Đường dây trợ giúp khách hàng
Hotline: 0987 382 388

Bí Mật Về Những Nguyên Tố Tạo Nên Grafit Trong Gang

05/10/2024 - 09:00 AM - 831 lượt xem

Nguyên tố đóng vai trò quan trọng trong việc tạo grafit trong gang

Nguyên tố quan trọng tạo nên Grafit của gang là gì? Bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao có một số loại gang lại mềm dẻo, dễ gia công trong khi một số khác lại rất cứng và giòn chưa? Đáp án nằm ở grafit hay graphite – một loại than chì hình thành trong gang. Vậy điều gì đã tạo nên sự hiện diện của grafit trong gang? Hãy cùng GOAT khám phá các nguyên tố đóng vai trò quan trọng trong quá trình này!

⭐ Có thể bạn quan tâm: 


CẤU TRÚC GRAFIT LÀ GÌ? 

______

Định nghĩa Grafit là gì

Khi nói về "các cấu trúc grafit" trong gang, chúng ta đang đề cập đến sự hình thành của carbon ở dạng than chì thay vì dạng cacbua sắt (cementite - Fe₃C). Chúng khác nhau như thế nào? Câu trả lời có ngay sau đây!

Grafit (hay graphite) trong gang là các cấu trúc carbon tự do hình thành khi gang nguội và kết tinh. Trong gang xám, grafit thường có dạng tấm, còn trong gang cầu, grafit có dạng hình cầu hoặc gần cầu. Trong gang dẻo, grafit có dạng cụm bông.

Để thấy được tầm quan trọng của grafit, ta cũng cần hiểu Cementite là gì. 

Cementite (Fe₃C) là một hợp chất của sắt và carbon, hay còn gọi là carbide sắt hay cacbua sắt, chứa khoảng 6,67% carbon. Cementite là một cấu trúc cứng và giòn, không có độ dẻo. Khi có nhiều cementite trong gang hoặc thép, sản phẩm sẽ có tính chất cứng và khó gia công hơn, dễ bị vỡ và giòn. Xuất hiện trong gang trắng.

Grafit trong gang và Cementite tạo ra loại gang khác nhau

Minh họa tinh thể grafit của 5 loại gang (Nguồn ảnh: Goat sưu tầm và biên tập)

  • (a) Gray cast iron - Gang xám
  • (b) White cast iron - Gang trắng
  • (c) Malleable cast iron - Gang dẻo
  • (d) Ductile (or nodular) cast iron - Gang cầu
  • (e) Compacted-graphite cast iron - Gang graphit ngắn

Do đó, trong quá trình sản xuất gang, người ta thường hạn chế cementite hình thành nhằm đảm bảo gang có tính chất mềm dẻo và dễ uốn hơn. Thay vào đó, người ta thúc đẩy sự hình thành của grafit (hay graphite)  dạng carbon tự do giúp cải thiện độ bền và tính chất gia công của vật liệu.

______

Vai trò của Cấu trúc grafit (hay Graphite)

Cấu trúc grafit có vai trò quan trọng trong việc quyết định tính chất cơ học của gang. (Điều này đã được Goat nhắc nhiều đến trong các bài viết về gang).

Sự tạo thành grafit trong gang giúp chúng trở nên mềm dẻo hơn, giảm độ giòn và dễ gia công hơn so với khi carbon kết tinh thành các hợp chất cứng và giòn như cementite.


Chính cấu trúc grafit làm cho gang xám và gang cầu có đặc tính cơ học khác nhau và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.

Cụ thể, có hai loại gang chính liên quan đến sự hình thành grafit:

Hinh-anh-qua-kinh-hien-vi-dien-tu-cua-gang-xam-va-gang-cau

Hình ảnh cấu trúc tinh thể của gang xám và gang cầu dưới kính hiển vi điện tử (Nguồn ảnh: Sưu tầm)

1. Gang xám (Gray Cast Iron): Đây là loại gang có chứa grafit dưới dạng các tấm, vảy nhỏ. Những vảy grafit này làm cho gang xám có đặc tính mềm dẻo hơn, dễ uốn nắn và chịu tải tốt hơn mà không bị gãy. Các tấm grafit không liên tục phân tán trong nền sắt giúp giảm sự giòn và tạo ra các "khe" vi mô giúp vật liệu có độ giãn nở nhất định.

2. Gang cầu (Ductile Iron): Trong loại gang này, grafit kết tinh thành các hạt hình cầu hoặc gần hình cầu thay vì vảy, giúp cải thiện độ bền và độ dẻo của vật liệu. Những hạt cầu này làm giảm hiện tượng tập trung ứng suất. Nhờ đó, giúp gang cầu có khả năng chịu lực tốt hơn so với gang xám.

______

Tại sao sự hình thành grafit quan trọng?

Sự hiện diện của grafit trong gang là yếu tố then chốt vì nó thay đổi hoàn toàn tính chất cơ học của gang.

Khi cấu trúc Grafit được tạo trong gang, gang sẽ có các tính chất sau:

  • Tăng độ dẻo và mềm: Grafit làm giảm độ giòn, giúp gang dễ dàng gia công mà không bị nứt hay gãy.
  • Hấp thụ ứng suất: Các cấu trúc grafit giúp phân tán ứng suất trong vật liệu, từ đó giảm nguy cơ nứt vỡ khi chịu tác động cơ học.
  • Giảm độ giòn: Gang có chứa grafit sẽ ít bị giòn hơn so với gang có nhiều cementite (vốn rất cứng và dễ vỡ).

CÁC THÀNH PHẦN CỦA GANG ĐÓNG VAI TRÒ GÌ TRONG VIỆC TẠO NÊN CẤU TRÚC GRAFIT?

______

Nguyên tố carbon (C) – Linh hồn của grafit trong gang


Carbon (C) chính là yếu tố không thể thiếu trong gang, chiếm khoảng 2,5% đến 4% trong thành phần của gang.

Carbon-C-la-nguyen-to-cot-yeu-trong-hinh-thanh-gang

Với hàm lượng carbon cao, gang có khả năng kết tinh thành các cấu trúc grafit.

Điều này không chỉ giúp gang trở nên dẻo, dễ uốn mà còn giảm thiểu độ giòn, giúp gia công dễ dàng hơn.
______

Silicon (Silic - Si) – Người bạn đồng hành không thể thiếu để tạo nên grafit

Silicon-Si-tao-nen-Grafit-trong-gang

Silicon (Si) là một yếu tố khác có ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự hình thành grafit

Silicon làm giảm sự hòa tan của carbon, từ đó thúc đẩy carbon kết tinh thành grafit thay vì biến thành các hợp chất giòn như cementite (Fe3C). Đó là lý do tại sao gang có hàm lượng silicon cao thường rất mềm và dễ chế tạo.
______

Sulfur (S) và mangan (Mn) – Kẻ đối nghịch và đồng minh bất đắc dĩ

Luu-huynh-Sulfur-S-gop-phan-nho-tao-nen-Grafit

Trong khi silic thúc đẩy sự hình thành grafit, Lưu huỳnh - Sulfur (S) lại đóng vai trò đối nghịch. Sulfur ngăn cản quá trình kết tinh grafit và thúc đẩy sự hình thành cementite, khiến gang trở nên giòn và khó gia công. Do đó, việc giảm sulfur trong gang là điều cần thiết để tạo ra nhiều grafit hơn.

Mangan-gop-phan-tao-Grafit-trong-gang

Mangan, tuy là một đồng minh trong một số trường hợp, nhưng cũng có thể trở thành kẻ đối nghịch trong việc hình thành grafit. Ở mức thấp, mangan giúp ngăn chặn sulfur hình thành cementite và tạo điều kiện cho sự hình thành grafit. Nhưng nếu mangan quá cao, nó lại làm tăng khả năng hình thành các hợp chất giòn, khiến grafit khó có cơ hội xuất hiện.

______

Magie (Mg) – Nhà điêu khắc Grafit hình cầu


Magie là một trong những nguyên tố quan trọng giúp thay đổi hình dạng của grafit từ dạng tấm (trong gang xám) sang dạng cầu (trong gang cầu).

Magie-la-nguyen-to-khong-the-thieu-trong-hinh-thanh-grafit gang-cau

Nếu bạn đang nghiên cứu về gang cầumuốn biết để có được graphit dạng cầu người ta đã phải cho vào gang chất biến tính gì? Thì câu trả lời đó chính là MagieCerium. Quá trình này gọi là cầu hóa gang.

Magie đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hạt grafit hình cầu, tăng cường độ dẻo và khả năng chịu lực. Bên cạnh đó, chúng cũng giúp ổn định cấu trúc grafit cầu trong quá trình đông đặc.

Sự hiện diện của magie giúp cải thiện đáng kể tính chất cơ học của gang, làm cho gang cầu mạnh mẽ và dẻo dai hơn.

______

Cerium (Ce) – Nhà bảo hộ cho Grafit hình cầu

Cerium-Ce-nguyen-to-tao-grafit-hinh-cau

Cerium (Ce) cũng giúp tạo ra grafit hình cầu trong gang cầu, tương tự như magie. Nó không chỉ giúp chuyển đổi grafit từ dạng vảy thành hình cầu mà còn khử tạp chất, làm cho các hạt grafit cầu hình thành đều và ổn định hơn. Nhờ đó, gang cầu trở nên bền, dẻo và ít bị giòn nứt, rất phù hợp cho các ứng dụng cần độ bền cao.

______

Phosphor (P) và các yếu tố khác

Dù không trực tiếp gây ảnh hưởng lớn, phosphor (P) ở mức nhỏ có thể làm thay đổi quá trình kết tinh của gang. Một lợi ích của phốt pho ở mức thấp là nó có thể cải thiện tính lỏng của gang, giúp dễ dàng đổ khuôn hơn. Tuy nhiên, nếu hàm lượng quá cao, nó có thể làm giảm khả năng hình thành grafit và tăng sự hình thành các hợp chất cứng và giòn như cementite, ảnh hưởng đến tính chất cơ học của gang.

Qua-trinh-lam-nguoi-anh-huong-den-Grafit

Quá trình làm nguội và các nguyên tố có thể góp phần tạo ra các loại gang với cấu trúc grafit khác nhau (Nguồn ảnh: Sưu tầm)

Bên cạnh các yếu tố trên, tốc độ làm nguội cũng đóng vai trò quan trọng. Làm nguội chậm giúp tạo điều kiện cho grafit hình thành, trong khi làm nguội nhanh sẽ thúc đẩy sự hình thành cementite.


YẾU TỐ QUYẾT ĐỊNH CHÍNH CHO SỰ HÌNH THÀNH GRAFIT TRONG GANG

Silicon Silic là nguyên tố quan trọng trong hình thành grafit của gang

Yếu tố quyết định chính cho sự hình thành grafit trong gang là silicon (Silic - Si)

Silicon hay Silic có vai trò đặc biệt quan trọng vì nó làm giảm độ hòa tan của carbon trong gang. Từ đó thúc đẩy quá trình kết tinh carbon thành grafit thay vì cementite (Fe₃C). Nói cách khác, nếu hàm lượng silicon đủ cao, gang sẽ dễ dàng hình thành grafit hơn, làm cho sản phẩm gang trở nên mềm, dẻo và dễ gia công.

Ngoài ra, mặc dù carbon là yếu tố cần thiết để tạo grafit (vì grafit là một dạng của carbon), nhưng việc có grafit hay cementite lại phụ thuộc nhiều vào sự hiện diện và tác động của silicon. Những nguyên tố như sulfurmangan cũng có ảnh hưởng, nhưng không mang tính quyết định như silicon.


KẾT LUẬN VỀ VÀI TRÒ CỦA CÁC NGUYÊN TỐ TẠO GRAFIT TRONG GANG

Như vậy, sự tạo thành cấu trúc grafit (hay graphite) trong gang không chỉ phụ thuộc vào nguyên tố carbon mà còn được điều chỉnh bởi nhiều nguyên tố khác như silic, sulfur, mangan và cả phương pháp làm nguội gang.

Qua đó, việc kiểm soát các yếu tố này chính là chìa khóa để sản xuất những loại gang chất lượng cao, dễ gia công và bền bỉ.

Vậy nên, lần tới khi bạn nhìn thấy một sản phẩm gang, hãy nhớ rằng bên trong đó là cả một "bài toán hóa học" phức tạp mà Goat vừa cùng bạn khám phá nhé!

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 🗨️

Liên hệ tư vấn với GOAT

GOAT - Kiến Tạo Giá Trị Tốt Nhất

Thương hiệu Uy tín - Đồng hành suốt vòng đời sản phẩm

BTV Thanh Thủy - Nắp Hố Ga GOAT


Bình luận Facebook
Các bài viết khác
Gang graphit là gì?
23 10-2024

Gang graphit là gì?

Gang graphit là gì? Đây là một thuật ngữ bạn có thể sẽ gặp đâu đó khi tìm hiểu về gang. Hãy cùng GOAT đến với sự giải...
Thành phần nào quan trọng nhất để gang không hóa trắng?
18 10-2024

Thành phần nào quan trọng nhất để gang không hóa trắng?

Gang "hóa trắng", tức là gang trở nên cứng, giòn và cực kỳ dễ vỡ. Khó gia công cắt gọt, và không hàn được. Đối một số ứng dụng, điều này...
So Sánh Gang và Thép: Cuộc Chiến Về Độ Cứng, Độ Bền và Ứng Dụng
08 10-2024

So Sánh Gang và Thép: Cuộc Chiến Về Độ Cứng, Độ Bền và Ứng Dụng

So sánh gang và thép, từ thành phần cấu tạo đến độ cứng, độ bền và giá trị kinh tế, mỗi loại đều sở hữu những điểm mạnh riêng biệt. Liệu...
Gang Cầu và Quá Trình Cầu Hóa: Từ Nguyên Liệu Thô Đến Sản Phẩm Chất Lượng Cao
26 06-2024

Gang Cầu và Quá Trình Cầu Hóa: Từ Nguyên Liệu Thô Đến Sản Phẩm Chất Lượng Cao

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?
Vật liệu làm khuôn cát có thành phần là gì?
04 06-2022

Vật liệu làm khuôn cát có thành phần là gì?

Vật liệu làm khuôn cát có thành phần là gì? Chi tiết các thành phần ra sao? Cùng GOAT tìm câu trả lời trong bài viết dưới đây....
Gang Trắng và Gang Xám khác nhau như thế nào?
02 06-2022

Gang Trắng và Gang Xám khác nhau như thế nào?

Gang Trắng và Gang Xám khác nhau như thế nào? Gang Trắng và Gang xám có thành phần, tính chất ra sao? Tại sao chúng lại khác nhau?...
11 Bước Mô Tả Chi Tiết Quá Trình Đúc Gang Tạo Khuôn Bằng Cát
06 05-2022

11 Bước Mô Tả Chi Tiết Quá Trình Đúc Gang Tạo Khuôn Bằng Cát

Đúc gang bằng khuôn cát là quy trình đúc được sử dụng rộng rãi nhất, sử dụng khuôn cát có thể sử dụng để tạo thành các bộ phận gang...
 Các dạng khuyết tật của vật đúc khi đúc gang trong khuôn cát
04 03-2022

Các dạng khuyết tật của vật đúc khi đúc gang trong khuôn cát

Các dạng khuyết tật của vật đúc thường gặp khi đúc gang bằng khuôn cát. Các khuyết tật này đến từ những nguyên nhân khác nhau. Cần phân tích...
Gang Xám Có Độ Cứng Nằm Trong Khoảng Nào?
30 01-2022

Gang Xám Có Độ Cứng Nằm Trong Khoảng Nào?

Gang xám có độ cứng nằm trong khoảng nào? Độ cứng cụ thể của từng mác gang xám làm như thế nào? Cùng GOAT tìm hiểu...
#1 Gang cầu được chế tạo từ gì? | TRẢ LỜI ✅
27 01-2022

#1 Gang cầu được chế tạo từ gì? | TRẢ LỜI ✅

Gang cầu được chế tạo từ các thành phần gì? Chi tiết tỷ lệ của chúng ra sao? Ký hiệu gang cầu là gì? Các mác gang cầu được đặt theo tiêu chuẩn nào?...
Khối lượng riêng của Gang là bao nhiêu?
15 01-2022

Khối lượng riêng của Gang là bao nhiêu?

Khối lượng riêng của gang, gang xám, gang cầu là bao nhiêu? Hãy nhớ rằng, khối lượng riêng của gang khác với trọng lượng riêng của gang. Khối lượng riêng của gang liên quan và áp dụng...
So sánh Gang cầu và Gang xám khác nhau như thế nào?
28 12-2021

So sánh Gang cầu và Gang xám khác nhau như thế nào?

So sánh gang cầu và gang xám sẽ giúp chúng ta lựa chọn được chất liệu phù hợp với tính toán và yêu cầu của công trình...
Trợ giúp & Lời khuyên
Hướng dẫn sử dụng sản phẩm và dự án để giúp bạn hoàn thành công việc
Đăng ký nhận Báo Giá
CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI & DỊCH VỤ GOAT
Bản đồ GoogleMaps
Copyright © 2021 - Bản quyền thuộc CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI VÀ DỊCH VỤ G.O.A.T