a. gang xám pherit
b. gang xám pherit–peclit c. gang xám peclit
Dạng graphit tấm càng ít, càng nhỏ mịn và phân bố đều, nền kim loại là peclit càng mịn thì cơ tínhcủa gang càng cao.
Thành phần và tốc độ nguội của gang khi đúc có ảnh hưởng quyết định tới sự hình thành tổchức và tính chất cơ học của gang.
Giảm C, Si và Cdl cũng như tăng tốc độ nguội (tương ứng với giảm đường kính mẫu thử), tổchức của gang sẽthayđổi từferit tới ferit-peclit và peclit. Tương ứng, độ bền kéo của gang trắng tăng lên. Tiếp tục giảm SEvà tăng tốc độ nguội, trong gang sẽ xuất hiện xê mentit tự do dẫn tới làm xấu tính chất cơ học của gang. Thành phần của gang xám thông thường dao động như sau: 2,8-3,6%C; 1,2-2,8%Si; 0,5-1,6%Mn; tới 0,65%P; tới 0,15%S. Hợp kim hóa gang bằng 0,2-0,5%Cr; 0,3-1,0%Ni; 0,3-0,4%Mo; 0,4-1,0%Cu tùy theo thành phần cụthểcủa gang mà dùng phối hợp các nguyên tốhợp kim theo tỷ lệ nhất định giữa các nguyên tố cacbit hóa và graphit hóa để không xuất hiện cacbit tựdo khi kết tinh cùng tinh, sẽlàm cho peclit trong gang trở nên nhỏmịnh và do đó, nâng cao tính chất cơ học cũng như tính chịu mài mòn và tính chịu nhiệt,… cho gang.
Nhìn chung, gang xám do graphit chia cắt rất mạnh nền kim loại, các đỉnh và mép của graphit đều nhọn là nơi taạp trungứng suất khi có tải trọng tác dụng nên gang xám có độ bền tương đối thấp, đặc biệt có tính dẻo kém. Cơ tính của gang xám phụ thuộc vào tổchức nền kim loại. Tuy nhiên gang xám có độbền nén tốt, có khả năng tự bôi trơn do có graphit khi làm việc ở điều kiện chịu mài mòn nửa khô, có tính xung nhiệt và tính giảm chấn tốt lại rất rẻ nên được sử dụng rất rộng rãi đểchếtạo thân và bệ máy, các chi tiết chịu lực không lớn, không yêu cầu tính dẻo dai trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như ngành chếtạo máy, máy nông nghiệp, luyện kim…
Ở Việt Nam, gang xám được ký hiệu GX với hai cặp số chỉ giá trị tối thiểu của độbền kéo và độbền uốn của gang với đơn vị kG/mm2.
Các mác gang GX00, GX12-28, GX15-32 là các loại gang xám chứa Cdl cao. Tổ chức tếvi của nó gồm: graphit nhiều, thô to và nên kim loại là ferit-peclit. Cơ tính của gang này thấp nên chỉ được sửdụng cho các chi tiết không chịu lực nhưng lại chịu va đập nhiệt tốt.
Các mác gang GX21-40, GX24-44, GX28-48, GX32-52 khi nấu phải pha thêm nhiều thép vụn trong phối liệu để giảm Cđl, sau đó biến tính graphit hóa bằng FeSi hoặc CaSi nên có graphit tấm số lượng ít, mịn, phân bố đều, tổ chức nền kim loại là peclit, do đó cơ tính của gang khá và chúng được sử dụng cho các chi tiết chịu lực, chịu mài mòn, … trong ngành chếtạo máy.
Hai mác gang GX35-56, GX38-60 khi nấu phải pha nhiều thép vụn, biến tính bằng FeSi hoặc CaSi và hợp kim hóa thấp bằng Cr (0,3%-0,7%) và Ni (0,5%-0,8%) nên graphit ít, độ mịn cao, phân bố đều và tổ chức nền kim loại là peclit nhỏ mịn.
Gang này có cơ tính cao, được dùng cho các chi tiết dày, tải trọng nặng.
Các mác gang hợp kim thấp ngoài cơ tính cao còn làm việc được trong điều kiện nhiệt độ hơi cao (500-7000C), chịu mài mòn, chịu ăn mòn trong một số môi trường nhất định. Ví dụ, gang dùng trong công nghiệp điezen như bloc xilanh chứa 0,25- 0,5%Cr; 0,3-0,5%Ni; gang để đúc secmăng đơn chiếc được hợp kim hóa bằng 0,25%- 0,35%Cr; 0,35%-0,5%Cu (hoặc Ni) và 0,08%-0,18%Ti,…
2.7.2.3. Gang xám biến trắng
Ngoài gang xám bình thường, trong thực tế còn gặp gang xám biến trắng. Gang này có tổchức thay đổi từngoài vào trong, ngoài cùng là gang trắng, lớp trung gian là gang hoa râm (chứa cả lê đê burit và graphittựdo) và trong cùng là gang xám.
Gang biến trắng thường có thành phần thích hợp và được tạo ra một lớp trắng bề mặt bằng cách làm nguội rất nhanh lớp bềmặt khi đúc ví dụdùng khuôn kim loại.
Gang xám biến trắng: chứa không quá 3,5%C; 0,7-0,8%Si; không quá 3%Mn; P, S càng thấp càng tốt.
Để tăng và thay đổi lớp biến trắng, gang cònđược hợp kim hóa nhiều nhất là 1,5%Cr; 2,5%Ni, phải đảm bảo tỷ lệ Ni/Cr =3/1); 0,5%Cu (tỷ lệ Cu/Cr=3); 0,6%Mo (tỷ lệ Mo/Cr=2-4) và tới 2%V. Độ cứng của gang biến trắng giảm dần từ ngoài vào trong. Độcứng lớp trắng có thể đạt tới 450-650HB. Độ cứng lớn nhấtứng với tổchức mactenxit–cacbit khi hợp kim hóa gang tới 4%Ni và tới 1,5%Cr.
Giới hạn bền kéo của gang biến trắng có thể đạt 100-550MPa. Gang cầu biến trắng cho độ bền cao nhất.
Gang biến trắng thường được dùng để đúc trục cán, bánh xe goong tàu hỏa, các chi tiết cam, má nghiền, đầu phun cát, đầu phun bi…
2.7.2.4. Gang cầu
Gang cầu cònđược gọi là gang bền cao có graphit ởdạng cầu nhờ biến tính bằng các nguyên tố cầu hóa graphit như Mg, Ce và các nguyên tố đất hiếm. Sau khi biến tính cầu hóa, gang lỏng cònđược biến tính lần hai bằng các nguyên tố graphit hóa như FeSi, CaSi đểchống biến trắng cho gang.
Nhờcác chất biến tính cầu hóa mà gang lỏng trởnên sạch các tạp chất như S và khí, làm tăng độquá nguội cho gang và tạo cho graphit phát triển chủ yếu theo hướng thẳng góc với bềmặt cơ sởcủa tinh thể graphit. Do đó, graphit kết tinh thành dạng cầu.
Tổ chức tế vi của gang cầu bao gồm graphit cầu và nền kim loại là ferit, ferit- peclit, peclit. Tổchức tếvi của gang cầuđược giới thiệu trên hình 2.14.
Do graphitở dạng cầu là dạng ít bị tập trungứng suất khi chịu tải- nên gang cầu có độ bền và độ dẻo cao, hoàn toàn có thể gia công biến dạng được. Có thể áp dụng các phương pháp nhiệt luyện thép cho gang cầu để có thể đạt được tổ chức nền kim loại khác nhau như: xoocbit, banit, mactenxit,… và cho các tính chất mong muốn.