Vật liệu kỹ thuật phần 2

Chương GANG VÀ TH ÉP 6.1 GANG Gang loại vật liệu sử dụng rấ t rộng rãi rẻ tiền, dễ chế tạo có số tính chất đặc biệt ỉ Các đặc tín h g an g а Thành p h ầ n h ó a học Theo giản đồ trạng thái Fe-C, găng hợp kim sắt - cacbon với lượng cacbon lớn 2,14% Do lượng cacbon cao, nhiệt độ nóng chảy gang thấp đáng kể so với thép Vì nấu chảy gang dễ thực Trong thực tế, lượng cacbon gang thường khoảng - 4% M angan.và silic hai nguyên tố quan trọng thường gặp gang vối hàm lượng từ 0,5% -ỉ-2,5% nguyên tố Chúng có tác dụng điều chỉnh tạo thành graphit, tổ chức tính gang Photpho lưii huỳnh ià hai tạp chất vớí lượng thấp (0,05%-ỉ-0,5%), lưu huỳnh ngun tố có hại với gang Ngồi ra, gang có số nguyên tố khác-như Crf Ni, Mo, Mg, Cu б Tổ chức t ế vỉ Theo tổ chức tế vi, phân gang thành loại: trắng, xám, cầu đẻo Gang trắng gang dó tâ 't cacbon nằm ỏ dạĩig liên kết hóa học Fe3C Vì gang trẩng ln chứa hỗn hợp tinh ■Cêđêburit Gang xám, cầu, dèo loại gang inà dó phần lớn cacbon dạng tự (graphit) với hình dạng khác nhau: tấm, cầu, cụm V TỔ chức t ế vi gang chứa graphit phụ thuộc vào tỉ lệ phân bố cacbon pha graphìt xêmentit Khi tấ t cacbon dạng tự th ì kim loại tổ chức gồm ferit, cịn phần cacbon dạng liên kết kim loại tổ chức ferit - peclit, pecỉit peclit - xêmentit c Cơ tin h tin h cịng nghệ Về tính, nói chung gang loại vật liệu có đ ổể«r kéo thấp" độ giòn cao Dò chứa lượng ỉớn xêmentit, gang trắng ếố độ bền kéơ*rất thấp độ giòn rấ t cao Trong gang xám, gang dẻo, gang cầu, tổ chức graphit độ bền không (0) nên c lỗ hổng có sẵn gang, làm m ất tính liên tục gang, nơi tập trung ứng suất lớn, làm gang bền Mức độ tập trung ứng suất phụ thuộc vào hình dạng graphit, lớn nh ất gang xám với graphit dạng tâm bé gang cầu với graphit dạng cầu trịn Vì gang cầu có độ bền cao n h ất phối hợp với tính dẻo tố t n h ất trịng loại gang Ngồi ra, có m ặt graphit gang có ảnh hưởng tốt đến tính tăng khả chơng mịn ma sát, làm tắ t rung động dao động cộng hưởng Về tính cơng nghệ, gang có tính đúc tốt nhiệt độ nóng chảy thấp, độ chảy lỗng cao tính gia cơng cắt gọt tốt (ở gang xám, cầu, dẻo) graphít gang làm phoi dễ gãy vụn d Công dụng Các loại gang có graphit dùng nhiều chế tạo khí lĩnh vực khác Ví dụ\ tơ, chi tiết gang chiếm tới 50% khối lượng kim loại, th iết bị m áy tĩnh tại, tỉ lệ 50 - 80% Nói chung, gang đùng để chế tạo chi tiết chịu tải trọng tĩnh chịu va dập bệ máy, vỏ, nắp, phận tĩnh tại, chi tiết chịu mài mịn ma sát làm việc trọng điều kiện khó bơi trơn Ngồi ra, gang cầu, gang dẻp, tính cao, dùng thay cho thép sô' trường hợp Gang xám Gang xám loại gang dùng phổ biến n h ất chế tạo khí dân dụng a Tổ chức t ế vi Gang xám loại gang mà phần lớn cacbon nằm dạng tự (graphit), rấ t khơng có cacbon dạng liền kết với sắt (FeaC) Lượng cacbon liên kết d khoảng -5-1,0% c tổng lượng cacbon gang (thường - 4%) Do tổ chức chứa nhiều graphit, m ặt gang có màu xám, tối (màu graphit) nên cổ tê n gang xám Graphìt gang xám có dạng cong Tổ chức tế vi nhìn kính hiển vi thây giao tuyến graphit với bề mặt nhẵn làm ta thấy graphit dạng vảy, vạch, đường cong nhọn hai đầu, H.6.1 Tùy theo mức độ tạo thành graphit m ạnh hay yếu, gang xám chia thành loại sau: - Gang xám ferit, có mức độ tạo thành graphit m ạnh nhất, tấ t cacbon dạng graphit, khơng có xêmentit Gang có hai pha: graphit kim loại fierit, H.6.2.C - Gang xám ferit - peclit, có mức độ tạo thành graphit mạnh, dó cacbon liên kết khoảng 0,1 - 0,6%, tạo nên kim loại ferit - peclit, tương ứng với thép trước tích Tổ chức gang gồm graphit kim loại ferit - peclit, H.6.2.b - Gang xám peclit có mức độ tạo thành graphit trung bình lượng cacbon liên kết khoảng 0,6 - 0,8%, tạo nên -nền kim loại peclit, tương ứng với thép trước tích Tổ chức gang gồm graphit kim loại peclit, H.6.2a H ình 6.2 Tổ chức tế vi ỉoại gang xám, nền: a) pecỉìt b) ferit-peclit c) ferit Như vậy, có th ể nói tổ chức tế vi gang xám giống tổ chức tế vi thép trước tích tích, song có thêm graphit Chính điều mà tính gang khác thép Thành p h ầ n h óa học gang xám Thành phần nguyên tố gang xám phải bảo đảm mức độ tạo thành graphit tính theo yêu cầu Cacbon: cacbon nhiều gang, khả tạo thành graphit m ạnh, n h iệt độ chảy thấp, dễ đúc Tuy nhiên không th ể dùng gang với cacbon q cao, tạo th àn h nhiều graphit làm giảm tính Xu hướng đại dùng gang với lượng cacbon th ếp tốt Lượng cacbon gang xám thông thường khoảng 2,84-3,5% 165 - Siỉic: silic nguyên tố thúc đẩy m ạnh tạo th n h graphit nguyên tố quan trọng gang xám Lượng silic gang xám khoảng 1,5 -ỉ- 3% tùy yêu cầu mức độ tạo thành graphit Ngoài ra, silic hòa tan vào ferit gang làm tăng rấ t m ạnh độ cứng độ bền pha - Mangan: mangan nguyên tô” cản trở tạo graphit Để bảo đảm yêu cầu tạo thành graphit, Mn Si cần phải có tỉ lệ tương ứng: Mn cao Si phải cao Thường dùng gang xám với hàm lượng 0,5*1% Mn - Phốt pho; không ảnh hưởng đến trình tạo graphit, số trường-hợp phốt ngun tơ' có lợi đo làm tăng độ chảy lỗng gang lỏng, làm tăng tính chống mài mòn gang tạo tinh hai pha (Fe + Fe3P) Thường dùng gang xám chứa 0,1 T 0,2% P, trường hợp cần nâng cao tính chơng mài mịn hàm lượng P có th ể đạt tới 0,5% Tuy nhiên nâng cao lượng phốt mức làm gang giòn - Lưu huỳnh nguyên tô' làm cản trở m ạnh tạo th àn h graphit gang đồng thời cịn làm xấu tính đúc gang đo làm giảm độ chảy loăng Vì phải h ạn chế lượng lưu huỳnh gang, khơng để vượt qụá 0,08 - 0,12% Ngồi ra, gang xám hợp kim có th ể gặp nguyên tơ' Cr, Mo, Ni, Cu có tác dụng riêng c, Mối quan hệ g iữ a th àn h p h ầ n hóa học tốc độ nguội đến tổ chức t ế vi ga n g - Thành phần hóa học: người ta thường điều chỉnh mức độ tạo thành graphit gang cách điểu chỉnh lượng c Si H.6.3 nêu ảnh hưởng c Si đến mửc độ tạo thành graphit: lượng c Si nhiều, mức độ thành graphit mạnh Hình 6.3 Ảnh hưởng c Si đến mức độ tậo thành graphit trường hợp chiều dày thành vật đúc ổOmm, đúc khuôn cát tươi I' gang trắng; II- gang xám pectit; ỈU- gang xâm ỉerít Tốc độ nguội: tốc độ nguội kết tinh có ảnh hưởng mạnh đến tạo thành graphit gang Tốc độ nguội chậm thúc đẩy trình tạo graphit Vì đúc khn cát dễ tạo thành gang xám đúc khuôn kim loại Trong vật đúc, chỗ thành mỏng dễ bị biến trắng chỗ thành dày, m ặt vật đúc dễ bị biến trắng lõi Ảnh hưởng tổng hợp thành phần hóa học (biểu thị thơng qua tổng lượng %c + % Si) tốc độ nguội (biểu thị qua chiều dày th àn h vật đúc) đến mức độ tạo th àn h graphit trình bày H.6.4 H ìn h B.4 Ả n h hường tổng lượng cacbon với siỉic chiều dày thành vật đúc (khi đức khuôn cát tươi) đến mức độ tạo thành graph.it /' gang trắng; //- gang xám peclit; III- gang xám ferit d Cơ tín h gan g xám Do ảnh hưởng graphit dạng mà gang xám có tính thấp thép nhiều Graphit pha có độ bền rấ t thấp nên gang vết rỗng, nứt có sần, làm m ất liên tục kim loại, làm giảm m ạnh độ bền kéo gang Ngoài graphit ảnh hưởng xấu đến độ bền kéo đầu nhọn graphit nơi tập trung ứng suất: graphìt dạng khơng ảnh hưởng xấu đến tính bền nén Như so với thép, gang xám có giới hạn bền nén không thua giới h ạn bền kéo, độ dẻo, độ dai lại thấp nhiều Độ cứng gang xám khoảng 150-ỉ-250 HB, dễ gia công I Cắt + Ảnh hưởng graphit đến tính gang xám: Cơ tính gang xám phụ thuộc vào số lượng, độ lớn phân bố graphit G raphit ít, tính gang xám cao Muốn giảm lượng graphit phải giảm lượng cacbon tổng nâng cao cacbon liên kếí I - 167 G raphit dài tính gang xám thấp Để nâng cao tính gang xám phải dùng biện pháp làm graphit nhỏ mịn Graphit phân bô" kim loại ảnh hưởng xâu đến tính Để đánh giá chất lượng graphit người ta phân loại theo cấp độ dài, hình dáng phân bố + Ảnh hưởng kim loại đến tính gang xám: N ền kim loại gang yếu tố quan trọng dinh tính gang Do với châ't lượng graphit nhau, gang xám với peclit có độ bền cao ferit-peclit, ferit-peclit có độ bền cao n ền ferit Độ cứng gang xám phụ thuộc nhiều vào kim loại, lượng cacbon liên kết cao độ cứng cao Độ deo gang xám không bị ảnh hưởng kim loại Anh hưởng kim loại đến tính gang trình bày bảng 6.1 Bảng 6,1 Cơ tinh củà loại gang xám, Loại gang xám Giới hận bền kéo ơb (MPa) Bộ cứng HB (kG/rtĩm2) Độ đãn dàl tương đối, (%) Ferit