Tính chất của gang

Gang có tên tiếng anh là cast iron đây là kim loại thuộc nhóm sắt được sử dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp, xây dựng và dận dụng hiện nay. Dòng chất liệu này có tính chất cứng, độ bền cao, khả năng chịu áp lực tốt giúp các dòng chất liệu này có khả năng chống oxi hóa, chịu nhiệt độ cao và áp suất cao. Ngoài ra gang còn có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt giúp gang phù hợp với hầy hết các ứng dụng công nghiệp và dân dụng hiện nay.

Gang được sản xuất bằng việc nung nóng hợp kim sắt được khai thác từ các quặng kim loại tự nhiên, tuy nhiên quá trình nung nóng kim loại để sản xuất gang sẽ tạo ra lượng khí thải và các tạp chất gây ra các vấn đề nghiêm trọng về ôi nhiểm môi trường, ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Ngày nay việc khai thác và chế tạo gang đã và đang dần được kiểm soát nhằm mục đích bảo đảm môi trường, kiểm soát việc sản xuất và tái sử dụng các chất liệu gang đang rất được chú trọng trong công nghiệp hiện đại hiện nay.

Là chất liệu quan trọng trong đời sống, được ứng dụng rất phổ biến trên thị trường hiện nay. Tuy nhiên dòng chất liệu này cũng có nhiều tính chất đặc biệt. Hiểu rõ các tính chất của chất liệu này giúp chúng ta có thể vận dụng dòng chất liệu đạt hiệu quả cao nhất, từ đó giúp tăng chất lượng cuộc sống cũng như đảm bảo môi trường sống tốt nhất cho chính chúng ta.

I. Tìm hiểu chung về gang – Các tính chất đặc trưng của gang

Gang là một loại hợp kim sắt – carbon, trong đó hàm lượng carbon sử dụng từ 2% đến 4% theo khối lượng. Đây là một trong những loại vật liệu kim loại phổ biến nhất trong ngành công nghiệp nhờ vào tính toán tốt, độ bền cơ học cao và khả năng chịu tải lớn. Ngoài ra gang còn chứa một số nguyên tố khác như silic (Si), mangan (Mn), lưu huỳnh (S), photpho (P) , mỗi nguyên tố này góp phần quan trọng trong việc quyết định tính chất của gang. Trong đó:

• Silic (Si): Hỗ trợ quá trình tạo than chì, giúp có khả năng chống oxy hóa tốt.
• Mangan (Mn): Giúp gang cải thiện độ cứng và tăng khả năng chịu mài mòn.
• Lưu huỳnh (S) và photpho (P): Ảnh hưởng đến độ giòn, cần kiểm soát hàm lượng để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Gang có tính giòn cao hơn so với thép, nhưng lại có khả năng chịu tải tốt và dễ dàng tạo hình thông qua phương pháp đúc. Chính vì vậy, nó được ứng dụng rộng rãi trong các ngành cơ khí chế tạo, xây dựng, giao thông vận tải, công nghiệp nặng và sản phẩm công cụ hỗ trợ sinh hoạt. Một số sản phẩm phổ biến làm từ gang bao gồm vỏ máy, bánh răng, ống dẫn nước, lan can, các dòng thiết bị công nghiệp, van công nghiệp,…

Tùy thuộc vào cấu trúc vi mô và thành phần hóa học, gang có thể được chia thành nhiều loại khác nhau như gang xám, gang trắng, gang dẻo, gang cầu và gang hợp kim . Mỗi loại có đặc điểm riêng, phù hợp với từng ứng dụng cụ thể trong công nghiệp sản xuất và đời sống. Với sự phát triển của công nghệ luyện kim, gang ngày càng được cải tiến để nâng cao chất lượng, đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nhiều lĩnh vực quan trọng.

II. Các đặc tính nổi bật của gang

Gang là một trong những vật liệu kim loại quan trọng trong công nghiệp, sở hữu nhiều đặc tính nổi bật giúp nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng chịu tải trọng cao, chống mài mòn và dễ gia công bằng phương pháp đúc. Dưới đây là các đặc tính chính của dòng chất liệu này:

• Độ cứng: Gang có độ cứng cao, đặc biệt là các dòng gang trắng và gang hợp kim có độ cứng lớn gần ngang với thép, giúp tăng khả năng chịu tác động của chất liệu.
• Độ bền cao: Gang có độ bền cơ học tốt, có khả năng chịu áp lực tốt, chống mài mòn nên rất thích hợp sử dụng để chế tạo các chi tiết máy móc hoạt động trong môi trường ma sát cao.
• Chịu nhiệt độ cao: Gang có nhiệt độ nóng chảy lên đến 1200 độ C, điều này giúp gang có thể hoạt động tốt trong môi trường nhiệt độ cao mà không sợ biến đổi về hình dáng.
• Độ giòn cao: Mặc dù có độ cứng cao, nhưng gang có tính chất giòn hơn thép rất nhiều, đặc biệt đối với các dòng chất liệu gang có hàm lượng photpho(P) cao.
• Khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt: Gang có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt thấp hơn nhiều so với các dòng kim loại khác, vì vậy mà chúng ít được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu truyền tải nhiệt và điện cao.
• Dễ gia công, tạo hình: Nhờ có cấu trúc grafit trong gang xám, loại gang này dễ dàng gia công bằng phương pháp tiện lợi, phay, khoan hơn so với thép.
• Chống oxi hóa và ăn mòn: Gang chứa hàm lượng carbon và cao silic, có khả năng chống oxy hóa và ăn mòn tốt hơn thép trong môi trường ẩm hoặc có chất hóa học nhẹ.
• Hấp thụ rung động và giảm chấn: Gang xám , có khả năng hấp thụ rung động và giảm chấn động tốt, vì lý do này chúng thường được sử dụng để tạo bệ máy, vỏ động cơ, hộp số, giảm tiếng ồn và rung lắc khi vận hành.

III. Các chi tiết thành phần cấu tạo chính của gang

Gang là một dạng hợp kim với nhiều thành phần kim loại khác nhau cấu tạo thành, trong đó hàm lượng sắt(Fe) chiều cao nhất, đi kèm với nhiều nguyên tố kim loại khác. Mỗi dạng nguyên tố kim loại đều đem lại cho gang những tính chất vượt trội, các phụ gia này được thêm trong quá trình sản xuất gang tính theo tỷ lệ phần %, tỉ lệ này quyết định tính chất của gang, cũng như các đặc tính nổi bật của tường loại gang khác nhau.

Theo giản đồ trạng thái của gang ( Fe-C ), gang là hợp kim cảu sắt và carbon với hàng lượng carbon lớn hơn 2,14%, thành phấn chính của gang là sắt (Fe) chiếm khoảng 95% trọng lượng, và một số nguyên tố hợp kim khác như silic (Si) chiểm từ 1 – 3%, từ đó tạo thành tôt hợp FE-C-SI. Ngoài ra trong gàng còn chứa một số thành phần hóa học các, được xem là phụ gia giúp tăng các tính chất nổi bật của gang như manga (Mn), photpho (P), lưu huỳnh (S), niken (Ni), Crom (Cr),….

Các thành phần của gang được chia theo tỷ lệ % nhất định, khối lượng phần tram của từng thành phần như:

• Sắt (Fe) : Khoảng 95% khối lượng.
• Carbon (C) : Có tỷ lệ từ 2,1% đến 4,3%.
• Silic (Si) : Chiếm khoảng 1% - 3%.
• Mangan (Mn) : Chiếm khoảng 0,2% đến 1,5%.
• Photpho (P) : Chiếm khoảng 0,04% đến 0,65%.
• Lưu huỳnh (S) : chiểm khoảng 0,02% đến 0,05%.