi kết tinh thì mầm kết tinh sẽ nhiều và phân bố đồng đều đặn hơn, làm cơ tính của gang tốt hơn.

Nhưng nhiệt độ thực tế của gang nhớ đừng nên vượt quá 14500C 

3.3. Ảnh hưởng của tốc độ nguội 

Yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể của gang là điều kiện đông đặc và làm nguội của vật đúc. Tốc độ nguội nhénh thì ta được gang trắng, làm nguội chậm thì ta ssược gang xám. Tốc độ nguội của gang đúc phụ thuộc vào loại khuôn đúc và chiều dày vật đúc. 

II. CÁC LOẠI GANG THƯỜNG DÙNG 

2.1.Gang trắng 

2.1.1.Ký hiệu và thành phần 

Hầu hết chỉ sử dụng gang trắng chứa 3% – 3,5% cacbon vì nhiều C gang sẽ dòn, mặt gãy các cụ thể bằng gang trắng có màu sáng tắng nên gọi là gang trắng. Gang trắng chỉ hình thành khi hàm lượng C và Mn thích hợp và với điều kiện làm nguội nhanh ở vật đúc thành mỏng, nhỏ.

Gang trắng không có ký hiệu 

2.1.2.Tính chất 

Gang trắng cứng và giòn, tính cắt gọt kém. Nên chỉ dùng ở công nghệ đúc 

2.1.3.Tổ chức tế vi 

Là loại gang mà hầu hết cacbon ở dạng liên kết Fe3C. nằm ở dạng xementit. 

2.1.4.công dụng 

Nó chỉ dùng để chế tạo gang rèn (gang dẻo) , luyện thép hoặc các cụ thể máy cần tính

chống mài mòn cao như bi nghền, trục cán. 

2.2.Gang xám 

2.2.1.Ký hiệu và thành phần 

Ký hiệu:

Ttiêu chuẩn nhà nước Việt Nam TCVN 1659 – 75 ký hiệu gang xám bằng 2 chữ GX và hai số tiếp theo:

ví dụ như: GX00; GX12-28; GX15-32; GX18-38; GX21-40; GX24-44; GX28-48; GX32-52; GX36-56; GX40-60; GX44-64.

+GX00 là số hiệu gang xám có cơ tính rất thấp, không quy định.

+GX12-28 là gang xám có cơ tính thấp sử dụng để làm các chi tiết chịu tải nhẹ và không chịu mài mòn như vỏ, nắp….

+GX15-32;GX18-38 là loại gang xám có cơ tính trung bình sử dụng làm các chi tiết chịu tải trung bìnhon2 ít như vỏ hộp Giảm tốc, thân máy bơm, cacte, mặt bích….

+GX21-40;GX24-44;GX28-48 là các số hiệu gang xám có cơ tính tương đối cao thường sử dụng làm các cụ thể chịu tải trọng tĩnh cao và chịu mài mòn như bánh đà, bánh răng, sơ mi, pittong, xilanh….

+GX32-52;GX36-56;GX40-60;GX44-64 là các số hiệu gang xám có cơ tính cao dùng làm các chi tiết chịu tải trọng tĩnh cao và chịu tải trọng động, chịu mài mòn cao như: bánh răng chữ V, trục chính, vỏ bơm thủy lực, van chịu áp suất cao.

Thành phần hóa học của gang xám nằm trong giới hạn sau:

C : 3 ~ 3,8%; Si: 0,5 ~ 3%; Mn:0,5 ~ 0,8%; P: 0,15 ~ 0,4%; S: 0,12 ~ 0,2%. 

2.2.2.Tổ chức tế vi 

Là loại gang mà hầu hết cacbon ở dạng graphit hình tấm. Nhờ có graphít nên mặt gãy có màu xám.

Gang xám có cấu trúc tinh thể cacbon ở graphít dạng tấm, nền của gang xám có thể là: pherit, peclit – pherit, peclit. 

2.2.3.Tính chất 

Cơ tính của gang xám phụ thuộc vào hai yếu tố: tổ chức nền, độ bền của nền tăng

lên từ nền pherit đến peclit; yếu tố thứ hai là số lượng, hình dạng và phân bố graphít.

Nếu số lượng hợp lý, hình dạng thu gọn và phân bố đều đặn trên nền thì cơ tính sẽ được

cải thiện hơn.

Graphít có độ bền cơ học kém, nó làm Giảm độ bền chặt của tổ chức kim loại. do đó gang xám có độ bền kéo nhỏ, độ dẻo và độ dai kém. tuy nhiên graphít có ưu điểm làm tăng độ chịu mòn của gang, có công dụng như chất bôi trơn, làm cho phoi gang dễ bị vụn khi cắt gọt, dập tắt rung động, làm Giảm độ co ngót khi đúc.

2.2.4.công dụng 

Gang xám thường được sử dụng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng nhỏ cà ít bị va đập như: thân máy, bệ máy, ống nước,… do chịu ma sát tốt nên đôi khi gang xám sử dụng để chế tạo các ổ trục tốc độ thấp.

2.3.Gang cầu: 

2.3.1.Ký hiệu và thành phần 

Gang cầu ký hiệu: “GC” và đi kèm hai chỉ số. Chỉ số thứ nhất chỉ giới hạn bền kéo

(kG/mm2), chỉ số thứ hai chĩ độ giãn dài tương đối tính ra phần trăm.

Vd: GC 40 – 10 có nghĩa là: gang cầu có giới hạn kéo là 40kG/mm2, độ giãn dài tương đối là 10%.

Thành phần: gang cầu còn có tên là gang độ bền cao, có thành phần hóa học như gang

xám.

Thành phần hóa học của gang cầu sau khi biến cứng như sau: 3-3,6%C; 2- 3%Si; 0,5 – 1%Mn; ~2%Ni; 0,04 – 0,08%Mg;  0,15%P;  0,03%S

2.3.2.Tổ chức tế vi 

Gang cầu có tổ chức tế vi như gang xám (peclit – ferit, peclit), nhưng graphít có dạng

thu nhỏ thành hình cầu. 

2.3.3.Tính chất 

Nhờ có graphít cầu nên gang cầu có độ bền cao hơn gang xám nhiều, đặc biệt có độ dẻo đảm bảo. Gang cầu vừa có tính chát của thép vừa có tính chát của gang. Độ cứng và độ bền của gang cầu có thể tăng cao hơn nữa nếu ta nhiệt luyện nó.

Để có tổ chức gang cầu, phải nấu chảy gang xám và sử dụng phương pháp biến tính đặc

biệt gọi là cầu hóa để tạo graphít hình cầu 

2.3.4.công dụng 

Do có thường xuyên ưu điểm về cơ tính nên gang cầu được sử dụng ngày càng nhiều để thay thế cho thép trong một vài trường hợp.

Gang cầu dùng để chế tạo các chi tiết ôtô, động cơ đốt trong như: trục khuỷu, píttông, dên, bánh răng và các chi tiết quan trọng khác như trục chính máy công cụ, thay thế thép để làm đường ray nhỏ, ứng dụng sản xuất các loại nắp hố ga chất lượng cao hiện nay…. 

Ứng dụng của gang cầu vào sản xuất nắp hố ga

2.4.Gang dẻo: 

2.4.1.Ký hiệu và thành phần 

Ký hiệu gang dẻo: “GZ” và hai chữ số, chỉ số thứ nhất chỉ giới hạn bền kéo, chỉ số thứ hai chỉ độ giãn dài tương đối. Ví dụ: GZ 30 – 6 có ngiã là: Gang dẻo, có giới hạn bền kéo là 30kG/mm2, độ giãn dài tương đối là 6%.

Thành phần hóa học như gang trắng. Nhưng thành phần C không cao. 

2.4.2.Tổ chức tế vi 

Khi ủ gang trắng xementit của gang trắng sẽ phân hóa thành graphít, graphít này có hạt nhỏ, sau khi làm nguội chậm ta có gang dẻo hay còn gọi là gang rèn. Tùy theo chế độ ủ ta có các loại gang dẻo có nền kim loại là ferit, peclit, hoặc ferit – peclit 

2.4.3.Tính chất 

So với gang xám, gang dẻo có độ bền, độ dẻo và độ dai cao hơn, người ta gọi nó là gang rèn vì nó có độ dẻo cao chứ không phải là có khả năng rèn được.

Thành phần C không cao nên graphít của nó ít và hơn nữa lại tập trung từng cụm nên những ảnh hưởng xấu của nó đến cơ tính rất ít. 

2.4.4.công dụng 

Gang dẻo sử dụng nhiều trong công nghiệp ôtô máy kéo, máy móc nông nghiệp,…

dùng cho các cụ thể tải trọng lớn, hình dạng phức tạp.

tuy nhiên giá thành gang dẻo khá cao so với gang xám vì công nghệ chế tạo nó phức

tạp.

quá trình chế tạo gang dẻo gồm hai bước:

+Đúc chi tiết bằng gang trắng.

+U vật đúc ở nhiệt độ 900 ~ 10000C trong khỏang thời gian 70 ~ 100giờ. Ta sẽ

có gang dẻo. 

2.5.Sơ lược về quá trình luyện gang: 

Tùy từng loại gang mà khi luyện cần phải trải qua các bước như:

+U khử ứng suất bên trong

+U làm mất lớp vỏ biến trắng .

+U để thay đổi nền kim loại.

+Tôi và ram.

+Hóa bền bề mặt. 

Nguồn: Phan Đức Thuận

Tham khảo thêm: + Gang là gì : + Gang – Wikipedia tiếng Việt+ Gang tiếng Anh là gì ? https://naphoga.info/thong-tin/gang-la-gi-gang-tieng-anh-la-gi–304.html