2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GANG

2.1.1. Khái niệm
Gang là hợp kim của sắt và cacbon cùng một số nguyên tố khác như: Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Mo, Mg, Cu… hàm lượng cacbon trong gang lớn hơn 2,14% .
a. Phân loại
Gang được chia làm 2 nhóm:
– Gang trắng: là hợp kim Fe – C trong đó cacbon có thành phần lớn hơn 2,14% và các tạp chất Mn, Si, P, S… Tổ chức của gang tương ứng với giản đồ trạng thái Fe – Fe3C. Về mặt tổ chức gang trắng chia làm ba loại:
+ Gang trắng trước cùng tinh %C ≤ 4,3%.
+ Gang trắng cùng tinh %C = 4,3%.
+ Gang trắng sau cùng tinh %C ≥ 4,3%.
– Gang Graphit: là hợp kim Fe – C trong đó Cacbon có thành phần lớn hơn 2,14% và các tạp chất Mn, Si, P, S… Tổ chức của gang phần lớn cacbon ở dạng tự do graphit, rất ít hoặc không có Fe3C. Nhóm gang graphit về mặt tổ chức cũng chia làm 3 loại:
+ Gang xám: graphit dạng tấm là dạng tự nhiên của gang graphit.
+ Gang cầu: graphit dạng cầu là dạng được cầu hóa khi đúc.
+ Gang dẻo: graphit dạng cụm bông, đã được ủ “graphit hóa” từ gang trắng.


b. Tính chất chung
Gang nói chung có tính đúc tốt và độ chảy loãng cao, độ co ngót ít, dễ điền đầy vào khuôn. Gang là vật liệu chịu nén rất tốt, chịu tải trọng tĩnh khá tốt và chịu mài mòn tốt. Tuy nhiên gang có tính dòn, chịu va đập kém. Do vậy gang được sử dụng trong gia công đúc để làm các chi tiết có hình dáng phức tạp như: vỏ máy, thân máy, bánh đai, bánh đà, trục khuỷu, trục cán, ổ trượt, bánh răng …


2.1.2. Các yếu tố ảng hưởng đến tính chất của gang
a. Ảnh hưởng của thành phần hóa học
– Cacbon (C): là nguyên tố thúc đẩy quá trình graphit hóa. Nhưng gang có nhiều cacbon thì độ dẻo và tính dẫn nhiệt giảm. Nếu cacbon chứa trong gang ở dạng hợp chất hóa học xementit thì gang đó gọi là gang trắng, nếu cacbon ở dạng tự do (graphit) thì gang đó gọi là gang xám. Sự tạo thành các loại gang khác nhau phụ thuộc vào thành phần hóa học và tốc độ nguội của nó.
– Silic (Si): Silic là nguyên tố ảnh hưởng nhiều nhất đến cấu trúc tinh thể của gang, vì nó thúc đẩy quá trình graphit hóa. Hàm lượng Si tăng sẽ làm tăng độ chảy loãng, tăng tính chịu mài mòn và ăn mòn của gang. Thường thì hàm lượng Si trong gang là 1,5 – 3%.
– Mangan (Mn): Mn trong gang thúc đẩy sự tạo thành gang trắng và ngăn cản graphit hóa. Bởi vậy trong gang trắng thường chứa 2 – 2,5% Mn, trong gang xám lượng Mn không quá 1,3%. Mn là nguyên tố tăng tính chịu mài mòn, tăng độ bền, giảm tác hại của lưu hùynh (S).
– Phốt pho (P): P là một nguyên tố có hại trong gang, nó làm giảm độ bền, tăng độ dòn của gang, dễ gây nứt vật đúc. Tuy nhiên P tăng tính chảy loãng, tác dụng này được sử dụng để đúc tượng, chi tiết mỹ thuật. Trong trường hợp đúc các chi tiết thành mỏng, hàm lượng P trong các chi tiết quan trọng không được quá 0,1%, còn các chi không quan trọng có thể tới 1,2%.
– Lưu hùynh (S): là nguyên tố có hại trong gang, nó làm cản trở graphit hóa, nên làm giảm tính chảy loãng do đó làm giảm tính đúc. Lưu hùynh làm giảm độ bền cho gang dòn. S kết hợp với Fe tạo thành FeS gây bở nóng. Vì vậy thành phần S trong gang không quá 0,1%.
b. Ảnh hưởng của độ quá nhiệt
Để tạo sự quá nguội người ta nung gang quá nhiệt nhiều, bởi vì khi nung gang tới nhiệt độ cao thì các hạt graphit hòa tan hoàn toàn hơn và 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 cơ tính của gang tốt hơn.
c. Ảnh hưởng của tốc độ nguội
Yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể của gang là điều kiện đông đặc và làm nguội của vật đúc. Tốc độ nguội nhanh thì ta được gang trắng, làm nguội chậm thì ta ssược gang xám. Tốc độ nguội của gang đúc phụ thuộc vào loại khuôn đúc và chiều dày vật đúc.