Gang là gì? Thành phần, tính chất của gang chi tiết nhất?

Được biết đến là chất liệu bền bỉ, rắn chắc và ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất linh kiện, máy móc, đồ trang trí,…. Vậy gang là gì? Gang sở hữu những ưu điểm gì mà trở nên thông dụng đến vậy? Hãy theo dõi tiếp bài viết dưới đây và đi tìm câu trả lời đúng nhất nhé.

1. Gang là gì

Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2-5%. Ngoài ra, trong gang còn có một số nguyên tố khác như Si, Mn, S… Gang có tính chất cứng và giòn hơn sắt (Trích Sgk Hóa học lớp 9) 

Trong lĩnh vực cơ khí, đây là một trong những vật liệu được dùng phổ biến. Đặc biệt là chế tạo máy và gia công khuôn mẫu. Dựa vào thành phần hóa học và tổ chức tế vi mà gang được phân chia thành 2 nhóm chính gồm gang graphit và gang trắng.

Hình 1: Gang là gì?

2. Thành phần, tính chất của gang

Thành phần của gang

• Gang thường: Loại gang này được xác định theo tỷ lệ tính phần trăm khối lượng của các nguyên tố thường có như: Silic, Cacbon, Phốt pho, Mangan, Lưu huỳnh ở giới hạn bình thường.
• Gang hợp kim hoặc gang đặc biệt, gồm 2 loại.

Sau khi đã tìm hiểu rõ nhất về gang là gì, để tạo ra gang cần hàm lượng silic cao hơn 4% và thành phần chứa các nguyên tố thường hoặc hàm lượng mangan cao hơn 1,5%.

Tính chất gang

• Gang cũng tương tự như hợp kim có 2 nguyên tố: Cacbon và sắt ở trạng thái đông đặc. Gang có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng từ 1150 đến 1200 °C, so với sắt nguyên chất sẽ thấp hơn 300 độ C.
• Gang còn được xem là hợp kim có tính giòn. Màu xám ở mặt gãy chính là đặc điểm để chúng ta nhận biết gang. Đồng thời, đây cũng là sự phân bổ ở dạng tự do của khối carbon và khi hợp kim đông đặc sẽ có hình thù dạng tấm.

Hình 2: Thành phần, tính chất của gang

3. Phân loại và ứng dụng của các loại gang

3.1. Gang thường (gang trắng)

Gang trắng thường là hợp kim sắt và cacbon, trong đó cacbon có hàm lượng ở dạng liên kết Fe3C là 3-3,5%. Vì vậy, gang thường luôn chứa hỗn hợp cùng tinh và chia làm 3 loại, cụ thể:

• Gang trắng cùng tinh %C = 4,3%.
• Gang trắng trước cùng tinh %C ≤ 4,3%.
• Gang trắng sau cùng tinh %C ≥ 4,3%.

Dòng gang này có màu sáng trắng với đặc tính là độ cứng, độ giòn cao, gia công hàn hoặc cắt khó khăn. Do đó, gang chủ yếu được ứng dụng cho mục đích chế tạo các chi tiết máy cần tính chống ăn mòn cao hoặc luyện thép. Hoặc sử dụng để đúc ủ thành các loại gang khác như gang xám biến trắng, gang dẻo. 

Hình 3: Gang trắng

3.2. Gang Graphit

Gang Graphit là sự kết hợp của hợp kim sắt và cacbon. Trong đó, Cacbon có thành phần lớn hơn 2,14% và thêm các tạp chất Si, Mn, P, S,…. Phần lớn tổ chức của gang chứa cacbon ở dạng tự do graphit với nhiều hình dạng như: cầu, tấm, cụm. Gang Graphit không có Fe3C hoặc có rất ít.

Dựa vào hình dạng của graphit nên được phân loại thành các loại sau:

• Gang xám (Gray cast iron): Là loại gang thông dụng nhất được thiết kế toàn bộ Cacbon tồn tại dưới dạng graphit ở dạng phiến, tấm, chuỗi. Ưu điểm của gang xám là giá thành tương đối rẻ, khả năng cách âm cao, uốn dẻo tốt. Nhiệt độ nóng chảy của gang xám thấp 1350ºC. Nhược điểm là bề mặt xù xì, trọng lượng nặng, không mang tính thẩm mỹ cao, độ giòn cao và khó rèn. 
• Gang cầu (ductile iron): Thiết kế bên ngoài gang cầu có dạng quả cầu tròn với đặc tính chống va đập tốt, độ bền cao, khả năng chống mài mòn và độ bền dẻo. Gang cầu chứa thành phần gồm 4,3 – 4,6% nguyên tố C và Si. Nó được ứng dụng phổ biến trong sản xuất các loại van công nghiệp hoặc chế tạo chi tiết máy trung bình và lớn cần chịu tải trọng cao, hình dạng phức tạp.
• Gang dẻo (malleable iron): Là dạng graphit cụm bông được ủ “graphit hóa” trong nhiệt độ khoảng 850 – 1050⁰C từ loại gang trắng. Gang này có ưu điểm là độ bền cơ học tốt, tính dẻo và thẩm mỹ cao, tuổi thọ dài. Tất cả các loại van trong ngành van công nghiệp đều có thể dùng gang dẻo để chế tạo. Tuy nhiên, vì giá thành cao và công nghệ sản xuất phức tạp nên ít được dùng.
• Gang xám biến trắng: Bản chất của gang xám biến trắng là gang xám . Tuy nhiên khi được đúc trong khuôn bề mặt sẽ được nhanh chóng làm nguội và chuyển đổi thành gang trắng.
• Gang graphit ngắn (Gang CGI, GJV, CV): Tinh thể trong graphit ngắn và dày hơn so với gang xám. Các hạt hợp kim gang được nung ở nhiệt độ cao và ép vào khuôn ở áp suất cao nhằm liên kết các hạt graphit với nhau tạo thành tổ chức gang.

Hình 4: Gang Graphit

4. Sản xuất gang thế nào?

4.1. Nguyên liệu sản xuất

• Quặng sắt trong tự nhiên (thành phần chủ yếu là oxit sắt) gồm có quặng hematit chứa Fe2O3, quặng này có nhiều ở Thái Nguyên, Yên Bái, Hà Tĩnh… và quặng manhetit chứa Fe3O4

4.2. Nguyên lý sản xuất gang

Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim

4.3. Quy trình sản xuất

• Quặng, đá vôi, than cốc được đưa vào lò cao và xếp thành từng lớp xen kẽ nhau. không khí nóng được thổi từ phía dưới 2 bên lò. Phản ứng tạo ra khí CO
• Khí Co khử oxit sắt trong quặng thành sắt, một số oxit khác cũng bị khử tạo thành đơn chất. Sắt nóng chảy hòa tan một lượng nhỏ cacbon và một số chất khác tạo ra gang lỏng rồi chảy xuống nồi và được đưa ra ngoài
• Đá vôi thì bị phân hủy ra Cao. CaO kết hợp với oxit SiO2 tạo thành xỉ. Xỉ nhẹ nổi lên trên và được đưa ra ngoài
• Khí tạo thành trong lò cao được thoát ra ở phía trên

5. Một số câu hỏi thường gặp

• Ký hiệu của gang là gì?

Gang xám: Theo tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam TCVN 1659 – 75, ký hiệu gang xám là bằng 2 chữ GX và hai số tiếp theo như: GX12-28; GX00; GX15-32; GX21-40; GX18-38; GX28-48; GX36-56; GX32-52; GX40-60; GX44-64.

Gang dẻo: Ký hiệu là GZ và hai số tiếp theo chỉ độ giãn dài và bền kéo tương đối tính theo %.

Gang cầu: Ký hiệu là GC với hai cặp chữ số chỉ giá trị tối thiểu của giới hạn bền kéo và độ dẻo của gang. 

• Gang là kim loại gì?

Gang là hợp kim của FE – C với lượng cacbon lớn hơn 2,14%.

• Gang tiếng anh là gì?

Tên tiếng Anh của Gang là Cast iron.

Hy vọng với những thông tin trên đây, bạn đọc đã có kiến thức rõ nhất về gang là gì? Và phân loại gang gồm các loại nào, ứng dụng như thế nào để chọn đúng sản phẩm phù hợp nhất nhé!