19/03/2019
1
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
2
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%.
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo
19/03/2019
2
3
4.1 Khái niệm chung về 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 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
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.
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo
19/03/2019
3
5
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.
Gang xám Gang cầu Gang dẻo
Các dạng graphit trong gang
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo
6
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
đúc lớn.
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo
19/03/2019
4
7
4.2 Phân loại gang
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
8
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%.
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo
19/03/2019
5
9
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
10
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%.
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo