Tổng Quan Về Các Loại Gang - Nhiệt Luyện

Lưu ý trước khi đọc tiếp: Đây là bài viết thuộc bản quyền của trang nhietluyen.vn và nhietluyen.com. Mong các bạn sử dụng bài viết ghi rõ nguồn, hoặc lưu tới trang của chúng tôi.

Định nghĩa về gang: Gang là hợp kim của sắt (Fe) và một số nguyên tố hóa học khác như C, Si, Mn,… trong đó Fe chiếm thành phần chủ yếu, chiếm hơn 95% trọng lượng, carbon từ 2,1–4,3% trọng lượng và silic chiếm từ 1–3%. Gang với thành phần hóa học gần điểm cùng tinh có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 1150–1200oC, thấp hơn 300oC so với sắt nguyên chất. Tùy theo dạng graphit trong gang, gang được chia thành 4 loại cơ bản sau: gang trắng, gang xám, gang dẻo, gang cầu.

Tổ chức của gang thu được theo lý thuyết theo giản đồ pha Fe-C:

Chúng tôi có các bài viết chuyên sâu về các loại Gang, nếu bạn muốn tìm hiểu sâu về các mác gang và ứng dụng của chúng:

1. Giới thiệu về gang cầu
2. Nghiên cứu nhiệt luyện gang cầu
3. Nghiên cứu ứng dụng gang crom cao
4. Ứng dụng gang crom cao chế tạo cánh bắn bi

Tổ chức tế vi theo phân loại của Gang:

Gang trắng là loại gang cứng và giòn được dùng để luyện thép và gang biến trắng là loại gang có carbon tồn tại ở dạng Fe3C, được hình thành do việc gang xám bị làm nguội nhanh khiến gang bị biến trắng trở nên rất giòn và khó gia công cơ khí.

Gang xám: là loại gang có nguyên tố carbon chủ yếu tồn tại ở dạng graphit tấm với nền graphit bố trí theo mạch thẳng. Mặt gãy của gang có màu xám là đặc trưng của ferit và graphit tự do. Gang xám dễ nấu luyện, có nhiệt độ nóng chảy thấp (1350oC) và không đòi hỏi khắt khe về kỹ thuật nấu luyện và thành phần trong gang, nhưng gang xám dòn, khả năng chịu tải và chịu uốn nén kém.

Gang dẻo: là loại gang có graphit ở dạng quả bông được chế tạo bằng cách ủ gang trắng trong một thời gian dài (khoảng vài ngày) ở nhiệt độ từ 850–1050oC để tạo thành một loại gang có tính dẻo cao. Đây là loại gang có độ bền cao, được kế thừa những tính chất tốt vốn có của gang và được sử dụng để sản xuất các sản phẩm cần có sự mềm đi của bề mặt của sản phẩm đúc để dễ dàng trong việc gia công cơ khí. Tuy nhiên, gang dẻo cũng có nhược điểm do giá thành sản xuất gang dẻo cao, khả năng chịu nén kém.

Gang cầu: là loại gang có độ bền cao có graphit ở dạng cầu nhờ biến tính bằng các nguyên tố Mg, Ce và các nguyên tố đất hiếm. Sau khi biến tính cầu hoá, gang lỏng còn được biến tính lần hai bằng các nguyên tố graphit hoá như FeSi, CaSi để chống biến trắng cho gang. Nhờ các chất biến tính mà gang lỏng trở nên sạch các tạp chất như S và các loại khí, làm tăng tốc độ quá nguội cho gang và tạo cho graphit phát triển chủ yếu theo hướng thẳng góc với bề mặt cơ sở của tinh thể graphit. Do đó graphit kết tinh thành hình cầu.

Tổ chức tế vi của gang cầu cũng giống như gang xám song chỉ khác là graphit của nó có dạng thu gọn nhất hình quả cầu bao gồm ba loại nền kim loại: ferit, ferit–peclit và peclit. Chính điều này quyết định độ bền kéo rất cao của gang cầu so với gang xám. Gang cầu là loại gang có độ bền cao nhất trong các loại gang, bề ngoài của gang cầu cũng có màu xám tối như gang xám nên khi nhìn bề ngoài thì khó phân biệt hai loại gang này với nhau. Tuy nhiên, ta có thể phân biệt gang cầu và gang xám qua dấu hiệu co ngót ở sản phẩm gang cầu hoặc bằng cách gõ vào sản phẩm, sản phẩm gang cầu sẽ có tiếng kêu trong và thanh, còn sản phẩm gang xám sẽ có tiếng kêu đục và trầm.

Trong các loại gang nêu trên, gang cầu là loại gang có độ bền cao nhất do graphit ở dạng thu gọn nhất (quả cầu tròn), ít chia cắt nền kim loại nhất, hầu như không có đầu nhọn để tập trung ứng suất, nên nó làm giảm rất ít cơ tính của nền, vì vậy gang cầu duy trì được 70–90% độ bền của nền kim loại, tức không thua kém thép bao nhiêu và có thể thay thế được cho thép trong một vài trường hợp. .

Về thành phần hóa học, hàm lượng C và Si phải cao để đảm bảo tổng thành phần hoá học (%C+ %Si) đạt tới 5– 6%. Hàm lượng Si cũng không nên quá cao (nhỏ hơn 3%) để khỏi ảnh hưởng đến độ dẻo dai của gang. Không có hoặc không đáng kể (<0,1–0,01%) các nguyên tố cản trở cầu hoá như titan(Ti), nhôm (Al), thiếc (Sn), chì (Pb), zirconi (Zr), bismut (Bi) và đặc biệt là lưu huỳnh (S). Hàm lượng S sau biến tính cầu hoá bằng magie (Mg) phải nhỏ hơn 0,03% thì gang nhận được có dạng graphit cầu và hạn chế tạp chất do MgS tạo ra sẽ làm giảm tính chất cơ học của gang. Hàm lượng mangan (Mn) chọn tuỳ thuộc vào loại gang cầu, với gang cầu ferit ở trạng thái đúc, Mn nhỏ hơn 0,2%. Ở gang cầu peclit chúng có thể lên tới 1%. Lượng phốt pho (P) càng ít càng tốt vì P làm giảm tính dẻo dai của gang cầu. Trong thành phần gang cầu cần có một lượng nhỏ các chất biến tính Mg (0,04–0,08%) hoặc xeri (Ce). Có các nguyên tố nâng cao cơ tính như niken (Ni) (2%), Mn (1%). Quá trình cầu hóa diễn ra chủ yếu là nhờ có các nguyên tố đất hiếm là Mg và Ce.

Tài liệu tham khảo: 

ASTM hand book vol 4