1. Gang là gì? Cấu tạo của gang

1.1. Gang là gì?

Trong tiếng Anh, gang còn có tên khác là Cast iron, đây là một hợp kim của Cacbon, Sắt, cùng với một số nguyên tố khác như Mn, Si, S, P và Cacbon là chất chứa hàm lượng lớn nhất, từ 2 đến 5%.

Màu sắc chủ đạo của gang là xám, có nhiệt độ nóng chảy cao, đặc tính giòn và chống ăn mòn rất tốt. Gang được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như nông nghiệp, công nghiệp, dân dụng, hay sản xuất các loại van công nghiệp như van một chiều, van bi, van cổng…

Tính chất của gang là một dạng hợp kim giòn, khi hợp kim đông đặc có hình thù dạng tấm.

1.2. Gang có cấu tạo ra sao?

1.2.1. Cacbon (C)

Trong gang có chứa thành phần Cacbon nhiều nhất, khoảng 2 đến 5%, tính dẫn nhiệt của gang càng giảm và gang càng dẻo khi hàm lượng Cacbon càng cao. Các loại gang khác nhau cũng ảnh hưởng bởi sự tồn tại của nguyên tố Cacbon trong hợp chất. Cụ thể hơn, Cacbon trong gang tồn tại ở dạng tự do thì là gang xám, ở dạng hợp chất hóa học xementit thì là gang trắng.

1.2.2. Sắt (Fe)

Ngoài Cacbon, Sắt là nguyên tố quan trọng không kém để tạo thành gang, và dựa theo trọng lượng chiếm hơn 95%. Sắt giúp gang có tính uốn dẻo tốt, độ bền cao, có khả năng chống chịu môi trường có điều kiện khắc nghiệt. Độ bền và khả năng chống va đập của gang càng cao thì hàm lượng Sắt càng cao.

1.2.3. Silic (Si)

Trong cấu trúc tinh thể của gang, Silic là nguyên tố ảnh hưởng nhiều nhất vì nó chiếm 1,5 đến 3% trong cấu tạo và có vai trò thúc đẩy quá trình graphit hóa. Tính mài mòn và độ chảy loãng của gang càng cao trong các điều kiện môi trường nếu thành phần cấu tạo chứa hàm lượng Silic cao.

1.2.4. Mangan (Mn)

Trong gang xám, hàm lượng Mangan chiếm không quá 1,3% và hàm lượng trong gang trắng chiếm 2 đến 2,5%. Mangan có vai trò ngăn cản quá trình graphit hóa và giúp tạo thành gang trắng, ngoài ra còn giúp giảm bớt phần nào tác hại của lưu huỳnh, tăng độ bền và khả năng chịu mài mòn.

1.2.5. Photpho (P)

Trong cấu tạo gang, Photpho đóng vai trò như một con dao 2 lưỡi, chiếm số lượng trong gang khoảng 1,2% hoặc chỉ chiếm hàm lượng không quá 0,1% tùy loại. Photpho có tác dụng giúp gang tăng tính chảy loãng để tạo hình hay đúc tượng dễ dàng. Còn nhược điểm của chất này là tăng độ giòn, giảm độ bền của gang, dễ gây gãy, nứt ở nhiệt độ cao.

1.2.6. Lưu huỳnh (S)

Trong gang, lưu huỳnh chiếm hàm lượng không quá 0,1% trong thành phần vì là chất có hại, khiến quá trình graphit hóa bị cản trở. Bên cạnh đó, độ bền của gang cũng giảm, giảm tính đúc và tính chảy loãng. Nếu kết hợp Sắt với lưu huỳnh còn gây nên tình trạng nứt, hãy, bở nóng.

2. Tính chất của gang là gì?

Về cơ bản, tính chất của gang như sau:

- Nhiệt độ nóng chảy của gang từ 1150 đến 1200 độ C, so với Sắt nguyên chất sẽ thấp hơn 300 độ C.

- Gang có đặc tính chống mài mòn, chịu nén, chống va đập tốt và chịu được tải trọng cao, dễ nấu luyện, có độ giòn cao, không phù hợp để gia công hàn, có tính đục tốt do có độ loãng chảy khá cao.

- Gang xám giòn khó rèn, có khả năng chống uốn kém, khó gia công cơ khí, khi làm nguội dễ bị biến trắng; gang trắng có tính giòn, cứng, khó cắt gọt nên thường chỉ được dùng trong công nghệ đúc; gang graphit thường được dùng trong công nghiệp vì dễ gia công và đặc tính mềm.

- Gang thường được dùng trong việc gia công đúc tạo nên những chi tiết có hình dáng phức tạp như thân máy, vỏ máy, bánh đà, bánh đai, trục cán, trục khuỷu, bánh răng, ổ trượt…

- Khi gia công cơ khí, gang trắng sẽ không được sử dụng vì độ giòn cao, độ cứng cao, gia công hàn, cắt khó.

3. Có những loại gang nào hiện nay?

Sau khi đã biết được tính chất của gang, chúng ta cùng tìm hiểu các loại gang phổ biến trên thị trường hiện nay nhé!

- Gang xám: Đây là một loại gang có cấu trúc vi mô graphit, vì có vết nứt gãy mà nó tạo thành nên được gọi là gang xám, đây là loại gang phổ biến, có sự hiện diện của than chì và là vật liệu đúc được dùng phổ biến nhất hiện nay. Trong gang xám có chứa Sắt và Cacbon từ 3 đến 3,5%. có độ bền nén cao, độ bền kéo thấp và không tồn tại dẻo. Tính chất của gang xám dễ dàng ra công và được ký hiệu bởi FG, số hiển thị ứng suất kéo tối đa sẽ ở sau ký hiệu.

- Gang trắng: Trong gang trắng có chứa hàm lượng Cacbon lớn hơn 2% và là một hợp kim sắt Cacbon nằm ở dạng cementite. Vì có bề mặt trắng, nên gọi là gang trắng, bởi các vết nứt kim loại được tạo ra do tạp chất Cacbua, khi gãy ra có biểu hiện giống màu trắng bạc. Màu trắng của gang cũng do Cacbua hình thành, tồn tại Cacbua hoặc dạng kết hợp Cacbon, không thích hợp để gia công, cứng và có độ bền nén thấp, độ bền kéo cao.

- Gang dẻo: Qua quá trình nhiệt luyện, gang dẻo được lấy từ gang trắng và thu bằng cách ủ gang trắng là chủ yếu. Nó dễ dàng đúc vì đã được cải thiện độ dẻo, sức mạnh, có độ bền kéo tốt và thường sử dụng để kéo nhỏ, có thể uốn dẻo mà không lo bị đứt.

- Gang cầu : Đây là gang có độ bền cao còn được gọi là Nodular, trong giai đoạn nấu chảy gang xám, thêm vào một lượng nhỏ muối tạo thành gang cầu. Ký hiệu của loại gang này là SG, sau đó là các số cho biết hàm lượng phần trăm độ giãn dài và độ bền kéo.

4. Hợp kim gang có ưu điểm và nhược điểm gì?

Về ưu điểm, gang có đặc tính đúc tốt, độ nhảy tốt, có khả năng gia công tốt, có khả năng chống mài mòn và biến dạng tuyệt vời. Gang thường dùng để chế tạo khung máy vì khả năng chống rung cực tốt, so với thép có độ bền nén cao hơn 3 đến 5 lần. Nhiệt độ trong khoảng 20 đến 350 độ C thì đặc tính cơ học của gang sẽ không thay đổi.

Gang thường được sản xuất trên quy mô lớn vì có sẵn số lượng lớn, công cụ cần thiết sử dụng cho quá trình đúc gang tương đối rẻ, kéo theo giá thành sản phẩm khá thấp. Không cần sử dụng các quy trình gia công tốn kém, gang có thể có kích thước và hình dạng phức tạp nào đó.

Về nhược điểm, gang dễ bị gỉ sét, có khả năng gia công kém hơn thép, có độ bền kéo kém và có độ giòn cao.

5. Những ứng dụng của gang

Nhờ những ưu điểm tuyệt vời như chống ăn mòn, độ giòn cao và chịu được nhiệt độ cao, hiện nay gang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như:

- Sản xuất những loại máy băng lớn trong ngành chế tạo máy, không cần chịu độ uốn lớn và có độ phức cao, có khả năng chịu lực nén tốt.

- Gang thường được ứng dụng trong sản xuất các loại van công nghiệp như van bướm, van cổng, van cân bằng, van cầu trong môi trường khí nén, nước, hơi nóng…

- Sản xuất các loại băng máy công cụ bằng gang như thân máy của động cơ đốt trong, sản xuất phay, tiện, bào…

- Vì gang cầu có độ an toàn cao, giá thành rẻ và dễ thi công nền thường dùng làm ống nước có đường kính lớn, trục khuỷu, song chắn, nắp hố ga…

- Bề mặt gang dễ dàng mài dũa và có tính đúc tốt nên sử dụng trong trang trí chạm khắc.

Trên đây là tính chất của gang cùng những thông tin khác về hợp chất gang. Trong đời sống hiện nay, gang được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực bởi có nhiều ưu điểm, tính chất và đặc tính khác nhau. Bên cạnh đó, gang dễ đúc và có giá thành rẻ, dễ dàng gia công nên được nhiều ngành công nghiệp sản xuất sử dụng. Hy vọng qua những chia sẻ trên đây, bạn đã hiểu rõ hơn về tính chất và ứng dụng của gang để lựa chọn loại gang sản xuất sao cho phù hợp.