Gang là gì? Đặc tính của các loại gang cầu, gang xám và gang dẻo

I.Tìm hiểu, gang là gì?

Gang còn có tên gọi tiếng anh là (Cast Iron) là một nhóm vật liệu hợp kim sắt (95% theo trọng lượng) và có hàm lượng cacbon (C) lớn hơn 2,14%, Silic ( 1 – 3%), ngoài ra còn có thêm các nguyên tố khác như photpho, lưu huỳnh, mangan…

Gang có hàm lượng nguyên tố hóa học lần lượt như sau:

• Cacbon (C): 2,0% ~ 4,0%

• Mangan (Mn): 0,2 ~ 1,5%

• Photpho (P): 0,04% ~ 0,65%

• Lưu huỳnh (S): 0,02 ~ 0,05%.

Gang có độ nóng chảy với mức nhiệt độ khoảng từ 1150℃ - 2000℃, thấp hơn 300℃ so với săt nguyên chất (Fe). Gang có cơ tính thấp hơn thép và tính giòn cao, chịu va đâp  kém. Tùy vào các hàm lượng điều chế kim loại có trong gang, tỉ lệ và thuộc tính hình dáng của graphit mà người ta chia làm nhiều loại khác nhau:

• Gang xám (Gray cast iron), dạng tấm.

• Gang cầu (Ductile iron), là dạng cầu hóa khi đúc

• Gang dẻo (Malleable iron), Graphit dạng cụm bông, đã được ủ graphit hóa từ gang trắng.

• Gang xám biến trắng (Flame hardened gray iron): Bề mặt được làm nguội khi đúc khuôn nên bề mặt sẽ biến thành gang trắng.

• Gang graphit ngắn (Compacted graphite iron, còn gọi là gang CGI, GJV, CV): Tinh thể graphit ngắn dày hơn so với trong gang xám.

• Cơ tính của gang, độ tính giòn cao, chịu được va đập kém. Gang có nhiệt độ nóng chảy kém thấp, độ chảy loãng cao, độ co gót ít, chịu nén rất tốt và có khả năng chịu tải trọng tĩnh khá tốt.

II.Đặc tính của các loại gang cầu, gang xám, gang trắng và gang dẻo

Tìm hiểu về đặc tính của các loại gang cầu, gang xám, gang trắng và gang dẻo, chúng ta cùng nhau tìm hiểu sau đây:

1.Đặc tính gang cầu

Gang cầu còn được gọi tên tiếng anh là “ductile iron, ductile cast iron, nodular cast iron, spheroidal graphite iron, spheroidal graphite cast iron”. Đây là loại van có độ bền cao nhất trong các loại gang do graphit ở dạng cầu tròn. Gang cầu còn được gọi là gang bền cao có than chì. Nhờ biến tính gang xám lỏng bằng các nguyên tố Mg, Ce, đất hiếm.

a.Ký hiệu và thành phần

(+) Ký hiệu gang cầu:

• TCVN: 1659 – 75. Ký hiệu gang cầu gồm 2 phần các chữ cái chỉ loại gang: GC và hai chỉ số tiếp theo chỉ độ bền kéo và độ giãn dài tương đối.

• TC SAE (Tiêu chuẩn của Mỹ): D4018, D4512, D5506, D7003 trong đó hai chữ số đầu chỉ  theo đơn vị ksi, hai chữ số sau chỉ  theo %. 

• TC ASTM có các mác: 60 - 40 - 18, 60 45 -12, 80 - 60 - 3, 100 - 70 - 3, 120 - 90 - 2. Trong đó các số lần lượt chỉ giá trị tối thiểu của .

• TC JIS có các mác: FCD370, FCD400, FCD450, FCD500, FCD600, FCD700, FCD800, trong đó số chỉ giới hạn bền tối thiểu tính theo đơn vị MPa

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

b.Tổ chức tế vi

Tổ chức tế vi của gang cầu như gang xám (Peclit – Ferit, Peclit).

c.Ứng dụng gang cầu

Tìm hiểu về các ứng dụng trong thực tế sử dụng gang cầu:

• Gang cầu ứng dụng trong các chi tiết phúc tạp đặc biệt là trục khuỷu các động cơ nhẹ.

• Gang cầu ứng dụng trong chế tạo chi tiết máy, chịu tải cao, chịu kéo, va đập, trục cán…

• Gang cầu sử dụng chế tạo các loại van công nghiệp, van điều khiển khí nén và van điều khiển điện…

• Ứng dụng gang cầu trong các đường ống nước có đường kính lớn, nắp hố ga, song chắn…

2.Đặc tính gang xám

Gang xám có tên gọi tiếng anh (Gray Iron, gray cast iron), là một loại gang có tổ chức graphit. Tên gọi gang xám bắt nguồn theo màu xám trong vết nứt trong cấu trúc hợp kim  do sự hiện diện của than chì (graphit).

Thành phần hóa học của gang xám nằm trong giới hạn sau: C: 2,8 - 3,5%; Si: 1,5 - 3%; Mn: 0,5 - 1%; P: 0,1 - 0,2%; S ≤ 0,08% với các vật đúc nhỏ và 0,1 - 0,12% đối với vật đúc lớn.

a. Ký hiệu

• TCVN 1659 – 75: Ký hiệu gang xám gồm 2 phần, các chữ cái chỉ loại gang: GX và hai số tiếp theo chỉ độ bền kéo và độ bền uốn.

• Ví dụ: GX12-28 (ký hiệu theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ là Cч 12-28)  có các chỉ số độ bền là: σk = 12 Kg/mm2 (σk = 120N/mm2) và σu = 28 Kg/mm2 (σu = 280N/mm2).

• TC SAE J431 (Tiêu chuẩn Mỹ): Có các mác: G1800, G2500, G3000, G3500, G4000 trong đó các số chỉ . Ví dụ G3000 là gang xám có  hay 30ksi.

• TC ASTM ta có các mác: 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60. Trong đó các số chỉ  có đơn vị là ksi. Ví dụ: 20 là gang xám có .

• TC JIS (Tiêu chuẩn Nhật): Có các mác: FC100, FC150, FC200, FC250, FC300, FC350, trong đó số chỉ giới hạn bền tối thiểu tính theo đơn vị Mpa. Ví dụ: FC100 là gang xám có .  

b. Tổ chức tế vi

Là loại gang mà hầu hết cacbon ở dạng graphit (than chì) hình tấm. Gang xám có cấu trúc tinh thể cacbon ở graphit dạng tấm, nền của gang xám có thể là pherit, peclit - pherit, peclit.

c.Tính chất gang xám

• Graphit làm tăng độ chịu mòn của gang, làm giảm độ co gót khi đúc và làm cho phôi gang dễ bị vụn khi cắt gọt.

• Tính chất cơ học của graphit và hình dạng có độ bền cơ học kém vì vậy mà gang xám có độ dẻo, độ dai thấp và độ bền 30 – 40kg/cmm2, độ cứng 150 – 250HB.

d.Các ứng dụng của gang xám trong đời sống hiện nay

• Sử dụng làm khung vỏ máy móc, vỏ bơm, hộp điện…

• Sử dụng làm thân các loại van như van công nghiệp, van điều khiển điện và van điều khiển khí nén.

• Sử dụng làm dụng cụ nấu ăn, dụng cụ nhà bếp

• Sử dụng làm rotô phanh đĩa, bánh đà, bánh răng, làm vỏi xy lanh…

3.Các đặc tính gang dẻo

Gang dẻo còn có tên gọi tiếng anh (Malleble Iron hoặc Malleable Iron), được dủ trong thời gian dài ở nhiệt độ từ 850℃ đến 1050℃ để tạo thành loại gang deo. Đây là loại gang dẻo có độ bền cao, chắc chắn và chống mài mòn tốt do cấu trúc than chì hình cầu trong kim loại, chống va đập tốt.

Thành phần hóa học của gang xám: C: 2,2 - 32,8%; Si: 0,8 - 1,4%; Mn £ 1%; P £ 0,2%; S £ 0,1%.

a.Ký hiệu

• TCVN 1659 - 75 ký hiệu gang dẻo gồm 2 phần, các chữ cái chỉ loại gang: GZ và hai số tiếp theo chỉ độ bền kéo và độ độ giãn dài tương đối.

• Ví dụ: GZ33-8 (ký hiệu theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ là Kч 33-8)  có nghĩa là: gang dẻo có độ bền kéo là 33Kg/mm2, độ giãn dài tương đối là 8%.

• TC SAE (Tiêu chuẩn Mỹ): Có các mác: M3210, M4504, M5003, M7002, M8501 trong đó hai chữ số đầu chỉ  (min) theo đơn vị ksi, hai chữ số sau chỉ (min) theo %.

• TC ASTM: Có các mác: 32510, 35018, 40010,… Trong đó ba  số đầu chỉ .  (min) theo MPa, hai chữ số sau chỉ (min) theo %.

• TC JIS (Tiêu chuẩn nhật) có các mác: FCMB270, FCMB340, FCMB360, FCMW330, FCMW370, trong đó số chỉ  (min) theo Mpa.

 b.Tổ chức tế vi

Khi ta ủ gang trắng xementit của gang trắng sẽ phân hóa thành graphit, graphit 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.

***Quy trình chế tạo gang dẻo gồm có hai bước:

• Đúc chi tiết bằng gang trắng.

• Ủ vật đúc ở nhiệt độ 900 - 10000C trong khỏang thời gian 70 - 100 giờ. Ta sẽ có gang dẻo

c.Tính chất gang dẻo

Lượng graphit trong gang dẻo ít hơn các loại gang khác nên cơ tính của gang dẻo đạt được độ bền kéo tương đối cao và đặc biệt là có độ dẻo độ dai cao.

d.Ứng dụng gan dẻo

Tìm hiểu về các ứng dụng của gang dẻo trong đời sống hiện nay cùng chúng tôi sau đây:

• Trong các chi chiết máy trong nông nghiệp, ô tô, máy dệt, máy kéo, máy xúc…

• Trong chế tạo thân van bi, van cầu, van cổng, van bướm, van dao, van điều khiển khí nen và van điều khiển điện…

• Trong các đường ống nước, bánh răng, tấm ly hợp, xy lanh thủy lực.

XIN CẢM ƠN QUÝ KHÁCH ĐÃ LẮNG NGHE BÀI VIẾT CỦA CHÚNG TÔI

Xem thêm các loại van làm bằng gang, tại đây

{{{{{{{{{{ VAN CÔNG NGHIỆP }}}}}}}}}}