Gang được biết đến một loại hợp chất rắn chắc, bền bỉ, ứng dụng phong phú trong nhiều lĩnh vực như sản xuất máy móc, linh kiện, đồ gia dụng, đồ trang trí… Vậy gang là gì? những ứng dụng của vật liệu gang cụ thể ra sao?
Mời bạn đọc cùng VNJ Precision đi tìm lời giải đáp về vật liệu gang qua bài viết dưới đây nhé !
Khái niệm về Gang là gì?
Gang có tên tiếng Anh là Cast iron là hợp kim của Sắt (Fe), Cacbon (C) và một số nguyên tố khác như Si, Mn, P, S, trong đó hàm lượng Cacbon chiếm tỷ lệ lớn nhất từ 2,1-5%, để hợp kim cuối cùng được coi là gang.
Màu sắc nhận biết thông thường: 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…
Các thành phần hóa học của gang là gì?
Vật liệu gang có thành phần hoá học bao gồm chủ yếu là sắt (hơn 95% theo trọng lượng), và các nguyên tố hợp kim chính là cacbon và silic. Hàm lượng của cacbon trong gang nằm trong miền từ 2,1 % đến 5% trọng lượng; với miền có hàm lượng cacbon 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.
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.
Silic 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.
Ngoài ra còn có các nguyên tố khác Mangan (Mn), Photpho (P), Lưu huỳnh (S) sẽ được cho vào để tạo ra những loại gang có đặc tính khác nhau phù hợp với nhu cầu sử dụng của từng khách hàng.
>>> Tìm hiểu về vật liệu phi kim loại, đặc điểm tính chất
Tính chất của gang là gì?
Gang có tính chất là một loại hợp kim có tính giòn. đối với một số loại đặc biệt có tính dẻo như gang dẻo, dễ dàng đúc, chịu mài mòn, khả năng chống oxy hóa và nén tốt. Tuy nhiên gang có điểm nóng chảy thấp, chảy loãng cao nên một số loại gang thường chịu nhiệt không quá cao.
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; hình thù dạng tấm khi hợp kim đông đặc.
Nhiệt độ nóng chảy của gang: Nhiệt độ nóng chảy của gang trong khoảng từ 1150 đến 1200°C; thấp hơn 300°C so với sắt nguyên chất.
Nguyên liệu để sản xuất gang là gì?
Nguyên liệu để sản xuất gang là quặng sắt, ví dụ như quặng manhetit (chứa Fe304), quặng hematit; than cốc (than tinh luyện); không khí có nhiều oxi và một số chất phụ gia khác như đá vôi CaCO3, …
Nguyên tắc sản xuất gang: dùng cacbon oxit để khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện. Vậy còn đối với vật liệu nhôm thì sao? Bạn có thể tìm hiểu thêm về loại vật liệu này trong bài Tất tần tật về vật liệu nhôm
Các loại gang và ứng dụng phổ biến
Vật liệu gang với những ưu điểm và đặc tính nổi bật như độ giòn cao và chống ăn mòn, chịu nhiệt tốt thì gang được sử dụng rộng rãi để sản xuất trong nhiều lĩnh vực.
Đặc biệt, tùy theo hàm lượng nguyên tố hóa học trong gang mà chúng có những tính chất và đặc điểm riêng. Tuỳ theo dạng graphit trong gang mà gang được phân thành các loại cơ bản: Gang xám, gang dẻo, gang cầu, gang trắng,…mời bạn đọc cùng xem cách phân loại gang và ứng dụng của phổ biến của từng loại nhé.
Gang xám và ứng dụng
Gang xám là loại gang mà thành phần gồm toàn bộ cacbon tồn tại dưới dạng graphit tự do. Graphit này ở dạng tấm, phiến, chuỗi… Bề mặt của gang xám ở mặt gãy có màu xám, đó là màu đặc trưng của ferit và graphit tự do. Đây là một loại gang phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề, đặc biệt là ngành kỹ thuật.
Tuy nhiên, do hình dạng và tính chất của graphit có độ bền cơ học kém nên gang xám có độ bền kém, độ dẻo và độ dai thấp. Thế nhưng, graphit lại có ưu điểm giúp tăng độ chịu mòn của gang xám, khiến phôi gang dễ vụn khi cắt gọt, khử rung động; làm giảm độ co khi đúc luyện. Vì vậy, gang xám có khả năng gia công tốt, khả năng chống mài mòn tốt.
Với những đặc tính của mình, gang xám thường sẽ được dùng để chế tạo các chi tiết bộ phận chịu tải trọng, trọng lực nhỏ và ít khi bị va đập như: thân máy, bệ máy, ống nước,…
Gang dẻo và ứng dụng
Gang dẻo là loại gang trắng do người Anh phát minh ra, chúng được ủ trong thời gian dài (đến vài ngày) ở nhiệt độ từ 850 – 1050⁰C. Tạo thành một loại gang có tính dẻo cao. Đây là vật liệu có độ bền cao lại kế thừa được những tính chất tốt vốn có của gang; thậm chí có thể thay thế cho thép trong rất nhiều ứng dụng mà các loại gang khác không có khả năng.
Gang dẻo được sử dụng sản xuất các loại van nước, van công nghiệp cho các hệ thống nước, khí.
Gang cầu và ứng dụng
Gang cầu còn được gọi là gang bền cao, có than chì ở dạng cầu nhờ biến tính gang xám lỏng 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 graphit ở dạng cầu tròn, bề ngoài cũng có màu xám tối như gang xám. Nên khi nhìn bề ngoài không thể phân biệt hai loại gang này.
Gang cầu thường dùng làm các chi tiết vừa chịu tải trọng kéo và va đập cao (như thép) đồng thời lại dễ chế tạo bằng phương pháp đúc. Ứng dụng làm trục khuỷu, ống nước đường kính lớn, nắp hố ga, song chắn… vì giá thành rẻ, độ an toàn cao và thi công dễ dàng.
Gang trắng và ứng dụng
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… Hầu hết chỉ dùng gang trắng chứa 3% – 3,5% cacbon vì nhiều C gang sẽ giòn.
Mặt gãy các chi tiết bằng gang trắng có màu sáng trắng 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.
So với gang xám có graphit bên dưới bề mặt thì gang trắng có đặc điểm xi măng bên dưới bề mặt của nó. Than chì tạo ra màu xám trong khi xi măng tạo ra màu trắng. Gang trắng cứng và có khả năng chống mài mòn tốt. Để hiểu sau hơn bạn có thể so sánh gang và thép
Gang trắng cứng và giòn, tính cắt, gọt, hàn kém nên chỉ dùng ở làm vật liệu đúc; ứng dụng chủ yếu 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. Hoặc dùng để đúc ủ thành các loại gang khác như gang dẻo, gang xám chuyển sang màu trắng.
Ngoài ra, Gang còn được ứng dụng nhiều trong đời sống hằng ngày.
+ Trong ngành chế tạo máy, đúc các loại đai máy lớn có độ phức tạp cao, không cần chịu uốn lớn nhưng cần đảm bảo sự chịu lực nén tốt.
+ Trong sản xuất dây đai máy công cụ (tiện, phay, bào,…), thân máy động cơ đốt trong.
+ Trong sản xuất các loại van công nghiệp: Van cổng, van bướm, van cầu, van cân bằng trong nước, khí nén, hơi nước nóng…
+ Gang được dùng để chế tạo trục khuỷu, ống dẫn nước đường kính lớn, nắp hố ga, rào chắn… vì tính an toàn cao, dễ thi công, giá thành rẻ.
+ Trong lĩnh vực trang trí thì gang có tính đúc tốt, bề mặt có thể mài dũa dễ dàng.
VNJ Precision hi vọng với những chia sẻ về gang là gì? đặc tính hoá học của gang, tính chất của gang, phân loại gang và những ứng dụng của gang như trên sẽ giúp bạn có cái nhìn rõ nhất về gang; tính ứng dụng của từng loại gang để lựa chọn được những sản phẩm phù hợp nhu cầu và khả năng tài chính nhất nhé
