Gang xám là gì?

Gang xám là gì? Đặc điểm và ứng dụng trong công nghiệp

Giới thiệu

Gang xám (Gray iron) là một loại gang phổ biến trong ngành công nghiệp nhờ vào tính năng đúc tốt, dễ gia công và giá thành rẻ. Được đặt tên theo màu sắc đặc trưng khi gãy, gang xám có các hạt graphite phân bố dưới dạng tấm trong cấu trúc của nó. Sự hiện diện của graphite dạng tấm này mang đến cho gang xám một số tính chất vật lý đặc biệt, bao gồm độ giòn, khả năng chống rung tốt và tính dẫn nhiệt cao. Gang xám được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các chi tiết máy, bộ phận động cơ, và nhiều lĩnh vực công nghiệp khác.

1. Gang xám là gì?

Gang xám là một hợp kim của sắt (Fe), carbon (C) và silicon (Si), trong đó carbon tồn tại dưới dạng graphite phân bố thành các phiến mỏng hoặc tấm. Khi nhìn bề mặt gãy của gang xám, chúng ta có thể thấy màu xám, đây chính là lý do nó được gọi là gang xám.

Gang xám có tính chất cơ học khác biệt so với các loại gang khác, đặc biệt là gang cầu, do sự phân bố của các hạt graphite dưới dạng tấm. Sự phân bố này tạo ra các vết nứt vi mô trong cấu trúc của gang, khiến nó trở nên giòn và dễ bị gãy khi chịu lực kéo hoặc va đập mạnh, nhưng lại rất bền khi chịu nén.

2. Thành phần hóa học của gang xám

Gang xám có thành phần hóa học tương đối ổn định với các nguyên tố chính như:

• Carbon (C): Khoảng 2.5 – 4.0%, chủ yếu ở dạng các phiến graphite, giúp tạo nên các đặc tính riêng biệt của gang xám.
• Silicon (Si): Khoảng 1.0 – 3.0%, có tác dụng tăng cường khả năng chống ăn mòn và kiểm soát sự tạo thành hạt graphite.
• Mangan (Mn): Khoảng 0.1 – 1.2%, giúp cải thiện độ cứng của gang.
• Lưu huỳnh (S) và Photpho (P): Đây là các tạp chất thường có hàm lượng thấp (≤ 0.1%) vì chúng có thể gây ảnh hưởng xấu đến tính chất cơ học của gang.

Thành phần hóa học này tạo nên cấu trúc đặc trưng của gang xám với các tấm graphite phân bố trong nền kim loại, giúp vật liệu có khả năng chống rung và chịu nhiệt tốt.

3. Đặc điểm kỹ thuật của gang xám

Gang xám có những đặc điểm kỹ thuật sau:

3.1 Độ giòn

Gang xám là loại vật liệu giòn, dễ bị nứt hoặc gãy khi chịu lực kéo hoặc va đập mạnh. Điều này là do các tấm graphite dạng phiến tạo ra các vết nứt vi mô trong cấu trúc của gang. Mặc dù giòn, nhưng gang xám lại có khả năng chịu lực nén rất tốt.

3.2 Khả năng chống rung

Nhờ vào sự hiện diện của các tấm graphite, gang xám có khả năng hấp thụ rung động tốt, làm giảm tiếng ồn và độ rung trong quá trình hoạt động. Đó là lý do tại sao gang xám thường được sử dụng để chế tạo các bộ phận của máy móc và động cơ.

3.3 Tính dẫn nhiệt cao

Gang xám có tính dẫn nhiệt cao, cho phép truyền nhiệt nhanh và đều. Tính chất này làm cho gang xám trở nên lý tưởng trong các ứng dụng yêu cầu tản nhiệt nhanh như chế tạo bộ phận động cơ, đĩa phanh, hoặc nồi hơi.

3.4 Khả năng đúc tốt

Gang xám có khả năng đúc tuyệt vời, giúp sản xuất các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao và bề mặt mịn. Vật liệu này cũng ít bị co ngót trong quá trình đúc, giúp giảm chi phí gia công và thời gian sản xuất.

4. Các loại gang xám phổ biến

Gang xám có thể được phân loại dựa trên thành phần hóa học hoặc đặc tính cơ học. Một số loại gang xám phổ biến bao gồm:

4.1 Gang xám loại ferrite

Loại gang này có cấu trúc graphite tấm trong nền ferrite, có độ dẻo và khả năng gia công tốt. Tuy nhiên, nó không có độ cứng và độ bền cao như các loại gang khác.

4.2 Gang xám loại pearlite

Loại gang này có cấu trúc graphite tấm trong nền pearlite, có độ bền kéo và độ cứng cao hơn so với gang ferrite, nhưng khả năng gia công kém hơn.

4.3 Gang xám hợp kim

Gang xám hợp kim chứa thêm một số nguyên tố hợp kim như nicken, chrome, hoặc molybden để cải thiện tính chống mài mòn và khả năng chịu nhiệt của vật liệu.

Phân loại gang xám theo tiêu chuẩn ASTM A48

Ở Mỹ, hệ thống phân loại phổ biến nhất đối với gang xám là bộ Tiêu chuẩn Quốc tế ASTM A48.

Gang xám ASTM A48 Gồm các mác (Class): 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60.

Cụ thể, theo tiêu chuẩn ASTM, gang xám được phân loại dựa theo giới hạn bền kéo (tensile strength), đơn vị là ksi hay x103 psi;

Tiêu chuẩn ASTM A247 cũng thường được sử dụng nhằm mô tả cấu trúc graphit trong hợp kim. Các bộ tiêu chuẩn ASTM khác có liên quan đến gang xám bao gồm: ASTM A126, ASTM A278, and ASTM A319.

So sánh độ cứng của gang xám theo tiêu chuẩn ASTM A48

Gang xám ASTM A48 class 40 có độ cứng trung bình là 235 HB

Theo Material Properties thì “Gang xám – ASTM A48 Class 40 có độ cứng xấp xỉ 235 HB.”

5. Ứng dụng của gang xám trong công nghiệp

Nhờ vào các đặc tính cơ học và nhiệt học, gang xám được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Một số ứng dụng phổ biến của gang xám bao gồm:

5.1 Các bộ phận của động cơ

Gang xám được sử dụng để chế tạo các bộ phận trong động cơ như xi lanh, vỏ động cơ, trục cam và bệ đỡ. Khả năng chống rung và chịu nhiệt của gang xám làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng trong việc giảm tiếng ồn và duy trì hiệu suất hoạt động của động cơ.

5.2 Đĩa phanh và má phanh

Tính dẫn nhiệt cao và khả năng chịu mài mòn của gang xám khiến nó được sử dụng phổ biến trong đĩa phanh và má phanh của ô tô và các phương tiện khác. Khả năng tản nhiệt nhanh giúp đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của hệ thống phanh.

5.3 Các chi tiết máy móc

Gang xám thường được sử dụng để chế tạo bệ máy, thân máy, và bánh răng trong ngành cơ khí chế tạo. Nhờ khả năng chống rung tốt, gang xám giúp giảm thiểu rung động và kéo dài tuổi thọ của máy móc.

5.4 Hệ thống đường ống và phụ kiện

Gang xám được sử dụng để sản xuất ống dẫn, mặt bích, van và phụ kiện ống trong các hệ thống cấp thoát nước, dầu khí và xử lý hóa chất. Khả năng chống ăn mòn và tính dẫn nhiệt cao giúp gang xám phù hợp với các hệ thống hoạt động ở môi trường khắc nghiệt.

6. Ưu điểm và nhược điểm của gang xám

6.1 Ưu điểm

• Giá thành rẻ: Gang xám có giá thành thấp hơn so với nhiều loại kim loại khác, giúp giảm chi phí sản xuất.
• Dễ đúc: Gang xám có khả năng đúc tốt, tạo ra các chi tiết phức tạp mà không cần nhiều công đoạn gia công.
• Chống rung tốt: Gang xám hấp thụ rung động tốt, giúp giảm tiếng ồn và bảo vệ máy móc.
• Dẫn nhiệt tốt: Tính dẫn nhiệt cao giúp gang xám phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tản nhiệt nhanh.

6.2 Nhược điểm

• Độ giòn cao: Gang xám có độ giòn cao, dễ bị nứt hoặc gãy khi chịu lực kéo hoặc va đập mạnh.
• Khả năng chịu kéo kém: Do tính giòn, gang xám không phù hợp với các ứng dụng yêu cầu khả năng chịu kéo hoặc uốn cong.

7. Kết luận

Gang xám là một vật liệu công nghiệp quan trọng nhờ vào khả năng đúc tốt, dẫn nhiệt cao và tính năng hấp thụ rung động hiệu quả. Dù có độ giòn và khả năng chịu kéo kém, nhưng gang xám vẫn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sản xuất động cơ, hệ thống phanh, và các chi tiết máy móc. Với chi phí thấp và tính linh hoạt trong gia công, gang xám là lựa chọn hàng đầu cho nhiều ngành công nghiệp sản xuất và chế tạo.

Xem thêm các bài viết liên quan:

• Gang cầu là gì?
• Gang trắng là gì?