Xin chào các bạn !

Gang là một vật liệu phổ biến và thường dùng trong nền công nghiệp cơ khí .Gang thường sử dụng rất 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. Các băng máy công cụ (tiện, phay, bào,…), thân máy của động cơ đốt trong… cũng được sản xuất từ gang . Vậy bài viết này cùng cokhithanhduy tìm hiểu về gang và các loại gang thường dùng nhé !

1.  Gang là gì ? Phân loại gang :

Gang là hợp kim của sắt và cacbon cùng một số nguyên tố khác như: Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Mo, Mg, Cu... hàm lượng cacbon trong gang lớn hơn 2,14% .

a. Phân loại

Gang được chia làm 2 nhóm:

-   Gang trắng: là hợp kim Fe - C trong đó cacbon có thành phần lớn hơn 2,14% và các tạp chất Mn, Si, P, S… Tổ chức của gang tương ứng với giản đồ trạng thái Fe - Fe3C. Về mặt tổ chức gang trắng chia làm ba loại:

+  Gang trắng trước cùng tinh %C ≤ 4,3%.

+  Gang trắng cùng tinh %C = 4,3%.

+  Gang trắng sau cùng tinh %C ≥ 4,3%.

-   Gang Graphit: là hợp kim Fe - C trong đó Cacbon có thành phần lớn hơn 2,14% và các tạp chất Mn, Si, P, S… Tổ chức của gang phần lớn cacbon ở dạng tự do graphit, rất ít hoặc không có Fe3C. Nhóm gang graphit về mặt tổ chức cũng chia làm 3 loại:

+ Gang xám: graphit dạng tấm là dạng tự nhiên của gang graphit.

+ Gang cầu: graphit dạng cầu là dạng được cầu hóa khi đúc.

+ Gang dẻo: graphit dạng cụm bông, đã được ủ “graphit hóa” từ gang trắng.

 

b. Tính chất chung

Gang nói chung có tính đúc tốt và độ chảy loãng cao, độ co ngót ít, dễ điền đầy vào khuôn. Gang là vật liệu  chịu nén rất tốt, chịu tải trọng tĩnh khá tốt và chịu mài mòn tốt. Tuy nhiên gang có tính dòn, chịu va đập kém. Do vậy gang được sử dụng trong gia công đúc để làm các chi tiết có hình dáng phức tạp như: vỏ máy, thân máy, bánh đai, bánh đà, trục khuỷu, trục cán, ổ trượt, bánh răng …

2. Các loại gang thường dùng :

2.1: Gang trắng

a. Ký hiệu và thành phần

Hầu hết chỉ dùng gang trắng chứa 3% - 3,5% cacbon vì nhiều C gang sẽ dòn, mặt gãy các chi tiết bằng gang trắng có màu sáng tắng nên gọi là gang trắng. 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 không có ký hiệu.

b. Tính chất

Gang trắng cứng và giòn, tính cắt gọt kém nên chỉ dùng ở làm vật liệu đúc.

c.  Tổ chức tế vi

Là loại gang mà hầu hết cacbon ở dạng liên kết Fe3C (xementit).

d. Công dụng

Nó chỉ dùng để chế tạo gang rèn (gang dẻo) , luyện thép hoặc các chi tiết máy cần tính chống mài mòn cao như bi nghiền, trục cán.

2.2: Gang xám

a. Ký hiệu và thành phần

Ký hiệu

-   Theo tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam 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).

-   Theo tiêu chuẩn của Mỹ:

      + Theo chuẩn SAE J431 có các mác: G1800, G2500, G3000, G3500, G4000 trong đó các số chỉ . Ví dụ G3000 là gang xám có  hay 30ksi.

      + Theo tiêu chuẩn 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 .

-   Theo tiêu chuẩn của Nhật JIS 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 .

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.

b. Tổ chức tế vi

Là loại gang mà hầu hết cacbon ở dạng graphit hình tấm. Vì có graphit nên mặt gãy có màu xám.

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

Do hình dạng và tính chất cơ học của graphit (có độ bền cơ học kém) do đó gang xám có độ bền kéo, độ dẻo và độ dai thấp, độ bền 35 - 40 Kg/mm2, độ cứng 150 - 250 HB. Tuy nhiên graphit có ưu điểm làm tăng độ chịu mòn của gang, có tác dụng như chất bôi trơn, làm cho phoi gang dễ bị vụn khi cắt gọt, khử rung động, làm giảm độ co ngót khi đúc.

d. Công dụng

Gang xám thường được dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng nhỏ và ít bị va đập như: thân máy, bệ máy, ống nước,… do chịu ma sát tốt nên đôi khi gang xám dùng để chế tạo các ổ trượt và bánh răng.

Các mác GX12 - 28, GX15 -32 có độ bền không cao dùng để làm vỏ hộp, nắp che (không chịu lực).

Các mác GX21 - 40, GX28 - 48 có độ bền cao hơn, dùng làm bánh đà, thân máy.

Các mác GX36 - 56, GX40 - 60 có độ bền cao, dùng làm vỏ xi lanh, bánh răng chữ V, trục chính…

2.3: Gang cầu

a.  Ký hiệu và thành phần

Ký hiệu: tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam TCVN 1659 - 75 ký hiệu gang cầu gồm 2 phần, các chữ cái chỉ loại gang: GC và hai số tiếp theo chỉ độ bền kéo và độ độ giãn dài tương đối.

Ví dụ: GC45-15 (ký hiệu theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ là Bч 45-15)  có nghĩa là: gang cầu có giới hạn bền kéo là 45Kg/mm2, độ giãn dài tương đối là 15%.

-   Theo tiêu chuẩn của Mỹ:

      + Theo chuẩn SAE có các mác: D4018, D4512, D5506, D7003 trong đó hai chữ số đầu chỉ  theo đơn vị ksi, hai chữ số sau chỉ  theo %. Ví dụ D4018 là gang cầu có  và .

      + Theo tiêu chuẩn ASTM ta 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 .

-   Theo tiêu chuẩn của Nhật 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:

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

Gang cầu có tổ chức tế vi như gang xám (peclit - ferit, peclit), nhưng graphit có dạng thu nhỏ thành hình cầu.

c.  Tính chất

Vì graphit trong gang ở dạng cầu nên gang cầu có độ bền cao hơn gang xám nhiều, đặc biệt có độ dẻo đảm bảo. Gang cầu vừa có tính chất của thép (tương đương với các mác thép thông thường như C20 - C45) vừa có tính chất của gang. Độ cứng và độ bền của gang cầu có thể tăng cao hơn nữa nếu được nhiệt luyện.

Để có tổ chức gang cầu, phải nấu chảy gang xám và dùng phương pháp biến tính đặc biệt gọi là cầu hóa để tạo graphit hình cầu.

d.  Công dụng

Do có nhiều ưu điểm về cơ tính nên gang cầu được sử dụng ngày càng nhiều để thay thế cho thép trong trường hợp chi tiết có hình dáng phức tạp, đặc biệt là trục khuỷu các động cơ nhẹ. Do đó giảm được hao phí nguyên vật liệu mà vẫn đảm bảo được điều kiện làm việc.

Gang cầu dùng để chế tạo các chi tiết máy trung bình và lớn, hình dạng phức tạp, chịu tải trọng cao, chịu kéo và va đập như các loại trục khuỷu, trục cán…

2.4: Gang dẻo

a. Ký hiệu và thành phần

Ký hiệu: tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam 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%.

-       Theo tiêu chuẩn của Mỹ:

      + Theo chuẩn SAE 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 %.

      + Theo tiêu chuẩn ASTM ta có các mác: 32510, 35018, 40010,… Trong đó ba  số đầu chỉ .  (min) theo MPa, hai chữ số sau chỉ (min) theo %.

-       Theo tiêu chuẩn của Nhật JIS có các mác: FCMB270, FCMB340, FCMB360, FCMW330, FCMW370, trong đó số chỉ  (min) theo Mpa.

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

b. Tổ chức tế vi

Khi 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 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

Thành phần C không cao nên graphit của nó ít và hơn nữa lại tập trung từng cụm nên những ảnh hưởng xấu của nó đến cơ tính rất ít. 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 (thấp hơn gang cầu nhưng cao hơn nhiều so với gang xám) đặc biệt là có độ dẻo độ dai cao.

d. Công dụng

Gang dẻo ít sử dụng hơn gang xám mặc dù có cơ tính tổng hợp cao, tuy nhiên giá thành gang dẻo khá cao so với gang xám vì công nghệ chế tạo nó phức tạp. Chính vì lý do trên mà gang dẻo chỉ dùng làm vật liệu chế tạo chi tiết máy khi thỏa mãn 3 điều kiện sử dụng sau:

-          Chịu va đập và chịu kéo.

-          Hình dáng phức tạp.

-          Chi tiết có dạng thành mỏng (thường là 20 - 30mm, dày nhất là 40 - 50mm).

Gang dẻo được dùng làm các chi tiết máy trong các máy nông nghiệp, ô tô, máy kéo, máy dệt…

Trên đây là tổng quan về Gang và các loại gang thường dùng. Hy vọng qua bài viết của mình các bạn sẽ biết thêm về Gang và các loại gang thường dùng. Các bạn nếu có thắc mắc hay cần thêm thông tin gì có thể comment dưới bài viết. Nếu bạn nào có đóng ghóp hay những kinh nghiệm về cơ khí, cơ điện tử cần chia sẻ tới mọi người xin gửi về email : cokhithanhduy@gmail.com.
Hẹn gặp các bạn ở các bài viết sau, và đừng quên để lại một like để ủng hộ cokhithanhduy nhé !

Vật liệu cơ khí và công nghệ kim loại.

Tuấn Anh.

Tuan AnhKiến thức cơ khíCác loại gang thường dùng,Gang,Phân loại gang,Ứng dụng của gang
Xin chào các bạn ! Gang là một vật liệu phổ biến và thường dùng trong nền công nghiệp cơ khí .Gang thường sử dụng rất nhiều trong ngành chế tạo máy, đúc các băng máy lớn, có độ phức tạp cao, các chi tiết không cần chịu độ uốn...