Gang là hợp kim của sắt và cacbon (hàm lượng cacbon trong gang lớn hơn 2,14% đến 4%) cùng một số nguyên tố khác như Si, Mn, Ni, Mo, P, S, Cr, Mg, Cu…
Gang đúc là một trong những hợp kim phức tạp nhất được sử dụng trong công nghiệp.
Tính ứng dụng của gang :
Gang có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn (khoảng từ 1150 ° C đến 1300 ° C) so với thép truyền thống. Do đó dễ đúc hơn các loại thép tiêu chuẩn. Ngoài ra, nhờ tính lưu động cao khi nóng chảy, gang dễ dàng lấp đầy các khuôn đúc và có thể tạo thành các hình dạng phức tạp. Hầu hết các ứng dụng yêu cầu hoàn thiện rất ít. Vì vậy, gang là vật liệu lý tưởng để đúc khuôn cát thành các hình dạng phức tạp mà không cần gia công thêm. Chính vì vậy, gang đã trở thành vật liệu kỹ thuật với tính ứng dụng cao. Được sử dụng trong chế tạo đường ống, máy móc và các bộ phận của ngành công nghiệp ô tô, chẳng hạn như đầu xi lanh, khối xi lanh và hộp số. Nó có khả năng chống lại sự hư hại bởi quá trình oxy hóa.
Phân loại gang :
Gang là một nhóm lớn, gồm các loại gang khác nhau. Trong đó, qua cấu trúc vi mô, gang được chia thành 2 nhóm là Gang Trắng và Gang Graphit. Trong đó, Gang Graphit bao gồm 3 loại gang xám, gang cầu, gang dẻo.
Phạm vi bài viết là so sánh gang trắng và gang xám, nên GOAT chỉ sâu vào 2 loại gang này.
Gang Xám là gì?
Gang xám (Gray Iron) là loại gang có thành phần chứa 3.3-3.8% cacbon tồn tại dưới dạng graphit tự do. Chún có cấu trúc vi mô graphit chủ yếu ở dạng tấm. Đôi khi dưới dạng hình phiến hoặc chuỗi. Bề mặt của gang xám có màu xám tối. Đó là màu đặc trưng của ferit và graphit tự do. Do graphit có độ bền cơ học kém nên gang xám giòn. Có độ bền kéo, độ dẻo và độ dai thấp. Tuy nhiên, graphit lại có ưu điểm giúp tăng độ mài mòn và giảm độ co ngót khi đúc của gang xám. Điều này làm cho phôi gang phù hợp với các vật liệu cần bôi trơn có chứa dầu nhớt. Thích hợp để chế tạo các ổ trượt, bánh răng, thân máy, bệ máy, ống nước…
Đây là loại gang thông dụng và lâu đời nhất. Chúng được sử dụng rất rộng rãi trong lĩnh cực cơ khí kỹ thuật.. Tinh thể của chúng bao gồm các vết đứt gãy nhỏ khác nhau. Những vết đứt gãy này là nguyên nhân tạo ra sự xuất hiện của màu xám.
Tính chất vật lý và cơ học của Gang Xám. (Nguồn tham khảo: material-properties.org; Edit: NapHoGa.vn)
Tính chất của Gang Xám:
Gang xám có độ bền kéo và khả năng chống va đập kém hơn thép. Nhưng độ bền nén của nó tương đương với thép cacbon thấp và trung bình. Kết quả, chúng là sự lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng kim loại có thể liên quan đến cường độ nén.
Ngoài ra, Gang xám có khả năng dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng tốt nên thường được dùng trong các dụng cụ nấu nướng và rôto hãm.
Gang xám cũng có khả năng giảm chấn tuyệt vời. Do graphit trong gang xám hấp thụ năng lượng và chuyển hóa thành nhiệt. Khả năng giảm chấn lớn được ứng dụng đối với các vật liệu sử dụng trong các kết cấu gây ra rung động không mong muốn khi vận hành như bệ máy công cụ hoặc trục khuỷu.
Gang Trắng là gì?
Gang trắng không phổ biến lắm so với gang xám. Và như đã đề cập ở đầu bài viết, gang trắng được coi là một loại gang khác.
Gang trắng là hợp kim Fe – C trong đó hàm lượng cacbon ở dạng liên kết Fe3C là 3-3,5%. Chúng được tạo ra bằng cách làm lạnh đột ngột gang đang trong quá trình đông đặc. Có màu sáng trắng, rất cứng và giòn. Khả năng cắt gọt kém. Vì thế mà gang trắng hầu như không được sử dụng trong sản xuất cơ khí. Chúng chủ yếu được dùng để luyện thép, các chi tiết máy cần tính chống mài mòn cao như bi nghiền, trục cán. Hoặc sử dụng để đúc ủ thành các loại gang khác.
Gang trắng có tên từ bề mặt vết nứt tinh thể màu sáng trắng mà nó tạo ra sau khi bị gãy. Đó là kết quả của các hợp chất sắt được gọi là ximăng. Giống như gang xám, gang trắng cũng có nhiều vết nứt nhỏ khác nhau.
Khác biệt cơ bản của Gang Trắng và Gang Xám:
Sự khác biệt có thể kể đến là:
Gang trắng được tìm thấy có xi măng bên dưới bề mặt của nó.
Gang xám lại là loại có đặc điểm graphit bên dưới bề mặt của nó.
(Graphit - Than chì chịu trách nhiệm tạo ra màu xám. Trong khi xi măng chịu trách nhiệm tạo ra màu trắng)
Nói chung, hầu hết các vật liệu gang trắng có chứa ít hơn 4,3% carbon và lượng silicon ít hơn (chứa ít hơn 1,0% trọng lượng Si - tác nhân tạo graphit). Điều này ức chế sự kết tủa của carbon ở dạng Graphit.
Tức là, trong gang trắng, Cacbon kết tủa ra khỏi quá trình nóng chảy dưới dạng ximăng pha siêu bền (cementite), Fe 3 C , chứ không phải là graphit
Tính chất vật lý và cơ học của Gang Trắng. (Nguồn tham khảo: material-properties.org; Edit: NapHoGa.vn)
Tính chất của Gang Trắng:
Không như gang xám, gang trắng quá giòn nên khó có thể gia công được. Nhưng Gang trắng được biết là rất cứng, có khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Ngoài ra, chi phí của nó tương đối thấp. Vậy nên, gang trắng được sử dụng trong các ứng dụng như khả năng chống mài mòn. Chẳng hạn như trên răng của máy xúc, bánh công tác và ống bơm bùn, vỏ lót / lớp lót cho máy trộn xi măng và thanh nâng trong máy nghiền bi.
Gang trắng không thể hàn được. Bởi chúng rất khó có thể chịu ứng suất do hàn gây ra trong khi không có bất kỳ tính chất dẻo nào trong kim loại cơ bản. Ngoài ra, vùng ảnh hưởng nhiệt tiếp giáp với mối hàn có thể bị nứt trong quá trình làm mát sau khi hàn.
Điểm giống nhau của Gang trắng và Gang xám:
Gang trắng và gang xám có các đặc điểm giống nhau sau:
-
Là hợp kim của Sắt (Fe), Cacbon (C) và một số nguyên tố khác như Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Mo, Mg, Cu…
-
Hàm lượng cacbon có thành phần lớn hơn 2,14%
-
Có tính đúc tốt và độ chảy lỏng cao, độ co ngót ít, dễ đầy vào khuôn
-
Chịu nén, chịu tải và chịu mài mòn tốt
Bảng so sánh sự khác nhau của Gang Trắng và Gang Xám:
|
Nội dung so sánh
|
Gang Trắng
|
Gang Xám
|
|
Ký hiệu theo TCVN
|
Không có ký hiệu
|
Theo TCVN 1659-75 quy định ký hiệu gang xám bằng 2 chữ GX và hai số tiếp theo chỉ độ bền kéo và độ bền uốn tối thiểu tính theo đơn vị KG/mm2.
Ví dụ: GX15-32, Gang xám có giới hạn bền kéo tối thiểu 15KG/mm2 và giới hạn bền uốn tối thiểu 32KG/mm2.
|
|
Theo tiêu chuẩn ASTM |
ASTM A532 |
ASTM A48
(Dưới đây là thành phần của gang xám ASTM A48 Class 40)
|
|
Thành phần
|
Fe: 86%
C: 3,3%
Si: < 0,8%
Mn: < 1,3%
Cr: 2,5%
Ni: 4%
|
Fe: 92-94%
C: 3,25 – 3,5%
Si: 2%
Mn: 0,6%
P: < 0,1%
S < 0,15%
|
|
Hình thành |
Loại gang này chỉ hình thành khi hàm lượng C và Mn thích hợp và với điều kiện làm nguội nhanh ở vật đúc thành mỏng, nhỏ. |
Khá dễ nấu luyện, có nhiệt độ nóng chảy thấp (1260°C) và không đòi hỏi khắt khe về tạp chất.
Giá thành rẻ.
|
|
Khối lượng riêng (kg/m3) |
~ 7770 kg/m3 |
~ 7150 kg/m3 |
|
Độ cứng Brinell |
470 HB |
235 HB |
|
Tính chất
|
Cứng và giòn. Không thể gia công được. Không hàn được.
Tính cắt gọt kém nên chỉ dùng làm vật liệu đúc.
|
Cấu trúc Graphit mềm hơn gang trắng, nên có thể gia công được. Hàn được.
Gang xám giòn, khả năng chống uốn kém, không thể rèn được mà phải đúc. Khi làm nguội nhanh trong khuôn, gang bị biến trắng, rất khó gia công cơ khí.
Độ bền, độ dai và độ dẻo thấp. Tuy nhiên, gang xám lại làm tăng độ chịu mòn của gang và làm giảm độ co ngot khi đúc. Phù hợp với các vật liệu cần bôi trơn có chứa dầu nhớt. Thích hợp để chế tạo các ổ trượt, bánh răng, thân máy, bệ máy, ống nước…
|
|
Tổ chức tế vi
|
Cacbon ở dạng liên kết Fe3C (cementite).
|
Hầu hết cacbon ở dạng graphit hình tấm. Nền của gang xám có thể là pherit, peclit – pherit, peclit.
|
|
Công dụng
|
Hầu như không được sử dụng trong sản xuất cơ khí.
Chủ yếu dùng để luyện thép, chế tạo gang dẻo hoặc các chi tiết máy cần tính chống mài mòn cao như bi nghiền, trục cán.
Ứng dụng trong: Việc nghiền, nghiền, phay và xử lý các vật liệu mài mòn.
|
Chế tạo các chi tiết chịu tải trọng nhỏ và ít bị va đập như thân máy, bệ máy, ống nước…
Ứng dụng trong: Xi lanh động cơ đốt trong, vỏ bơm, hộp điện, thân van và các vật đúc trang trí. Nó cũng được sử dụng trong thiết bị nấu ăn và rôto phanh.
|