Vật liệu Gang là gì?

Gang (tiếng Anh Cast iron) là một nhóm hợp kim sắt-cacbon có hàm lượng cacbon lớn hơn 2%. Nó được tạo ra bằng cách nấu chảy sắt và thêm một lượng khác nhau cacbon và các nguyên tố hợp kim khác, chẳng hạn như silic, mangan và phốt pho, để đạt được các đặc tính mong muốn.

Có một số loại gang, bao gồm gang xám, gang dẻo, gang trắng. Gang xám là loại gang được sử dụng phổ biến nhất và được biết đến với khả năng gia công và đặc tính giảm chấn tuyệt vời. Gang dẻo, còn được gọi là sắt nốt, là một dạng gang dẻo và dễ uốn hơn, trong khi gang trắng cứng hơn và giòn hơn. Gang dẻo là một loại gang đã được xử lý nhiệt để cải thiện độ dẻo và độ dẻo dai của nó.

Một số loại vật liệu gang

Không biết các bạn đã xem qua bài viết, giới thiệu về vật liệu inox của mình chưa. Có thể thấy đối với vật liệu gang, nếu phân tích rõ ra. Cũng có ba model vật liệu gang khác nhau. Tuy không bằng so với vật liệu inox, thế nhưng với ba phương án lựa chọn từ vật liệu này. Cũng có thể đáp ứng được nhiều yêu cầu đến từ phía khách hàng đưa ra.

Vật liệu gang xám (Gray cast iron)

Gang xám (Gray cast iron) đặc trưng bởi cấu trúc vi mô graphit, gây ra các vết đứt gãy của vật liệu có màu xám. Nó là loại gang được sử dụng phổ biến nhất và là vật liệu đúc được sử dụng rộng rãi nhất dựa trên trọng lượng.

Hầu hết các loại gang có thành phần hóa học từ 2,5 đến 4,0% cacbon, 1 đến 3% silic, và phần còn lại là sắt.

Gang xám có độ bền kéo và khả năng chống va đập kém hơn thép, nhưng độ bền nén của nó có thể so sánh với thép cacbon thấp và trung bình.

Gang xám còn được gọi là gang graphit tự do, là một loại gang đúc trong đó phần lớn cacbon có mặt dưới dạng graphit tự do. Các tính chất của gang xám phụ thuộc vào sự phân bố, kích thước và lượng graphit, và ma trận kết cấu. Chất lượng vật đúc bị ảnh hưởng chủ yếu bởi điều kiện sản xuất, thành phần hóa học, thời gian đông đặc và tốc độ làm nguội trong khuôn.

Gang xám thể hiện độ bền từ thấp đến trung bình, mô đun đàn hồi thấp, độ nhạy thấp, độ dẫn nhiệt cao, khả năng chịu nhiệt trung bình và khả năng đúc nổi bật.

Nó được sử dụng cho các lớp vỏ ngoài của các thiết bị, có độ bền kéo không quan trọng. Chẳng hạn như khối xi lanh động cơ đốt trong, vỏ máy bơm, thân van, hộp điện và vật đúc trang trí. Gang xám có tính dẫn nhiệt cao và nhiệt dung riêng thường được khai thác để chế tạo dụng cụ nấu ăn bằng gang và rôto phanh đĩa.

Vật liệu Gang cầu (Cast iron)

Gang cầu là dòng vật liệu được ứng dụng nhiều cho ngành công nghiệp, gang cầu chứa tỷ lệ hàm lượng các chất hoá học như sau.

Cacbon ( 3 – 3.6 5% ), Si ( 2 – 3% ), Mn (0.5 – 1% ), Mg ( 0.04 – 0.08% ), P ( 0.15% ), S ( 0.03% ). Điều quan trọng hơn nữa, đó là các hạt Graphit chứa rất nhiều bên trong với kích thước dạng cầu.

Đây là dòng vật liệu có độ bền rất cao, khả năng chống va đập tương đối tốt. Được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực điện, đặc biệt là sản xuất máy bơm. Vật liệu gang cầu được sử dụng rất nhiều chế tạo ra bộ phận vỏ ở bên ngoài.

Tại nước ta vật liệu gang cầu được ký hiệu thông qua hai chữ cái.

GC + chỉ số độ bền + chỉ số dãn dải. (Theo TCVN 1659 – 75 )

Nếu bạn để ý một chút, có thể thấy ở trên các thiết bị. Đặc biệt là các dòng sản phẩm van công nghiệp, được chế tạo từ vật liệu gang cầu. Luôn được các nhà sản xuất, đúc nổi khối dòng chữ trê.

Ví dụ : GC65 – 20

GC tên vật liệu
65 chỉ số độ bền
25 chỉ số dẫn dải

Vật liệu gang dẻo (Ductile iron)

Vật liệu gang dẻo (Ductile iron) được phát minh vào năm 1943, gang dẻo là một loại gang hiện đại. Gang và gang dẻo có các tính chất vật lý tương phản do sự khác biệt về cấu trúc vi mô của chúng.

Than chì và cacbon chứa trong gang có dạng mảnh; gang thể hiện khả năng chịu tải nén dương, nhưng tải trọng kéo vượt quá độ bền kéo tự nhiên của nó có thể gây ra các vết nứt hình thành và lan truyền nhanh chóng từ các điểm ứng suất bên trong vi cấu trúc graphit vảy. Kết quả là gang hầu như không có độ giãn dài. Nó là một vật liệu giòn, và do đó bị hạn chế trong việc sử dụng trong các ứng dụng chịu kéo và tải va đập.

Một số ưu điểm mà gang dẻo mang lại cho người dùng:

Gang dẻo có thể dễ dàng đúc và gia công.
Gang dẻo có một sức mạnh tuyệt vời với tỷ lệ trọng lượng.
Gang dẻo có thể được sản xuất với chi phí thấp hơn nhiều so với thép.
Khả năng đúc và khả năng gia công vượt trội.
Gang dẻo cung cấp cho nhà thiết kế sự kết hợp đặc biệt giữa độ bền, chi phí sản xuất thấp và độ tin cậy.

Hàm lượng nguyên tố hoá học trong gang dẻo:

Cacbon (2.2 – 38%)
Si (0.8 – 1.4%)
Manga (1%)
P (0.2%)
S (0.1%).

Tính chất chung của gang

Gang được biết đến với đặc tính đúc tuyệt vời, khiến nó trở thành vật liệu phổ biến cho nhiều ứng dụng, từ linh kiện máy móc đến dụng cụ nấu nướng. Nó cũng tương đối rẻ tiền và có thể dễ dàng gia công và tạo hình thành các dạng phức tạp. Tuy nhiên, gang giòn và dễ bị nứt khi chịu ứng suất, vì vậy nó không phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao.

Gang là một trong những dòng vật liệu, được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực cơ khí. Không những thế, vào những đầu thế kỉ XIV. Đây là một trong những loại vật liệu được sử dụng khá phổ biến. Cho tới ngày này, vật liệu gang được ứng dụng cho rất nhiều ngành nghề khác nhau. Đơn giản trong gia đình chúng ta, vẫn đang sử dụng những sản phẩm được chế tạo từ dòng vật liệu này.

Nhìn chung, đối với vật liệu gang được đánh giá. Là một trong những dòng vật liệu lành tính. Không có ảnh hưởng đến quá trình sử dụng của con người. Cái thứ hai nữa đó là, đây là dòng vật liệu có tính dòn. Độ dẻo tương đối kém cho nên, các bạn khi sử dụng nên chú ý một chút.

Gang rất được ưa chuộng nhờ khả năng dễ đúc thành các hình dạng phức tạp khi nóng chảy và giá thành rẻ. Ngoài ra, các đặc tính của nó có thể dễ dàng thay đổi bằng cách điều chỉnh thành phần và tốc độ làm lạnh mà không cần thay đổi đáng kể phương pháp sản xuất.

Các ưu điểm chính khác của nó so với thép đúc bao gồm dễ gia công, giảm rung, cường độ nén, chống mài mòn và chống ăn mòn Khả năng chống ăn mòn của gang được cải thiện thông qua việc bổ sung các nguyên tố nhỏ như silicon, niken, crom, molypden và đồng.

Tác động của nguyên tố hoá học trong vật liệu gang

Như các bạn đã biết, thì trong vật liệu gang chứa rất nhiều nguyên tố hoá học khác nhau. Ngay bây giờ chúng ta cùng nhau đi tìm hiểu xem, những nguyên tố hoá học trên tác động như nào đến dòng vật liệu nhé.

S (Lưu huỳnh) : Với lưu huỳnh chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng thể vật liệu, thế nhưng lại giúp cho vật liệu gang trở nên cứng và giòn hơn. (S chỉ chiếm 0.1%).

Mangan: Cao hơn 1 chút so với lưu huỳnh, Mangan chiếm 0.75%. Mangan tác động đến quá trình hình thành Cacbon của gang. Làm cho vật liệu gang tăng khả chống mài mòn.

Nickle: Tăng khả năng chịu kéo cho vật liệu gang.

Phốt pho (P): Đối với phốt phó, đây là nguyên tố làm cho độ bền của vật liệu gang, trong khi đo lại làm tăng độ giòn của vật liệu. Nói ngắn gọn lại, thì đây chất làm gây hại đến vật liệu gang. Cho nên tỷ lệ phốt pho luôn được khống chế ở mức tối thiểu nhất 0.1 đến 1.2%.

Cacbon (C): Hàm lượng đóng một vài trò rất quan trọng đó là, thúc đẩy quá trình Graphit hóa. Đổi lại khi đây cũng chính là nguyên nhân làm cho vật liệu bị giảm độ dẻo xuống.

Ưu và nhược điểm của vật kiệu gang

Ưu điểm

Gang có một số ưu điểm, bao gồm:

Đặc tính đúc tốt: Gang dễ đúc và có thể được tạo hình thành các dạng hình học phức tạp một cách dễ dàng, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến cho nhiều ứng dụng.
Chống mài mòn tốt: Gang được biết đến với khả năng chống mài mòn tuyệt vời, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng liên quan đến mài mòn trượt hoặc mài mòn.
Khả năng gia công tốt: Gang có thể được gia công dễ dàng, cho phép sản xuất các bộ phận phức tạp với dung sai chặt chẽ.
Độ bền nén cao: Gang có thể chịu được tải trọng nén cao, điều này lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu cường độ.
Giữ nhiệt tốt: Gang là chất dẫn nhiệt tốt và có khả năng giữ nhiệt trong thời gian dài hơn, lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi mức độ ổn định nhiệt cao.
Chi phí thấp: Gang tương đối rẻ so với các vật liệu khác, khiến nó trở thành lựa chọn hấp dẫn cho nhiều ứng dụng.
Đặc tính giảm chấn: Gang có đặc tính giảm chấn tốt, có nghĩa là nó có thể hấp thụ và tiêu tan rung động, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu độ ổn định và giảm độ ồn.
Chống ăn mòn: Một số loại gang, chẳng hạn như gang dẻo, có khả năng chống ăn mòn tốt và có thể được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.

Nhược điểm

Ngoài những ưu điểm kể trên gang cũng có một số nhược điểm như sau:

Tính chất giòn: Gang giòn và có thể dễ bị nứt dưới ứng suất kéo, điều này hạn chế việc sử dụng nó trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền kéo hoặc độ dẻo dai cao.
Độ dẻo kém: Gang có độ dẻo thấp và có thể khó tạo hình mà không bị nứt hoặc vỡ, điều này hạn chế việc sử dụng gang trong các ứng dụng yêu cầu tạo hình hoặc uốn nhiều.
Dễ bị rỉ sét: Gang dễ bị rỉ sét và ăn mòn, điều này có thể hạn chế sử dụng ở môi trường ngoài trời hoặc khắc nghiệt.
Trọng lượng nặng: Gang là một vật liệu đặc và nặng, có thể gây khó khăn cho việc xử lý và vận chuyển, đồng thời hạn chế sử dụng trong các ứng dụng cần quan tâm đến trọng lượng.
Khả năng chống sốc nhiệt kém: Gang có thể bị nứt khi tiếp xúc với những thay đổi nhanh về nhiệt độ, điều này hạn chế việc sử dụng nó trong các ứng dụng mà khả năng chống sốc nhiệt là quan trọng.
Mối quan tâm về môi trường: Việc sản xuất gang có thể tiêu tốn nhiều năng lượng và có thể tạo ra lượng khí thải nhà kính đáng kể và các chất ô nhiễm khác, đây có thể là mối lo ngại đối với một số ứng dụng.

Ứng dụng của vật liệu gang

Đối với vật liệu gang, có thể nói là một trong những dòng vật liệu đồng hành cùng sự phát của nền trên toàn thế giới. Dưới đây là những lĩnh vực, đang sử dụng vật liệu gang trong quá trình sản xuất.