19/03/2019 ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU VÀ CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO CHƯƠNG GANG TS Trương Công Tiễn 4.1 Khái niệm chung gang 4.1.1 Khái niệm Gang hợp kim sắt bon lượng C = 2,14 ÷ 6,67%, ngồi cịn có tạp chất Mn, Si, P, S ngun tố khác Đặc tính chung cứng, giịn, nhiệt độ nóng chảy thấp, dễ đúc 4.1.2 Ảnh hưởng nguyên tố đến tính gang Ảnh hưởng thành phần hóa học Cácbon Silích : Thúc đẩy graphít hố (thúc đẩy tạo thành cácbon tự do) Lượng graphít tăng làm cho gang giòn, độ bền giảm, dễ cắt gọt, khả chịu mài mịn tăng Thường Si = 1,5 ÷ 3,0% Mangan (Mn) : Cản trở tạo thành graphít, thúc đẩy tạo thành Mn3C (hố trắng gang) Tuy nhiên Mn có lợi cho việc khử lưu huỳnh gang (tạo thành MnS lên xỉ), thường Mn = 0,5 ÷ 1,0% Phốt (P) : Làm tăng tính chảy lỗng làm giảm tính làm cho gang giịn, thường P = 0,1 ÷ 0,2% Lưu huỳng (S): Cản trở graphít hố, làm giảm tính chảy lỗng Thường S < 0,1% Vật liệu Công nghệ Chế tạo 19/03/2019 4.1 Khái niệm chung gang 4.1.2 Ảnh hưởng nguyên tố đến tính gang Ảnh hưởng độ nhiệt Để tạo nguội người ta nung gang nhiệt nhiều, nung gang tới nhiệt độ cao hạt graphit hịa tan hoàn toàn khử vật lẫn phi kim loại dẫn đến kết tinh mầm kết tinh nhiều phân bố đồng hơn, làm tính gang tốt Ảnh hưởng tốc độ nguội Yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể gang điều kiện đông đặc làm nguội vật đúc Tốc độ nguội nhanh ta gang trắng, làm nguội chậm ta ssược gang xám Tốc độ nguội gang đúc phụ thuộc vào loại khuôn đúc chiều dày vật đúc Vật liệu Công nghệ Chế tạo 4.2 Phân loại gang Gang chia làm nhóm: Gang trắng Gang Graphit 4.2.1 Gang trắng Ký hiệu thành phần Hầu hết dùng gang trắng chứa 3% – 3,5% cacbon nhiều C gang dòn, mặt gãy chi tiết gang trắng có màu sáng tắng nên gọi gang trắng Gang trắng hình thành hàm lượng C Mn thích hợp với điều kiện làm nguội nhanh vật đúc thành mỏng, nhỏ Gang trắng ký hiệu Tính chất Gang trắng cứng giịn, tính cắt gọt nên dùng làm vật liệu đúc Tổ chức tế vi Là loại gang mà hầu hết cacbon dạng liên kết Fe3C (Xementit) Cơng dụng Nó dùng để chế tạo gang rèn (gang dẻo), luyện thép chi tiết máy cần tính chống mài mịn cao bi nghiền, trục cán Vật liệu Công nghệ Chế tạo 19/03/2019 4.2 Phân loại gang 4.2.2 Gang Graphit Là hợp kim Fe - C Cacbon có thành phần lớn 2,14% tạp chất Mn, Si, P, S… Tổ chức gang phần lớn cacbon dạng tự graphit, khơng có Fe3C Nhóm gang graphit mặt tổ chức chia làm loại: Gang xám: graphit dạng dạng tự nhiên gang graphit Gang cầu: graphit dạng cầu dạng cầu hóa đúc Gang dẻo: graphit dạng cụm bông, ủ “graphit hóa” từ gang trắng Gang xám Gang cầu Gang dẻo Các dạng graphit gang Vật liệu Công nghệ Chế tạo 4.2 Phân loại gang 4.2.2 Gang Graphit Gang xám Ký hiệu thành phần Ký hiệu Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1659 – 75), ký hiệu gang xám gồm phần, chữ loại gang: GX số độ bền kéo độ bền uốn • Ví dụ: GX12-28 (ký hiệu theo tiêu chuẩn Liên Xơ cũ Cч 12-28) có số độ bền là: σk = 12 Kg/mm2 (σk = 120N/mm2) σu = 28 Kg/mm2 (σu = 280N/mm2) Theo tiêu chuẩn Mỹ (SAE J431) có mác: G1800, G2500, G3000, G3500, G4000 số có đơn vị ksi • Ví dụ G3000 gang xám có giới hạn bền tối thiểu 30ksi Theo tiêu chuẩn Nhật JIS có mác: FC100, FC150, FC200, FC250, FC300, FC350, số giới hạn bền tối thiểu tính theo đơn vị MPa • Ví dụ: FC100 gang xám có giới hạn bền tối thiểu 100MPa Thành phần hóa học gang xám nằm giới hạn sau: C: 2,8 – 3,5%; Si: 1,5 – 3%; Mn: 0,5 – 1%; P: 0,1 – 0,2%; S ≤ 0,08% với vật đúc nhỏ 0,1 – 0,12% vật đúc lớn Vật liệu Công nghệ Chế tạo 19/03/2019 4.2 Phân loại gang 4.2.2 Gang Graphit Gang xám Tổ chức tế vi: Là loại gang mà hầu hết cacbon dạng graphit hình Vì có graphit nên mặt gãy có màu xám Gang xám có cấu trúc tinh thể cacbon graphit dạng tấm, gang xám là: pherit, peclit – pherit, peclit Tính chất: Do hình dạng tính chất học graphit (có độ bền học kém) gang xám có độ bền kéo, độ dẻo độ dai thấp, độ bền 35 – 40 Kg/mm2, độ cứng 150 – 250 HB Tuy nhiên graphit có ưu điểm làm tăng độ chịu mịn gang, có tác dụng chất bôi trơn, làm cho phoi gang dễ bị vụn cắt gọt, khử rung động, làm giảm độ co ngót đúc Công dụng: Gang xám thường dùng để chế tạo chi tiết chịu tải trọng nhỏ bị va đập như: thân máy, bệ máy, ống nước,… chịu ma sát tốt nên gang xám dùng để chế tạo ổ trượt bánh Các mác GX12 – 28, GX15 -32 có độ bền khơng cao dùng để làm vỏ hộp, nắp che (không chịu lực) Các mác GX21 – 40, GX28 – 48 có độ bền cao hơn, dùng làm bánh đà, thân máy Các mác GX36 – 56, GX40 – 60 có độ bền cao, dùng làm vỏ xi lanh, bánh chữ V, trục chính… Vật liệu Công nghệ Chế tạo 4.2 Phân loại gang 4.2.2 Gang Graphit Gang cầu Ký hiệu thành phần Ký hiệu: Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1659 – 75 ký hiệu gang cầu gồm phần, chữ loại gang: GC hai số độ bền kéo độ giãn dài tương đối • Ví dụ: GC45-15 (ký hiệu theo tiêu chuẩn Liên Xơ cũ Bч 45-15) có nghĩa là: gang cầu có giới hạn bền kéo 45Kg/mm2, độ giãn dài tương đối 15% Theo tiêu chuẩn Mỹ (SAE) có mác: D4018, D4512, D5506, D7003 hai chữ số đầu giới hạn bền kéo theo đơn vị Ksi, hai chữ số sau theo % độ giãn dài tương đối • Ví dụ D4018 gang cầu có giới hạn bền kéo 40Kg/mm2 độ giãn dài tương đối 18% Theo tiêu chuẩn Nhật JIS có mác: FCD370, FCD400, FCD450, FCD500, FCD600, FCD700, FCD800, số giới hạn bền tối thiểu tính theo đơn vị Mpa Thành phần hóa học gang cầu sau biến cứng sau: C: ÷ 3,6%C; Si: ÷ 3%; Mn: 0,5 ÷ 1%; Ni < 2%; Mg: 0,04 ÷ 0,08%; P 0,15%; S 0,03% Vật liệu Công nghệ Chế tạo 19/03/2019 4.2 Phân loại gang 4.2.2 Gang Graphit Gang cầu Tổ chức tế vi: Gang cầu có tổ chức tế vi gang xám (peclit – ferit, peclit), graphit có dạng thu nhỏ thành hình cầu Tính chất: Vì graphit gang dạng cầu nên gang cầu có độ bền cao gang xám nhiều, đặc biệt có độ dẻo đảm bảo Gang cầu vừa có tính chất thép (tương đương với mác thép thơng thường C20 – C45) vừa có tính chất gang Độ cứng độ bền gang cầu tăng cao nhiệt luyện Để có tổ chức gang cầu, phải nấu chảy gang xám dùng phương pháp biến tính đặc biệt gọi cầu hóa để tạo graphit hình cầu Cơng dụng: Do có nhiều ưu điểm tính nên gang cầu sử dụng ngày nhiều để thay cho thép trường hợp chi tiết có hình dáng phức tạp, đặc biệt trục khuỷu động nhẹ Do giảm hao phí ngun vật liệu mà đảm bảo điều kiện làm việc Gang cầu dùng để chế tạo chi tiết máy trung bình lớn, hình dạng phức tạp, chịu tải trọng cao, chịu kéo va đập loại trục khuỷu, trục cán… Vật liệu Công nghệ Chế tạo 4.2 Phân loại gang 4.2.2 Gang Graphit Gang dẻo Ký hiệu thành phần Ký hiệu: Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1659 – 75 ký hiệu gang dẻo gồm phần, chữ loại gang: GZ hai số độ bền kéo độ độ giãn dài tương đối • Ví dụ: GZ33-8 (ký hiệu theo tiêu chuẩn Liên Xơ cũ Kч 33-8) có nghĩa là: gang dẻo có độ bền kéo 33Kg/mm2, độ giãn dài tương đối 8% Theo tiêu chuẩn Mỹ (SAE) có mác: M3210, M4504, M5003, M7002, M8501 hai chữ số đầu giới hạn độ bền kéo theo đơn vị Ksi, hai chữ số sau độ giãn dài tương đối theo % Theo tiêu chuẩn Nhật JIS có mác: FCMB270, FCMB340, FCMB360, FCMW330, FCMW370, số giới hạn độ bền kéo theo MPa Thành phần hóa học: C: 2,2 ÷ 32,8%; Si: 0,8 ÷ 1,4%; Mn 1%; P 0,2%; S 0,1% Vật liệu Công nghệ Chế tạo 10 19/03/2019 4.2 Phân loại gang 4.2.2 Gang Graphit Gang dẻo Tổ chức tế vi: Khi ủ gang trắng xementit gang trắng phân hóa thành graphit, graphit có hạt nhỏ, sau làm nguội chậm ta có gang dẻo hay cịn gọi gang rèn Tùy theo chế độ ủ ta có loại gang dẻo có kim loại ferit, peclit, ferit – peclit Quy trình chế tạo gang dẻo gồm hai bước: Đúc chi tiết gang trắng Ủ vật đúc nhiệt độ 900 ÷ 1000°C khỏang thời gian 70 – 100 Ta có gang dẻo Tính chất: Thành phần C khơng cao nên graphit lại tập trung cụm nên ảnh hưởng xấu đến tính Lượng graphit gang dẻo loại gang khác nên tính gang dẻo đạt độ bền kéo tương đối cao (thấp gang cầu cao nhiều so với gang xám) đặc biệt có độ dẻo độ dai cao Vật liệu Công nghệ Chế tạo 11 4.2 Phân loại gang 4.2.2 Gang Graphit Gang dẻo Cơng dụng: Gang dẻo sử dụng gang xám có tính tổng hợp cao, nhiên giá thành gang dẻo cao so với gang xám cơng nghệ chế tạo phức tạp Chính lý mà gang dẻo dùng làm vật liệu chế tạo chi tiết máy thỏa mãn điều kiện sử dụng sau: Chịu va đập chịu kéo Hình dáng phức tạp Chi tiết có dạng thành mỏng (thường 20 – 30mm, dày 40 – 50mm) Gang dẻo dùng làm chi tiết máy máy nông nghiệp, ô tô, máy kéo, máy dệt… Vật liệu Công nghệ Chế tạo 12 19/03/2019 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trương Công Tiễn, Bài giảng Vật liệu Công nghệ chế tạo [2] Trần Thế Sang , Nguyễn Ngọc Phương, Vật liệu khí đại, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2012 [3] Hồng Tùng, Giáo trình Vật Liệu Cơ Khí Và Cơng Nghệ Cơ Khí, NXB Giáo Dục, 2006 [4] Nguyễn Thị Yên, Giáo trình vật liệu khí, NXB Hà Nội, 2005 [5] Nguyễn Tác Ánh, Giáo trình Cơng Nghệ Kim Loại, Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP HCM, 2004 [6] Nguyễn Văn Thái, Công nghệ vật liệu, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2006 [7] Trần Dỗn Sơn, Cơng nghệ chế tạo máy – Tập 1, NXB Đại học Quốc gia TP HCM, 2012 [8] Phạm Ngọc Tuấn, Nguyễn Văn Tường, Các phương pháp gia công đặc biệt, NXB Đại học Quốc gia TP HCM, 2013 [9] W Bolton, Engineering Materials Technology, 2nd Edition, Newnes, 1994 [10] Serope Kalpakjian, Stevan R Schmid, Manufacturing Engineering and Technology, 6th Edition, Prentice Hall, 2009 Vật liệu Công nghệ Chế tạo 13 ... hóa đúc Gang dẻo: graphit dạng cụm bơng, ủ “graphit hóa” từ gang trắng Gang xám Gang cầu Gang dẻo Các dạng graphit gang Vật liệu Công nghệ Chế tạo 4.2 Phân loại gang 4.2.2 Gang Graphit Gang xám... Nam TCVN 1 659 – 75 ký hiệu gang cầu gồm phần, chữ loại gang: GC hai số độ bền kéo độ giãn dài tương đối • Ví dụ: GC 45- 15 (ký hiệu theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ Bч 45- 15) có nghĩa là: gang cầu có... nghệ Chế tạo 4.2 Phân loại gang 4.2.2 Gang Graphit Gang dẻo Ký hiệu thành phần Ký hiệu: Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1 659 – 75 ký hiệu gang dẻo gồm phần, chữ loại gang: GZ hai số độ bền kéo