Vật liêu học - Chương 4: Gang

1 CHƯƠNG 4: GANG 4.1. KHÁI NIỆM CHUNG 1.1. Định nghĩa - Gang là hợp kim của sắt với Cacbon với thành phần Cacbon lớn hơn 2,14%. - Ngoài ra còn các nguyên tố thường gặp là Mn, Si, P, S. Mn và Si là hai nguyên tố có tác dụng điều chỉnh sự tạo thành grafít và cơ tính của gang. Còn P và S là các nguyên tố có hại trong gang nên càng ít càng tốt. 2 CHƯƠNG 4: GANG - Theo tổ chức tế vi, người ta phân gang làm 2 loại chính đó là gang trắng và gang có grafít + Gang trắng: là gang có cacbon tồn tại ở dạng Xe (Fe3C). Như vậy, tổ chức của gang trắng tương ứng với giản đồ trạng thái Fe-C luôn luôn có chứa hổn hợp cùng tinh Le. + Gang có grafít: là loại gang trong đó phần lớn hoặc toàn bộ lượng Cacbon ở dưới dạng tự do – grafhit với các hình dạng khác nhau: tấm, cầu, bông. - Tuỳ theo hình dạng của graphit, lại chia thành 3 loại: gang xám, gang dẻo và gang cầu; 1.2. Các đặc tính cơ bản của gang 3 1.2. Các đặc tính cơ bản của gang • Cacbon : Cacbon (C) tồn tại dưới dạng graphit dạng tấm CHƯƠNG 4: GANG • Tính chất : Cgraphit  Điểm mềm  Vết nứt => k : k < 35 kG/mm 2  1/2-thép   0.5 % => Khử rung động => n = max => Tự bôi trơn: Lỗ hổng chứa dầu :  Chống mài mòn CHƯƠNG 4: GANG 1.2. Các đặc tính cơ bản của gang 4 4 5 • Tính công nghệ Tính đúc: Tnc  Dễ nấu chảy Tính cắt gọt: Cgraphit : mềm  Phoi dễ gẫy vụn CHƯƠNG 4: GANG 1.2. Các đặc tính cơ bản của gang 6 CHƯƠNG 4: GANG 4.2. GANG TRẮNG 4.2.1. Định nghĩa - Gang trắng là gang mà Cacbon hoàn toàn nằm dưới dạng liên kết – Hợp chất Xementit (Fe3C). - Gang trắng trước cùng tinh có %C < 4,3%. Có tổ chức là: Le + XeII. 4.2.2. Phân loại 7 CHƯƠNG 4: GANG - Gang trắng cùng tinh có %C = 4,3% có tổ chức Le. - Gang trắng sau cùng tinh có %C > 4,3% và có tổ chức là Le + XeI. + Gang trắng cứng và giòn nên không dùng được trong chế tạo cơ khí. + Gang trắng chủ yếu dùng để luyện thép, để ủ thành gang dẻo, làm bi nghiền và làm mép lưỡi cày, bề mặt vành bánh xe lu. 8 CHƯƠNG 4: GANG 4.3. GANG XÁM 4.3.1. Tổ chức tế vi - Gang xám là loại gang có phần lớn cacbon nằm ở dạng tự do (gọi là grafit). Grafit trong gang xám có dạng tấm(phiến) cong tự nhiên: Tổ chức tế vi = nền kim loại + grafit tấm 9 4.3. GANG XÁM - Ferit khi không có Xementit (Fe3C); a, Grafit tấm và nền kim loại - Ferit + Peclit khi có ít Fe3C (khoảng 0,1 - 0,6%); - Peclit khi có khá nhiều Fe3C (khoảng 0,6 – 0,8%).  Phần tổ chức có chứa Ferit, Ferit + Peclit hoặc Peclit gọi là nền kim loại. Tuỳ thuộc vào lượng Xementit nhiều hay ít mà phần tổ chức chứa Xementit có khác nhau: 10 4.3. GANG XÁM - Gang xám Ferit – có tổ chức tế vi là grafit tấm phân bố trên nền Ferit; Các loại gang xám: - Gang xám Ferit + Peclit – có tổ chức tế vi gồm grafit tấm phân bố trên nền kim loại Ferit + Peclit, lượng Fe3C (khoảng 0,1 - 0,6%); - Gang xám Peclít – có tổ chức tế vi gồm grafit tấm phân bố trên nền kim loại Peclit, lượng Fe3C (khoảng 0,6 – 0,8%). 11 4.3. GANG XÁM 4.3.2. Cơ tính, phạm vi sử dụng, ký hiệu: a, Cơ tính: - Độ bền rất thấp: k = 150  400MPa (= ½ thép thông dụng); (b = Kg/mm 2 =10N/mm2 = 10Mpa) - Độ cứng thấp trong khoảng 150  250HB; - Độ dẻo, độ dai đều thấp; - Chống mài mòn tốt; 12 4.3. GANG XÁM b. Ký hiệu - Theo tiêu chuẩn ГОСТ của Liên Xô: CЧxx – xx; - Theo tiêu chuẩn TCVN của Việt Nam: GXxx – xx. k u Ví dụ GX15 – 32 hoặc CЧ15-32  k = 150N/mm 2 u = 320N/mm 2 GX21– 40 hoặc CЧ21-40  k = 210N/mm 2 u = 400N/mm 2 • Phạm vi sử dụng: • Dùng để chế tạo các sản phẩm đúc có đặc điểm: - Kích thước sản phẩm lớn; - Kết cấu phức tạp; - Các chi tiết không chịu va đập khi làm việc mà chịu nén là chủ yếu; - Cần giảm rung động và có khả năng tự bôi trơn; • Ví dụ: Thân máy, bệ máy, các ổ trượt, bánh răng chịu tải trọng nhỏ.. 13 4.3. GANG XÁM 14 - Các mác có độ bền thấp, k = 100  150N/mm 2 Gồm: GX10  GX15) – Gang xám Ferit Dùng để làm chi tiết vỏ, nắp không chịu lực. - Các mác có độ bền trung bình, k = 150  250N/mm 2 Gồm: GX15  GX25 Gang xám Ferit - Peclit Dùng làm các chi tiết chịu tải nhẹ: vỏ hộp giảm tốc, mặt bích,... - Các mác có độ bền tương đối cao, k = 250  300N/mm 2 Gồm: GX25  Gang xám Peclit với grafit nhỏ mịn. Dùng làm các chi tiết chịu tải trọng cao: bánh răng, bánh đà, thân máy quan trọng, xéc măng,... 4.3. GANG XÁM 15 - Các mác có độ bền cao, k  300N/mm 2 Gồm: GX30  GX40 gang xám Peclit với grafit rất nhỏ mịn. Dùng làm các chi tiết chịu tải trọng cao, chịu mài mòn như bánh răng chữ V, trục chính, vỏ bơm thuỷ lực ,... - Gang xám dùng làm các chi tiết chịu nén, tránh dùng vào các bộ phận chịu kéo cao; Kết luận 4.3. GANG XÁM 16 CHƯƠNG 4: GANG 4.4. GANG CẦU 4.1. Tổ chức tế vi - Gang cầu là một loại gang có tổ chức nền kim loại và grafit. grafit thu nhỏ có dạng quả cầu tròn. Tương tự cũng có ba loại gang. - Gang cầu Ferit: nền KL là sắt nguyên chất và graphit cầu - Gang cầu Ferit – Peclit: nền KL là thép trước cùng tích và graphit cầu. - Gang cầu Peclit: nền KL là thép cùng tích và graphit cầu. 17 4.3.4. GANG CẦU 4.4.2. Thành phần hoá học - Chế tạo gang cầu Dùng Mg hoặc Ce(xêri) cho vào gang xám lỏng để tạo ra gang cầu . gang cầu gang lỏng (0,05 -1)% Mg hoặc Ce Nguội 18 4.4. GANG CẦU 4.4.3. Cơ tính – ký hiệu và công dụng -Gang cầu có cơ tính cao hơn gang xám nhiều; vì nền kim loại ít bị chia cắt( Grafit hình cầu dạng thu gọn nhất). -Có tính chất của gang vừa có tính chất của thép. -Các chi tiết làm bằng gang cầu có thể làm việc và bền vững ở nhiệt độ T0= 4000C + Độ bền: + Độ bền: k = 400  1000 N/mm 2 + Độ dẻo, dai:  = 5  15%; ak = 300 600 KJ/m 2 + Độ cứng khoảng 200HB –> gia công cắt gọt tốt a, Cơ tính 19 4.4. GANG CẦU b. Ký hiệu và công dụng - Theo tiêu chuẩn ГОСТ của Liên Xô: BЧxx – xx; - Theo tiêu chuẩn TCVN của Việt Nam: GCxx – xx k  Ví dụ: + GC45–5 Có: k = 450 N/mm 2;  = 5% + GC38–17; Có: k = 380 N/mm 2;  = 17%; + GC42–12 Có: k = 420 N/mm 2;  = 12%; Giới hạn bền kéo Độ giản dài tương đối 20 4.4. GANG CẦU + Công dụng: Gang cầu chủ yếu dùng thay thép để chế tạo các chí tiết cần: - Làm việc trong điều kiện chịu kéo, chịu va đập. - Hình dáng phức tạp (lợi dụng tính đúc của gang) - Trục khuỷu, - Trục cán, - Bánh răng - Đường ống nước lớn và các chi tiết quan trọng khác 21 CHƯƠNG 4: GANG 4.5. GANG DẺO 4.5.1. Tổ chức tế vi - Gang dẻo là một loại gang có tổ chức nền kim loại và grafit. grafit của nó có hình dạng cụm như cụm bông . - Gang dẻo có 3 loại là: + Gang dẻo Ferit; + Gang dẻo Ferit – Peclit; + Gang dẻo Peclit. 22 4.5. GANG DẺO 4.5.2. Thành phần hoá học và tổ chức -Thành phần: C= (2,2  2,8)%;Si= 0,8  1,4% ; Mn<1,0%; S< 0,1%; P=0,2%. -Chế tạo gang dẻo: Ủ từ gang trắng thành gang dẻo. gang trắng (Fe3C) + gang lỏng đúc Nguội nhanh gang dẻo + gang trắng ủ T0=(800-900)0C 23 4.5. GANG DẺO 4.5.4. Ký hiệu và công dụng - Theo tiêu chuẩn ГОСТ của Liên Xô: КЧxx – xx; - Theo tiêu chuẩn TCVN của Việt Nam: GZxx – xx. k  Ví dụ: GZ45–6 Có: k = 450MPa;  = 6% GZ30-6; GZ33-8; GZ37-12; GZ 56-12 4.5.3. Cơ tính + Độ bền: k = 300  600 N/mm 2; + Độ dẻo:  = 5  15%. -xám < k = 300-600N/mm 2 < -cầu 24 4.5.4. Ký hiệu và công dụng Gang dẻo có cơ tính cao hơn gang xám nhưng đắt do quá trình nấu luyện,chế tạo lâu, tốn nhiệt và thời gian ủ nên gang dẻo dùng để chế tạo các chi tiết đòi hỏi đồng thời các tính chất sau:, + Hình dạng phức tạp; + Tiết diện thành mỏng; + Chịu va đập.  Được sử dụng nhiều làm các chi tiết trong ôtô, các máy nông nghiệp, máy kéo, máy dệt, guốc hãm xe lửa, mắt xích, thân kìm, van, co nối... Công dụng 25 CHƯƠNG 4: GANG 4.6. GANG HỢP KIM - Gang chứa một lượng lớn các nguyên tố như Cr, Ni, Mn, Ti, Mo, có cơ tính cao gọi là gang hợp kim. Các nguyên tố hợp kim làm tăng cơ tính của gang do: + Cr tăng mạnh độ thấm tôi. + Mn và Ni làm tăng độ bền. + Cu nâng cao tính chống ăn mòn Gang hợp kim có cơ sở là gang xám, dẻo hay cầu.