Là loại gang cú tổ chức graphit thu gọn nhất ở dạng quả cầu, do đú gang cầu cú độ bền cao nhất trong cỏc loại gang cú graphit
5.4.1. Tổ chức tế vi
Tuỳ theo mức độ graphit hoỏ gang cầu được chia làm ba loại :
a) Gang cầu pherit:nền kim loại là sắt nguyờn chất và graphit cầu
b) Gang cầu pherit - peclit: nền kim loại là thộp trước cựng tớch và graphit cầu
5.4.2. Thành phần hoỏ học
Do được chế tạo từ gang xỏm nờn gang cầu cú thành phần hoỏ học giống như gang xỏm, nhưng cú một số đặc điểm sau:
- Lượng cỏc bon và silic cao tới 5 6% để bảo đảm khả năng graphit hoỏ. - Khụng cú hay rất ớt cỏc nguyờn tố cản trở quỏ trỡnh cầu hoỏ như : Ti, Al, Sn, Pb, Zn, Bi và đặc biệt là S.
- Chứa một lượng nhỏ chất biến tớnh Mg hay Ce: (0,04 0,08)% - Cú cỏc nguyờn tố nõng cao cơ tớnh: Ni < 1%, Mn (2%)
5.4.3. Cơ tớnh
Gang cầu cú cơ tớnh khỏ cao, giới hạn bền kộo bằng 70 80% so với thộp tương ứng, độ bền từ 400 1000MN/m2, % = 5 15%, ak = 300 600kJ/m2. Gang cầu ớt bị phỏ huỷ giũn hơn gang xỏm. Độ cứng xấp xỉ 200 HB gia cụng cắt gọt tốt.
5.4.4. Ký hiệu và cụng dụng
a)Ký hiệu:
Theo TCVN 1659-75 quy định ký hiệu gang cầu bằng hai chữ GC (gang cầu) và cỏc nhúm số chỉ gới hạn bền kộo tối thiểu theo kG/mm2 và độ gión dài tương đối %.
Vớ dụ: GC100-04 - cú giới hạn bền kộo tối thiểu 100kG/mm2 và độ gión dài tương đối = 4%.
b)Cụng dụng:
Gang cầu chủ yếu dựng thay thộp để chế tạo cỏc chi tiết hỡnh dỏng phức tạp như trục khuỷu xe ụ tụ du lịch và vận tải nhỏ. Ngoài ra nú cũn dựng làm một số
a)Gang dẻo pherit:
Là loại gang cú nền kim loại là sắt nguyờn chất kỹ thuật, trờn đú cú graphit cụm hay bụng phõn bố.
b)Gang dẻo pherit-peclit:
Là gang cú nền kim loại thộp trước cựng tớch và graphit cụm hay bụng.
c)Gang dẻo pộc lớt:
Là gang cú nền kim loại là thộp cựng tớch và graphit cụm hay bụng.
Trong ba loại gang dẻo trờn thỡ gang dẻo pherit cú độ bền thấp nhất và gang dẻo peclit cú độ bền cao nhất.
5.5.2. Thành phần hoỏ học
Do được ủ từ gang trắng nờn thành phần hoỏ học tương tự như gang trắng đem ủ. Tuy nhiờn với gang dẻo thường dựng lượng cỏc bon thấp khoảng từ 2,22,8% để ớt graphit làm cho tớnh dẻo cao. Lượng silớc phải vừa đủ để nhận được gang hoàn toàn trắng khi đỳc và đủ để thỳc đẩy quỏ trỡnh graphit hoỏ khi ủ, thụng thường tổng lượng cỏcbon -silic khoảng 3,5%. Vật đỳc đem ủ phải cú tiết diện (thành) mỏng để nguội nhanh.
5.5.3. Cơ tớnh
Đặc tớnh nổi bật của gang dẻo là cú độ dẻo cao do lượng cỏc bon thấp, graphit ớt và ở dạng tương đối thu gọn. Cơ tớnh của nú là trung gian giữa gang xỏm và gang cầu, giới hạn bền b=300600MN/m2,0,2 =200450MN/m2. Độ cứng thấp trờn dưới 200HB dễ cắt gọt.
5.5.4. Ký hiệu và cụng dụng
a)Ký hiệu:
TCVN 1659-75 quy định ký hiệu gang dẻo bằng hai chữ GZ (gang dẻo) và hai nhúm số chỉ giới hạn bền kộo tối thiểu tớnh theo kG/mm2 và độ gión dài tương đối () tớnh theo %.
Vớ dụ: GZ60-03 - cú giới hạn bền kộo tối thiểu là 60 kG/mm2 và độ gión dài tương đối 3%.
b) Cụng dụng:
Gang dẻo thường được dựng làm cỏc chi tiết đồng thời đũi hỏi ba yờu cầu sau: - Hỡnh dỏng phức tạp (sử dụng tớnh đỳc cao)
- Chịu va đập (tớnh dẻo)
- Tiết diện mỏng (dễ tạo ra vật đỳc là gang trắng)
Trong thực tế gang dẻo cũn sử dụng trong chi tiết mỏy dệt, mỏy nụng nghiệp, cuốc bàn, guốc hóm xe lửa... Nếu vật đỳc thụng thường thỡ dựng gang xỏm do giỏ thành thấp hơn.
5.6. Gang hợp kim
Gang hợp kim là gang mà ngoài sắt và cỏcbon ra cũn cú thờm cỏc nguyờn tố khỏc được cố ý đưa vào để nõng cao cỏc tớnh chất của chỳng (chủ yếu là cơ tớnh) như: Cr, Mn, Ni, Cu ... Trong đú Cr làm tăng mạnh độ thấm tụi, Mn và Ni làm tăng độ bền, Cu nõng cao tỏc dụng chống ăn mũn...Gang hợp kim cú cơ sở là gang xỏm, dẻo hay cầu.
5.7. Nhiệt luyện gang
Quỏ trỡnh nhiệt luyện gang khụng làm thay đổi dạng của graphit mà chỉ làm thay đổi nền kim loại/ Quỏ trỡnh chuyển biến tổ chức nền kim loại nền kim loại của gàn khi nung núng và làm nguội về cơ bản giống quỏ trỡnh xảy ra trong thộp nờn cú thể ỏp dụng vỏc chế độ nhiệt luyện của thộp cho gang. Tuy vậy, quỏ trỡnh nhiệt luyện cũng cú nhhững đặc điểm tiờng do c ú sự khỏc nhau về thành phần hoỏ học và đặc biệt l à quỏ trỡnh graphit hoỏ chi phối
Quỏ trỡnh nhiệt luyện làm thay đổi tổ chức nền kim loại và do đú, làm thay đổi tớnh chất tương tụ như thộp chỉ được sử dụng rộng rói cho gang dảo, gan cầu và gang giun vỡ ở đõy graphit đó ở dạng phự hợp, cú cơ tớnh cao. Đối với gang xỏm, thường chỉ ỏp dụng cỏc dạng nhiệt luyện này cho cỏc nỏc gang cú độ bền cao, đặc biệt là cho gang xỏm hợp kim thấp.
Đặc trưng nổi bật của gang là do điều kiện graphit hoỏ rất khỏc nhau khi đỳc nờn tổ chức ban đầu của gang trước khi nhiệt luyện rất khỏc nhau và thay đổi từ ferit, ferit-peclit tới peclit. Do đú, thường phải giữ ở nhiệt độ và thời gian rất khỏc nhau tuỳ theo tổ chức ban đầu của gang để cú thể bóo hoà cacbon cho austenit từ graphit thường xảy ra chập chạp nờn cần nhiệt độ cao hoặc thời gian lõu hơn.
Ở gang, sự thiờn tớch của cỏc nguyờn tố như Si, Mn và cỏc nguyờn tố hợp kim rất rừ ràng từ tõm hạt (xung quan graphit) tới biờn giới hạt tinh thể. Vỡ vậy, ngay trong một tinh thể, quỏ trỡnh chuyển biến pah khi nhiệt luyện xảy ra cũng
Dựa vào cựng ba pha này, cú thể nung gang ở đõy để đạt được tổ chức ferit-ausenit với hàm lượng ferit xỏc định rồi tiến hành cỏc dạng nhiệt luyện khỏc nhau để nhận được gang cú tổ chức ferit với cỏc tổ chức sau nhiệt luyện như xocbit, bainit và mactenxit ram, …. bảo đảm cho gang cú độ bền cao trong khi vẫn giữ được độ dẻo tốt.
Đặc điểm nổi bật khỏc của gang do hậu quả của quỏ trỡnh graphiet hoỏ là chú thể ủ nhiệt độ cao (950 – 1050OC) để phõn huỷ cacbit như trong quỏ trỡnh ủ gang dảo hoặc ủ mền ở nhiệt độ vừa dưới điểm chuyển biến cựng tớch (650 - 750OC) để nhận một phần hay hoàn toàn tổ chức nền kim loại là ferit, đảm bảo cho gang cú độ cứng thấp và độ dẻo cao
CHƯƠNG VI. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THẫP 6.1. Khỏi niệm về thộp cacbon
Thộp cỏc bon là hợp kim của sắt và cỏcbon với hàm lượng cỏc bon nhỏ hơn 2,14%. Ngoài ra trong thộp luụn chứa một lượng nhỏ cỏc nguyờn tố Mn, Si, P, S. Với bất kỳ loại thộp cỏc bon nào ngoài sắt ra cũng cú chứa C 2,14%; Mn 0,80%; Si 0,40%; P và S 0,05%. Thộp cỏc bon được sử dụng rất rộng rói trong cơ khớ (tỷ lệ 60 70%) và cỏc ngành cụng nghiệp khỏc.
Ngoài cỏc nguyờn tố trờn trong thộp cỏc bon cũn chứa một lượng khớ rất nhỏ hỡnh thành trong quỏ trỡnh nấu kuyện như : ụxy, hydrụ, nitơ. Nhưng do số lượng của chỳng quỏ ớt, ảnh hưởng khụng đỏng kể đến tớnh chất nờn ta thường khụng quan tõm đến
6.1.1. Thành phần hoỏ học và ảnh hưởng của cỏc nguyờn tố đến tổ chức và tớnh chất của thộp cacbon
a) Cỏc bon: là nguyờn tố quan trọng nhất quyết định đến tổ chức và tớnh chất của thộp. Với hàm lượng cỏc bon khỏc nhau thộp cú tổ chức tế vi khỏc nhau:
- Nếu hàm lượng cỏc bon < 0,80%: tổ chức là pherit và pộclit - Nếu hàm lượng cỏc bon = 0,80%: tổ chức là peclit.
- Nếu hàm lượng cỏc bon > 0,80%: tổ chức peclit và xờmentit thứ hai. Mặt khỏc khi hàm lượng cỏc bon tăng lờn thỡ lượng xờmentit tăng lờn, cản trở mạnh quỏ trỡnh trượt của pherit làm cho độ bền, độ cứng của thộp tăng lờn, độ dẻo và độ dai giảm đi. Tuy nhiờn độ bền lớn nhất đạt được với hàm lư ợng cỏc bon từ 0,80-1,0%, vượt quỏ giới hạn này do lượng xờmentit thứ hai quỏ nhiều làm cho thộp dũn, độ bền giảm đi Thộp cỏc bon với hàm lượng khỏc nhau được sử dụng trong cỏc lĩnh vực hoàn toàn khỏc nhau.
Hỡnh 6.1 Ảnh hưởng của cỏcbon đến cơ tớnh của thộp
b) Mangan: được cho vào thộp dưới dạng pherụ mangan để khử ụxy loại bỏ tỏc hại của FeO trong thộp lỏng:
Mn + FeO Fe + MnO
ễxớt mangan nổi lờn đi vào xỉ và được lấy ra khỏi lũ. Ngoài ra mangan cũn cú tỏc dụng loại bỏ tỏc hại của lưu huỳnh trong thộp. Mangan hoà tan vào pherit nõng cao cơ tớnh cho thộp, tuy nhiờn tỏc dụng khụng lớn do lượng chứa của nú nhỏ. Lượng mangan trong thộp từ 0,50 0,80%
c) Silic:được cho vào thộp dưới dạng pherụ silớc để khử ụxy loại bỏ tỏc hại của FeO trong thộp lỏng:
Si + FeO Fe + SiO2
Điụxớt silic nổi lờn đi vào xỉ và được lấy ra khỏi lũ. Ngoài ra silic cũn hoà tan vào pherit và nõng cao cơ tớnh cho thộp. Silic khử ụxy và nõng cao cơ tớnh cho thộp mạnh hơn mangan. Lượng silớc trong thộp từ 0,20 0,40%. Do vậy tỏc dụng nõng cao cơ tớnh khụng đỏng kể.
d) Phốt pho: Phốt pho cú khả năng hoà tan vào pherit khỏ lớn (đến 1,20% trong Fe-C nguyờn chất) và giảm đột ngột khi nhiệt độ giảm. Do đú gõy xụ lệch mạng phe rit rất mạnh làm tăng tớnh dũn khỏ lớn (đường kớnh nguyờn tử phốt pho khỏc nhiều so với sắt).
Khi vượt quỏ giới hạn hoà tan nú tạo ra Fe3P cứng và dũn. Do vậy phốt pho làm thộp bị dũn ở nhiệt độ thường và gọi là dũn nguội (cũn gọi là bở nguội). Do tớnh thiờn tớch rất mạnh nờn chỉ cần 0,10%P đó làm cho thộp bị dũn. Vỡ thế lượng phốt pho trong thộp nhỏ hơn 0,05%. Về phương diện gia cụng cắt gọt thỡ phốt pho là nguyờn tố cú lợi vỡ làm cho phoi dễ góy, lỳc này lượng phốt pho đến 0,15%.
e) Lưu huỳnh: Lưu huỳnh hoàn toàn khụng hoà tan trong sắt mà tạo nờn hợp chất FeS. Cựng tinh (Fe+FeS) tạo thành ở nhiệt độ thấp (9880C) và phõn bố tại biờn giới hạt. khi cỏn, rốn, kộo (nung đến trờn 10000C) biờn giới hạt bị chảy ra làm thộp bị đứt, góy, hiện tượng này gọi là dũn núng (cũn gọi là bở núng). Tuy nhiờn cú thể dựng mangan để loại bỏ tỏc hại của lưu huỳnh:
Cú nhiều cỏch phõn loại thộp cỏc bon, mỗi phương phỏp cú một đặc trưng riờng biệt cần quan tõm đến để sử dụng được hiệu quả hơn.
a) Phõn loại theo phương phỏp luyện và độ sạch tạp chất:
* Theo phương phỏp luyện:
- Thộp mỏc tanh (ngày nay khụng dựng phương phỏp này nữa) - Thộp lũ chuyển (lũ L-D, cũn gọi là lũ thổi)
- Thộp lũ điện
* Theo độ sạch tạp chất:
-Thộp chất lượng thường: cú lượng P và S khỏ cao đến 0,050% được nấu luyện trong lũ L-D cú năng suất cao, giỏ thành rẻ. Cỏc nhúm thộp này chủ yếu được dựng trong xõy dựng.
- Thộp chất lượng tốt: cú lượng P và S thấp hơn đến 0,040% được luyện trong lũ điện hồ quang. Chỳng được sử dụng trong chế tạo mỏy thụng dụng.
- Thộp chất lượng cao: cú lượng P và S đạt 0,030% được luyện trong lũ điện hồ quang và cú thờm cỏc chất khử mạnh, nguyờn liệu được tuyển chọn kỹ lưỡng.
- Thộp chất lượng rất cao: lượng P và S được khử đến mức độ thấp nhất 0,020% sau khi luyện bằng lũ hồ quang chỳng được tiếp tụ c khử tiếp tạp chất ở ngoài lũ bằng xỉ tổng
hợp hay bằng điện xỉ. Để hạn chế lượng khớ trong thộp phải dựng phương phỏp rút trong chõn khụng. Thộp chhất lượng cao và rất cao dựng chế tạo cỏc thiết bị và mỏy múc quan trọng.
b) Phõn loại theo phương phỏp khử ụ xy
Theo mức độ khử ụ xy triệt để hay khụng triệt để ta chia thộp ra hai loại là thộp sụi và thộp lắng (lặng).
* Thộp sụi: là loại thộp được khử ụ xy bằng chất khử yếu: phe rụ mangan
nờn ụ xy khụng được khử triệt để, trong thộp lỏng vẫn cũn FeO khi rút khuụn cú phản ứng:
FeO + C Fe + COư
Khớ Co bay lờn làm bề mặt thộp lỏng chuyển động giống như hiện tượng sụi. Vật đỳc thộp sụi cú mật độ thấp và chứa nhiều rỗ khớ và lừm co nhỏ. Thộp này cú độ dẻo cao và rất mềm, dập nguội tốt.
* Thộp lắng (lặng): là loại thộp được khử ụ xy triệt để, ngoài phe rụ mangan cũn dựng phe rụ silic và nhụm nờn khụng cũn FeO nữa, do vậy bề mặt thộp lỏng phẳng lặng. Thộp lắng cú độ cứng khỏ cao, khú dập nguội. Vật đỳc thộp lắng cú mật độ cao và lừm co lớn. Thộp hợp kim chỉ là loại thộp lắng. Ngoài ra cũn loại thộp nửa lặng, nú cú tớnh chất trung gian giữa hai loại trờn do chỉ khử ụxy bằng pherụ mangan và nhụm. Ngày nay cú xu hướng dựng thộp nửa lặng thay cho thộp sụi.
c) Phõn loại theo cụng dụng:
Dựa theo mục đớch sử dụng thộp cỏcbon được chia làm hai nhúm: thộp kết cấu và thộp dụng cụ.
* Thộp kết cấu: là loại thộp dựng làm cỏc kết cấu và chi tiết mỏy chịu tải
do đú cần cú độ bền, độ dẻo và độ dai bảo đảm. Nhúm thộp này được sử dụng nhiều nhất vỡ chủng loại sản phẩm của nú rất lớn. Đõy là nhúm thộp chất lượng tốt và cao.
* Thộp dụng cụ: là loại thộp làm cỏc dụng cụ gia cụng và biến dạng kim loại như: dụng cụ cắt, khuụn dập, khuụn kộo ...Chỳng giữ vai trũ rất quan trọng để gia cụng cỏc chi tiết và kết cấu mỏy. Số lượng thộp dụng cụ khụng lớn vỡ chủng loại sản phẩm của chỳng ớt.
6.1.3. Ký hiệu thộp cacbon
a) Thộp cỏc bon chất lượng thường (thộp cỏc bon thụng dụng):
Là loại thộp chủ yếu được dựng trong xõy dựng, được cung cấp qua cỏn núng khụng nhiệt luyện, dưới dạng bỏn thành phẩm : ống, thanh, tấm, thộp hỡnh, sợi ...Theo tiờu chuẩn Việt Nam TCVN 1765 - 75 nhúm thộp cỏc bon chất lượng thường được ký hiệu bằng chữ CT (C - cỏc bon, T - thộp chất lượng thường). Nếu cuối mỏc thộp khụng ghi gỡ cả là thộp lắng (lặng), nếu cú s là thộp sụi, n là thộp nửa lặng. Chỳng được chia làm ba phõn nhúm:
* Phõn nhúm A: là loại thộp chỉ được quy định về cơ tớnh mà khụng quy định
về thành phần húa học. Giới hạn bền kộo tối thiểu tớnh theo đơn vị kG/mm2 (với MPa phải nhõn thờm 10), cú thể tra bảng để tỡm cỏc chỉ tiờu 0,2, , , và aK. Gồm cỏc mỏc CT31, 33, 34, 38, 42, 51, 61.
* Phõn nhúm B: là loại thộp chỉ được quy định về thành phần hoỏ học mà
khụng quy định về cơ tớnh (thành phần này cú thể tỡm thấy khi tra bảng). Ký hiệu của phõn nhúm này tương tự phõn nhúm A, chỉ khỏc là thờm chữ B ở đầu mỏc. Vớ dụ BCT31, BCT33...BCT61.
* Phõn nhúm C: gồm cỏc thộp được quy cả về cơ tớnh và thành phần hoỏ học.
Ký hiệu của chỳng tương tự phõn nhúm A, chỉ khỏc là thờm chữ C ở đầu mỏc. Vớ dụ CCT31, CCT33...CCT61. Để tỡm cỏc chỉ tiờu của thộp phõn nhúm này ta phải dựa vào hai phõn nhúm trờn. Chẳng hạn với mỏc thộp CCT38, khi tỡm thành phần hoỏ học ta tra bảng theo mỏc BCT38, cơ tớnh theo mỏc CT38.
Thộp chuyờn dựng trong xõy dựng được quy định theo TCVN 5709-93.
b) Thộp kết cấu:
Theo TCVN 1766-75 quy định ký hiệu bằng chữ C và cỏc chữ số tiếp theo chỉ lượng cỏc bon trung bỡnh trong thộp tớnh theo phần vạn.
Vớ dụ: C05, C10, C15... C65. Nếu cuối mỏc thộp cú chữ A là loại chất lượng cao hơn (P, S0,030%)
c)Thộp dụng cụ:
Theo TCVN 1822-75 quy định ký hiệu bằng chữ CD (C-cỏc bon, D-dụng cụ) và cỏc chữ số tiếp theo chỉ lượng cỏc bon trung bỡnh trong thộp theo phần vạn.