Tất tần tật những điều bạn cần biết về gang

Gang là hợp kim Fe-C với hàm lượng cacbon lớn hơn 2%. Tuy nhiên trong gang còn nhiều nguyên tố phải kiểm soát như: Si, Mn, P và S. Các loại Gang thông dụng thường chứa: 2.0-4.0% C; 0.4-3.5% Si; 0.2-1.5% Mn; 0.04-0.65% P; 0.02-0.15% S.

Gang là loại vật liệu dùng khá phổ biến trong các ngành cơ khí. Gang có tính đúc khá tốt nhưng lại rất khó hàn do có độ chảy loãng cao và độ dẻo thấp.
Tùy theo tổ chức tế vi và thành phần hóa học mà người ta chia gang thành gang trắng và gang có graphit.

Gang trắng: là loại gang có tổ chức tế vi tương ứng với giản đồ pha Fe-C, toàn bộ cacbon của nó nằm dưới dạng liên kết với sắt trong tổ chức xêmentit. Mặt gãy của nó có màu sáng trắng đó là màu của xêmentit.

Gang trắng có đặc tính cứng, giòn, tính cắt gọt kém. Hầu hết chỉ dùng gang trắng chứa 3% - 3,5% cacbon vì nhiều C gang sẽ rất giòn. Gang trắng chỉ hình thành khi hàm lượng C và Mn thích hợp và với điều kiện làm nguội nhanh ở vật đúc thành mỏng, nhỏ. Gang trắng hầu như không được sử dụng trong sản xuất cơ khí, chủ yếu dùng để luyện thép.

Các loại gang có graphit: là loại gang mà phần lớn hay toàn bộ cacbon của chúng nằm dưới dạng tự do graphit nên mặt gãy của nó có màu xám (màu của graphit).

Tuỳ theo dạng graphit trong gang mà gang có graphit được phân thành các loại:

    Gang xám
    Gang xám biến trắng
    Gang cầu
    Gang dẻo

Gang xám: Graphit của gang xám ở dạng tấm, phiến, chuỗi… Mặt gãy của nó có màu xám đó là màu của graphit. Đây là loại gang phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật.

Gang xám có giá thành rẻ và khá dễ nấu luyện, có nhiệt độ nóng chảy thấp (1350°C) và không đòi hỏi khắt khe về tạp chất. Gang xám có tính đúc tốt và khả năng tắt âm cao, do tổ chức xốp nên cũng là ưu điểm cho các vật liệu cần bôi trơn có chứa dầu nhớt. Tuy vậy, gang xám giòn, khả năng chống uốn kém, không thể rèn được. Khi làm nguội nhanh trong khuôn, gang bị biến trắng rất khó gia công cơ khí.

Do những đặc tính trên, gang xám được sử dụng nhiều trong ngành chế tạo máy, đúc các băng máy lớn, có độ phức tạp cao, các chi tiết không cần chịu độ uốn lớn, nhưng cần chịu lực nén tốt. Trong một số thiết bị, gang xám được sử dụng đến >70% tổng trọng lượng. Các băng máy công cụ (tiện, phay, bào,...), thân máy của động cơ đốt trong... cũng được sản xuất từ gang xám.

Gang xám biến trắng: Trong sản xuất cơ khí hầu như không dùng gang trắng, tuy nhiên trong một số trường hợp để sản xuất bi nghiền, trục nghiền, trục xay xát ta sử dụng gang xám biến trắng. Loại gang này có bề mặt bị biến thành gang trắng với chiều dày nhất định có độ cứng cao và tính chống mài mòn lớn. Chế tạo gang xám biến trắng bằng cách đúc gang xám trong khuôn kim loại, lớp bề mặt nguội nhanh sẽ biến thành gang trắng.

Gang cầu là loại gang có tổ chức graphit thu gọn nhất ở dạng quả cầu, do đó gang cầu có độ bền cao nhất trong các loại gang có graphit. Graphit dạng cầu nhờ biến tính bằng các nguyên tố Mg, Ce và các nguyên tố đất hiếm. Gang cầu bề ngoài cũng có màu xám tối như gang xám. Nên khi nhìn bề ngoài không thể phân biệt hai loại gang này.

Thành phần hóa học gang cầu dao động như sau: 3-3.6% C, 2-3% Si, 0.2-1% Mn, 0.04-0.08% Mg, ít hơn 0.015% P, ít hơn 0.03% S. Gang cầu có độ dẻo dai cao, đặc biệt sau khi nhiệt luyện thích hợp.

Lượng cacbon và silic phải cao để đảm bảo khả năng than chì hóa (%C + %Si) đạt tới 5%-6%. Các nguyên tố cản trở cầu hóa như Ti, Al, Sn, Pb, Zn, Bi và đặc biệt là S không có hoặc hàm lượng không đáng kể (

Tổ chức tế vi của gang cầu cũng giống gang xám song chỉ khác là graphit của nó có dạng thu gọn nhất hình cầu. Chính điều này quyết định độ bền kéo rất cao của gang cầu so với gang xám. Khác với gang xám, than chì dạng cầu ở đây được tạo thành nhờ biến tính đặc biệt gang xám lỏng.

Gang cầu được sử dụng để sản xuất các chi tiết chịu lực lớn và chịu tải trọng va đập, mài mòn như trục khuỷu, cam, bánh răng…. Do giá thành thấp nên gang cầu được dùng nhiều để thay thế thép và gang dẻo.

Việc sử dụng gang cầu vào công nghiệp như van gang Hàn Quốc  rất có hiệu quả, ví dụ giá 1 tấn vật đúc loại gang này rẻ hơn vật đúc bằng thép hợp kim từ 30-35%, rẻ hơn loại vật đúc bằng hợp kim màu 3 đến 4 lần và rẻ hơn loại phôi thép rèn tử 2 đến 3 lần.

Gang dẻo là loại gang trắng được ủ trong thời gian dài (đến vài ngày) ở nhiệt độ từ 850 – 1050⁰C để tạo thành một loại gang có tính dẻo cao. Đây là vật liệu có độ bền cao lại kế thừa được những tính chất tốt vốn có của gang, thậm chí có thể thay thế cho thép trong rất nhiều ứng dụng mà các loại gang khác thể đáp ứng.

Gang dẻo có các đặc tính điểm nóng chảy thấp, độ chảy loãng tốt, tính đúc tốt, dễ gia công, có khả năng chịu mài mòn, nên giá thành gia công rất thấp, do đó gang dẻo được sử dụng trong rất nhiều chi tiết, lĩnh vực khác nhau.

Ứng dụng: Gang dẻo thường được dùng làm các chi tiết đồng thời đòi hỏi ba yêu cầu sau:

    Hình dáng phức tạp
    Chịu va đập
    Tiết diện mỏng (thường là 20-30mm, dày nhất là 40-50mm)