Lượt xem: 833

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.

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.

Mác gang xám thông dụng

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.

Gang xám không dẻo như các loại gang khác, độ bền kéo cũng thấp hơn. Do graphit có độ bền cơ học kém nên gang xám giòn. Tuy nhiên gang xám có độ bền nén ngang thép và đặc tính chống mài mòn cao, giảm độ co ngót khi đúc cơ khí.

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. 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.

Gang trắng không có ký hiệu mác gang. Cấu trúc vi tinh thể xi măng cứng và giòn với cường độ nén cao, khả năng chống mài mòn tốt. Do đó gang trắng chỉ phù hợp dùng làm vật liệu đúc.

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,…

3. 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 ngoài gang cầu cũng có màu xám tối như gang xám, rất khó để phân biệt. Tuy nhiên người có kinh nghiệm dựa vào dấu hiệu co ngót ở sản phẩm đúc gang cầu, hay tiếng kêu phát ra khi gõ vào sản phẩm mà phân biệt được.

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…

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).

Mác gang dẻo thông dụng

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,…