Chưa được phân loại

Gang Xám là gì | Gang xám 15 32 – 21 40

Posted on by vimi

Gang xám là gì, công dụng của gang xám, mác gang xám 15 32 hay gang xám gx15 32 hoặc gang xám 21 40 là những mác gang như thế nào. Là những câu hỏi trong số rất nhiều câu hỏi về loại gang này mà người sử dụng đòi hỏi các nhà cung cấp về sản phẩm công nghiệp đúc từ gang cần phải trả lời được

1 Gang xám là gì

Gang xám là một loại gang có tổ chức tế vi graphit (than chì), tổ chức tế vị này có các vết nứt màu xám trong cấu trúc hợp kim, màu xám đó là do sự hiện diện của graphit (than chì), vì vậy gang được gọi là gang xám. Các tinh thể của gang xám bao gồm các vết đứt gãy nhỏ khác nhau, những vết đứt gãy này là nguyên nhân tạo ra sự xuất hiện của màu xám.

cong dung gang xam la gi

Đây là loại gang có lịch sử phát triển và sử dụng lâu đời nhất, theo thống kê về trọng lượng thì đây là loại gang được sử dụng phổ biến nhất và là vật liệu đúc được sử dụng rộng rãi

Gang xám có các tên tiếng Anh và dịch ra tiếng Việt như dưới đây

  • Gray iron – gang xám
  • Gray cast iron – sắt đúc xám

2 Thành phần hóa học của gang xám

Để đạt được tổ chức tế vi graphit, thành phần hóa học điển hình của hợp kim sắt – cacbon (Fe-C) là 2,5 đến 4,0% cacbon và 1 đến 3% silic theo trọng lượng. Graphit có thể chiếm 6 đến 10% khối lượng gang xám.

Thành phần hóa học của gang xám nằm trong giới hạn sau:

  • Fe: 90 ~ 95%
  • 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.

cong dung gang xam la gi 2

Như vậy so với gang cầu thì giới hạn hàm lượng các bon trong gang xám thấp hơn và đặc biệt không có Mn và Ni, đây cũng là yếu tố giúp cho gang xám rẻ hơn so với gang cầu. Riêng với Silic (Si) rất quan trọng để tạo ra gang xám thay vì gang trắng, silic là nguyên tố ổn định graphit giúp tạo ra cấu trúc graphit thay vì cementit (Fe3C) trong hợp kim, khi nồng độ silic đạt đến 3% khối lượng, hầu như không có carbon tồn tại ở dạng hóa học như cementit.

3 Các tiêu chuẩn phổ biến của gang xám

Các tiêu chuẩn của gang xám có rất nhiều ở từng tổ chức công nghiệp khác nhau, Việt Nam chúng ta cũng có tiêu chuẩn riêng cho gang xám. Nhu cầu xuất nhập khẩu các linh kiện, sản phẩm đúc từ gang xám ngày càng toàn cầu hóa nên chúng ta cần biết các tiêu chuẩn phổ biến đang áp dụng trong nước và trên thế giới

cong dung gang xam la gi 6

  •  Theo tiêu chuẩn gang xám của Việt Nam: TCVN 1659 – 75, theo tiêu chuẩn này ký hiệu gang xám gồm 2 phần GX (viết tắt của Gang Xám) và hai 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 kéo là: σk = 12 Kg/mm2 (σk = 120N/mm2) và độ bền uốn σu = 28 Kg/mm2 (σu = 280N/mm2).
  • Theo tiêu chuẩn của Mỹ: Đất nước công nghiệp vật liệu phát triển hàng đầu này có rất nhiều tiêu chuẩn khác nhau liên quan đến gang xám, trong đó phổ biến nhất là SAE và ASTM A48

              Theo tiêu chuẩn ASTM A48 ta có các mác: 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60. Chi tiết ở nội dung số 5

              Theo chuẩn SAE J431 có các mác: G1800, G2500, G3000, G3500, G4000. Chi tiết ở nội dung số 5
  • Theo tiêu chuẩn của Nhật: JIS G 5001, theo tiêu chuẩn này  chúng ta có các mác gang xám: FC100, FC150, FC200, FC250, FC300, FC350. Chi tiết ở nội dung số 5

4 Đặc điểm chung của gang xám

Gang xám có cấu trúc vi mô graphit chủ yếu ở dạng tấm trong không gian ba chiều, đôi khi dưới dạng hình phiến hoặc chuỗi. Nếu nhìn ở không gian hai chiều, chẳng hạn như quan sát bề mặt được đánh bóng, sẽ thấy các mảnh graphit xuất hiện dưới dạng sợi mảnh.

  • Bề mặt của gang xám có màu xám tối, đây là màu đặc trưng của ferit và graphit tự do
  • Độ bền cơ học của graphit thấp, vì vậy chúng có thể được coi là lỗ rỗng trong cấu trúc hợp kim và đây là căn cơ khiến gang xám kém bền, độ dẻo dai thấp
  • Phần đầu của các tấm phẳng graphit đóng vai trò là các rãnh khuyết có sẵn, ứng suất sẽ tập trung tại những điểm đó và tạo nên tính giòn của gang xám
  • Bù lại graphit dạng tấm phẳng đó giúp gang xám có đặc tính dễ gia công do có xu hướng gãy dọc theo các tinh thể graphit. Ví dụ trong sản xuất van cổng gang

cong dung gang xam la gi 14

5 Phân loại gang xám

Vì là loại vật liệu được sử dụng lâu bậc nhất trong lịch sử và ứng dụng trên toàn thế giới, nên theo mỗi quốc gia, mỗi tiêu chuẩn công nghiệp khác nhau gang xám được phân loại theo nhiều cách khác nhau. Chủ yếu cách phân loại gang xám dựa trên mục đích đặc tính hướng tới của vật liệu này và phân chia thành các lớp gang xám chất lượng khác nhau theo từng cách phân loại chúng

5.1 Phân loại gang xám theo tiêu chuẩn ASTM A48

Đây là tiêu chuẩn phổ biến nhất đối với gang xám của Mỹ, được nhiều quốc gia áp dụng. Theo cách phân loại của tiêu chuẩn này thì gang xám được phân loại dựa vào giới hạn bền kéo (tensile strength),

Loại gang Giới hạn bền kéo (ksi) Giới hạn bền nén (ksi) Môđun kéo, E (Mpsi)
20 22 83 10
30 31 109 14
40 57 140 18
60 62.5 187.5 21

Theo ký hiệu của tiêu chuẩn ASTM A48: Gang xám số 20 có giới hạn bền kéo là 20 ksi hoặc 20.000 psi (tương đương 140 MPa). Gang xám có số càng cao, lên đến 40 sẽ có cấu trúc pearlit và nồng độ cacbon tương đương thấp hơn. Khi đạt tới mức 40 trở lên thì cần đến quá trình gia cường và luyện nhiệt dung dịch rắn để bổ sung cấu trúc, gang ở mức 80 thì giới hạn kéo càng cao nhưng đồng thời tính giòn cũng tăng

cong dung gang xam la gi 12

Trong hệ thống ASTM người ta còn sử dụng nhiều bộ tiêu chuẩn khác nhau, theo các cách phân loại nhắm tới những chỉ số quan trọng khác nhau của gang xám. Các tiêu chuẩn về gang xám khác cùng trong hệ thống ASTM của Mỹ là:

  • ASTM A247 – Nhằm mô tả cấu trúc graphit trong hợp kim
  • ASTM A126 – Tiêu chuẩn về gang xám cho valve, mặt bích và phụ kiện ống
  • ASTM A278 – Tiêu chuẩn gang xám cho các bộ phận chịu lực
  • ASTM A319 – Tiêu chuẩn về gang xám chịu nhiệt

5.2 Phân loại gang xám theo tiêu chuẩn SAE J431

Trong ngành công nghiệp xe hơi, bộ Tiêu chuẩn SAE J431 được dùng để xác định bậc (grade) thay vì loại (class) như ASTM. Theo tiêu chuẩn gang xám này, bậc của gang xám được dựa trên tỉ lệ của giới hạn bền kéo và độ cứng Brinell (HB). Sự khác nhau về môđun đàn hồi kéo của các bậc gang xám thể hiện tỉ lệ graphit có trong gang, vì cấu trúc hợp kim có các tấm phẳng graphit như những vùng rỗng, tại nên tính chất xốp cho gang xám

Bậc Độ cứng Brinell t/h Mô tả
G1800 120 ~ 187 135 Ferrit – pearlit
G2500 170 ~ 229 135 Pearlit – ferrit
G3000 187 ~ 241 150 Pearlit
G3500 207 ~ 255 165 Pearlit
G4000 217 ~ 269 175 Pearlit
t/h = Tensile strength/Hardness là (Giới hạn bền kéo/ Độ cứng)

5.3 Phân loại gang xám theo tiêu chuẩn JIS G 5001

Theo tiêu chuẩn gang xám này, người Nhật hướng tới cách phân loại theo độ bền kéo và độ bền cứng

Kí hiệu gang xám Độ bền kéo (N/mm2) Độ cứng (H.B)
FC100 Từ 100 trở lên Từ 201 trở xuống
FC150 Từ 150 trở lên Từ 212 trở xuống
FC200 Từ 200 trở lên Từ 223 trở xuống
FC250 Từ 250 trở lên Từ 241 trở xuống
FC300 Từ 300 trở lên Từ 262 trở xuống
FC350 Từ 350 trở lên Từ 277 trở xuống

Theo cách kí hiệu này, dựa vào mác gang xám có thể biết được độ bền cứng và độ cứng của gang

6 Ưu và nhược điểm của gang xám

Gang xám là hợp kim kỹ thuật thông dụng do có chi phí tương đối thấp và

6.1 Gang xám dễ gia công

Nhờ vào những tinh thể graphit của gang xám và đặc điểm dễ gãy của graphit giúp vật liệu này tự làm trơn khi cắt gọt và dễ bể vụn. Gang xám cũng dễ nấu luyện ở nhiệt độ nóng chảy 1350oC

cong dung gang xam la gi 8

6.2 Gang xám cũng có tính chống mài mòn tốt

Graphit dạng tấm phẳng có tính tự làm trơn, điều này làm cho phôi gang xám phù hợp với các vật liệu cần bôi trơn có chứa dầu nhớt. Thích hợp để chế tạo các ổ trượt, bánh răng, thân máy, bệ máy, ống nước…

cong dung gang xam la gi 11

6.3 Tính thấp thụ lực, giảm chấn, giảm ồn

Do đặc tính graphit giúp gang xám có tính hấp thụ lực tuyệt vời vì graphit hấp thu năng lượng và chuyển hóa thành nhiệt. Vì lý do này mà các mác gang xám cao như GGG50, 60 thường được sử dụng để chế tạo các phụ kiện gang như tê gang, cút gang, chếch gang,.. nơi dòng nước thay đổi hướng dòng chảy, gây tác dụng lực và tạo tiếng ồn

Vật liệu Gang xám (Cacbon cao) Gang xám (Cacbon thấp) Gang cầu Gang dẻo Gang trắng  Thép Nhôm
Độ hấp thụ lực 100 ~ 500 20 ~ 100 5 ~ 20 8 ~ 15 2 ~ 4 4 0.47

Dựa trên bảng so sánh về độ hấp thụ lực chúng ta có thể thấy công dụng của gang xám trong giảm chấn và giảm ồn là tương đối tốt. Gang xám có khả năng hấp thụ lực (giảm chấn) rất tốt, và do vậy thường được sử dụng làm phần đế cho máy móc, thiết bị.

cong dung gang xam la gi 13

6.4 Giá thành gang xám rẻ

không đòi hỏi khắt khe về tạp chất, không chứ các nguyên tố hiếm như Mg, Ni là những yếu tố giúp giá thành của gang xám rẻ hơn gang cầu

cong dung gang xam la gi 5

6.5 Nhược điểm chính của gang xám

  • Gang xám có tính giòn nên khả năng chống uốn kém và không thể rèn được
  • Khi làm nguội nhanh gang bị biến trắng khiến gia công khó nếu không có kỹ thuật cao

7 Gang xám 15 32 là gì

Gang xám 15 32 hay còn được gọi và kí hiệu là GX15 32, loại gang này được sử dụng nhiều tại Việt Nam nên có lượng người tìm kiếm tương đối lớn cũng như được các đơn vị sản xuất gang tại Việt Nam áp dụng. Theo tiêu chuẩn TCVN 1659-75 của Việt Nam thì gang xám GX15 32 có giới hạn bền kéo tổi thiểu là 15KG/mm2 và giới hạn bền uốn tối thiểu là 32KG/mm2

cong dung gang xam la gi 7

8 Gang xám 21 40 là gì

Cũng tương tự như trên, gang xám 21 40 hay còn được gọi với kí hiệu GX 21 40. Theo tiêu chuẩn TCVN 1659-75 của Việt Nam thì gang xám GX21 40 có giới hạn bền kéo tổi thiểu là 21KG/mm2 và giới hạn bền uốn tối thiểu là 40KG/mm2

cong dung gang xam la gi 4

9 Công dụng của gang xám

Gang xám thường được sử dụng cho khung vỏ máy móc, do yêu cầu về độ cứng chống uốn (stiffness) quan trọng hơn độ bền kéo. Ví dụ như khối xi lanh động cơ đốt trong, vỏ bơm, thân van, hộp điện và khối đúc trang trí.

cong dung gang xam la gi 3

Độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng của gang xám cao, nên gang xám thường được khai thác để chế tạo dụng cụ nấu ăn bằng gang và rôto phanh dĩa

cong dung gang xam la gi 9

Do những ưu điểm riêng của gang xám, nên vật liệu này được sử dụng rất nhiều trong ngành chế tạo máy, đúc các băng máy lớn có độ phức tạp cao, các chi tiết không cần chịu độ uốn lớn nhưng cần chịu lực nén tốt.

cong dung gang xam la gi 10

Có những thiết bị, vật liệu gang xám được sử dụng đến >70% tổng trọng lượng. Các băng máy công cụ (tiện, phay, bào,…), thân máy của động cơ đốt trong… cũng được sản xuất từ gang xám.

vimi

"