Chương 5 gang

4.1.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính năng của gang  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

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ

VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ

CHẾ TẠO

TS Trương Công Tiễn 1

CHƯƠNG 4 GANG

4.1 Khái niệm chung về gang

4.1.1 Khái niệm

 Gang là hợp kim của sắt và các bon trong đó lượng C = 2,14 ÷ 6,67%, ngoài ra còn có các

tạp chất như Mn, Si, P, S và các nguyên tố khác Đặc tính chung là cứng, giòn, nhiệt độ nóng

chảy thấp, dễ đúc

4.1.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính năng của gang

 Ảnh hưởng của thành phần hóa học

 Cácbon và Silích : Thúc đẩy sự graphít hoá (thúc đẩy sự tạo thành cácbon tự do) Lượng

graphít tăng làm cho gang càng giòn, độ bền giảm, càng dễ cắt gọt, khả năng chịu mài

mòn tăng Thường Si = 1,5 ÷ 3,0%

 Mangan (Mn) : Cản trở sự tạo thành graphít, thúc đẩy sự tạo thành Mn3C (hoá trắng

gang) Tuy nhiên Mn có lợi cho việc khử lưu huỳnh trong gang (tạo thành MnS nổi lên

xỉ), thường Mn = 0,5 ÷ 1,0%

 Phốt pho (P) : Làm tăng tính chảy loãng nhưng làm giảm cơ tính và làm cho gang giòn,

thường P = 0,1 ÷ 0,2%

 Lưu huỳng (S): Cản trở sự graphít hoá, làm giảm tính chảy loãng Thường S < 0,1%

4.1.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính năng của gang

 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

 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

Vật liệu và Công nghệ Chế tạo

4.2 Phân loại gang

Gang được chia làm 2 nhóm: Gang trắng và Gang Graphit

4.2.1 Gang trắng

 Ký hiệu và thành phần

 Hầu hết chỉ dùng gang trắng chứa 3% – 3,5% cacbon vì nhiều C gang sẽ dòn, mặt gãy

các chi tiết bằng gang trắng có màu sáng tắng nên gọi là gang trắng Gang trắng chỉ hình

thành khi hàm lượng C và Mn thích hợp và với điều kiện làm nguội nhanh ở vật đúc

thành mỏng, nhỏ

 Gang trắng không có ký hiệu

 Tính chất

 Gang trắng cứng và giòn, tính cắt gọt kém nên chỉ dùng ở làm vật liệu đúc

 Tổ chức tế vi

 Là loại gang mà hầu hết cacbon ở dạng liên kết Fe3C (Xementit)

 Công dụng

 Nó chỉ dùng để chế tạo gang rèn (gang dẻo), luyện thép hoặc các chi tiết máy cần tính

chống mài mòn cao như bi nghiền, trục cán

4.2 Phân loại gang

4.2.2 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

Các dạng graphit trong gang

Vật liệu và Công nghệ Chế tạo

4.2 Phân loại gang

4.2.2 Gang Graphit

Gang xám

 Ký hiệu và thành phần

 Ký hiệu

 Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1659 – 75), ký hiệu gang xám gồm 2 phần, các chữ

cái chỉ loại gang: GX và 2 số tiếp theo chỉ độ bền kéo và độ bền uốn

• Ví dụ: GX12-28 (ký hiệu theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ là Cч 12-28) có các chỉ số độ

bền là: σk= 12 Kg/mm2(σk= 120N/mm2) và σu= 28 Kg/mm2(σu= 280N/mm2)

 Theo tiêu chuẩn của Mỹ (SAE J431) có các mác: G1800, G2500, G3000, G3500, G4000

trong đó các số chỉ có đơn vị là ksi

• Ví dụ G3000 là gang xám có giới hạn bền tối thiểu 30ksi

 Theo tiêu chuẩn của Nhật JIS có các mác: FC100, FC150, FC200, FC250, FC300,

FC350, trong đó số chỉ giới hạn bền tối thiểu tính theo đơn vị MPa

• Ví dụ: FC100 là gang xám có giới hạn bền tối thiểu là 100MPa

 Thành phần hóa học của gang xám nằm trong giới hạn sau: C: 2,8 – 3,5%; Si: 1,5 – 3%;

Mn: 0,5 – 1%; P: 0,1 – 0,2%; S ≤ 0,08% với các vật đúc nhỏ và 0,1 – 0,12% đối với vật

4.2.2 Gang Graphit

Gang xám

 Tổ chức tế vi: Là loại gang mà hầu hết cacbon ở dạng graphit hình tấm Vì có graphit nên

mặt gãy có màu xám Gang xám có cấu trúc tinh thể cacbon ở graphit dạng tấm, nền của

gang xám có thể là: pherit, peclit – pherit, peclit

 Tính chất: Do hình dạng và tính chất cơ học của graphit (có độ bền cơ học kém) do đó gang

xám có độ bền kéo, độ dẻo và độ dai thấp, độ bền 35 – 40 Kg/mm2, độ cứng 150 – 250 HB

Tuy nhiên graphit có ưu điểm làm tăng độ chịu mòn của gang, có tác dụng như chất bôi trơn,

làm cho phoi gang dễ bị vụn khi cắt gọt, khử rung động, làm giảm độ co ngót khi đúc

 Công dụng: Gang xám thường được dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng nhỏ và ít bị va

đập như: thân máy, bệ máy, ống nước,… do chịu ma sát tốt nên đôi khi gang xám dùng để

chế tạo các ổ trượt và bánh răng

 Các mác GX12 – 28, GX15 -32 có độ bền không cao dùng để làm vỏ hộp, nắp che

(không chịu lực)

 Các mác GX21 – 40, GX28 – 48 có độ bền cao hơn, dùng làm bánh đà, thân máy

 Các mác GX36 – 56, GX40 – 60 có độ bền cao, dùng làm vỏ xi lanh, bánh răng chữ V,

trục chính…

Vật liệu và Công nghệ Chế tạo

4.2 Phân loại gang

4.2.2 Gang Graphit

Gang cầu

 Ký hiệu và thành phần

 Ký hiệu:

 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1659 – 75 ký hiệu gang cầu gồm 2 phần, các chữ cái

chỉ loại gang: GC và hai số tiếp theo chỉ độ bền kéo và độ giãn dài tương đối

• Ví dụ: GC45-15 (ký hiệu theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ là Bч 45-15) có nghĩa là: gang

cầu có giới hạn bền kéo là 45Kg/mm2, độ giãn dài tương đối là 15%

 Theo tiêu chuẩn của Mỹ (SAE) có các mác: D4018, D4512, D5506, D7003 trong đó hai

chữ số đầu chỉ giới hạn bền kéo theo đơn vị Ksi, hai chữ số sau chỉ theo % độ giãn dài

tương đối

• Ví dụ D4018 là gang cầu có giới hạn bền kéo là 40Kg/mm2và độ giãn dài tương đối

là 18%

 Theo tiêu chuẩn của Nhật JIS có các mác: FCD370, FCD400, FCD450, FCD500,

FCD600, FCD700, FCD800, trong đó số chỉ giới hạn bền tối thiểu tính theo đơn vị Mpa

 Thành phần hóa học của gang cầu sau khi biến cứng như sau: C: 3 ÷ 3,6%C; Si: 2 ÷ 3%;

Mn: 0,5 ÷ 1%; Ni < 2%; Mg: 0,04 ÷ 0,08%; P  0,15%; S  0,03%

4.2 Phân loại gang

4.2.2 Gang Graphit

Gang cầu

 Tổ chức tế vi: Gang cầu có tổ chức tế vi như gang xám (peclit – ferit, peclit), nhưng graphit

có dạng thu nhỏ thành hình cầu

 Tính chất: Vì graphit trong gang ở dạng cầu nên gang cầu có độ bền cao hơn gang xám

nhiều, đặc biệt có độ dẻo đảm bảo Gang cầu vừa có tính chất của thép (tương đương với các

mác thép thông thường như C20 – C45) vừa có tính chất của gang Độ cứng và độ bền của

gang cầu có thể tăng cao hơn nữa nếu được nhiệt luyện Để có tổ chức gang cầu, phải nấu

chảy gang xám và dùng phương pháp biến tính đặc biệt gọi là cầu hóa để tạo graphit hình

cầu

 Công dụng: Do có nhiều ưu điểm về cơ tính nên gang cầu được sử dụng ngày càng nhiều để

thay thế cho thép trong trường hợp chi tiết có hình dáng phức tạp, đặc biệt là trục khuỷu các

động cơ nhẹ Do đó giảm được hao phí nguyên vật liệu mà vẫn đảm bảo được điều kiện làm

việc Gang cầu dùng để chế tạo các chi tiết máy trung bình và lớn, hình dạng phức tạp, chịu

tải trọng cao, chịu kéo và va đập như các loại trục khuỷu, trục cán…

Vật liệu và Công nghệ Chế tạo

4.2 Phân loại gang

4.2.2 Gang Graphit

Gang dẻo

 Ký hiệu và thành phần

 Ký hiệu:

 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1659 – 75 ký hiệu gang dẻo gồm 2 phần, các chữ cái

chỉ loại gang: GZ và hai số tiếp theo chỉ độ bền kéo và độ độ giãn dài tương đối

• Ví dụ: GZ33-8 (ký hiệu theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ là Kч 33-8) có nghĩa là: gang

dẻo có độ bền kéo là 33Kg/mm2, độ giãn dài tương đối là 8%

 Theo tiêu chuẩn của Mỹ (SAE) có các mác: M3210, M4504, M5003, M7002, M8501

trong đó hai chữ số đầu chỉ giới hạn độ bền kéo theo đơn vị Ksi, hai chữ số sau chỉ độ

giãn dài tương đối theo %

 Theo tiêu chuẩn của Nhật JIS có các mác: FCMB270, FCMB340, FCMB360,

FCMW330, FCMW370, trong đó số chỉ giới hạn độ bền kéo theo MPa

 Thành phần hóa học: C: 2,2 ÷ 32,8%; Si: 0,8 ÷ 1,4%; Mn  1%; P  0,2%; S  0,1%

4.2.2 Gang Graphit

Gang dẻo

 Tổ chức tế vi: Khi ủ gang trắng xementit của gang trắng sẽ phân hóa thành graphit, graphit

này có hạt nhỏ, sau khi làm nguội chậm ta có gang dẻo hay còn gọi là gang rèn Tùy theo chế

độ ủ ta có các loại gang dẻo có nền kim loại là ferit, peclit, hoặc ferit – peclit

 Quy trình chế tạo gang dẻo gồm hai bước:

 Đúc chi tiết bằng gang trắng

 Ủ vật đúc ở nhiệt độ 900 ÷ 1000°C trong khỏang thời gian 70 – 100 giờ Ta sẽ có gang

dẻo

 Tính chất: Thành phần C không cao nên graphit của nó ít và hơn nữa lại tập trung từng cụm

nên những ảnh hưởng xấu của nó đến cơ tính rất ít Lượng graphit trong gang dẻo ít hơn các

loại gang khác nên cơ tính của gang dẻo đạt được độ bền kéo tương đối cao (thấp hơn gang

cầu nhưng cao hơn nhiều so với gang xám) đặc biệt là có độ dẻo độ dai cao

Vật liệu và Công nghệ Chế tạo

4.2 Phân loại gang

4.2.2 Gang Graphit

Gang dẻo

 Công dụng: Gang dẻo ít sử dụng hơn gang xám mặc dù có cơ tính tổng hợp cao, tuy nhiên

giá thành gang dẻo khá cao so với gang xám vì công nghệ chế tạo nó phức tạp Chính vì lý

do trên mà gang dẻo chỉ dùng làm vật liệu chế tạo chi tiết máy khi thỏa mãn 3 điều kiện sử

dụng sau:

 Chịu va đập và chịu kéo

 Hình dáng phức tạp

 Chi tiết có dạng thành mỏng (thường là 20 – 30mm, dày nhất là 40 – 50mm)

 Gang dẻo được dùng làm các chi tiết máy trong các máy nông nghiệp, ô tô, máy kéo,

máy dệt…

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trương Công Tiễn, Bài giảng Vật liệu và Công nghệ chế tạo

[2] Trần Thế Sang , Nguyễn Ngọc Phương, Vật liệu cơ khí hiện đại, NXB Khoa học và Kỹ

thuật, 2012

[3] Hoàng Tùng, Giáo trình Vật Liệu Cơ Khí Và Công Nghệ Cơ Khí, NXB Giáo Dục, 2006.

[4] Nguyễn Thị Yên, Giáo trình vật liệu cơ khí, NXB Hà Nội, 2005

[5] Nguyễn Tác Ánh, Giáo trình Công Nghệ Kim Loại, Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật

TP HCM, 2004

[6] Nguyễn Văn Thái, Công nghệ vật liệu, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2006

[7] Trần Doãn Sơn, Công nghệ chế tạo máy – Tập 1, NXB Đại học Quốc gia TP HCM, 2012

[8] Phạm Ngọc Tuấn, Nguyễn Văn Tường, Các phương pháp gia công đặc biệt, NXB Đại học

Quốc gia TP HCM, 2013

[9] W Bolton, Engineering Materials Technology, 2ndEdition, Newnes, 1994

[10] Serope Kalpakjian, Stevan R Schmid, Manufacturing Engineering and Technology, 6th

Edition, Prentice Hall, 2009

Vật liệu và Công nghệ Chế tạo