Gang là gì? Tính chất, thành phần và công dụng của Gang

Trong cuộc sống hiện thì có một vật liệu được sử dụng phổ biến trong đời sống mà không thể thiếu được, đó chính là Gang. Một vật liệu có độ cứng và được con người sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp, hệ thống dân dụng và những thiết bị được sử dụng trong đời sống hàng. Gang là một chất liệu có độ bền, rắn chắc, bền bỉ nên nó có thể dùng trong dây chuyền sản xuất máy móc, linh kiện, đồ trang trí…

Để có thể hiểu rõ hơn về tính chất, thành phần và công dụng của Gang thì bạn và tôi cùng nhau đi tìm hiểu thêm về chất liệu Gang nhé!

Khái niệm gang là gì?

Gang là hợp kim bao gồm các thành phần: sắt (Fe) và carbon(C). Trong đó hàm lượng carbon lớn nhất 2,14%. Ngoài ra, nó còn chứa các nguyên tố khác như: Si, Mn, P và S. Trong gang còn chứa hóa học gần austectic có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng từ 1150 đến 1200 độ C, thấp hơn 300 độ C so với sắt nguyên chất. Vì vậy, có thể thấy được gang có tính giòn và màu xám chính là đặc điểm có thể nhận dạng được gang. Và đó cung là điểm để có được sự phân bố tự do của khối carbon với hình dạng tấm khi hợp kim đông đặc

Thành phần hóa học của gang

Để tạo ra được chất liệu gang cứng, có độ bền cao và được sử dụng nhiều trong đời sống hằng ngày thì chắc chắn là nhờ đến các thành phần hóa học để có thể tạo lên gang.

Thành phần hóa học của gang bao gồm chủ yếu là sắt (chiếm 95%) và các nguyên tố hợp kim chính là carbon và silic, trong đó carbon là 2,1% đến 4,3% trọng lượng. Và một phần đáng kể sillic (1-3% trong gang để tạo thành một tổ hợp kim Fe – C – Si. Tuy nhiên, thì gang được xem như là một hợp kim có chứa hai nguyên tố sắt và carbon ở trạng thái đông đặc.

Và trong gang thông thường sẽ chứa:

• 2,0÷4,0% C
• 0,2÷1,5% Mn
• 0,04÷0,65% P
• 0,02÷0,05% S

Ngoài ra, người ta còn chia các thành phần và hàm lượng các nguyên tố theo khối lượng nên được chia làm 2 loại: ganh thường và gang hợp kim

• Gang thường: là loại gang mà tỷ lệ tính theo phần trăm khối lượng giữa các nguyên tố thường có các nguyên tố: carbon, silic, mangan, phối pho và lưu huỳnh ở mức hạn bình thường.
• Gang hợp kim: hay còn được gọi loại gang đặc biệt, loại này thì có hai loại. Trong đó thì các nguyên tố riêng có hàm lượng silic cao hơn 4% và hàm lượng mangan 1,5%. Còn loại thứ hai thì chứa nhiều nguyên tố hợp kim khác nhau và các hàm lượng lớn nên nó thay đổi về tổ chức và tính chất gang như là: Niken, crom, đồng và titan.

Còn để phân loại các loại gang thì gồm có:

• Gang xám
• Gang xám biến trắng
• Gang cầu
• Gang giun
• Gang dẻo

Tính chất của gang

Để có thể hiểu rõ hơn về gang thì ta phải hiểu được tính chất của nó và từ đó hiểu được vì sao gang được chế tạo thành nhiều sản phẩm, thiết bị được sử dụng trong đời sống hằng ngày.

• Như nhiều người đã biết thì gang là một hợp kim, chủ yếu chứa hai nguyên tố sắt và carbon tổn tại ở trạng thái đông đặc. Và có thể hoạt động ở nhiệt độ nóng chảy khoảng từ 1150 đến 1200 độ C và thấp hơn 300 độ C so với sắt nguyên chất.
• Ngoài ra, gang còn được xem là một loại hợp kim mang tính giòn và nhận diện được gang thông qua màu xám ở các sản phẩm, gang có sự phân bố tự do của khối carbon và có hình dạng tấm của hợp kim đông đặc.

Phân loại và tính ứng dụng của gang

Như đã nói ở trên thì phân loại gang, gồm có 5 loại và mỗi loại lại có những đặc điểm riêng và được phù hợp với những môi trường khác nhau.

1. Gang xám (Gray cast iron)

• Loại này thì gồm chứa các thành phần carbon tồn tại dưới sự phân bố tự do dưới dạng graphit. Loại graphit này thường được dùng để tạo ra các tấm, phiến, chuỗi… và trên bề mặt của gang thì có màu xám, màu đặc trưng của ferit và graphit tự do. Và đây cũng chính là loại được mọi người dùng phổ biến nhất, vì nó có kết cấu đơn, cứng và độ bền tốt, phù hợp với nhiều ngành nghề, nhất là các nghề nằm trong lĩnh vực kỹ thuật.
• Gang xám có giá thành khá là rẻ và độ chịu nhiệt nóng chảy có thể đến 1350 độ C. Gang này có đặc tính đúc kết tốt, khả năng cách âm cao, có ưu điểm cho các vật liệu cần bôi trơn có chứa dầu nhớt. Tuy nhiên, gang xám có nhược điểm đó là giòn, khả nắng chống uốn kém và không thể rèn được.
• Vì tính chất nên gang thép dễ rèn đúc nên gang xám được sử dụng rỗng rãi trong các ngành công nghiệp. Các sản phẩm được tạo từ gang xám thì sẽ chịu được lực nén tốt. Và chỉ có một nhược điểm duy nhất, đó là trọng lượng nặng, bề mặt không có tính thẩm mỹ, xù xì.
• Được sử dụng để chế tạo các thân máy, bệ máy, ống nước… nên có thể chịu được ma sát tốt nên có thể sử dụng để chế tạo các ổ trượt và bánh răng.
• Ngoài ra, còn được sử dụng để chế tạo các loại đặc biệt trong công nghiệp dệt sợi.

2. Gang cầu ( cast iron)

• Loại gang này có hình dạng cầu tròn. Dạng cầu là dạng thu gọn nhất nên đây chính là vật liệu có độ bền khá tốt, khả năng chống va đập cao, tính bền dẻo và chống mài mòn. Loại gang cầu này thì được dùng trong ngành công nghiệp điện gió, các trung tâm và các bộ phận kết cấu như là khung máy.
• Trong gang cầu có chứa carbon lượng (CEL) cao từ 4,3% đến 4,6% để có thể chống biến trắng. Khi than chì ở dạng cầu sít chặt, ít chia cắt nền kim loại không làm giảm đi tính chất cơ học của gang,
• Đây chính là dòng vật liệu được sử dụng phổ biến trong các dòng van công nghiệp. Việc sản xuất van tư gang cầu nên có thể giảm giá thành van cũng như có thể tăng tuổi thọ, độ bền của van. Van được làm từ chất liệu này nên các sản phẩm có chất lượng vô cùng cao.
• Gang cầu được dùng để chế tạo ra các cho tiết máy trung bình và lớn, có những hình dạng phức tạp, chịu được sự tải trọng cao và chịu được sử va đập như các loại trục khuỷu, trục cán, ống nước có đường kình lón, nắp hố ga,…

3. Gang dẻo (Ductile iron)

• Loại này thì được người Anh phát minh ra và được ủ trong thời gian dài ở nhiệt độ từ 850 – 1050 độ C và thành phẩm là tạo ra được loại gang có tính dẻo cao, thậm chí hiện nay nó còn được thay thế cho thép để tạo ra các sản phẩm ứng dụng mà các loại gang không có khả năng làm được
• Còn trong ngành sản xuất van công nghiệp thì tất cả các loại van đều có thể chế tạo được từ gang dẻo. Và các nhà sản xuất van nổi tiếng đều lựa chọn gang dẻo để chế tạo. Vì dòng vật liệu này có độ bền, tuổi thọ dài, có thể chịu được tốt các nhân tố ảnh hưởng từ bên ngoài môi trường. Ngoài ra, chất liệu này tạo ra được nhiều mẫu mã đa dạng hơn so với các dòng chất liệu khác.
• Gang dẻo được ứng dụng hiều trong việc chế tạo các chi tiết có khối lượng nhỏ, thành mỏng nhưng chịu được sự va đụng như các công nghiệp chế tạo máy kéo, ô tô, máy dệt…

4. Gang trắng

• Là hợp kim giữa Fe – C, trong đó carbon là nguyên tố phần lớn hơn 2,14% và các tạp chất Mn, Si, P, S… Và hầu hết dùng gang trắng chứa 3% – 3,5% carbon nên khi nhiều C thì gang giòn và mặt gãy của các sản phẩm có màu sáng trắng thì đó chính là dùng gang trắng để chế tạo nên. Trong gang trắng chỉ hình thành được hàm lượng C và Mn vì vậy mà nó thích hợp nhưng với điều kiện làm nguội nhanh ở vật đúc thành mỏng, nhỏ.
• Gang trắng có độ cứng và độ giòn nhất định nên khi cắt gọt kém chỉ có thể dùng trong việc đúc, chủ yêu để chế tạo ra gang dẻo hoặc luyện thép.
• Ngoài ra, còn được ứng dụng để tạo ra các chi tiết máy có yêu cầu chống mài mòn như là bị nghiền, trục ván…

5. Gang giun

• Là loại gang xám nhưng mà ở dạng lỏng, sau mỗi lần biến tính lần thứ nhất bằng các nguyên tố Ce, Mg và trong lần biến thứ hai thì có các chất graphit hóa như FeSi, CaSi… và tạo ra một vật liệu ở dạng trung giữa tấm và cầu nên người ta đặt là gang giun.
• Và gang giun có tính chất như là gang xám nhưng lại có tính công nghệ hơn.
• Được ứng dụng trong việc chế tạo ra các chi tiết có thể chịu được sự va đập, chịu nhiệt, chịu được sự mài mòn như nắp, bloc xilanh động cơ diezen, guốc phanh tàu hoảm khuôn đúc thép…

Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của gang

1. Ảnh hưởng từ các thành phần hóa học

• Carbon (C): chính là nguyên tố thúc đẩy quá trình graphit hóa. Vì gang có nhiều carbon nên là độ dẻo cũng như tính dẫn nhiệt của nó bị giảm. Còn nếu carbon chứa trong gang có dạng hợp chất hóa xementit thì được gọi là gang trắng, dạng tự do thì nó lại là gang xám. Và với các loại gang khác nhau thì nó sẽ phụ thuộc vào các thành phần hóa học và tốc độ nguội của nó.
• Silic (Si): đây chính là nguyên tố quyết định đến cấu trúc tinh thể của gang. Nó thúc đẩy quá graphit hóa. Trong gang, nếu hàm lượng Si tăng thì nó sẽ làm tăng độ loãng, tăng tính chịu mài mòn và ăn mòn và hàm lượng của Si trong gang sẽ là 1,5 – 3%
• Mangan (Mn): nguyên tố này nằm trong gang thì nó thúc đẩy sự tạo thành gang trắng và ngăn cản graphit hóa. Nên trong gang trắng thì Mn thường chiếm 2 – 2,5%, còn trong gang xám thì không quá 1,3%. Khi có nhân tố này thì gang tăng độ chịu mài mòn, tăng độ bền, giảm các tác hại của lưu huỳnh
• Phốt pho (P): đây là một nguyên tố không mang đến lợi ích cho gang mà nó còn hại đến tính chất của gang, nó làm giảm độ bền, tăng độ giòn và dễ gây nứt các vật đúc. Nhưng khi đun phốt pho loãng ra thì có thể dùng để đúc tượng, các chi tiết mỹ thuật, chi tiết thành mỏng, hàm lượng P không được quá 0,1% có thể tới 1,2%
• Lưu huỳnh (S): cũng là nguyên tố có hại, nó cản trở graphit hóa nên có thể làm giảm đi tính chảy loãng và làm giảm đi tính đúc, làm giảm đi độ bền. Và khi lưu huỳnh kết hợp với sắt thì tạo ra FeS gây bở nóng, nên trong gang không quá 0,1%

2. Ảnh hưởng của độ quá nhiệt

Để có thể tạo ra sự nguội thì người ta sẽ nung gang quá nhiệt nhiều, khi nung gang ở nhiệt độ cao thì các graphit hòa tan hoàn toàn hơn và nó cũng có thể khử được các vật lẫn phi kim, loại dẫn đến khi kết tinh thì mầm kết tinh sẽ nhiều và phân bố đồng đều hơn, làm cho cơ tính của gang tốt hơn.

3. Ảnh hưởng của tốc độ nguội

Yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể của gang là điều kiện đông đặc, làm nguội của vật đúc. Tốc độ nguội nhanh thì ta được gang trắng, còn chậm thì ta sẽ được gang xám. Và tốc độ nguội của gang sẽ phụ thuộc vào loại khuôn đúc và chiều dày của vật đúc.

Chắc hẳn qua bài viết trên thì bạn đã hiểu rõ được Gang là gì? Những thành và ứng dụng của gang. Có thể thấy được gang là một vật liệu không thể thiếu được trong việc chế tạo ra các sản phẩm để phục vụ cho các khu công nghiệp, khu dân cư.

Và rất nhiều thiết bị được chế tạo từ gang, trong đó có ngành sản xuất van công nghiệp. Một thiết bị được sử dụng để điều chỉnh được dòng chảy. Trong đó, van được làm từ gang rất được nhiều lựa chọn và sử dụng trong hệ thống đường ống của mình phải kể đến một số dòng như: Van cầu, Bẫy hơi, Van giảm áp.v.v Và để có thể mua được các sản phẩm được chế tạo từ gang cũng như là các loại van công nghiệp, đồng hồ… thì bạn có thể liên hệ với Tuấn Hưng Phát chúng tôi qua hotline để được nhân viên tư vấn hỗ trợ thêm về sản phẩm.

Cảm ơn bạn đã quan tâm và theo dõi bài viết Gang là gì? Chúc bạn có một ngày tốt lành

Tham khảo thêm: Inox là gì? Phân loại và Ứng dụng của inox