Gang là gì? Ứng dụng của gang trong đời sống

Gang là vật liệu được phát hiện và sử dụng từ rất sớm nhờ đặc tính rắn chắc và độ bền cao. Trải qua thời gian dài, đến nay gang vẫn giữ vai trò quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất máy móc, linh kiện cơ khí cho đến các sản phẩm đồ gia dụng và đồ trang trí, đáp ứng tốt cả yêu cầu về độ bền lẫn tính thẩm mỹ. Vậy gang là gì? Gang có những ưu điểm gì và được ứng dụng như thế nào? Hãy cùng Đức Phong tìm hiểu chi tiết quan bài viết dưới đây nhé.

Gang là gì?

Gang tên tiếng Anh là cast iron là một loại hợp của kim sắt và cacbon, trong đó sắt (Fe) chiếm trên 95% khối lượng, kết hợp với carbon (C) từ 2,14 đến 4% và silic (Si) khoảng 1 đến 3%. Ngoài ra, gang còn chứa một lượng nhỏ các nguyên tố khác như mangan, lưu huỳnh và photpho, góp phần ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật liệu.

Gang có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp, dao động trong khoảng 1150 – 1200°C, cùng với độ chảy loãng cao và tính đúc tốt. Nhờ những đặc điểm này, gang có khả năng chịu nén và chống mài mòn tốt, rất phù hợp cho các chi tiết đúc trong ngành cơ khí.

Dựa vào thành phần hóa học và cấu trúc tổ chức, gang được chia thành hai nhóm chính là gang trắng và gang graphit. Trong đó, gang graphit được sử dụng phổ biến hơn do không chứa tổ chức ledeburit, có độ mềm cao và dễ gia công. Nhóm gang graphit bao gồm gang xám, gang cầu và gang dẻo, mỗi loại đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật khác nhau trong sản xuất và chế tạo.

Đặc điểm và tính chất của gang

Gang có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn so với sắt nguyên chất, giúp quá trình nấu luyện và đúc diễn ra thuận lợi hơn. Vật liệu này nổi bật với khả năng chịu nén tốt, chống mài mòn cao, chịu va đập và tải trọng lớn, phù hợp cho nhiều ứng dụng cơ khí nặng.

Tuy nhiên, gang có độ giòn cao, không thích hợp cho các phương pháp gia công hàn. Bù lại, nhờ độ chảy loãng tốt và tính đúc cao, gang rất dễ tạo hình và có thể đúc được các chi tiết có kết cấu phức tạp.

Trong thực tế sản xuất, gang thường được sử dụng để chế tạo các chi tiết như: vỏ máy, thân máy, bánh đà, bánh đai, trục khuỷu, trục cán, ổ trượt, bánh răng và nhiều bộ phận cơ khí quan trọng khác.

Phân loại gang

Như đã nói ở trên, dựa vào thành phần hóa học và cấu trúc, gang được chia làm 2 nhóm chính là gang trắng và gang graphit:

1. Gang trắng

Gang trắng hay còn gọi là gang thường, chúng là loại gang có mặt gãy sáng trắng do carbon tồn tại chủ yếu dưới dạng cementit (Fe3C) thay vì graphite, hình thành khi gang lỏng nguội nhanh (hàm lượng C 3-3.5%, Si <1%). Dòng gang này có màu trắng, cứng, độ giòn cao, khá khó gia công đặc biệt là cắt hoặc hàn. Vì vậy được dùng chủ yếu trong luyện thép hoặc chế tạo chi tiết máy chống ăn mòn cao. Ngoài ra chúng cũng có thể sử dụng đúc ủ ra các loại gang khác như gang dẻo, gang xám biến trắng.

Đặc điểm chính

• Cấu trúc vi mô: Cementit (Fe3C) + pearlite/ferrite, không có graphite tấm.
• Màu sắc: Mặt gãy sáng trắng bóng (khác gang xám xám đen).
• Phân loại: Gang trắng trước cùng tinh (C≤4.3%), cùng tinh (C=4.3%), sau cùng tinh (C≥4.3%).

Tính chất cơ học

• Độ cứng cực cao: HRC 50-65 (chống mài mòn vượt trội).
• Rất giòn: Độ dẻo gần 0, dễ nứt vỡ dưới va đập (không rèn/hàn).
• Chịu nén tốt: 600-1000 MPa, nhưng bền kéo thấp <200 MPa.
• Gia công khó: Cắt gọt kém (đồ cứng), chỉ đúc được.

Ứng dụng

• Lớp chống mòn: Lót má gang trắng đúc lên gang xám (bánh răng, ray tàu).
• Vật liệu đúc đặc biệt: Luyện gang dẻo, gang mactenxit chịu nhiệt.
• Chi tiết nhỏ: Vòng đệm, lớp lót máy nghiền (không dùng cấu trúc chịu lực).

Gang Graphit

Gang graphit có hàm lượng cacbon cao hơn 2,14% so với gang thường và chứa thêm 1 số tạp chất như Mn, Si, P, S, ... Đây là loại gang có carbon tồn tại chủ yếu dưới dạng graphit tự do thay vì cementit, tạo nên tính chất mềm dẻo, dễ gia công hơn gang trắng. Phân loại theo hình dạng graphit với Si cao (1-3%) thúc đẩy graphit hóa.

Chúng tồn tại ở 3 thể chính gồm:

Gang xám

Gang xám khá phổ biến và chúng tồn tại dưới dạng tấm, phiến, chuỗi, ...

• Đặc điểm: Dễ đúc, chống rung tốt, gia công cắt nhanh (graphite bôi trơn).
• Tính chất: Cứng HB 150-250, bền kéo 150-400 MPa, giòn thấp.
• Ứng dụng: Thân máy, bệ đúc, ống nước
• Ưu điểm: Gang xám có giá thành khá rẻ, nhiệt độ nóng chảy chỉ từ 1350ºC, khả năng cách âm cao, uốn dẻo tốt. Hỗ trợ tăng độ mài mòn và làm giảm độ co ngót sau khi đúc.
• Nhược điểm: Trọng lượng lớn, bề mặt khá xù xì, không thẩm mỹ cao, độ giòn cao, khó rèn.

Gang cầu

Gang cầu là vật liệu có cấu trúc graphit dạng cầu, mang lại độ bền cơ học cao, khả năng chịu va đập tốt, độ dẻo và khả năng chống mài mòn vượt trội. Những đặc tính này có được nhờ thành phần hóa học đặc trưng, trong đó hàm lượng carbon và silic chiếm khoảng 4,3 – 4,6%.

Hiện nay, gang cầu được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất van công nghiệp như: van cổng, van bướm, van một chiều, giúp đảm bảo độ an toàn, độ kín và độ bền khi làm việc trong nhiều điều kiện môi trường và lĩnh vực khác nhau.

Bên cạnh đó, gang cầu còn được sử dụng để chế tạo các chi tiết máy có kích thước trung bình đến lớn, kết cấu phức tạp, yêu cầu chịu tải trọng lớn, chịu lực kéo và va đập cao, đáp ứng tốt nhu cầu trong ngành cơ khí chế tạo và công nghiệp nặng

Gang dẻo

Gang dẻo là loại gang có graphit dạng cụm bông, được tạo thành thông qua quá trình ủ graphit hóa gang trắng ở nhiệt độ cao, thường trong khoảng 850 – 1050°C. Quá trình nhiệt luyện này giúp thay đổi cấu trúc graphit, từ đó cải thiện đáng kể tính chất cơ học của vật liệu.

Ưu điểm của gang dẻo là độ dẻo cao, độ bền cơ học tốt và tính thẩm mỹ cao. Nhờ khả năng chịu lực, chịu va đập và chống mài mòn khá tốt, gang dẻo có tuổi thọ dài, hoạt động ổn định ngay cả trong môi trường làm việc khắc nghiệt.

Tuy nhiên, nhược điểm của gang dẻo là giá thành cao và quy trình sản xuất phức tạp hơn so với gang xám. Chính vì vậy, trong thực tế sản xuất, gang dẻo ít được sử dụng phổ biến bằng gang xám, dù sở hữu nhiều đặc tính cơ học vượt trội.

>> Tìm hiểu thêm thông tin về các loại vật liệu cơ khí khác

Những ứng dụng của gang trong đời sống

Với những đặc điểm của mình, gang được ứng dụng rất phổ biến trong đời sống, được ứng dụng sản xuất trong nhiều lĩnh vực như:

• Trong ngành chế tạo máy, gang được sử dụng để đúc các băng máy kích thước lớn, kết cấu phức tạp, không yêu cầu chịu uốn nhưng cần khả năng chịu lực nén cao và ổn định lâu dài. Vật liệu này đặc biệt phù hợp cho các chi tiết có hình dạng phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao.
• Gang cũng được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất máy công cụ và thân máy động cơ đốt trong, nhờ đặc tính giảm rung tốt, độ bền cao và dễ gia công.
• Trong lĩnh vực van công nghiệp, gang được dùng để chế tạo các loại van bướm, van cổng, van cầu, van cân bằng, hoạt động hiệu quả trong môi trường nước, hơi nóng, khí nén và chất lỏng công nghiệp.
• Ngoài ra, gang còn được sử dụng để sản xuất trục khuỷu, ống nước đường kính lớn, nắp hố ga, song chắn rác, nhờ độ an toàn cao, dễ thi công và chi phí hợp lý.
• Trong ngành trang trí và chạm khắc, gang được đánh giá cao bởi khả năng mài dũa, tạo hình dễ dàng, cho phép gia công các chi tiết hoa văn tinh xảo trên bề mặt.

Trên đây là toàn bộ những thông tin cơ bản và chi tiết về gang, giúp bạn hiểu rõ gang là gì, đặc điểm, phân loại cũng như các ứng dụng phổ biến của gang trong thực tế. Có thể thấy rằng, với đặc tính bền bỉ, chịu lực tốt và khả năng đúc linh hoạt, gang vẫn luôn giữ vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như cơ khí chế tạo, xây dựng, công nghiệp và đời sống.

Hy vọng những chia sẻ trên sẽ giúp bạn lựa chọn đúng loại gang phù hợp với nhu cầu sử dụng, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Đừng quên theo dõi thêm các bài viết chuyên sâu khác để cập nhật thêm nhiều kiến thức hữu ích về vật liệu cơ khí và gia công kim loại.