Gang là gì? Tính chất và phân loại gang trắng, gang graphit

Gang là gì?

Gang có tên tiếng Anh là Cast iron là hợp kim của Sắt, Cacbon và một số nguyên tố khác như Si, Mn, P, S, trong đó hàm lượng Cacbon chiếm tỷ lệ lớn nhất từ 2-5%. Gang có màu sắc chủ đạo thường là xám với đặc tính giòn, nhiệt độ nóng chảy cao, chống ăn mòn tốt. Hiện nay, gang được dùng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực: công nghiệp, nông nghiệp, dân dụng, đặc biệt trong sản xuất các loại van công nghiệp như van bi, van một chiều, van cổng…

Gang là gì?

Thành phần cấu tạo của gang

• Cacbon (C)

Trong gang Cacbon chiếm khoảng 2-5%, hàm lượng Cacbon càng cao thì độ dẻo và tính dẫn nhiệt của gang sẽ càng giảm. Đặc biệt, sự tồn tại của nguyên tố Cacbon còn ảnh hưởng đến sự tạo thành các loại gang khác nhau. Cụ thể nếu cacbon trong gang ở dạng hợp chất hóa học xementit thì gọi là gang trắng, ở dạng tự do thì gọi là gang xám.

• Sắt (Fe)

Sắt là nguyên tố đóng vai trò quan trọng thứ hai cấu thành gang chiếm hơn 95% theo trọng lượng. Sắt có vai trò tạo nên độ bền cao, tính uốn dẻo tốt và khả năng chống chịu mọi điều kiện khắc nghiệt của môi trường cho gang. Hàm lượng Sắt càng cao thì khả năng chống va đập và độ bền càng cao.

• Silic (Si)

Đây là nguyên tố ảnh hưởng nhiều nhất đến cấu trúc tinh thể của gang bởi nó có vai trò thúc đẩy quá trình graphit hóa và chiếm 1,5 – 3% trong cấu tạo. Nếu hàm lượng Silic càng cao thì sẽ làm tăng độ chảy loãng và tính mài mòn của gang trong mọi điều kiện môi trường.

Thành phần cấu tạo của gang

• Mangan (Mn)

Hàm lượng Mangan trong gang trắng chiếm 2-2,5%, trong gang xám chiếm không quá <1,3%. Vai trò của Mangan giúp tạo thành gang trắng và ngăn cản quá trình graphit hóa. Đồng thời, còn giúp tăng tính chịu mài mòn, tăng độ bền và làm giảm bớt phần nào tác hại của lưu huỳnh.

• Phot pho (P)

Photpho là nguyên tố đóng vai trò con dao 2 mặt trong cấu tạo của gang và chỉ chiếm hàm lượng không quá 0,1%, có một số loại gang có thể đến 1,2%. Ưu điểm của thành phần này giúp tăng tính chảy loãng của gang để đúc tượng hoặc tạo hình. Nhược điểm là làm giảm độ bền, tăng độ giòn của gang và dễ gây nứt, gãy ở nhiệt độ cao.

• Lưu huỳnh (S)

Lưu huỳnh chiếm thành phần không quá 0.1% trong gang vì là nguyên tố có hại, làm cản trở quá trình graphit hóa. Ngoài ra còn làm giảm tính chảy loãng, giảm tính đúc và cả độ bền cho gang. Lưu huỳnh kết hợp với Sắt còn gây tình trạng bở nóng, dễ bị nứt gãy.

Tính chất của gang

• Gang có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 1150 đến 1200 °C, thấp hơn 300 °C so với sắt nguyên chất.
• Có đặc tính chịu nén, chống mài mòn, chịu được tải trọng cao và chống va đập tốt.
• Có độ giòn cao, dễ nấu luyện, có tính đúc tốt do có độ loãng chảy cao, không phù hợp để gia công hàn.
• Gang trắng có tính cứng, giòn, tính cắt gọt kém nên chỉ được dùng trong công nghệ đúc.
• Gang xám dòn có khả năng chống uốn kém, khó rèn, khi làm nguội rất dễ bị biến trắng, khó gia công cơ khí.
• 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…
• Gang graphit được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp vì đặc tính mềm, dễ gia công.
• Trong gia công cơ khí không sử dụng gang trắng vì có độ cứng, độ giòn cao, khó gia công cắt, hàn.

Phân loại của gang

Theo thống kê, tùy thuộc vào thành phần hóa học hiện nay gang được chia thành 2 loại chính như sau:

Gang trắng

Gang trắng là gì?

Gang trắng hay còn gọi là gang thường là hợp kim Fe – C trong đó hàm lượng cacbon ở dạng liên kết Fe3C là 3-3,5%. Cụ thể:

• Gang trắng trước cùng tinh %C ≤ 4,3%.
• Gang trắng cùng tinh %C = 4,3%.
• Gang trắng sau cùng tinh %C ≥ 4,3%.
• Đặc tính của dòng gang này có màu sáng trắng, độ cứng, độ giòn cao, khó gia công cắt hoặc hàn. Do đó được ứng dụng chủ yếu để luyện thép hoặc chế tạo các chi tiết máy cần tính chống ăn mòn cao. Hoặc sử dụng để đúc ủ thành các loại gang khác như gang dẻo, gang xám biến trắng.

Gang Graphit

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.

Gang graphit là gì?

Gang xám

Loại gang này phổ biến nhất hiện nay được thiết kế toàn bộ Cacbon tồn tại dưới dạng graphit ở dạng tấm, phiến, chuỗi… Ưu điểm của gang xám có mức giá thành khá rẻ, nhiệt độ nóng chảy thấp 1350ºC, khả năng cách âm cao, tính đúc, uốn dẻo tốt. Ngoài ra, còn giúp tăng độ mài mòn và làm giảm độ co ngót khi đúc . Nhược điểm là trọng lượng nặng, bề mặt xù xì, không mang tính thẩm mỹ cao, nhất là có độ giòn cao, khó rèn. Do đó được ứng dụng chủ yếu trong ngành kỹ thuật tại các khu công nghiệp, nhà máy, sản xuất…

Gang cầu

Gang cầu được thiết kế bên ngoài có dạng quả cầu với đặc tính có độ bền cao, chống va đập tốt, tính bền dẻo, chống mài mòn tốt. Thành phần của gang cầu gồm 4,3 – 4,6% nguyên tố C và Si. Hiện nay, gang cầu được ứng dụng phổ biến, thông dụng trong sản xuất các loại van công nghiệp như van cổng, van bướm, van một chiều… mục đích đảm bảo an toàn, chất lượng và đáp ứng một cách tốt nhất điều kiện, môi trường, lĩnh vực cần sử dụng…Ngoài ra, còn được dùng để chế tạo các chi tiết máy trung bình và lớn có hình dạng phức tạp, cần chịu tải trọng cao, chịu kéo và va đập tốt.

Gang dẻo

Gang dẻo là dạng graphit cụm bông, đã được ủ “graphit hóa” từ gang trắng trong nhiệt độ từ 850 – 1050⁰C . Ưu điểm của loại gang này có tính dẻo cao, độ bền cơ học tốt, tính thẩm mỹ cao, tuổi thọ lâu dài và chống chịu tốt điều kiện khắc nghiệt từ môi trường như nhiệt độ cao, áp lực lớn. Trong ngành van công nghiệp, tất cả các loại van đều có thể được chế tạo bằng gang dẻo. Tuy nhiên, so với gang xám sẽ ít được sử dụng hơn do có giá thành cao và công nghệ sản xuất phức tạp.

Gang trong các điều kiện môi trường

Gang là một vật liệu rất bền với khả năng chống ăn mòn và chịu được tác động từ môi trường khắc nghiệt trong thời gian dài vì nó được phủ một lớp ôxit trên bề mặt. Tuy nhiên, gang vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi một số tác nhân môi trường như nước biển, gió mạnh, ánh sáng mặt trời, bụi bẩn, băng tuyết và các tác nhân khí hậu khác. Nếu gang không được bảo vệ, nó có thể bị ăn mòn và gỉ sét trong môi trường có nước, đặc biệt là trong môi trường nước biển. Ánh sáng mặt trời và nhiệt độ cao cũng có thể làm cho gang bị oxy hóa và làm giảm tính bền của nó. Vậy trong điều kiện cụ thể, gang sẽ có phản ứng như thế nào?

Van cổng gang sơn Epoxy trong hệ thống cấp nước PCCC

• Gang trong môi trường Axit: Khi gang tiếp xúc với axit mạnh, ôxit trên bề mặt gang bị phá huỷ và ion kim loại sẽ bị giải phóng. Điều này dẫn đến sự ăn mòn của gang và tạo ra khí hydro (H2) trong quá trình phản ứng. Các axit yếu sẽ không làm hỏng lớp ôxit này, do đó gang có khả năng chống ăn mòn tốt hơn với axit yếu.
• Gang trong môi trường Bazzo(kiểm): Tương tự, gang cũng bị ăn mòn bởi các bazo mạnh, nhưng không bị ảnh hưởng nhiều bởi các bazo yếu. Khi gang tiếp xúc với bazo mạnh, nó sẽ tạo ra muối kim loại và nước. Các bazo yếu không gây ảnh hưởng lớn đến gang vì chúng không đủ mạnh để phá vỡ lớp ôxit trên bề mặt gang.

Vì vậy, gang có khả năng chống ăn mòn tốt hơn với axit yếu và bazo yếu, nhưng nó vẫn cần được bảo vệ tránh tiếp xúc với các chất ăn mòn mạnh để duy trì tính bền của nó. Vì vậy khi áp dụng chế tạo van công nghiệp, các loại van gang thường được sơn phủ Epoxy chống ăn mòn, bám bụi.

Ứng dụng của gang

Với những ưu điểm, đặc tính nổi bật của gang như độ dòn cao, chống ăn mòn, chịu được nhiệt độ cao. Hiện nay, gang được ứng dụng để sản xuất phổ biến trong rất nhiều lĩnh vực. Cụ thể:

Van cổng gang trong hệ thống máy bơm

• Trong ngành chế tạo máy, đúc các băng máy lớn có độ phức tạo cao, không cần chịu độ uốn lớn nhưng cần chịu lực nén tốt.
• Trong sản xuất các băng máy công cụ (tiện, phay, bào,…), thân máy của động cơ đốt trong…
• Trong sản xuất các loại van công nghiệp: van cổng, van bướm, van cầu, van cân bằng trong môi trường nước, khí nén, hơi nóng…
• Gang cầu được sử dụng để làm trục khuỷu, ống nước đường kính lớn, nắp hố ga, song chắn… vì độ an toàn cao, thi công dễ dàng, giá thành rẻ.
• Trong lĩnh vực trang trí bằng chạm khắc vì gang có tính đúc tốt, bề mặt có thể mài dũa dễ dàng.

Tổng kết

Đến đây, Quý Vị hẳn cũng đã nắm được và tự giải đáp câu hỏi “gang là gì?”; đồng thời cũng hiểu khá chi tiết về tính chất của gang, các loại gang phổ biến và ứng dụng của gang trong hầu hết các lĩnh vực. Qua bài viết, chúng ta có thể thấy gang sở hữu nhiều đặc tính nối bật như độ bền cao, chống ăn mòn, tính đúc tốt, giá thành rẻ… Và vật liệu gang đang là vật liệu được rất nhiều nhà sản xuất ưa chuộng, sử dụng để chế tạo trong các lĩnh vực khác nhau.

>>Xem thêm: Thép C45 là gì?