Để có đ!ợc grafit và grafit với các dạng khác nhau, mỗi gang phải có
Hình 5.18.Các dạng grafit trên tổ chức tế vi của gang xám (a), gang cầu (b), gang dẻo (c).
Sự tạo thành grafit hay grafit hóa
Trong gang cacbon có thể tồn tại ở cả hai dạng: tự do và liên kết, vậy điều kiện tạo thành chúng ra sao ?
Tr!ớc tiên phải nói rằng grafit là pha ổn định nhất, còn xêmentit kém ổn
định hơn (giả ổn định), song sự tạo thành grafit lại khó khăn hơn do so với xêmentit thành phần cacbon (%C) và cấu trúc của grafit sai khác quá nhiều với pha lỏng và austenit (nh! về %C của Xê, G, γ và pha lỏng lần l!ợt là 6,67, ∀00, 2,∀4 và 3,0 ữ 4,0%C). Tuy nhiên nhờ có ảnh h!ởng của thành phần hóa học và chế độ làm nguội khi đúc, sự tạo thành grafit của gang có thể trở nên dễ dàng hơn.
Thành phần hóa học
Bản thân cacbon cũng là yếu tố thúc đẩy sự tạo thành grafit. Trong số các nguyên tố trong gang, nguyên tố có ảnh h!ởng mạnh nhất đến sự tạo thành grafit (grafit hóa) là silic. Silic càng nhiều hay đúng hơn tổng l!ợng %(C+Si) càng cao sự grafit hóa càng mạnh, càng hoàn toàn, cacbon liên kết (xêmentit) càng ít, thậm chí không có. Vì vậy về cơ bản ng!ời ta coi gang là hợp kim ba cấu tử Fe - C - Si.
dần.
- (C + Si) lớn, khoảng ≥ 6%, sự tạo thành grafit là mạnh nhất với nền ferit
(không có cacbon liên kết),
- (C + Si) t!ơng đối cao, khoảng 5,0 ữ 6,0%, có nền ferit - peclit (0,∀ ữ
0,50%C liên kết),
- (C + Si) vừa phải, khoảng 4,2 ữ 5,0%, có nền peclit (0,60 ữ 0,80%C liên kết),
- (C + Si) thấp, < 4,0 ữ 4,3%C, có gang trắng (toàn bộ C của gang ở dạng liên kết).
Trong gang cũng có thể có các nguyên tố thúc đẩy tạo thành cacbit (còn gọi là gây hóa trắng gang) hay chống lại grafit hóa nh! đ# nghiên cứu ở mục 5.∀.2c, chúng đ!ợc đ!a vào có chủ định, riêng các gang đều có khoảng 0,50%Mn (gây biến trắng, làm cứng gang, nó là tạp chất th!ờng có của hợp kim Fe - C và với hàm l!ợng nh! vậy là có lợi cho cơ tính).
Tốc độ nguôi khi đúc và cách chế tạo
Yếu tố khác cũng ảnh h!ởng đến grafit hóa là tốc độ làm nguội khi đúc. Làm nguội chậm thúc đẩy tạo thành grafit, còn làm nguội nhanh thúc đẩy tạo thành cacbit, tạo ra gang trắng, gây biến trắng.
Nh! vậy l!ợng silic và tốc độ nguội ảnh h!ởng lớn đến đến sự tạo thành grafit nói chung, còn dạng grafit khác nhau đ!ợc tạo thành bằng các ph!ơng pháp
khác nhau tức theo các đ!ờng đi khác nhau.
- Gang xám với grafit tấm là dạng tự hiên đ!ợc hình thành dễ dàng và đơn giản nhất: đúc thông th∀ờng.
- Gang cầu với grafit cầu là dạng thu gọn nhất đ!ợc hình thành từ biến tính đặc biệt gang lỏng thông dụng(gang xám),
- Gang dẻo với grafit cụm (dạng đám) đ!ợc hình thành qua hai b!ớc: tạo ra xêmentit (gang trắng) rồi ủ để phân hóa nó thành grafit cụm.
Bảng 5.13. Thành phần hóa học (%) của các loại gang Loại gang C Si Mn S P Trắng 3,30-3,60 0,40-∀,20 0,25-0,80 0,06-0,20 0,05-0,20 Xám 3,00-3,70 ∀,20-2,50 0,25-∀,00 <0,∀2 0,05-∀,00 Cầu 3,00-4,00 ∀,80-3,00 0,∀0-0,80 <0,03 <0,∀0 Dẻo 2,00-2,60 ∀,00-∀,60 0,20-∀,00 0,04-0,20 <0,20
Từ tổ chức tế vi và cách chế tạo nh! thế, sự khác nhau về thành phần hóa học của các gang đ!ợc trình bày ở bảng 5.∀3, trong đó thấy rõ gang dẻo đ!ợc chế tạo từ gang trắng nên phải có tổng l!ợng (C + Si) thấp. Còn gang cầu đ!ợc biến tính từ gang xám lỏng, grafit đ!ợc tạo ngay khi đúc nên (C + Si) cao hơn.
5.6.2.Gang xám
Là loại gang phổ biến nhất (nếu không chỉ rõ loại gang thì phải hiểu đó là
gang xám).
a.Cơ tính
- Độ bền thấp, giới hạn bền kéo < 350 ữ 400MPa (th!ờng trong khoảng ∀50 ữ 350MPa), chỉ bằng nửa của thép thông dụng, ∀/3 ữ∀/5 của thép hợp kim. - Độ dẻo và độ dai thấp (δ≈ 0,5%, aK < ∀00kJ/m2), có thể xem nh! vật liệu
giòn.
Nguyên nhân cơ tính thấp của gang xám là do có tổ chức grafit tấm với độ bền rất thấp (có thể coi bằng không), có dạng bề mặt lớn, coi nh! vết nứt, rỗng chia cắt rất mạnh nền kim loại (thép) và sự tập trung ứng suất ở các đầu nhọn của tấm grafit làm giảm rất mạnh độ bền kéo. Tuy nhiên cấu trúc này ít làm hại độ bền nén (giới hạn bền nén của gang xám không kém thép).
Grafit nói chung và grafit tấm nói riêng cũng có những mặt có lợi.
+ grafit mềm (HB 2) và giòn, làm gang có độ cứng thấp (<< gang trắng) và phoi dễ gẫy nên dễ gia công cắt,
+ grafit có tính bôi trơn nên làm tăng tính chống mài mòn, với cùng độ cứng nh! nhau (hay thấp hơn chút ít) gang có tính chống mài mòn cao hơn thép là
vì lý do này,
+ grafit có khả năng làm tắt dao động nên gang xám th!ờng đ!ợc dùng làm đế, bệ máy (và cũng là để tận dụng khả năng chịu nén tốt).