Gang là gì? Tìm hiểu thành phần, tính chất, và ứng dụng

Gang là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày với nhiều công dụng khác nhau. Bài viết này sẽ giúp bạn giải đáp những thắc mắc đó, đồng thời cung cấp cho bạn những thông tin chi tiết về tính chất, ứng dụng và quy trình sản xuất gang.

1. Khái niệm và các thành phần của gang

Gang là hợp kim của sắt với hai nguyên tố chính là Sắt (Fe) và Cacbon (C). Trong đó, sắt (Fe) chiếm hơn 95% trọng lượng và Carbon (C) chiếm từ 2,14% đến 4,3% trong thành phần của gang. Hàm lượng Cacbon sẽ là yếu tố quyết định đến độ cứng, độ dẻo, khả năng gia công, và tính đúc của hợp kim này.

Ngoài ra, hợp kim này còn có chứa các nguyên tố phụ khác bao gồm:

Silic (Si): thường chiếm 1 đến 3% thành phần của gang. Nguyên tố này thúc đẩy quá trình graphit hóa, tăng độ bền, và làm giảm điểm nóng chảy của gang.

Mangan (Mn): Tăng độ cứng, độ bền, khả năng chống mài mòn và giảm ảnh hưởng xấu của lưu huỳnh.

Phốt pho (P) và Lưu huỳnh (S): Làm giảm độ dẻo dai, độ bền, và khả năng gia công của hợp kim này.

2. Đặc điểm và tính chất của gang

Khả năng chống ăn mòn: Hợp kim này có khả năng chống ăn mòn cao, đặc biệt là trong môi trường axit.

Khả năng oxy hóa: Mặc dù gang có khả năng chống oxy hóa tốt trong điều kiện khô ráo, nhưng nó vẫn có thể bị oxy hóa trong môi trường ẩm ướt. Điều này dẫn đến hiện tượng gỉ sét trên bề mặt, làm giảm tính thẩm mỹ và độ bền của các sản phẩm.

Khối lượng riêng: Chúng có khối lượng riêng cao, dao động từ 7,2 đến 7,8 g/cm³. Điều này làm cho nó trở thành một vật liệu rất chắc chắn và có khả năng chịu tải trọng lớn.

Điểm nóng chảy: Điểm nóng chảy của gang tương đối thấp, dao động từ 1150°C đến 1200°C. Điều này làm cho quá trình chế tạo và gia công chúng trở nên thuận tiện và hiệu quả.

Tính co ngót và độ dãn nở vì nhiệt: Gang có tính chất co ngót khi nguội, cần được lưu ý trong quá trình đúc. Độ dãn nở vì nhiệt của gang thấp hơn so với thép, giúp cho các sản phẩm làm từ hợp kim này giữ được hình dạng và kích thước ổn định trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau.

Độ bền cao: Gang có độ bền cao, có thể chịu được tải trọng lặp đi lặp lại trong thời gian dài mà không gây ra sự suy giảm về cấu trúc hoặc tính chất của nó.

3. Ứng dụng của gang

Gang là một vật liệu vô cùng đa dạng và linh hoạt, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ vào các đặc tính và ưu điểm của nó. Cụ thể:

Trong ngành chế tạo máy: Gang được sử dụng để đúc các bộ phận máy lớn có độ phức tạp cao hoặc sản xuất các bộ phận máy công cụ.

Trong sản xuất van công nghiệp: Gang được sử dụng rộng rãi để sản xuất các loại van công nghiệp như van bướm, van cổng, van cầu, và van cân bằng trong môi trường làm việc khác nhau như nước, hơi nóng, và khí nén.

Sử dụng trong các công trình cơ sở hạ tầng: Sản xuất các thành phần cơ bản như trục khuỷu, ống nước có đường kính lớn, nắp hố ga, và song chắn.

Trong chạm khắc trang trí: Chạm khắc trang trí bề mặt có khả năng mài dũa dễ dàng. Sự linh hoạt trong gia công và khả năng tạo hình của gang làm cho nó trở thành vật liệu phù hợp cho các ứng dụng nghệ thuật và trang trí.

4. Các loại gang phổ biến hiện nay

4.1 Gang trắng

Gang trắng, còn được gọi là loại gang thường, trong đó hàm lượng cacbon thường từ 3 – 3,5%. Đây là loại hợp kim có màu trắng, cứng và độ giòn cao, tạo ra khó khăn trong quá trình gia công, đặc biệt là trong các công đoạn cắt hoặc hàn.

Do tính chất này, chúng thường được sử dụng chủ yếu trong luyện thép hoặc chế tạo các chi tiết máy yêu cầu khả năng chống ăn mòn cao. Bên cạnh đó, gang trắng cũng có thể được sử dụng để đúc ủ thành các loại khác như gang dẻo hoặc gang xám biến trắng.

4.2 Gang xám

Gang xám có thành phần chủ yếu là cacbon tồn tại dưới dạng graphit tự do. Đặc điểm nổi bật của chúng là màu sắc xám đặc trưng trên bề mặt gãy, là sự kết hợp của ferit và graphit tự do. Loại hợp kim này có ưu điểm là giá thành rẻ, nhiệt độ nóng chảy thấp, khả năng cách âm  tốt.

Tuy nhiên, gang xám cũng có một số nhược điểm nhất định. Chúng độ độ giòn cao, trọng lượng lớn, bề mặt xù xì, khó gia công, và đặc biệt là khả năng biến trắng. Khả năng biến trắng được tạo ra do quá trình làm nguội gang xám nhanh và làm giảm đáng kể các đặc tính cơ học của hợp kim.

4.3 Gang cầu

Gang cầu có dạng ngoại hình giống như quả cầu, nổi bật với đặc tính độ bền cao, khả năng chống va đập, bền dẻo và khả năng chống mài mòn tốt. Thành phần chính của chúng thường bao gồm 4,3 đến 4,6% nguyên tố C và Si.

Với tính chất này, chúng cũng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo các chi tiết máy trung bình và lớn, đòi hỏi chịu tải trọng cao và có khả năng chống va đập tốt. Ngoài ra, gang cầu cũng được sử dụng để làm ống dẫn và kết cấu chịu lực trong ngành xây dựng, sản xuất các bộ phận của ô tô và máy móc nông cụ.

6.5 Gang dẻo

Gang dẻo có cấu trúc graphit ở dạng cụm bông, được ủ “graphit hóa” từ gang trắng ở nhiệt độ từ 850 – 1050⁰C. Loại hợp kim này thường có tính chất đặc biệt, kết hợp giữa tính dẻo, độ bền cơ học tốt và tính thẩm mỹ cao. Điều này cho phép chúng được sử dụng để chế tạo thành các chi tiết có hình dạng phức tạp mà không gặp khó khăn lớn.

Tuy nhiên, chúng thường có giá thành cao hơn và công nghệ sản xuất phức tạp hơn so với gang xám. Do đó, việc sử dụng gang dẻo thường được hạn chế trong các ứng dụng đặc biệt hoặc khi yêu cầu cao về tính chịu mài mòn và độ bền. Tuy nhiên, trong những trường hợp cần tính linh hoạt và thẩm mỹ cao, gang dẻo vẫn là một lựa chọn tốt và đáng xem xét.

7. Quy trình sản xuất gang đạt tiêu chuẩn

Quy trình sản xuất gang đạt tiêu chuẩn gồm 6 bước sau:

Chuẩn bị nguyên liệu: Nguyên liệu chính bao gồm quặng sắt, than cốc, đá vôi, đá dolomit,…được lựa chọn và kiểm tra chất lượng kỹ lưỡng trước khi đưa vào quá trình sản xuất.

Nấu quặng: Tiếp theo, quặng sắt được đưa vào lò nấu để loại bỏ các tạp chất không mong muốn. Quá trình nấu quặng bao gồm hai giai đoạn chính là nấu oxide và nấu khử. Quặng sắt được nung nóng trong lò để chuyển thành oxit sắt. Sau đó, oxit sắt sẽ được khử thành sắt, chuẩn bị cho quá trình luyện gang tiếp theo.

Luyện gang: Quặng sắt đã qua giai đoạn nấu được đưa vào lò luyện gang để sản xuất. Trong quá trình luyện, quặng sắt được pha trộn với các nguyên liệu khác như than cốc và đá vôi. Sự tương tác giữa các nguyên liệu và nhiệt độ cao trong lò sẽ tạo ra khí CO, khí này sẽ khử quặng sắt thành gang và loại bỏ các tạp chất không mong muốn khác.

Tách lẻ: Sau khi luyện gang, sản phẩm được tách ra khỏi các tạp chất còn lại thông qua các phương pháp nghiền, sàng lọc và sắp xếp gang theo kích cỡ.

Tạo hình và gia công: Gang được đưa vào các khuôn để tạo hình các sản phẩm mong muốn như thép xây dựng, ống cống, bánh xe. Sau đó, chúng còn được gia công để tạo ra các sản phẩm cuối cùng.

Kiểm tra chất lượng: Trước khi xuất xưởng, sản phẩm sẽ được kiểm tra chất lượng một cách kỹ lưỡng để đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn đặt ra.

Hy vọng bài viết trên đã giúp bạn hiểu rõ hơn về gang và ứng dụng của nó trong đời sống hiện nay. Nếu bạn còn bất kỳ thắc mắc nào hoặc muốn tìm hiểu thêm về chất liệu này, xin vui lòng liên hệ P69 để được hỗ trợ.

CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯ P69

• Nhà máy sản xuất: Km 18, đường Đại Lộ Thăng Long, Khu CN Thạch Thất Quốc Oai, Hà Nội
• Số điện thoại: 0966686969 | Hotline: 0989188982
• Email: kd1@cokhip69.com.vn
• Website: https://cokhip69.com.vn