Các khái niệm về gang

1
CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG
8.1. KHÁI NIỆM CHUNG
8.1.1. Định nghĩa
- Gang là hợp kim của sắt với Cacbon với thành phần Cacbon lớn hơn 2,14%.
- Ngoài ra còn các nguyên tố thường gặp là Mn, Si, P, S. Mn và Si là hai nguyên tố có tác dụng điều chỉnh sự tạo thành grafít và cơ tính của gang. Còn P và S là các nguyên tố có hại trong gang nên càng ít càng tốt.
2
CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG
8.1.2. Các đặc tính cơ bản của gang
- Nhiệt độ chảy thấp, nên dễ nấu chảy hơn thép;
- Tính đúc tốt;
- Dễ gia công cắt (trừ gang trắng);
- Chịu nén tốt.
- Dễ nấu luyện;
3
CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANg
- Theo tổ chức tế vi, người ta phân gang làm 2 loại chính đó là gang trắng và gang grafít
+ Gang trắng: Có tổ chức tế vi của gang hoàn toàn phù hợp với giản đồ trạng thái Fe-C và luôn chứa hỗn hợp cùng tinh Ledeburit;
+ Gang có grafít: Là loại gang trong đó phần lớn hoặc toàn bộ lượng Cacbon nằm dưới dạng tự do – grafhit.
- Tuỳ theo hình dạng của graphit, lại chia thành 3 loại: gang xám, gang dẻo và gang cầu;
- Trong tổ chức của loại gang này không có Ledeburit nên tổ chức tế vi không phù hợp với giản đồ trạng thía Fe-C.
8.1.3. Các đặc tính cơ bản của gang
4
CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG
8.2. GANG TRẮNG
8.2.1. Định nghĩa
- Gang trắng là gang mà Cacbon hoàn toàn nằm dưới dạng liên kết – Hợp chất Xementit (Fe3C).
- Gang trắng trước cùng tinh có %C < 4,3%. Có tổ chức là: Le + XeII.
8.2.2. Phân loại
5
8.2.2. Phân loại
- Gang trắng cùng tinh có %C = 4,3% có tổ chức Le.
- Gang trắng sau cùng tinh có %C > 4,3% và có tổ chức là Le + XeI.
+ Gang trắng cứng và giòn nên không dùng được trong chế tạo cơ khí.
+ Gang trắng chủ yếu dùng để luyện thép, để ủ thành gang dẻo, làm bi nghiền và làm mép lưỡi cầy.
6
CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG
8.3. GANG XÁM
8.3.1. Tổ chức tế vi
- Gang xám cũng như những loại gang có grafit khác, có tổ chức tế vi chia làm hai phần rõ rệt: nền kim loại và grafit. (với gang xám: Tổ chức tế vi = nền kim loại + grafit tấm
7
8.3.1. Tổ chức tế vi
- Ferit khi không có Xementit (Fe3C);
a, Grafit tấm và nền kim loại
- Ferit + Feclit khi có ít Fe3C (khoảng 0,1 - 0,6%);
- Peclit khi có khá nhiều Fe3C (khoảng 0,6 – 0,8%).
 Phần tổ chức có chứa Ferit, Ferit + Peclit hoặc Peclit gọi là nền kim loại.
Tuỳ thuộc vào lượng Xementit nhiều hay ít mà phần tổ chức chứa Xementit có khác nhau:
8
8.3.1. Tổ chức tế vi
- Gang xám Ferit – có tổ chức tế vi là grafit tấm phân bố trên nền Ferit;
Các loại gang xám:
- Gang xám Peclit – có tổ chức tế vi gồm grafit tấm phân bố trên nền kim loại Ferit + Peclit, lượng Fe3C (khoảng 0,1 - 0,6%);
- Gang xám Peclít – có tổ chức tế vi gồm grafit tấm phân bố trên nền kim loại Peclit, lượng Fe3C (khoảng 0,6 – 0,8%).
9
8.3. GANG XÁM
8.3.2. Thành phần hoá học
+ Cacbon
- Lượng Cacbon càng nhiều khả năng grafit hoá càng mạnh, nhiệt độ chảy thấp nên dễ đúc, cơ tính kém;
- Lượng Cacbon được khống chế vào khoảng 2,8  3,5%.
+ Silic
- Là nguyên tố thúc đẩy sự tạo thành grafit trong gang. Silic là nguyên tố quan trọng sau Fe và C;
- Hàm lượng khống chế trong khoảng 1,5  3%.
+ Mangan
- Là nguyên tố cản trở sự tạo thành grafit;
- Làm tăng độ cứng, độ bền của gang;
- Hàm lượng khống chế trong khoảng 0,5  1,0%.
10
8.3.2. Thành phần hoá học
+ Phốtpho
- Làm tăng độ chảy loãng;
- Làm tăng tính chống mài mòn;
- Lượng P được khống chế vào khoảng 0,1  0,2% đến 0,5%. Hàm lượng quá nhiều P gang sẽ giòn.
+ Lưu huỳnh
- Là nguyên tố cản trở mạnh sự tạo thành grafit;
- Làm xấu tính đúc, giảm độ chảy loãng;
- Là nguyên tố có hại, lượng S khống chế trong khoảng 0,06  0.12%.
Ngoài ra còn có một số nguyên tố khác như Cr, Ni, Mo,…có tác dụng riêng.
11
8.3. GANG XÁM
8.3.3. Cơ tính, các yếu tố ảnh hưởng và những biện pháp nâng cao cơ tính
a, Cơ tính
- Độ bền rất thấp: k = 150  400MPa (= ½ thép thông dụng);
- Độ cứng thấp trong khoảng 150  250HB;
- Độ dẻo, độ dai đều thấp;
- Chống mài mòn tốt;
- Graphit có khả năng làm tăt dao động.
+ Gang xám có tổ chức grafit mềm.
12
8.3. GANG XÁM
b, Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ tính
Grafit
- Số lượng, độ lớn, hình dạng và sự phân bố của grafit.
Nền kim loại
- Nền kim loại có cơ tính cao thì gang xám cũng có cơ tính cao;
13
8.3. GANG XÁM
c, Các biện pháp nâng cao cơ tính
- Giảm lượng cacbon của gang (2,2  2,5%);
- Làm nhỏ mịn grafit bằng phương pháp biến tính;
- Hợp kim hoá;
- Nhiệt luyện.
8.3.4. Ký hiệu và công dụng
- Theo tiêu chuẩn ГОСТ của Liên Xô: CЧxx – xx;
- Theo tiêu chuẩn TCVN của Việt Nam: GXxx – xx.
Ví dụ
GX15 – 32 hoặc CЧ15-32
 k = 150N/mm2
u = 320N/mm2
14
8.3.4. Ký hiệu và công dụng
- Các mác có độ bền thấp, k = 100  150MPa
Gồm: GX10  GX15 (CЧ10  CЧ15) – Gang xám Ferit
Dùng để làm chi tiết vỏ, nắp không chịu lực.
- Các mác có độ bền trung bình, k = 150  250MPa
Gồm: GX15  GX25 (CЧ15  CЧ25).– Gang xám Ferit - Peclit
Dùng làm các chi tiết chịu tải nhẹ: vỏ hộp giảm tốc, mặt bích,...
- Các mác có độ bền tương đối cao, k = 250  300MPa
Gồm: GX25  GX30 (CЧ25  CЧ30).– Gang xám Peclit với grafit nhỏ mịn.
Dùng làm các chi tiết chịu tải trọng cao: bánh răng, bánh đà, thân máy quan trọng, xéc măng,...
15
8.3.4. Ký hiệu và công dụng
- Các mác có độ bền cao, k  300MPa
Gồm: GX30  GX40 (CЧ30  CЧ40).– gang xám Peclit với grafit rất nhỏ mịn.
Dùng làm các chi tiết chịu trọng cao, chịu mài mòn như bánh răng chữ V, trục chính, vỏ bơm thuỷ lực ,...
- Gang xám dùng làm các chi tiết chịu nén, tránh dùng vào các bộ phận chịu kéo cao;
- Dùng làm ổ trượt vì grafit có tính bôi trơn tốt.
Kết luận
+ Gang xám biến trắng
- Gang có bề mặt của chi tiết bị biến trắng, một số chi tiết cần tính chống mài mòn ở lớp bề mặt cao như bi nghiền, trục cán, trục nghiền,...
16
CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG
8.4. GANG CẦU
8.4.1. Tổ chức tế vi
- Gang cầu là một loại gang có tổ chức nền kim loại và grafit. grafit của nó có dạng quả cầu tròn.
- Tổ chức tế vi của gang cầu có ba loại nền kim loại là:
Ferit, Ferit – Peclit và Peclit. Tương cũng có ba loại gang cầu Ferit, gang cầu Ferit – Peclit và gang cầu Peclit.
17
8.4. GANG CẦU
8.4.2. Thành phần hoá học
- Dùng Mg hoặc Ce cho vào gang xám lỏng để tạo ra gang cầu .
+ Chất biến tính cần khống chế với lượng nhỏ: 0,04  0,08%;
+ Các nguyên tố cản trở sự cầu hoá khoảng ở mức  0,01% (S).
 Có thành phần hoá học giống gang xám.
18
8.4. GANG CẦU
8.4.3. Cơ tính và biện pháp nâng cao cơ tính
- Gang cầu có cơ tính cao hơn gang xám nhiều;
+ Độ bền: k = 400  1000MPa; 0,2 = 250  600MPa
a, Cơ tính
+ Độ dẻo, dai:  = 5  15%; ak = 300 600 KJ/m2
+ Độ cứng khoảng 200HB
b, Các biện pháp nâng cao cơ tính
- Dùng Niken để hoá bền pha Ferit;
- Tôi đẳng nhiệt để biến thành Bainit.
19
8.4. GANG CẦU
8.4.4. Ký hiệu và công dụng
- Theo tiêu chuẩn ГОСТ của Liên Xô: BЧxx – xx;
- Theo tiêu chuẩn TCVN của Việt Nam: GCxx – xx.
Ví dụ: BЧ45–5 (GC45–5 )
Có: k = 450MPa;  = 5%
+ Gang cầu Ferit:
- BЧ38–17; BЧ42–12 (GC38–17; GC42–12);
- Có độ bền thấp  ít dùng.
20
8.4.4. Ký hiệu và công dụng
+ Gang cầu nhiệt luyện – Bainit:
- BЧ70–3; BЧ100–4 (GC38–17; GC42–12);
- Có độ bền cao  dùng làm các chi tiết quan trọng
+ Gang cầu Peclit:
- BЧ50–2; BЧ60–2 (GC50–2; GC60–2).;
- Có độ bền tốt chủ yếu dùng làm trục khuỷu, trục cán,…
+ Gang cầu Peclit:
- BЧ50–2; BЧ60–2 (GC50–2; GC60–2).
- Có độ bền tốt chủ yếu dùng làm trục khuỷu, trục cán,…
21
CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG
8.5. GANG DẺO
8.5.1. Tổ chức tế vi
- Gang dẻo là một loại gang có tổ chức nền kim loại và grafit. grafit của nó có hình dạng cụm như cụm bông .
- Gang dẻo có 3 loại là:
+ Gang dẻo Ferit;
+ Gang dẻo Ferit – Peclit;
+ Gang dẻo Peclit.
22
8.5. GANG DẺO
8.5.2. Thành phần hoá học
- Gang dẻo được ủ từ gang trắng nên thành phần hoá học cơ bản cũng giống gang trắng.
+ Lượng Silic có thể lấy từ 0,8  1,4%.
+ Lượng cacbon trong gang dẻo khoảng 2,2  2,8%  ít grafit hoá  tính dẻo cao.
8.5.3. Cơ tính
+ Độ bền: k = 300  600MPa; 0,2 = 200  450MPa
+ Độ dẻo:  = 5  15%.
23
8.5. GANG DẺO
8.5.4. Ký hiệu và công dụng
+ КЧ30–6; КЧ33–8; КЧ35–10; КЧ37–12 – Gang dẻo Ferit
- Theo tiêu chuẩn ГОСТ của Liên Xô: КЧxx – xx;
- Theo tiêu chuẩn TCVN của Việt Nam: GZxx – xx.
Ví dụ: КЧ45–6 (GZ45–6 )
Có: k = 450MPa;  = 6%
Các mác thông dụng
+ КЧ45–7; КЧ50–5; КЧ55–4; КЧ60–3 – Gang dẻo Peclit
24
8.5.4. Ký hiệu và công dụng
Gang dẻo để chế tạo các chi tiết đòi hỏi đồng thời các tính chất sau:
+ Hình dạng phức tạp;
+ Tiết diện thành mỏng;
+ Chịu va đập.
 Được sử dụng nhiều làm các chi tiết trong ô tô, các máy nông nghiệp, máy kéo, máy dệt.
Công dụng
25
CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG
8.6. GANG HỢP KIM
- Gang chứa một lượng lớn các nguyên tố như Cr, Ni, Mn, Ti, Mo,… có cơ tính cao gọi là gang hợp kim.
Các nguyên tố hợp kim làm tăng cơ tính của gang do:
+ Khi hoà tan vào Ferit làm tăng cơ tính của pha này;
+ Làm nhỏ mịn tổ chức Peclit khi đúc;
+ Làm tăng hiệu quả nhiệt luyện bằng cách tối và ram.
26
CHƯƠNG 8: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG
8.7. NHIỆT LUYỆN GANG
+ Ủ gang xám có lớp vỏ bị biến trắng.
T0u = 850  8800C; tu = 2  3 giờ
Fe3C →  + G
8.7.1. Ủ grafit hoá
 Lớp bề mặt có nền kim loại là Ferit hay Ferit – Peclit
+ Ủ thay đổi nền kim loại
- Ủ để làm giảm cacbon liên kết; T0u = 7000C
Fe3C → F + G
- Ủ để làm tăng cacbon liên kết; T0u > Ac3
Grafit hoà tan vào Austenit
27
8.7. NHIỆT LUYỆN GANG
+ Mục đích của tôi và ram:
- Làm tăng độ bền, độ cứng và tính chống mài mòn
8.7.2. Tôi và ram gang
+ Tôi
 + G
Gang
(nền kim loại và Grafit)
M +  dư + G
+ Ram
- Ram thấp (150  2500C), tổ chức Mram + G;
- Ram trung bình (300  4500C), tổ chức Tram + G;
- Ram cao (500  6500C), tổ chức Xram + G.