Gang là gì? Khái niệm – Tính chất – Màu sắc

Được biết đến là loại chất liệu rắn chắc, bền bỉ, ứng dụng phong phú trong nhiều lĩnh vực như: sản xuất máy móc, linh kiện, đồ trang trí… Vậy gang là gì? Gang được làm từ gì? Để hiểu rõ về gang và các tính chất của gang, hãy tìm hiểu ngay bài viết chia sẻ về gang do các kỹ sư của Vimi chia sẻ

1. Gang là gì

Khái niệm về gang là điều mà nhiều người còn chưa rõ. Chúng ta có thể hiểu, gang là một loại hợp kim của Fe (sắt) và C (carbon). Nhưng so với thép thông thường, gang có hàm lượng carbon cao hơn gấp 10 lần và vì hàm lượng carbon cao nên độ giòn cao. Tuy nhiên, vì khả năng đúc tốt nên nó hoàn hảo để tạo các hình dạng phức tạp.

Gang có hàm lượng carbon lớn hơn 2,14%.

2. Thành phần, tính chất của gang là gì

Gang là vật liệu dược dùng phổ biến trong các ngành cơ khí hiện nay và có nhiều ngành nghề khác, để hiểu vì sao thì hãy xem gang được làm từ gì và từ đó biết gang có tính chất gì

2.1 Gang được làm từ gì

Tại sao có người hỏi gang là kim loại gì? Bởi thành phần chính của gang là sắt (Fe) và các bon (C), với hàm lượng các bon lớn hơn 2,14%. Trong thực tế thì gang luôn có thêm các nguyên tố khác như: (si lích) Si, (man gan) Mn, (phốt pho) P và (lưu huỳnh) S, các loại gang thông dụng thường chứa các thành phần như sau

• C: 2.0 ~ 4.0%
• Si: 0.4 ~ 3.5%
• Mn: 0.2 ~ 1.5%
• P: 0.04 ~ 0.65%
• S: 0.02 ~ 0.15%

» Gang thường: Loại gang mà tỷ lệ tính theo phần trăm khối lượng của các nguyên tố thường có như: Cacbon, Silic, Mangan, Phốt pho, Lưu hùynh ở giới hạn bình thường.

» Gang hợp kim: hay còn gọi là gang đặc biệt có hai loại.

2.2 Gang có tính chất gì

Gang được xem tương tự như hợp kim chứa hai nguyên tố sắt và cacbon ở trang thái đông đặc, với thành phần hóa học gần austectic gang có đặc điểm nổi bật là:

• Nhiệt độ nóng chảy của gang trong khoảng từ 1150°C ~ 1200°C (thấp hơn của sắt nguyên chất là 300°C)
• Nhìn chung người ta xem gang có tính giòn
• Gang có màu xám ở mặt gãy, thường là đặc điểm nhận dạng của gang (đây chính là sự phân bổ ở dạng tự do của khối carbon, với hình thù dạng tấm khi hợp kim đông đặc)

3. Gang có những loại gang nào? Màu sắc và đặc điểm từng loại

Gang màu gì là câu hỏi mà nhiều người còn thắc mắc. Dựa vào hàm lượng các loại kim trong gang và tỉ lệ của nó mà chúng được phân làm nhiều loại khác nhau với những tính chất, đặc điểm khác nhau.

3.1 Gang xám 

Gang xám là loại gang mà thành phần gồm toàn bộ cacbon tồn tại dưới dạng graphit tự do. Graphit này ở dạng tấm, phiến, chuỗi… tạo nên bề mặt của gang xám ở mặt gãy có màu xám, đó là màu đặc trưng của ferit và graphit tự do. Đây là một loại gang phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề, đặc biệt là ngành kỹ thuật.

• Gang xám có giá thành rẻ và có nhiệt độ nóng chảy thấp (1350ºC), vì vậy nó rất dễ nóng chảy. Gang xám có tính đúc tốt và khả năng cách âm cao, do tổ chức xốp nên cũng là ưu điểm cho các vật liệu cần bôi trơn có chứa dầu nhớt. Tuy vậy, gang xám giòn, khả năng chống uốn kém, không thể rèn được.

• Do có giá thành rẻ và dễ rèn đúc, gang xám được sử dụng vô cùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Gang xám sử dụng trong các thiết bị mà không chịu độ uốn lớn, nhưng cần chịu lực nén tốt. Sản phẩm chế tạo từ gang xám có giá thành rất rẻ, nhưng nó có nhược điểm là trọng lượng nặng và bề mặt xù xì, không có tính thẩm mỹ cao.

3.1 Gang trắng

Tên “gang trắng” cũng đủ để nói lên loại gang màu gì. Gang trắng là một loại gang, tức hợp kim của sắt (Fe) và cacbon (C), trong đó hàm lượng cacbon chiếm khoảng 3-3,5% và tồn tại chủ yếu dưới dạng hợp chất hóa học Fe3C (xementit) thay vì dạng graphit như gang xám. Do đó, gang trắng có màu sáng trắng khi bị gãy, bề mặt gãy có màu trắng đặc trưng của xementit

3.2 Gang cầu

Tên “gang cầu” nói lên gang có tính chất gì. Bởi loại gang này có cấu trúc tế vi dạng cầu tròn, nhờ kết cấu dạng quả cầu – dạng thu gọn nhất, nên vật liệu có độ bền tốt có khả năng chống va đập cao, tính bền dẻo tốt và khả năng chống mài mòn cáo. Trong công nghiệp, gang cầu là vật liệu phổ biến được sử dụng làm vật liệu chế tạo các loại van công nghiệp như: Van cầu gang, van bướm gang, van giảm áp, van an toàn và van cửa gang

Gang chứa cacbon lượng (CEL) cao từ 4,3 đến 4,6% (là thành phần nguyên tố C và Si trong gang lỏng trước biến tính CEL=%C+%Si+%P/2) để chống biến trắng, tạo ra than chì ở dạng cầu sít chặt, ít chia cắt nền kim loại nên không làm giảm đáng kể tính chất cơ học của gang. Chi tiết và phân tích kỹ về loại gang này mời các bạn tham khảo bài chia sẻ gang cầu là gì

3.3 Gang dẻo

“Gang dẻo” mô tả gang có tính chất dẻo. Đây là loại gang trắng do người Anh phát minh ra được, ủ trong thời gian dài (đến vài ngày) ở nhiệt độ từ 850 ~ 1050⁰C để tạo thành một loại gang có tính dẻo cao. Gang có độ bền cao, thậm chí có thể thay thế cho thép trong rất nhiều ứng dụng mà các loại gang khác không có khả năng.

Tong ngành van công nghiệp, tất cả các loại van đều có thể được chế tạo bằng gang dẻo. Thường ở các dòng van chất lượng cao của các thương hiệu nổi tiếng đều được sản xuất bằng gang dẻo, các van này có tuổi thọ lâu dài, chống chịu tốt các tác nhân ảnh hưởng từ môi trường bên ngoài và mẫu mã của van cũng đẹp hơn nhiều so với dòng van làm từ gang xám. Ngoài các dòng van, phụ kiện gang cũng là một trong những sản phẩm công nghiệp sử dụng loại vật liệu này

4. Các nguyên tố của gang và ảnh hưởng

“Gang dùng để làm gì” và dùng gang như thế nào là điều mà các chuyên gia về gang đều rõ. Chúng ta đã biết gang là gì và có thành phần thế nào, dưới đây là 1 số yếu tố ảng hưởng đến tính chất của gang

4.1 Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Gang màu gì có liên quan đến thành phần hóa học của gang, đặc biệt là nguyên tố C và Mn

• Cacbon (C):  Nguyên tố thúc đẩy quá trình graphit hóa, gang có nhiều cacbon thì độ dẻo và tính dẫn nhiệt giảm. Nếu cacbon chứa trong gang ở dạng hợp chất hóa học xementit thì gang đó gọi là gang trắng, ở dạng tự do (graphit) thì gang đó gọi là gang xám. Sự tạo thành các loại gang khác nhau, phụ thuộc vào thành phần hóa học và tốc độ nguội của nó.
• Silic (Si): Nguyên tố ảnh hưởng nhiều nhất đến cấu trúc tinh thể của gang, vì nó thúc đẩy quá trình graphit hóa. Hàm lượng Si tăng sẽ làm tăng độ chảy loãng, tăng tính chịu mài mòn và ăn mòn của gang. Thường thì hàm lượng Si trong gang là 1,5 – 3%.
• Mangan (Mn): Thúc đẩy sự tạo thành gang trắng và ngăn cản graphit hóa. Bởi vậy, trong gang trắng thường chứa 2 ~ 2,5% Mn, trong gang xám lượng Mn không quá 1,3%. Mn là nguyên tố tăng tính chịu mài mòn, tăng độ bền, giảm tác hại của lưu hùynh (S).
• Phốt pho (P): Nguyên tố có hại trong gang, nó làm giảm độ bền, tăng độ dòn của gang, dễ gây nứt vật đúc. Tuy nhiên P tăng tính chảy loãng, được sử dụng để đúc tượng, chi tiết mỹ thuật. Các chi tiết thành mỏng, hàm lượng P  không được quá 0,1%, có thể tới 1,2%.
• Lưu hùynh (S): là nguyên tố có hại trong gang, nó làm cản trở graphit hóa, nên làm giảm tính chảy loãng do đó làm giảm tính đúc. Lưu hùynh làm giảm độ bền cho gang. S kết hợp với Fe tạo thành FeS gây bở nóng. Vì vậy thành phần S trong gang không quá 0,1%.

 4.2 Ảnh hưởng của độ quá nhiệt

Gang có tính chất gì? Ảnh hưởng không chỉ bởi thành phần hóa học mà còn bởi quá trình ủ gang

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.

4.3 Ảnh hưởng của tốc độ nguội

Yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể của gang là điều kiện đông đặc, làm nguội của vật đúc. Tốc độ nguội nhanh thì ta được gang trắng, làm nguội chậm thì gang xám. Tốc độ nguội của gang đúc phụ thuộc vào loại khuôn đúc và chiều dày vật đúc

Tốc độ nguội của gang cũng là yếu tố quyết định đến gang màu gì và gang có tính chất gì.

5. Gang ký hiệu là gì

Gang được ký hiệu như thế nào cũng là điều mà nhiều người chưa rõ, bởi có nhiều ký hiệu khác nhau. Để hiểu rõ gang ký hiệu là gì thì chúng ta cần hiểu rõ rằng mỗi quốc gia và các tổ chức vật liệu trên thế giới sẽ quy định về ký hiệu gang khác nhau tuân theo quy định và tổ chức của quy định đó

Gang ký hiệu theo từng tiêu chuẩn và quốc gia khác nhau. Ví dụ: Với gang cầu thường dùng ký hiệu FCD450 theo tiêu chuẩn JIS, hoặc gang xám 15 32 theo tiêu chuẩn của Mỹ, hoặc theo tiêu chuẩn Trung Quốc có QT450 10

6. Kết luật về gang

Trên là các nội dung chia sẻ cho chúng ta biết gang là kim loại gì và gang được làm từ gì. Song, để biết rõ và trả lời một cách sâu sắc

• Thế nào là gang, hay khái niệm về gang là gì? Cần nắm rõ các thành phần hóa học của gang.
• Gang có tính chất gì và gang có màu gì? Cần biết yếu tố nào ảnh hưởng đến màu sắc và tính chất của gang.
• Gang ký hiệu là gì? Cần biết về các tổ chức công nghiệp và các tiêu chuẩn về vật liệu liên quan đến gang

Hi vọng với những chia sẻ trên của chúng tôi sẽ giúp bạn có cái nhìn rõ hơn gang là gì và tính ứng dụng của gang để lựa chọn ứng dụng phù hợp