Gang là gì? Những ứng dụng không thể bỏ qua của gang

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 gia dụng, đồ trang trí… Vậy gang là gì? Ưu điểm gì vượt trội giúp gang trở nên thông dụng như vậy, cùng An Phước đi tìm lời giải đáp nhé! 

Gang là hợp chất kim loại của sắt (Fe) và cacbon (C), trong đó hàm lượng C lớn hơn 2,14%. Tuy nhiên trong thực tế hợp chất gang còn có chứa các nguyên tố khác như: Si, Mn, P và S. 

Gang là gì ? Gang đúc là gì ? Thành phần hóa học của gang

Gang là kim loại gì ? / Gang đúc là gì ?

Gang là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả một họ hợp kim kim loại mà nguyên tố tạo hợp kim chính là sắt. Để được coi là gang, hợp kim chủ yếu là sắt phải có trên 2% cacbon để hợp kim cuối cùng được coi là gang. Gang đúc cũng có một lượng nhỏ hơn các hợp kim khác; mangan và silicon là hai trong số những loại phổ biến nhất. Các nguyên tố hợp kim bổ sung này được sử dụng để sửa đổi thêm các đặc tính của gang.

Gang tiếng Anh là gì ?

Gang trong tiếng Anh được gọi là Cast iron. Trong một số ngành thì từ này lại mang ý nghĩa khác nhau: Chuyên ngành
–  Cơ – Điện tử: Gang, vật đúc bằng gang
– Xây dựng: Gang hợp kim
– Kỹ thuật chung: gang

Các thành phần hóa học của gang gang là gì

Thành phần của gang bao gồm chủ yếu là sắt (hơn 95% theo trọng lượng), và các nguyên tố hợp kim chính là cacbon và silic. Hàm lượng của cacbon trong gang nằm trong miền từ 2,1% đến 4,3% trọng lượng; với miền có hàm lượng cacbon thấp hơn 2,1% của họ hợp kim của sắt sẽ là thép carbon. Một phần đáng kể silic (1-3%) trong gang tạo thành tổ hợp hợp kim Fe-C-Si.

Ảnh hưởng của các nguyên tố trong thành phần của gang

Tính chất của gang thay đổi khi có sự thay đổi các nguyên tố cấu tử hợp kim khác.

• Silic: Trong gang, các hạt silic có tới 4% sự hiện diện. Thúc đẩy sự hình thành graphite, làm cho nó mềm và dễ gia công; đồng thời tăng độ cứng và điện trở suất.
• Lưu huỳnh: Chiếm tới 0,1%, làm cho gang trở nên cứng và giòn.
• Mangan: Chiếm khoảng 0,75%. Thúc đẩy sự hình thành cacbua của gang, làm cho nó trở nên tinh xảo, cứng; tăng khả năng chống mài mòn.
• Chromium: Nó cũng thúc đẩy sự hình thành cacbua, làm tăng độ cứng, chống mài mòn; chống ăn mòn và chống oxy hóa.
• Nickle: Tăng độ bền kéo.
• Vonfram: Làm tăng độ cứng nóng và độ bền nóng.
• Molypden: Tăng độ cứng.
• Vanadi: Tăng độ cứng và độ cứng nóng.
• Nhôm: Hoạt động như chất khử oxy trong thép.
• Titan: Hoạt động như chất khử oxy trong thép.
• Niobi: Nó làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo, dẫn đến tăng cường độ va đập.
• Coban: Nó làm giảm độ cứng và chống bị mềm ở nhiệt độ cao.

Tính chất của gang là gì?

Gang được xem như là một loại hợp kim có tính giòn. Màu xám ở mặt gãy thường là đặc điểm nhận dạng của gang: chính là sự phân bổ ở dạng tự do của khối carbon; hình thù dạng tấm khi hợp kim đông đặc.

Nhiệt độ nóng chảy của gang 

Gang được xem tương tự như hợp kim chứa hai nguyên tố là sắt và cacbon ở trang thái đông đặc. Nhiệt độ nóng chảy của gang trong khoảng từ 1150 đến 1200°C; thấp hơn 300°C so với sắt nguyên chất. 

Công dụng của gang

Ứng dụng của gang thời cổ đại

Bởi vì gang tương đối giòn; vì vậy không thích hợp cho các mục đích yêu cầu cạnh sắc hoặc độ mềm dẻo. Nó mạnh khi bị nén, nhưng không bị căng. Gang được phát minh ở Trung Quốc vào thế kỷ thứ V TCN; và được đổ vào khuôn để làm lưỡi cày, nồi, vũ khí,…Mặc dù thép được ưa chuộng hơn, nhưng gang rẻ hơn và do đó được sử dụng phổ biến hơn để làm nông cụ ở Trung Quốc cổ đại; Trong khi sắt rèn hoặc thép được sử dụng làm vũ khí. Người Trung Quốc đã phát triển phương pháp ủ gang bằng cách giữ vật đúc nóng trong môi trường oxy hóa trong một tuần hoặc lâu hơn. Để đốt cháy một số carbon gần bề mặt nhằm giữ cho lớp bề mặt không quá giòn.

Ở phương Tây, gang xuất hiện vào thế kỷ XV. Được sử dụng làm súng thần công và súng bắn. Henry VIII khởi xướng việc đúc súng thần công ở Anh. Chẳng bao lâu, các công nhân luyện gang của Anh sử dụng lò cao đã phát triển kỹ thuật sản xuất pháo bằng gang. Tuy nặng hơn các loại pháo bằng đồng đang thịnh hành nhưng lại rẻ hơn nhiều và giúp Anh có thể trang bị cho hải quân của mình tốt hơn. Ngoài ra trong quá khứ gang cũng được dùng để xây cầu gây ra nhiều thảm họa sập cầu nghiêm trọng.

Sự phát triển của gang thời hiện đại

Gang được sử dụng nhiều trong các ứng dụng đòi hỏi độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt; ít quan tâm đến tính chất kết cấu. Điều này là do thép thường có thể được sửa đổi để có các đặc điểm cấu trúc phù hợp nhu cầu hơn so với gang cho nhiều ứng dụng. Mặc dù, trước khi thép trở nên phổ biến hơn; gang đã phần nào phổ biến cho các mục đích kết cấu.

Gang cũng có giá thành khá phải chăng vì các yêu cầu về nguyên tố hợp kim cơ bản và phương pháp sản xuất chi phí thấp. Do đó, ngày nay người ta vẫn thấy gang được sử dụng khá phổ biến. Gang được sử dụng làm các chi tiết có thể chịu tải và ít chịu va đập; các chi tiết chịu mài mòn, ma sát làm việc trong điều kiện ít bôi trơn. Các chi tiết, sản phẩm làm bằng gang như: bệ máy, vỏ máy, thân máy, hộp máy, hộp số, xi lanh động cơ; đĩa phanh, bánh răng và đĩa bánh răng; dụng cụ nấu ăn; thiết bị khai thác mỏ,…

Các loại gang và ứng dụng phổ biến 

Tùy hàm lượng nguyên tố hóa học trong gang mà chúng có những tính chất và đặc điểm riêng. Tuỳ theo dạng graphit trong gang mà gang được phân thành các loại cơ bản: Gang xám, gang dẻo, gang cầu, gang trắng,…Cùng xem cách phân biệt và ứng dụng của phổ biến của từng loại nhé.

Gang xám là gì?

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… 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.

Do hình dạng và tính chất của graphit có độ bền cơ học kém nên gang xám có độ bền kém, độ dẻo và độ dai thấp. Tuy nhiên, graphit lại có ưu điểm giúp tăng độ chịu mòn của gang xám, khiến phôi gang dễ vụn khi cắt gọt, khử rung động; làm giảm độ co khi đúc luyện. Vì vậy có khả năng gia công tốt, khả năng chống mài mòn tốt.

Gang xám thường được dùng để chế tạo các chi tiết bộ phận chịu tải trọng, trọng lực nhỏ và ít khi bị va đập như: thân máy, bệ máy, ống nước,… 

Gang dẻo là gì?

Gang dẻo 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. Tạo thành một loại gang có tính dẻo cao. Đây là vật liệu có độ bền cao lại kế thừa được những tính chất tốt vốn có của gang; thậm chí có thể thay thế cho thép trong rất nhiều ứng dụng mà các loại gang khác không có khả năng.

Gang dẻo được sử dụng sản xuất các loại van nước, van công nghiệp cho các hệ thống nước, khí.

Gang cầu là gì?

Gang cầu còn được gọi là gang bền cao, có than chì ở dạng cầu nhờ biến tính gang xám lỏng bằng các nguyên tố Mg, Ce và các nguyên tố đất hiếm. Gang cầu là loại gang có độ bền cao nhất trong các loại gang do graphit ở dạng cầu tròn, bề ngoài cũng có màu xám tối như gang xám. Nên khi nhìn bề ngoài không thể phân biệt hai loại gang này.

Gang cầu thường dùng làm các chi tiết vừa chịu tải trọng kéo và va đập cao (như thép) đồng thời lại dễ chế tạo bằng phương pháp đúc. Ứng dụng làm trục khuỷu, ống nước đường kính lớn, nắp hố ga, song chắn… vì giá thành rẻ, độ an toàn cao và thi công dễ dàng.

Gang trắng là gì?

Gang Trắng là hợp kim Fe – C trong đó cacbon có thành phần lớn hơn 2,14% và các tạp chất Mn, Si, P, S… Hầu hết chỉ dùng gang trắng chứa 3% – 3,5% cacbon vì nhiều C gang sẽ giòn. Mặt gãy các chi tiết bằng gang trắng có màu sáng trắng nên gọi là gang trắng. Gang trắng chỉ hình thành khi hàm lượng C và Mn thích hợp và với điều kiện làm nguội nhanh ở vật đúc thành mỏng, nhỏ. 

So với gang xám có graphit bên dưới bề mặt thì gang trắng có đặc điểm xi măng bên dưới bề mặt của nó. Than chì tạo ra màu xám trong khi xi măng tạo ra màu trắng. Gang trắng cứng và có khả năng chống mài mòn tuyệt vời.

Gang trắng cứng và giòn, tính cắt gọt kém nên chỉ dùng ở làm vật liệu đúc; ứng dụng chủ yếu để chế tạo gang rèn (gang dẻo) , luyện thép hoặc các chi tiết máy cần tính chống mài mòn cao như bi nghiền, trục cán.

Hi vọng với những chia sẻ trên sẽ giúp bạn có cái nhìn rõ nhất về gang; tính ứng dụng của nó để lựa chọn được những sản phẩm phù hợp nhất nhé!

Xem thêm:

• Các loại hợp kim phổ biến hiện nay
• Những ứng dụng phổ biến của kim loại đồng