Gang cầu, nổi bật với độ bền và độ dẻo vượt trội, là lựa chọn hàng đầu trong nhiều ngành công nghiệp. Bạn có bao giờ tự hỏi làm thế nào gang cầu từ nguyên liệu thô trở thành sản phẩm chất lượng cao? Bí mật nằm ở quá trình cầu hóa, hãy cùng GOAT tìm hiểu và khám phá cơ chế cùng lợi ích tuyệt vời của nó!
⭐ Có thể bạn quan tâm:
GANG CẦU LÀ GÌ?
Trước tiên, chúng ta cùng tìm hiểu định nghĩa "Gang cầu là gì?".
Gang cầu là một loại hợp kim sắt. Là loại gang có tổ chức graphit thu gọn nhất ở dạng quả cầu. (Graphit dạng cầu nhờ biến tính bằng các nguyên tố Mg, Ce và các nguyên tố đất hiếm). Chính vì vậy, gang cầu có độ bền cao nhất trong các loại gang có graphit.
Gang cầu được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như sản xuất nắp hố ga gang cầu, ống dẫn nước và các bộ phận cơ khí...
______
Cấu trúc vi mô của Gang cầu
Gang cầu có thể bị gỉ vì là hợp kim của sắt, nhưng bạn đừng lo! Gang cầu chống ăn mòn tốt hơn nhiều so với các loại gang khác như gang xám.
❝
Nhờ cấu trúc vi mô đặc biệt - Hình cầu. Bên cạnh đó, hàm lượng cao các nguyên tố hợp kim như silic giúp gang cầu giữ được độ bền cao và tuổi thọ lâu dài.
Thế nên, chúng luôn là lựa chọn đáng tin cậy trong nhiều ứng dụng. Cấu trúc này được minh họa trong hình sau:
Minh họa tinh thể grafit của 5 loại gang (Nguồn ảnh: Goat sưu tầm và biên tập)
GANG CẦU (DUCTILE IRON) CÓ CÁC ĐẶC TÍNH SAU:
1. Độ bền cao: Gang cầu có độ bền kéo và độ dai va đập cao, chịu được tải trọng lớn mà không bị vỡ.
2. Độ dẻo tốt: Khả năng chịu biến dạng tốt mà không bị gãy, giúp dễ dàng hơn trong gia công và lắp đặt.
3. Chống mài mòn: Có khả năng chống mài mòn tốt, kéo dài tuổi thọ của sản phẩm.
4. Kháng ăn mòn: Chống ăn mòn tốt trong môi trường nước và các dung dịch kiềm, axit yếu.
5. Độ cứng cao: Mặc dù dẻo, gang cầu vẫn giữ được độ cứng nhất định, giúp sản phẩm bền vững và ổn định.
6. Khả năng giảm rung và tiếng ồn: Tốt hơn so với gang xám, làm giảm rung động và tiếng ồn trong các ứng dụng cơ khí.
NGUYÊN LIỆU GỐC CỦA QUÁ TRÌNH CẦU HÓA:
Để tạo ra gang chất lượng cao, ta cần lựa chọn kỹ càng các nguyên liệu chính.
-
Sắt Thô: Thường sử dụng sắt phế liệu.
-
Thành phần khác: Các nguyên tố như carbon, silic, mangan, lưu huỳnh và photpho. Thành phần cần được kiểm soát cẩn thận để đạt được các tính chất mong muốn sau khi hình cầu hoá.
-
Chất Xúc Tác: Chất kích thích được thêm vào kim loại nóng chảy để thúc đẩy sự hình thành của hạt than chì trong quá trình đông kết.
CÁC BƯỚC CỦA QUÁ TRÌNH CẦU HÓA:
Quá trình cầu hóa gang không chỉ đơn thuần là nấu chảy và khử oxit. Nó là một quá trình kỹ thuật tinh tế.
Bước 1: Nung Chảy và Xử Lý
-
Nung Chảy: Sắt cơ bản được nung nóng trong lò nhiệt ở nhiệt độ thường vượt quá 1200°C.
-
Tẩy Lưu Huỳnh: Nếu cần thiết, kim loại nóng chảy trải qua quá trình tẩy lưu huỳnh để giảm nồng độ lưu huỳnh, ảnh hưởng đến sự hình thành của hạt chì.
-
Xúc Tác: Chất xúc tác (thường chứa các nguyên tố như Magie hoặc Cerium) được thêm vào kim loại nóng chảy. Những chất này sẽ kích thích hình thành hạt than chì hình cầu thay vì hình que, hình vụn trong quá trình đông kết.
Bước 2: Đông Kết Gang Cầu
-
Đổ Gang Đã Cầu Hóa Vào Khuôn: Kim loại nóng chảy đã được xử lý được đổ vào khuôn.
-
Làm Lạnh: Khi kim loại làm lạnh, than chì kết tinh ra dưới dạng hạt cầu do chất kích thích.
Bước 3: Kiểm Soát và Đảm Bảo Chất Lượng Gang Cầu
-
Tỷ Lệ Hình Cầu (% của Các Hạt Cầu): Đây là tỷ lệ của các hạt than chì hình cầu trong cấu trúc vi mô. Đối với Gang cầu chất lượng, mức độ hình cầu thường dao động từ 80% đến 90%.
-
Cấu Trúc Ma Trận: Ma trận của ferrite và pearlite bao quanh các hạt cầu nên được cân bằng để đạt được các tính chất cơ học mong muốn.
Bước 4: Tác Động Sau Khi Đúc
-
Xử Lý Nhiệt: Một số chi tiết đúc Gang cầu có thể trải qua quá trình xử lý nhiệt để cải thiện các tính chất cơ học và giảm căng thẳng còn lại.
-
Gia Công: Tùy thuộc vào ứng dụng, các chi tiết đúc Gang cầu có thể cần gia công để đạt được kích thước cuối cùng và bề mặt hoàn thiện.
MỘT SỐ CÂU HỎI LIÊN QUAN ĐẾN QUÁ TRÌNH CẦU HÓA:
Thời gian của Quá trình cầu hóa gang là bao nhiêu?
Quá trình cầu hóa trong sản xuất gang cầu diễn ra trong khoảng thời gian từ vài phút đến vài chục phút. Phụ thuộc vào kích thước của lượng kim loại nóng chảy và điều kiện cụ thể của quá trình đúc.
Thời gian đổ gang lỏng đã được cầu hóa vào khuôn:
Thường thì quá trình đổ gang lỏng đã được cầu hóa vào khuôn kéo dài từ 6 đến 8 phút. Tối đa là 8 phút để đảm bảo chất lượng gang cầu đồng đều, giảm bọt khí, kiểm soát nhiệt độ. Điều này sẽ liên quan đến sự hoàn thiện và chất lượng gang của sản phẩm cuối cùng.
Thời gian phản ứng cầu hóa gang lỏng:
Đây là giai đoạn mà chất xúc tác (như magiê, cerium) được thêm vào kim loại nóng chảy để tạo hình cầu than chì. Thời gian này có thể kéo dài từ 2 đến 4 phút.
Thời gian làm lạnh và đông kết gang cầu:
Sau khi đổ gang cầu lỏng vào khuôn, gang sẽ nguội dần và đông kết. Quá trình này có thể kéo dài từ vài phút đến vài giờ, tùy thuộc vào kích thước và độ dày của chi tiết đúc.
Tổng thời gian đúc gang cầu là bao nhiêu?
Tổng kết lại, tổng thời gian cho quá trình đúc gang cầu (từ khi nung nóng đến khi sản phẩm đúc được lấy ra khỏi khuôn) có thể dao động trong khoảng từ 10 phút đến vài giờ. Tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng loại chi tiết đúc và quy trình sản xuất.
MỘT SỐ TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG GANG CẦU
______
TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH CẦU HÓA THÀNH CÔNG
Việc đánh giá quá trình cầu hóa gang có thành công không phụ thuộc vào một số tiêu chí sau:
1. Nodularity (Tỷ lệ hình cầu):
Đây là chỉ số quan trọng nhất để đánh giá chất lượng của sắt lắp khớp. Nodularity thể hiện phần trăm hạt than chì hình cầu trong cấu trúc vi mô của sản phẩm đúc. Đối với các ứng dụng chính xác và yêu cầu cao, nodularity thường phải đạt từ 80% đến 90%.
2. Kích thước và hình dạng hạt than chì (graphit):
Hạt than chì trong sắt lắp khớp nên có hình dạng hình cầu đồng đều và có kích thước nhỏ, thường là từ 5 đến 25 micromet.
3. Phân phối của hạt than chì:
Sự phân bố của hạt than chì trong toàn bộ sản phẩm đúc cũng cần đồng đều và không có vùng chồng lắp hay vùng thiếu hạt.
4. Cấu trúc ma trận:
Ma trận xung quanh các hạt than chì cũng cần được kiểm tra để đảm bảo tính đồng nhất và độ mềm dẻo của sản phẩm đúc.
5. Kiểm tra và phân tích vi mô:
Mẫu từ các sản phẩm đúc được lấy ra để tiến hành kiểm tra vi mô bằng kỹ thuật quang học hoặc điện tử để xác nhận nodularity và phân tích cấu trúc vi mô.
6. Kiểm tra cơ học:
Các sản phẩm đúc cũng phải được kiểm tra các tính chất cơ học như độ bền kéo, độ dẻo và độ cứng để đảm bảo chúng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của ứng dụng cuối cùng.
Những tiêu chuẩn này thường được các nhà sản xuất áp dụng để đảm bảo chất lượng và hiệu suất của sản phẩm đúc sắt lắp khớp. Các tiêu chuẩn này giúp đánh giá xem quá trình cầu hóa đã được thực hiện thành công hay chưa và có cần điều chỉnh hay không để cải thiện chất lượng sản phẩm đúc.
______
CÁC TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ VỀ GANG CẦU
Bạn có thể kiểm tra các đặc tính của gang cầu trong phòng thí nghiệm bằng nhiều phương pháp khác nhau. Các phương pháp này thường áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế để đảm bảo chất lượng và phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật. Để biết liệu gang cầu có đạt mác 500-7 hay không, thường sử dụng các tiêu chuẩn sau:
-
Tiêu chuẩn ISO 1083
-
Tiêu chuẩn ASTM A536
-
Tiêu chuẩn BS EN 1563
______
CÁC TIÊU CHUẨN VỀ GANG CẦU ĐANG ÁP DỤNG TẠI VIỆT NAM
Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng gang cầu mác 500-7 mà Việt Nam đang áp dụng thường tuân theo các tiêu chuẩn quốc tế và tiêu chuẩn quốc gia cụ thể. Dưới đây là một số tiêu chuẩn liên quan:
TCVN 1659-2007 (ISO 1083:2004):
Đây là tiêu chuẩn Việt Nam về gang cầu - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử. Tiêu chuẩn này dựa trên ISO 1083:2004, định rõ các yêu cầu về thành phần hóa học, tính chất cơ lý và các phương pháp kiểm tra chất lượng của gang cầu.
ISO 1083:2004:
Tiêu chuẩn quốc tế này mô tả các yêu cầu về tính chất cơ học và các phương pháp kiểm tra gang cầu, bao gồm cả mác 500-7.
EN 1563:
Đây là tiêu chuẩn Châu Âu áp dụng cho gang cầu, cũng có các yêu cầu tương tự về tính chất cơ lý và phương pháp thử.
TỔNG HỢP CÁC YẾU TỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG GANG CẦU MÁC 500-7
|
Tiêu chí |
Nội dung |
|
Thành phần hóa học |
- Carbon (C): 3.0 - 3.9%
- Silicon (Si): 1.8 - 3.2%
- Mangan (Mn): tối đa 0.1%
- Lưu huỳnh (S): tối đa 0.03%
- Photpho (P): tối đa 0.08%
Các thành phần trong quá trình biến tính:
- Magie (Mg): 0,03% đến 0,05%
- Cerium (Ce): 0,01% đến 0,03%
Quá trình này diễn ra ngay trước khi rót kim loại vào khuôn.
|
|
Tính chất cơ lý |
- Độ bền kéo (Tensile Strength): ít nhất 500 MPa
- Độ giãn dài (Elongation): ít nhất 7%
- Độ cứng: thường nằm trong khoảng 160 - 230 HB (Brinell Hardness) |
|
Cấu trúc vi mô |
- Phân bố và hình dạng của graphit: Graphit phải ở dạng cầu tròn để đảm bảo tính chất cơ lý tốt nhất.
- Matrix: Cấu trúc matrix thường là ferrite hoặc pearlite, hoặc kết hợp của cả hai. |
|
Kiểm tra không phá hủy (Nondestructive Testing) |
- Siêu âm (Ultrasonic Testing)
- Kiểm tra từ tính (Magnetic Particle Inspection) |
|
Phương pháp thử nghiệm |
- Thử nghiệm kéo (Tensile Test): Để xác định độ bền kéo và độ giãn dài của vật liệu.
- Thử nghiệm độ cứng (Hardness Test): Thường sử dụng phương pháp Brinell.
- Kiểm tra cấu trúc vi mô (Microstructure Examination): Sử dụng kính hiển vi để kiểm tra phân bố và hình dạng của graphit cũng như cấu trúc matrix. |
KẾT LUẬN VỀ GANG CẦU VÀ QUÁ TRÌNH CẦU HÓA
Như vậy, để đạt được Gang cầu chất lượng bạn cần kiểm soát chính xác các quá trình nung nóng chảy, xử lý cầu hóa và đông kết.
Cụ thể, bằng cách lựa chọn nguyên liệu gốc phù hợp, sử dụng kỹ thuật cầu hóa hiệu quả và kiểm soát tốc độ làm lạnh, các nhà sản xuất có thể sản xuất ra Gang cầu có các tính chất cơ học xuất sắc phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp. Đây là quá trình yêu cầu tính chuyên môn cao, chú ý đến chi tiết để đảm bảo chất lượng và hiệu suất đồng đều của các chi tiết đúc Gang cầu.
GOAT hy vọng rằng những thông tin về Gang cầu và Quá trình cầu hóa gang đã mang lại cho bạn những kiến thức bổ ích và sâu sắc. Cảm ơn bạn đã dành thời gian cùng khám phá chủ đề này với chúng tôi. Chúc bạn thành công và hẹn gặp lại trong những bài viết tiếp theo!
______
GOAT - Nơi cung cấp nắp hố ga và các loại nắp hệ thống ngầm bằng gang cầu hàng đầu.
Với kinh nghiệm phong phú từ nhiều dự án đa dạng, GOAT tự tin mang đến những giải pháp tối ưu và hiệu quả, linh hoạt theo từng dự án.
Nếu bạn đang tìm kiếm nắp hố ga, song thoát nước, nắp bể cáp hay bất kỳ loại nắp gang cầu nào, đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi. Chúng tôi ở đây để đồng hành cùng bạn!
GOAT chuyên cung cấp các loại Nắp hố ga
Và các loại nắp đậy bằng Gang cầu theo Tiêu chuẩn BS EN 124.
Liên hệ Hotline: 📞 0987.382.388
Hoặc nhận tư vấn qua Zalo 🗨️
BTV Thanh Thủy - Nắp Hố Ga GOAT