6.1.Ö KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG : 6.1.1.Khái niệm chung về gang : 1-Khái niệm : Gang là hợp kim của sắt và các bon với hàm lượng các bon lớn hơn 2,14%C. Trong thực tế gang luôn luôn có một ít các nguyên tố Mn, Si, P, S. Các loại gang thông dụng thường chứa : 2,0÷4,0%C; 0,4÷3,5%Si; 0,20÷1,5%Mn; 0,04÷0,65%P; 0,02÷0,15%S 2-Tổ chức tế vi : a-Gang trắng : là loaüi gang có tổchức tế vi tương ứng với giản đồ pha Fe-C, toàn bộ các bon của nó nằm dưới dạng liên kết với sắt trong tổ chức xêmentit. Mặt gãy của nó có màu sáng trắng đó là màu của xêmentit. Gang trắng hầu như không sử dụng trong sản xuất cơ khí, chủ yếu dùng để luyện thép. b-Các loại gang có graphit : là loại gang mà phần lớn hay toàn bộ các bon của chúng nằm dưới dạng tự do graphit nên mặt gãy của nó có màu xám (màu của graphít). Tuỳ thuộc hình dáng của graphit người ta chia ra các loại 6 gang xám, gang dẻo, gang cầu. Tổ chức graphit phân bố trên nền kim loại pherit, pherit-péclit, péclit. Các loại gang có graphit được sử dụng rất rộng rãi trong cơ khí. 6.2.GANG XÁM : Gang xám là loại gang mà phần lớn hay toàn bộ các bon tồn tại dưới dạng tự do graphit. Graphit của nó ở dạng tấm, phiến, chuỗi... Mặt gãy của nó có màu xám đó là màu của graphit. Đây là loại gang phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật, thông thường khi nói tới gang người ta hiểu rằng đó là gang xám. 6.2.1.Thành phần hoá học : a-Các bonLượng các bon càng nhiều nhiệt độ chảy của gang càng thấp, nhưng sẽ làm cho graphit tăng lên cơ tính sẽ càng thấp. Xu hướng ngày nay dùng gang có các bon thấp để có độ bền cao. Vì vậy lượng các bon trong gang xám từ 2,8÷3,5%. b-Silíc : Là nguyên tố hợp kim quan trọng nhất trong gang xám, silic càng nhiều việc tạo thành graphit càng dễ dàng. Lượng silic trong gang xám từ 1,5÷3% c-Mangan : là nguyển tố cản trở việc tạo thành graphit, nhưng có tác dụng nâng cao cơ tính. Nếu trong gang xám lượng mangan tăng lên thì silic cũng phải tăng lên tương ứng. Lượng mangan từ 0,50÷1,0%. d-Phôt pho : Phốt pho không ảnh hưởng gì đến sự tạo thành graphit nhưng có tác dụng làm tăng độ chảy loãng và nâng cao tính chống mài mòn (tạo ra cùng tinh Fe + Fe3P và Fe +Fe3P + Fe3C). Lượng phốt pho từ 0,1÷0,20%, khi cần tính chống mài mòn cao có thể đến 0,50%. Không sử dụng tỷ lệ cao hơn vì sẽ làm gang bị dòn e-Lưu huỳnh : Là nguyên tố có hại vì làm giảm độ chảy loãng của gang và cản trở quá trình tạo graphit.Lượng lưu huỳnh từ 0,08÷012% 6.2.2-Tổ chức tế vi : Tổ chức tế vi của gang xám được phân ra làm hai phần : nền kim loại (cơ bản) và graphit. Tuỳ theo mức độ graphit hoá gang xám có ba loại : a-Gang xám pherit : Tổ chức của nó gồm nền kim loại là sắt nguyên chất kỹ thuật (pherit) và graphit. Loại gang này có độ bền thấp nhất. b-Gang xám pherit-peclit : Gồm có nền kim loại là thép trước cùng tích và graphit, lượng các bon trong nền kim loại < 0,80%. c-Gang xám peclit : Gồm có nền kim loại là thép cùng tích và graphit, lượng các bon trong nền kim loại là 0,80%, loại gang này có độ bền cao nhất.6.2.3-Cơ tính và biện pháp nâng cao cơ tính : a-Cơ tính : Do có graphit dạng tấm nên làm giảm mạnh độ bền kéo của gang, chỉ bằng khoảng 1/3-1/5 so với thép tương ứng. Do graphit tấm, bề mặt lớn chia cắt mạnh nền kim loại và có hai đầu nhọn là nơi tập trung ứng suất. Giới hạn bền kéo khoảng 150÷350MN/m2.Tuy nhiên gra phit có tính bôi trơn tốt làm giảm ma sát, tăng tính chống mài mòn, có tác dụng làm tắt rung động và dao động cộng hưởng. Độ cứng thấp 150÷250HB, phoi dễ gãy, cắt gọt tốt. Độ dẻo xấp xỉ không, δ≈ 0,50% không bíến dạng dẻo được. Độ dai ak < 100kJ/m2. b-Các biện pháp nâng cao cơ tính : Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ tính của gang xám : nền kim loại, hình dáng, số lượng và kích thước graphit. Trong đó nền kim loại ảnh hưởng quyết định nhất, nền kim loại càng bền thì cơ tính của gang càng cao. Ta có các biện pháp sau : -Giảm lượng các bon của gang : do đó giảm được lượng graphit tự do. Ngày nay xu hướng dùng gang có lượng các bon thấp từ 2,2÷2,5%. Tuy nhiên phải dùng lò có nhiệt độ cao (lò điện) mới nấu chảy được do nhiệt độ nóng chảy của gang bị nâng cao. -Biến tính : để làm nhỏ mịn graphit, chất biến tính gồm 65% pherô silic và 35%Al trước khi rót gang lỏng vào khuôn. -Hợp kim hoá : cho thêm các nguyên tố hợp kim cần thiết khi nấu luyện để hoá bềnnền kim loại, nâng cao độ thấm tôi, tính chống ăn mòn, mài mòn, chịu nhiệt ... -Nhiệt luyện : để tạo ra các nền kim loại phù hợp với yêu cầu sử dụng. 6.2.4-Ký hiệu và công dụng : a-Ký hiệu : Theo TCVN 1659-75 quy định ký hiệu gang xám bằng hai chữ GX (có nghĩa là gang xám), tiếp đó là các nhóm số chỉ giới hạn bền kéo và giới hạn bền uốn tối thiểu tính theo đơn vị kG/mm2. Ví dụ : GX15-32 có giới hạn bền kéo tối thiểu 15kG/mm2 và giới hạn bền uốn tối thiểu 32kG/mm2. b-Công dụng : Gang xám được sử dụng rất rộng rãi làm vỏ, nắp máy, thân máy, vỏ hộp số, mặt bích, các te, bánh răng tốc độ chậm, bánh đà, sơ mi, xéc măng, ổ trượt ... 6.2.5.GANG XÁM BIẾN TRẮNG : Trong sản xuất cơ khí hầu như không dùng gang trắng, tuy nhiên trong một số trường hợp để sản xuất bi nghiền, trục nghiền, trục xay xát ta sử dụng gang xám biến trắng. Loại gang này có bề mặt bị biến thành gang trắng với chiều dày nhất định có độ cứng cao và tính chống mài mòn lớn.Chế tạo gang xám biến trắng bằng cách đúc gang xám trong khuôn kim loại, lớp bề mặt nguội nhanh sẽ biến thành gang trắng. 6.3.GANG DẺO : Là loại gang có tổ chức graphit tương đối thu gọn ở dạng cụm và bông, tính dẻo tương đối cao, mặt gãy có màu xám. Nhìn bề ngoài thì không thể phân biệt được với gang xám. 6.3.1.Thành phần hoá học : Dođược ủ từ gang trắng nên thành phần hoá học tương tự như gang trắng đem ủ. Tuy nhiên với gang dẻo thường dùng lượng các bon thấp khoảng từ 2,2 2,8% để ít graphit làm cho tính dẻo cao. Lượng silíc phải vừa đủ để nhận được gang hoàn toàn trắng khi đúc và đủ để thúc đẩy quá trình graphit hoá khi ủ, thông thường tổng lượng các bon -silic khoảng 3,5%. Vật đúc đem ủ phải có tiết diện (thành) mỏng để nguội nhanh. 6.3.2.Tổ chức tế vi : Tương tự như gang xám, tuỳ theo mức độ tạo thành graphit (graphit hoá), gang dẻo được chia ra làm ba loại : 1-Gang dẻo pherit : Là loại gang có nền kim loại là sắt nguyên chất kỹthuật, trên đó có graphit cụm hay bông phân bố. 2-Gang dẻo pherit-peclit :Là gang có nền kim loại thép trước cùng tích và graphit cụm hay bông. 3-Gang dẻo péc lít : Là gang có nền kim loại là thép cùng tích và graphit cụm hay bông. Trong ba loại gang dẻo trên thì gang dẻo pherit có độ bền thấp nhất và gang dẻo peclit cóđộ bền cao nhất.6.3.3.Cơ tính : Hình 6.2 -Tổ chức tế vi gang dẻo a)Gang dẻo pherit b)Gang dẻo pherit-peclit c)Gang dẻo peclit Đặc tính nổi bật của gang dẻo là có độ d ẻo cao do lượng các bon thấp, graphit ít và ở dạng tương đối thu gọn. Cơ tính của nó là trung gian giữa gang xám và gang cầu, giới hạn bền σ = 300÷600MN/m2, σ0,2 =200÷450MN/m2. Độ cứng thấp trên dưới 200HB b dễ cắt gọt.6.3.4.Ký hiệu và công dụng : 1-Ký hiệu : TCVN 1659-75 quy định ký hiệu gang dẻo bằng hai chữ GZ (gang dẻo) và hai nhóm số chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu tính theo kG/mm2 và độ giãn dài tương đối ( δ) tính theo %. Ví dụ : GZ60 -03 - có giới hạn bền kéo tối thiểu là 60 kG/mm2 và độ giãn dài tương đối 3%. 2-Công dụng : Gang dẻo thường được dùng làm các chi tiết đồng thời đòi hỏi ba yêu cầu sau : -Hình dáng phức tạp (sử dụng tính đúc cao) -Chịuva đập (tính dẻo) -Tiết diện mỏng (dễ tạo ra vật đúc là gang trắng) Trong thực tế gang dẻo còn sử dụng trong chi tiết máy dệt, máy nông nghiệp, cuốc bàn, guốc hãm xe lửa... Nếu vật đúc thông thường thì dùng gang xám do giá thành thấp hơn. 6.4.GANG CẦU : Là loại gang có tổ chức graphit thu gọn nhất ở dạng quả cầu, do đó gang cầu có độ bền cao nhất trong các loại gang có graphit. 6.4.1.Thành phần hoáhọc : Dođược chế tạo từ gang xám nên gang cầu có thành phần hoá học giống như gang xám, nhưng có một số đặc điểm sau : -Lượng các bon và silic cao tới 5÷6% để bảo đảm khả năng graphit hoá. -Khôngcó hay rất ít các nguyên tố cản trở quá trình cầu hoá như : Ti, Al, Sn, Pb, Z n, Bi và đặc biệt là S. -Chứa một lượng nhỏ chất biến tính Mg hay Ce : (0,04÷0,08)% -Có các nguyên tố nâng cao cơ tính : Ni < 1%, Mn (2%) 6 .4.2.Tổ chức tế vi : Tuỳ theo mức độ graphit hoá gang cầu được chia làm ba loại : 1-Gang cầu pherit : nền kim loại là sắt nguyên chất và graphit cầu 2-Gang cầu pherit - peclit : nền kim loại là thép trước cùng tích và graphit cầu, 3-Gang cầu péclit : nền kim loại là thép cùng tích và graphit cầu.tính : c) Hình 6.3-Tổ chức tế vi của gang cầu a)Gang cầu pherit b)Gang cầu pherit-peclit c)Gang cầu peclit Gang cầu có cơ tính khá cao, giới hạn bền kéo bằng 70÷80% so với thép tương ứng, độ bền từ 400÷1000MN/m2, δ% = 5÷15%, aK = 300÷600kJ/m2. Gang cầu ít bị phá huỷ giòn hơn gang xám. Độ cứng xấp xỉ 200 HB gia công cắt gọt tốt.6.4.4.Ký hiệu và công dụng : 1-Ký hiệu : Theo TCVN 1659-75 quy định ký hiệu gang cầu bằng hai chữ GC (gang cầu) và các nhóm số chỉ gới hạn bền kéo tối thiểu theo kG/mm2 và độ giãn dài tương đối δ %. Vídụ : GC100-04 - có giới hạn bền kéo tối thiểu 100kG/mm 2 và độ giãn dài tương đ i δ = 4%. 2-Công dụng : Gangcầu chủ yếu dùng thay thép để chế tạo các chi tiết hình dáng phức tạp như trục khuỷu xe ô tô du lịch và vận tải nhỏ. Ngoài ra nó còn dùng làm một số chi tiết quan trọng khác. 6.5.GANG HỢP KIM : Ganghợp kim là gang mà ngoài sắt và các bon ra còn có thêm các nguyên tố khác được cố ý đưa vào để nâng cao các tính chất của chúng (chủ yếu là cơ tính) như : Cr, Mn, Ni, Cu ... Trong đó Cr làm tăng mạnh độ thấm tôi, Mn và Ni làm tăng độ bền, Cu nâng cao tác dụng chống ăn mòn...Gang hợpü kim có cơ sở là gang xám, dẻo hay cầu.