bài giảng tổng quan về gang thép

Gang theo định nghĩa: hợp kim FeC 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 dụng2,0÷4,0% Các bon0,2÷1,5% Mn0,04÷0,65% P0,02÷0,05% SThép là hợp kim với thành phần chính là sắt (Fe), với cacbon (C), từ 0,02% đến 2,14% theo trọng lượng, và một số nguyên tố hóa học khác. Chúng làm tăng độ cứng, hạn chế sự di chuyển của nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thể dưới tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau. Số lượng khác nhau của các nguyên tố và tỷ lệ của chúng trong thép nhằm mục đích kiểm soát các mục tiêu chất lượng như độ cứng, độ đàn hồi, tính dể uốn, và sức bền kéo đứt. Thép với tỷ lệ cacbon cao có thể tăng cường độ cứng và cường lực kéo đứt so với sắt, nhưng lại giòn và dễ gãy hơn. Tỷ lệ hòa tan tối đa của carbon trong sắt là 2,14% theo trọng lượng (ở trạng thái Austenit) xảy ra ở 1.147 độ C; nếu lượng cacbon cao hơn hay nhiệt độ hòa tan thấp hơn trong quá trình sản xuất, sản phẩm sẽ là xementit có cường lực kém hơn. Pha trộn với cacbon cao hơn 2,06% sẽ được gang. Thép cũng được phân biệt với sắt rèn, vì sắt rèn có rất ít hay không có cacbon, thường là ít hơn 0,035%. Ngày nay người ta gọi ngành công nghiệp thép (không gọi là ngành công nghiệp sắt và thép), nhưng trong lịch sử, đó là 2 sản phẩm khác nhau. Ngày nay có một vài loại thép mà trong đó cacbon được thay thế bằng các hỗn hợp vật liệu khác, và cacbon nếu có, chỉ là không được ưa chuộng.

CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG 8.1 KHÁI NIỆM CHUNG

8.1.1 Định nghĩa

- Gang là hợp kim của sắt với Cacbon với thành phần

Cacbon lớn hơn 2,14%.

- Ngoài ra còn các nguyên tố thường gặp là Mn, Si, P, S

Mn và Si là hai nguyên tố có tác dụng điều chỉnh sự tạo thành

grafít và cơ tính của gang Còn P và S là các nguyên tố có hại

trong gang nên càng ít càng tốt

CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG

8.1.2 Các đặc tính cơ bản của gang

- Nhiệt độ chảy thấp, nên dễ nấu chảy hơn thép;

- Tính đúc tốt;

- Dễ gia công cắt (trừ gang trắng);

- Chịu nén tốt.

- Dễ nấu luyện;

CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANg

- Theo tổ chức tế vi, người ta phân gang làm 2 loại chính đó là

gang trắng và gang grafít

+ Gang trắng: Có tổ chức tế vi của gang hoàn toàn phù hợp

với giản đồ trạng thái Fe-C và luôn chứa hỗn hợp cùng tinh

Ledeburit;

+ Gang có grafít : Là loại gang trong đó phần lớn hoặc toàn bộ

lượng Cacbon nằm dưới dạng tự do – grafhit

- Tuỳ theo hình dạng của graphit, lại chia thành 3 loại: gang

xám, gang dẻo và gang cầu;

- Trong tổ chức của loại gang này không có Ledeburit nên tổ chức tế vi không phù hợp với giản đồ trạng thía Fe-C

8.1.3 Các đặc tính cơ bản của gang

8.2.2 Phân loại

- Gang trắng cùng tinh có %C = 4,3% có tổ chức Le.

- Gang trắng sau cùng tinh có %C > 4,3% và có tổ

8.3.1 Tổ chức tế vi

- Ferit khi không có Xementit (Fe3C);

a, Grafit tấm và nền kim loại

- Ferit + Feclit khi có ít Fe3C (khoảng 0,1 - 0,6%);

- Peclit khi có khá nhiều Fe3C (khoảng 0,6 – 0,8%)

⇒ Phần tổ chức có chứa Ferit, Ferit + Peclit hoặc Peclit gọi là

nền kim loại

Tuỳ thuộc vào lượng Xementit nhiều hay ít mà phần tổ chức

chứa Xementit có khác nhau:

- Gang xám Peclít – có tổ chức tế vi gồm grafit tấm phân bố

trên nền kim loại Peclit, lượng Fe3C (khoảng 0,6 – 0,8%)

- Là nguyên tố thúc đẩy sự tạo thành grafit trong gang Silic

là nguyên tố quan trọng sau Fe và C ;

- Hàm lượng khống chế trong khoảng 1,5 ÷ 3%.

+ Mangan

- Là nguyên tố cản trở sự tạo thành grafit ;

- Làm tăng độ cứng, độ bền của gang;

- Hàm lượng khống chế trong khoảng 0,5 ÷ 1,0%.

8.3.2 Thành phần hoá học + Phốtpho

- Làm tăng độ chảy loãng;

- Làm tăng tính chống mài mòn;

- Lượng P được khống chế vào khoảng 0,1 ÷ 0,2% đến 0,5%

Hàm lượng quá nhiều P gang sẽ giòn.

+ Lưu huỳnh

- Là nguyên tố cản trở mạnh sự tạo thành grafit ;

- Làm xấu tính đúc, giảm độ chảy loãng;

- Là nguyên tố có hại, lượng S khống chế trong khoảng 0,06 ÷

0.12%.

Ngoài ra còn có một số nguyên tố khác như Cr, Ni, Mo,…có

tác dụng riêng

Độ cứng

8.3 GANG XÁM

c, Các biện pháp nâng cao cơ tính

- Giảm lượng cacbon của gang (2,2 ÷ 2,5%);

- Làm nhỏ mịn grafit bằng phương pháp biến tính;

- Hợp kim hoá;

- Nhiệt luyện.

8.3.4 Ký hiệu và công dụng

- Theo tiêu chuẩn ГОСТ của Liên Xô: CЧxx – xx;

- Theo tiêu chuẩn TCVN của Việt Nam: GXxx – xx.

Gồm: GX15 ÷ GX25 (C Ч15 ÷ C Ч25).– Gang xám Ferit - Peclit

Dùng làm các chi tiết chịu tải nhẹ: vỏ hộp giảm tốc, mặt bích,

- Các mác có độ bền tương đối cao, σk = 250 ÷ 300MPa

Gồm: GX25 ÷ GX30 (C Ч25 ÷ C Ч30).– Gang xám Peclit với grafit

nhỏ mịn

Dùng làm các chi tiết chịu tải trọng cao: bánh răng, bánh đà,

thân máy quan trọng, xéc măng,

8.3.4 Ký hiệu và công dụng

- Các mác có độ bền cao, σk ≥ 300MPa

Gồm: GX30 ÷ GX40 (C Ч30 ÷ C Ч40).– gang xám Peclit với grafit

rất nhỏ mịn

Dùng làm các chi tiết chịu trọng cao, chịu mài mòn như bánh

răng chữ V, trục chính, vỏ bơm thuỷ lực ,

- Gang xám dùng làm các chi tiết chịu nén, tránh dùng vào các bộ phận chịu kéo cao;

- Dùng làm ổ trượt vì grafit có tính bôi trơn tốt

Kết luận

+ Gang xám biến trắng

- Gang có bề mặt của chi tiết bị biến trắng, một số chi tiết cần

tính chống mài mòn ở lớp bề mặt cao như bi nghiền, trục cán,

trục nghiền,

- Tổ chức tế vi của gang cầu có

ba loại nền kim loại là:

Ferit, Ferit – Peclit và Peclit

Tương cũng có ba loại gang

cầu Ferit, gang cầu Ferit – Peclit

và gang cầu Peclit

8.4 GANG CẦU

8.4.2 Thành phần hoá học

- Dùng Mg hoặc Ce cho vào gang xám lỏng để tạo ra gang cầu

+ Chất biến tính cần khống chế với lượng nhỏ: 0,04 ÷ 0,08%;

+ Các nguyên tố cản trở sự cầu hoá khoảng ở mức ≤ 0,01% (S)

⇒ Có thành phần hoá học giống gang xám

8.4 GANG CẦU

8.4.3 Cơ tính và biện pháp nâng cao cơ tính

- Gang cầu có cơ tính cao hơn gang xám nhiều;

+ Độ bền: σk = 400 ÷ 1000MPa; σ0,2 = 250 ÷ 600MPa

a, Cơ tính

+ Độ dẻo, dai: δ = 5 ÷ 15%; ak = 300 ÷600 KJ/m2

+ Độ cứng khoảng 200HB

b, Các biện pháp nâng cao cơ tính

- Dùng Niken để hoá bền pha Ferit;

- Tôi đẳng nhiệt để biến thành Bainit

8.4 GANG CẦU

8.4.4 Ký hiệu và công dụng

- Theo tiêu chuẩn ГОСТ của Liên Xô: B Чxx – xx;

- Theo tiêu chuẩn TCVN của Việt Nam: GCxx – xx.

8.4.4 Ký hiệu và công dụng

+ Gang cầu nhiệt luyện – Bainit:

- BЧ70–3; BЧ100–4 (GC38–17; GC42–12);

- Có độ bền cao ⇒ dùng làm các chi tiết quan trọng

+ Gang cầu Peclit:

CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG

8.5 GANG DẺO

8.5.1 Tổ chức tế vi

- Gang dẻo là một loại gang có tổ chức nền kim loại và grafit

grafit của nó có hình dạng cụm như cụm bông

- Gang dẻo có 3 loại là:

+ Gang dẻo Ferit;

+ Gang dẻo Ferit – Peclit;

+ Gang dẻo Peclit

8.5 GANG DẺO

8.5.2 Thành phần hoá học

- Gang dẻo được ủ từ gang trắng nên thành phần hoá học

cơ bản cũng giống gang trắng

+ Lượng Silic có thể lấy từ 0,8 ÷ 1,4%

+ Lượng cacbon trong gang dẻo khoảng 2,2 ÷ 2,8%

⇒ ít grafit hoá ⇒ tính dẻo cao

8.5.3 Cơ tính

+ Độ bền: σk = 300 ÷ 600MPa; σ0,2 = 200 ÷ 450MPa+ Độ dẻo: δ = 5 ÷ 15%

8.5 GANG DẺO

8.5.4 Ký hiệu và công dụng

+ КЧ30–6; КЧ33–8; КЧ35–10; КЧ37–12 – Gang dẻo Ferit

- Theo tiêu chuẩn ГОСТ của Liên Xô: КЧxx – xx;

- Theo tiêu chuẩn TCVN của Việt Nam: GZxx – xx.

CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG

8.6 GANG HỢP KIM

- Gang chứa một lượng lớn các nguyên tố như Cr , Ni , Mn ,

Ti , Mo, … có cơ tính cao gọi là gang hợp kim.

Các nguyên tố hợp kim làm tăng cơ tính của gang do:

+ Khi hoà tan vào Ferit làm tăng cơ tính của pha này;

+ Làm nhỏ mịn tổ chức Peclit khi đúc;

+ Làm tăng hiệu quả nhiệt luyện bằng cách tối và ram

CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG

8.7 NHIỆT LUYỆN GANG

⇒ Lớp bề mặt có nền kim loại là Ferit hay Ferit – Peclit

+ Ủ thay đổi nền kim loại

- Ủ để làm giảm cacbon liên kết; T0

u = 7000C

Fe 3 C → F + G

- Ủ để làm tăng cacbon liên kết; T0

u > Ac3Grafit hoà tan vào Austenit

8.7 NHIỆT LUYỆN GANG

+ Mục đích của tôi và ram:

- Ram trung bình (300 ÷ 4500C), tổ chức Tram + G;

- Ram cao (500 ÷ 6500C), tổ chức Xram + G