ên cạnh các kim loại đen như sắt, thép, inox thì gang cũng là một nguyên liệu phổ biến trong ngành đúc cơ khí. Đúc gang cơ khí rất phát triển, nhất tại các thành phố cảng biển và công nghiệp như Hải Phòng. Đúc gang sản xuất ra chi tiết, thiết bị máy móc phục vụ trực tiếp cho các nhà máy, công xưởng, bến tàu,…
Ở bài viết dưới đây, Cơ Khí Thành Phương sẽ giới thiệu tới bạn đọc 4 loại vật liệu gang được sử dụng nhiều nhất trong ngành đúc gang cơ khí. Mỗi loại gang có đặc điểm và tính ứng dụng riêng.
1. Giới thiệu chung về gang đúc
1.1. Khái niệm về gang đúc
Gang (tên tiếng anh là cast iron) là hợp kim của sắt với hàm lượng cacbon lớn hơn 2%, cùng một lượng nhỏ các nguyên tố khác như S, P, Si, Mn…
Gang xuất hiện từ Thế kỷ V TCN, được ứng dụng để chế tạo vũ khí cũng như các dụng cụ nông nghiệp. Kể từ đó gang trở thành một kim loại đen ngày càng phổ biến. Có 1 số loại gang khác nhau, mỗi loại lại có tính chất khác nhau, tạo nên tính “duy nhất” của loại gang đó.
1.2. Tính chất của gang đúc
Gang có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 1150 đến 1200°C. Gang được đánh giá có khả năng chịu nén tốt, chống mài mòn cao.
Ngoại trừ gang dẻo, các loại gang khác nhìn chung thuộc dạng kim loại giòn, không thích hợp gia công giòn. Tuy nhiên gang rất dễ nấu luyện, có tính đúc cao hơn thép. Chính hàm lượng cacbon và thành phần silic đã tạo cho gang có khả năng đúc tuyệt vời.
Gang là vật liệu được sử dụng phổ biến trong gia công đúc cơ khí. Nhất là để làm các chi tiết máy móc có hình dạng phức tạp như: bánh đà (Puly), bánh đai, bánh răng, trục cán, van cổng,…
2. Bốn loại gang được sử dụng trong đúc gang cơ khí
Bằng cách sử dụng các kỹ thuật gia công và xử lý nhiệt khác nhau, chúng ta có 4 loại gang đúc phổ biến: gang xám, gang trắng, gang cầu, gang dẻo.
Dưới đây là bảng thành phần các nguyên tố chính trong 4 loại gang:
| Loại gang | Cacbon (%) | Silic (%) | Mangan (%) | Lưu huỳnh (%) | Photpho (%) |
| Gang xám | 2.5 – 4.0 | 1.0 – 3.0 | 0.2 – 1.0 | 0.02 – 0.25 | 0.02 – 1.0 |
| Gang trắng | 1.8 – 3.6 | 0.5 – 1.9 | 0.25 – 0.8 | 0.06 – 0.2 | 0.06 – 0.2 |
| Gang cầu | 3.0 – 4.0 | 1.8 – 2.8 | 0.1 – 1.0 | 0.01 – 0.03 | 0.01 – 0.1 |
| Gang dẻo | 2.0 – 2.9 | 0.9 – 1.9 | 0.15 – 1.2 | 0.02 – 0.2 | 0.02 – 0.2 |
Thành phần hợp kim trong gang ảnh hưởng đến đường nét vết nứt khi gang bị gãy. Ví dụ gang trắng sẽ có các vết nứt đi thẳng. Gang xám có các mảnh than chì nên làm lệch vết nứt khi đi qua và tạo thành vô số vết nứt mới.
=> Hãy cùng tiếp tục tìm hiểu chi tiết về từng loại gang.
2.1. Gang xám (grey iron)
Đây là loại gang phổ biến nhất hiện nay, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đúc cơ khí.
Hình ảnh gang xám thực tế
Theo TCVN 1659-75, các mác gang xám thông dụng là: GX00; GX12-28; GX15-32; GX18-38; GX21-40; GX24-44,…
Theo tiêu chuẩn nhật JIS có các mác gang đúc: FC100, FC150, FC200, FC250, FC300,…
Đặc điểm, tính chất
Gang xám có cấu trúc tinh thể cacbon là graphit dạng tấm, nền là pherit, peclit pherit hoặc peclit. Gang xám được đặc trưng bởi hình dạng vảy của phân tử graphit. Gang xám bị gãy sẽ nứt dọc theo các mảnh graphit. Các vết nứt mở ra để lộ than chì màu xám dưới bề mặt. Đây cũng là nguồn gốc của tên gọi gang xám.
Các vết nứt trên gang xám
Gang xám có giá thành rẻ, dễ gia công hơn các loại gang khác (nhiệt độ nóng chảy thấp khoảng 1350°C), không đòi hỏi khắt khe về tạp chất. Tuy nhiên khi làm nguội nhanh, gang xám bị biến trắng, khó gia công bằng máy móc cơ khí.
Ứng dụng thực tế
Do chịu ma sát tốt nên phôi gang thích hợp với các chi tiết cần bôi trơn có chứa dầu nhớt. Điển hình nhất là dùng chế tạo các ổ bi, ổ trượt, bánh răng,…
Ngày nay gang xám được ứng dụng trong các ngành chế tạo máy, đúc cơ khí băng máy lớn có độ phức tạp cao, các chi tiết cần chịu lực nén tốt nhưng không cần chịu độ uốn lớn. Ví dụ như băng máy công cụ (tiện, phay, bào…), thân máy động cơ đốt trong,…
2.2. Gang trắng (white iron)
Gang trắng không phổ biến như gang xám. Tên gọi của loại gang này xuất phát từ màu trắng nhạt của xi măng (kết quả của các hợp chất sắt) bên dưới bề mặt gang. Khi cắt gang trắng, mặt đứt gãy nhiều vết nứt nhỏ có màu trắng, không có than chì như gang xám.
Hình ảnh thực tế của gang trắng
Gang trắng được dùng chế tạo đúc các chi tiết máy, chi tiết cơ khí có tính chống mài mòn cao như bi nghiền, trục cán. Ngoài ra gang trắng cũng được ứng dụng làm lớp lót vòi phun, vỏ máy bơm, cánh khuấy trộn, khuôn dập, tấm lót máy nghiền,…
2.4. Gang cầu (ductile iron/nodular iron)
Mác gang cầu thông dụng
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1659-75, ký hiệu gang bắt đầu bằng 2 chữ GC, ví dụ như GC45-15.
Theo tiêu chuẩn của Nhật JIS có các mác như: FCD370, FCD400, FCD450, FCD500, FCD600,…
Đặc điểm, tính chất
Gang cầu có tổ chức tế vi như gang xám, nhưng graphit có dạng thu nhỏ hình cầu. Người ta bổ sung magie vào hợp kim, làm cho than chì hình thành dạng cầu thay vì các mảnh sắt xám.
Bề mặt gang cầu
Các hợp chất như magie ức chế tốc độ phát triển của than chì, giữ cho kim loại mềm và dễ uốn. Ngoài ra gang cầu có độ bền cao là do graphit ở dạng cầu. Đây cũng là lý do giúp gang cầu có độ bền kéo và độ dẻo cao hơn gang xám nhiều.
Gang cầu vừa có tính chất của thép, vừa có tính chất của gang. Độ cứng và độ bền có thể được gia tăng nếu được nhiệt luyện. Trong một số trường hợp, người ta có thể dùng gang cầu thay thế thép để tiết kiệm chi phí.
Ứng dụng thực tế
Như đã đề cập, gang cầu được sử dụng ngày càng nhiều để thay thế thép. Nhất trong trường hợp cần gia công đúc các chi tiết có hình dạng phức tạp nhưng cần giảm thiểu chi phí nguyên liệu. Điển hình nhất là đúc gang chi tiết cơ khí, chi tiết máy chịu tải trọng cao, chịu kéo, va đập như trục khuỷu, trục cán, con lăn, bánh răng…
Phôi đúc con găn gai – 1 sản phẩm đúc gang cầu tại Cơ khí Quốc Dương
2.4. Gang dẻo (malleable iron)
Gang dẻo thường được tạo ra bằng quá trình xử lý nhiệt trên gang trắng. Quá trình nung nóng và làm lạnh kéo dài dẫn đến sự phân hủy các phân tử cacbon, giải phóng phân tử graphit tự do vào sắt. Từ đó tạo ra một loại gang dễ uốn cong có cấu trúc vi tinh thể.
Khi ủ gang trắng, xementit của gang trắng phân hóa thành graphit. Sau khi làm nguội chậm ta có gang dẻo (hay gang rèn).
Cấu trúc tế vi của gang dẻo
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1659-75, ký hiệu gang dẻo bắt đầu bằng 2 chữ cái GZ. Ví dụ như GZ33-8.
Theo tiêu chuẩn của Nhật JIS có các mác: FCMB270, FCMB340, FCMB360,…
Đặc điểm, tính chất
Lượng graphit trong gang dẻo ít hơn các loại gang khác. Do đó dễ uốn, độ dẻo dai, độ bền kéo của gang dẻo tương đối cao (thấp hơn gang cầu nhưng cao hơn gang xám).
Gang dẻo có điểm nóng chảy thấp, độ chảy loãng cao, tính đúc tốt, dễ gia công.
Ứng dụng thực tế
Gang dẻo ít được sử dụng hơn gang xám. Nguyên nhân do công nghệ chế tạo phức tạp khiến gang dẻo có giá thành cao hơn nhiều gang xám. Gang dẻo chỉ được sử dụng khi chế tạo các chi tiết có khả năng chịu va đập – chịu kéo, hình dạng phức tạp, thành mỏng (không quá 50mm). Điển hình là các chi tiết trong máy nông nghiệp, máy kéo, máy dệt,…
Gia công đúc gang deo chi tiết máy
Lời kết: Hy vọng bài viết trên đây đã giúp bạn đọc có thêm nhiều kiến thức hữu ích về các loại gang đúc cơ khí.
