- T rình bày được thành phần hóa học, tính chất, ký hiệu, cơng dụng của các loại gang;
3.1. Khái niệm chung về gang
3.1.1. Thành phần hóa học
Gang là hợp kim của Fe - C, Si, Mn, P, S:
- C = (2,14 6,67)% thường dùng gang có C = (3 4)%; - Si = (1 4)%;
- Mn = (2 2,5)% trong gang trắng, Mn < 1,3% trong gang xám;
- P = (0,1 0,5)%; - S ≤ 0,15%. - S ≤ 0,15%.
Ngồi các ngun tố trên trong gang có thể có một số nguyên tố hợp kim (Cr, Ni, Mo, Cu, Ti . . .) các nguyên tố biến tính (Aℓ, Ca, Mg, Ce . . .).
3.1.2. Tổ chức tế vi
- Cacbon nằm hoàn toàn ở trạng thái liên kết hợp chất hóa học xêmentit
- Cacbon phần lớn nằm ở trạng thái tự do graphit với các dạng tấm, phiến, cụm bơng, cầu, thường gặp trong gang xám, gang biến tính, gang dẻo, gang cầu.
Tổ chức tế vi của gang có graphit phụ thuộc vào tỷ lệ phân bố của cacbon ở pha graphit và xêmentit. Người ta chia tổ chức của chúng ra 2 phần: phần phi kim loại graphit, nền kim loại ferit và xêmentit.
+ Khi tất cả cacbon ở dạng tự do thì nền kim loại của tổ chức là
ferit;
+ Khi một phần cacbon ở dạng liên kết thì nền kim loại của tổ chức là ferit - peclit, peclit hoặc peclit - xêmentit.
Chính vì đặc điểm tổ chức tế vi như vậy mà các loại gang có cơ tính và cơng dụng khác nhau. Để đạt được tổ chức tế vi quy định mỗi loại gang lại có thành phần các nguyên tố khác nhau.
3.13. Cơ tính và tính cơng nghệ
a.Cơ tính
Gang là vật liệu có độ bền kéo thấp, độ giịn cao.
- Trong gang trắng tổ chức xêmentit là pha cứng giòn tồn tại với một
lượng lớn dễ dàng cho sự tạo vết nứt dưới tác dụng của tải trọng kéo. Do đó gang trắng có độ bền kéo thấp và độ giịn cao.
- Trong gang xám, gang biến tính, gang dẻo, gang cầu, tổ chức graphit tồn tại như những lỗ hổng có sẵn trong gang, là nơi tập trung ứng suất lớn, làm giảm độ bền kéo của gang. Mức độ tập trung ứng suất phụ thuộc vào hình dạng graphit, lớn nhất ở gang xám graphit dạng tấm, nhỏ nhất ở gang cầu với graphit hình cầu nên gang cầu có độ bền cao nhất, phối hợp với tính dẻo tốt nhất. Ngồi
ra graphit cịn có khả năng tự bơi trơn làm giảm ma sát, tăng tính chống mài mịn, làm tắt rung động và dao động cộng hưởng (vì bản thân graphit có tính bơi trơn và các
((lỗ hổng))graphit là nơi chứa đầu bơi trơn).
b.Tính cơng nghệ
- Tính đúc tốt (nhiệt độ nóng chảy thấp, độ chảy lỗng cao).
- Tính gia cắt gọt tốt (graphit có độ cứng, độ bền thấp, phoi dễ gẫy vụn).
3.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của gang
a. Ảnh hưởng của tốc độ nguội
Tốc độ nguội là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến cấu trúc tinh thể của gang.
- Tốc độ nguội nhanh sẽ thúc đẩy sự hình thành xêmentit được gang trắng.
- Tốc độ nguội chậm thúc đẩy hình thành graphit được gang xám.
Tốc độ nguội phụ thuộc vào khuôn đúc là cát hay kim loại và phụ thuộc vào chiều dày vật đúc.
Trong một vật đúc tính chất của gang có thể khác nhau, tùy theo tốc độ nguội. Nếu phần nào nguội nhanh sự hình thành của xêmentit nhiều sẽ được gang trắng, phần nguội chậm thì graphit hình thành nhiều được gang xám. Vì vậy khi đúc các chi tiết bằng gang có hình dáng phức tạp, lợi dụng điều kiện này người ta đã sản xuất ra loại gang nguội cứng làm trục máy cán, bánh xe lửa, lưỡi cày.
b. Ảnh hưởng của các nguyên tố hóa học
* Cacbon ( C )
Cacbon trong gang có thể tồn tại ở trạng thái hợp chất hoá học xêmentit
(Fe3C) hoặc ở trạng thái tự do graphit.
- Xêmentít có độ cứng cao nên khi %C tăng thì % Fe3C cũng tăng, làm
gang tăng độ cứng khó gia cơng cắt gọt, tăng độ giịn, giảm độ bền.
- Graphit có độ bền rất thấp (là vết nứt trong gang) nên khi %C tăng thì graphit cũng tăng, làm tăng vết nứt giữa nền kim loại và graphit (tạo ra các khoảng trống), giảm độ bền, nhưng khả năng cắt gọt càng tốt, tính chịu mài mịn của gang càng cao.
Cacbon làm tăng tính đúc cho gang, tăng khả năng chảy lỗng, giảm nhiệt độ nóng chảy, gang lỏng dễ điền đầy khuôn.
* Silic ( Si )
- Silic là nguyên tố làm tăng rất mạnh graphit hóa trong gang, graphit hóa càng nhiều càng dễ hình thành gang xám.
- Silic làm tăng tính đúc cho gang (tăng khả năng chảy loãng, giảm nhiệt độ nóng chảy), tăng tính chịumài mịn, chống ăn mòn.
* Mangan ( Mn )
- Mangan là nguyên tố làm cản trở graphit hóa, thúc đẩy sự hình thành xêmentit làm hóa trắng gang.
- Mangan khử lưu huỳnh rất tốt. Mn + S → MnS (hợp chất khó chảy, khơng tan nổi trên bề mặt gang lỏng ra ngoài theo xỉ).
- Mangan làm tăng độ cứng và tính chống mài mịn.
* Phôt pho ( P )
- Phơtpho làm tăng tính đúc của gang (gang dễ chảy lỗng, gang lỏng dễ điền đầy khuôn), rất cần khi đúc vật mỏng. Ngồi ra thành phần phơtpho tăng lên thì độ cứng của gang cũng tăng theo, tính chống mài mịn tốt.
- Phơtpho làm cho gang tăng tính giịn.
* Lưu huỳnh ( S )
- Lưu huỳnh là nguyên tố làm cản trở graphit hóa thúc đẩy hình thành xêmentit làm hóa trắng gang.
- Làm giảm tính đúc (giảm độ chảy loãng) của gang.
Ngồi ra trong gang cịn đưa vào gang 1 số nguyên tố hợp kim như Cr làm tăng lượng peclit của nền kim loại, làm nhỏ mịn peclit và graphit, nâng cao độ bền, độ cứng và tính chống mài mịn. Mo làm nhỏ hạt, hóa bền nền kim loại, tăng tính thấm tơi. Cu thúc đẩy sự hình thànhgraphit, làm nhỏ mịn peclit. Ti có tác dụng chủ yếu làm nhỏ hạt. Ni với lượng cao (15%) mở rộng khu vực ôstenit để gang đạt được tổ chức ôstenit.