Kim loại học - Phần 5: Gang

Phần V GANG 5.1 Khái niệm về gang Gang theo định nghĩa : hợp kim Fe-C với hàm lượng các bon lớn hơn 2,14% . Thực tế trong gang luôn có các nguyên tố khác như: Si , Mn , P và S. Các loại Gang thông dụng 2,0÷4,0% Các bon 0,2÷1,5% Mn 0,04÷0,65% P 0,02÷0,05% S Khái quát Thành phần hóa học của gang bao gồm chủ yếu là :sắt (hơn 95% theo trọng lượng), và các nguyên tố hợp kim chính là carbon và silic. Hàm lượng của carbon trong gang nằm trong miền từ 2,1% đến 4,3% trọng lượng, với miền có hàm lương carbon thấp hơn 2,1% của họ hợp kim của sắt sẽ là thép carbon. Một phần đáng kể silic (1-3%) trong gang tạo thành tổ hợp hợp kim Fe-C-Si. Tuy nhiên, gang được xem tương tự như hợp kim chứa hai nguyên tố là sắt và carbon ở trang thái đông đặc, trên biểu đồ trạng thái sắt - carbon tại điểm austectic (1154°C và 4,3%C). Gang với thành phần hóa học gần điểm austectic có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng từ 1150 đến 1200°C, thấp hơn 300°C so với sắt nguyên chất. Nhìn chung người ta xem gang như là một loại hợp kim có tính dòn. Màu xám ở mặt gãy thường là đặc điểm nhận dạng của gang: chính là sự phân bổ ở dạng tự do của khối carbon, với hình thù dạng tấm khi hợp kim đông đặc. Với đặc tính: điểm nóng chảy thấp, độ chảy loãng tốt, tính đúc tốt, dễ gia công, có khả năng chịu mài mòn, nên giá thành gia công rất thấp, do đó gang được sử dụng trong rất nhiều chi tiết, lĩnh vực khác nhau. 5.2 Gang xám 1. là một trạng thái trong nhiều trạng thái của gang mà dựa vào vi cấu trúc của chúng để người ta phân loại. Bề mặt của gang xám ở mặt gãy của gang có màu xám, là đặc trưng của ferit và graphit tự do. Trong quá trình đông đặc, do tốc độ tản nhiệt chậm trong khuôn đúc bằng cát, dân đến lượng graphít hòa tan trong sắt lỏng có đủ thời gian để giải phóng thành các phiến nhỏ, có hình thù tự do (thường là dạng tấm). 2. Ứng dụng Do những đặc tính trên, người ta sử dụng chúng 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. Có những thiết bị, vật liệu gang xám được sử dụng đến >70% tổng trọng lượng. Các băng máy công cụ (tiện, phay, bào,...), thân máy của động cơ đốt trong... cũng được sản xuất từ gang xám. 5.2 Gang xám bến trắng trong sản xuất cơ khí hầu nhưu không sử dụng gang trắng do cứng . giòn khó gia công cơ khí dược , song có dùng gang trắng ở bề măt có tính trống mài mòn rất cao, ví dụ : bi nghiền , trục cán , trục nghiền . muốn vậy khi đúc gang xám người ta làm nguội nhanh những phần cứng bằng cách đặt kim loại dẫn nhiệt nhanh trong phần khuôn cát tiếp giáp để tạo ra gang trắng. 5.3 Gang cầu 1. còn được gọi là gang bền cao có than chì ở dạng cầu nhờ biến tính bằng các nguyên tố Mg, Ce và các nguyên tố đất hiếm. Gang cầu là loại gang có độ bền cao nhất trong các loại gang do than chì ở dạng cầu tròn, bề ngoài cũng có màu xám tối như xám. Nên khi nhìn bề ngoài không thể phân biệt hai loại gang này. 2. Thành phần hóa học Thành phần hóa học gang cầu dao động như sau: 3-3,6% C, 2-3% Si, 0,2-1% Mn, 0,04- 0,08% Mg, ít hơn 0,15% P, ít hơn 0,03% S. Gang cầu có độ dẻodai cao, đặc biệt sau khi nhiệt luyện thích hợp. Lượng cacbon và silic phải cao để đảm bảo khả năng than chì hóa (%C + %Si) đạt tới 5%-6%. Không có hoặc không đáng kể (<0,1 – 0,01%) các nguyên tố cản trở cầu hóa như Ti, Al, Sn, Pb, Zn, Bi và đặc biệt là S. Có một lượng nhỏ các chất biến tính Mg (0,04-0,08%) hoặc Ce. Có các nguyên tố nâng cao cơ tính như Ni (2%) Mn (<1%). Tổ chức tế vi của gang cầu cũng giống gang xám song chỉ khác là than chì của nó có dạng thu gọn nhất hình quả cầu bao gồm ba loại nền kim loại: ferit, ferit – peclit và peclit. Chính điều này quyết định độ bền kéo rất cao của gang cầu so với gang xám. Khác với gang xám, than chì dạng cầu ở đây được tạo thành nhờ biến tính đặc biệt gang xám lỏng. 3. Đặc điểm Sau khi biến tính cầu hóa than chì nhờ các nguyên tố Mg, Ce và các nguyên tố đất hiếm, gang lỏng còn được biến tính lần hai bằng các nguyên tố than chì hóa như FeSi, CaSi để chống biến trắng cho gang. Nhờ các chất biến tính mà gang lỏng trở nên sạch các tạp chất như lưu huỳnh và khí, làm tăng tốc độ hóa nguội cho gang và làm cho các tinh thể than chì phát triển chủ yếu theo hướng thẳng góc với bề mặt cơ sở của nó. Do đó than chì kết tinh thành hình cầu. Gang cầu theo TCVNđược ký hiệu bằng hai chữ GC với hai cặp chữ số chỉ giá trị tối thiểu của giới hạn bền kéo và độ dẻo của gang. Gang cầu ferit mác GC40-10 có giới hạn bền kéo > 400 MPA và độ dẻo 10%. Gang cầu được sử dụng để sản xuất các chi tiết chịu lực lớn và chịu tải trọng va đập, mài mòn như trục khuỷu, cam, bánh răng…. Do rẻ gang cầu được dùng nhiều để thay thế thép và gang dẻo. Gang cầu thường chứa Cdl cao và bằng 4,3-4,6% để chống biến trắng và do than chì ở dạng cầu sít chặt, ít chia cắt nền kim loại nên không làm giảm đáng kể tính chất cơ học của gang. Hàm lượng Si không nên quá cao (nhỏ hơn 3%) để khỏi ảnh hưởng đến độ dẻo dai của gang. Hàm lượng S sau biến tính cầu hóa bằng Mg phải nhỏ hơn 0,03% thì gang mới nhận được than chì biến tính và hạn chế tạp chất “vết đen” do MgS tạo ra sẽ làm giảm tính chất cơ học của Gang. Hàm lượng Mn chọn tùy thuộc vào loại gang cầu, với gang cầu ferit ở trạng thái đúc Mn nhỏ hơn 0,2%. Ở gang cầu peclit chúng có thể lên tới 1%. Lượng P càng ít càng tốt vì P làm giảm tính dẻo dai của gang cầu. Việc sử dụng gang cầu vào công nghiệp rất có hiệu quả, ví dụ giá 1 tấn vật đúc loại gang này rẻ hơn vật đúc bằng thép cacbon từ 30-35% rẻ hơn loại vật đúc bằng hợp kim màu 3 đến 4 lần và rẻ hơn loại phôi thép rèn tử 2 đến 3 lần. 5.4 Gang dẻo: a.Tổ chức : Hầu hết cácbon ở dạng graphít hình cụm bông do ủ gang trắng. b.Thành phần : C = 2,8 -2,8%; Mn 1,0%; Si = 0,8 - 1,4%; P = 0,2%; S < 0,1 % c.Tính chất : Có độ bền cao và dẻo hơn gang xám. d.Công dụng: Có cơ tính tổng hợp tốt hơn gang xám nhưng đắt do quá trình nấu luyện tốn nhiệt và thời gian ủ lâu, nên gang dẻo chủ yếu được dùng làm các chi tiết đồng thời cần các yêu cầu sau: hình dáng phức tạp, thành mỏng và chịu va đập e.Ký hiệu : - Việt Nam ký hiệu bằng chữ GZ và 2số chỉ giới hạn bền kéo σk (KG/mm2)và độ dãn dài tương đối δ (%) Ví dụ : GZ 33- 8 là gang dẻo có σk = 33 KG/mm2, δ = 8% - Nga ký hiệu bằng chữ Kữ và 2 số giống của Việt Nam. Ví dụ Kữ 33 - 8. và độ dãn dài tương đối δ (%) Ví dụ : GZ 33- 8 là gang dẻo có σk= 33 KG/mm2, δ = 8%