TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.5.1.Cacbon và Silic
Cacbon tan rất ít trong sắt. Về mặt tổ chức nền thì càng ít cacbon, độ bền của gang càng cao. Trong gang cầu, cacbon đương lượng thường được khống chế ứng với thành phần cùng tinh hoặc cao hơn một chút để tạo điều kiện thuận lợi cho việc cầu hóa và tránh được tổ chức biến trắng. Thông qua điều chỉnh hàm lượng C có thể điều chỉnh được tổ chức nền gang. Tăng hàm lượng C tới giới hạn nhất định, tuy làm cho lượng graphit tăng cao hơn, nhưng lại có lợi là làm tăng độ dẻo và độ dai cho gang [44, 45, 46, 47, 48].
Silic tan trong sắt làm tăng độ cứng của ferit, kìm hãm quá trình tiết ra peclit. Nền kim loại có thể thay đổi từ ledeburit thành hoàn toàn ferit khi hàm lượng Si thay đổi từ 1 tới 4,5%. Để phòng tránh tổ chức biến trắng và giảm bớt lượng peclit trong tổ chức nền, cần giữ hàm lượng Si ở mức độ thích hợp, song Si không nên quá cao vì khi Si hòa tan nhiều vào ferit làm giảm tính dẻo của gang, gang cầu thông thường chứa 3,3 đến 3,9 %C; 2,0 đến 2,5 % Si [44, 45, 46, 47, 48].
1.5.2. Mangan
Mangan được thêm vào gang cầu chủ yếu để làm tăng khả năng thấm tôi trong điều kiện ở dạng đúc. Mangan thúc đẩy sự hình thành cacbit của sắt và có thể thay thế một phần Fe trong cacbit Fe3C để tạo thành cacbit thay thế, thường là (FeMn)C. Mangan là chất ổn định austenit tốt vì nó dịch chuyển đường cong peclit ban đầu trong biểu đồ TTT sang phía bên phải, làm cho quá trình nguội austenit chậm hơn. Nhưng cần chú ý rằng, mangan hoà tan nhiều và làm ổn định pha austenit. Hàm lượng Mn đủ cao để tạo thành tổ chức austenit ngay ở trạng thái đúc. Trong gang xám thường, Mn được dùng làm nguyên tố kiểm soát tỷ phần pha peclit trong gang. Thông thường hàm lượng Mn trong gang cầu ferit nên giữ ở mức thấp 0,2 đến 0,4 %, còn trong gang cầu peclit hàm lượng Mn là 0,4 đến 0,6 % [44, 45, 46, 47, 48].
Mn là nguyên tố gây ảnh hưởng quan trọng tới sự hình thành tổ chức của gang cầu ausferit. Khi tăng hàm lượng Mn, vùng cửa sổ sẽ bị thu hẹp và sẽ bị biến mất khi đạt một giá trị xác định (hình 1.7).
Với hàm lượng Mn bằng 0,67 %, không thể sản xuất được các mác gang có độ dẻo như EN-GJS-1000-5 (hình 1.7), cũng như mác theo tiêu chuẩn ASTM A897-
90 (850-550-10) gang cầu ausferit có độ dẻo cao. Vì Mn trong gang thiên tích rất mạnh. Nguyên tố này sẽ tập trung ở biên giới hạt tinh thể làm gang giòn làm giảm độ dẻo, đặc biệt đối với vật đúc thành dày. Ví dụ: hàm lượng trung bình của Mn trong gang là 0,42 %, mặc dù đã biến tính graphít hoá bằng FeSi, lượng Mn ở biên giới hạt tinh thể lên tới tới 0,6 %, trong khi đó ở tâm hạt gần graphít cầu chỉ có 0,3
% Mặt khác Mn là nguyên tố tạo cacbit, vì vậy, Mn nên giới hạn ở mức 0,3 % và càng thấp càng tốt.
Hình 1.7. Nguyên lý sự hình thành vùng cửa sổ khi giữ đẳng nhiệt và tác động của Mn tới quá trình [20]