Gang Là Gì?

Trong cuộc sống hàng ngày, xung quanh ta có thể bắt gặp rất nhiều vật dụng được chế tạo từ gang. Gang được biết đến là loại chất có đặc điểm rắc chắc, bền bỉ, được 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? Để hiểu rõ hơn về các tính chất và ứng dụng của gang, hãy cùng tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây!

1. Gang là gì?

Gang là một hợp kim của sắt, trong chúng có chứa 2-4% Carbon cùng Silic, Mangan cùng một số tạp chất như lưu huỳnh và phốt pho. Nó là vật liệu có tính giòn và kém dẻo, nhiệt độ nóng chảy của gang thấp hơn sắt nguyên chất, chỉ khoảng 1200°C. Màu xám ở mặt gãy là đặc điểm để nhận dạng gang, đó chính là sự phân bổ ở dạng tự do của các khối carbon với hình thù dạng tấm khi hợp kim đông đặc.

Gang được tạo ra bằng cách khử quặng sắt trong lò hơi. Gang lỏng sẽ được đúc thành dạng thô và làm cứng sau đó nấu chảy lại trong các lò nướng nhỏ với phế liệu và các nguyên tố hợp kim để sản xuất ra nhiều loại sản phẩm,

2. Thành phần – Tính chất của gang 

Đã có câu trả lời cho câu hỏi “Gang là gì?” Vậy tiếp theo chúng ta hãy tìm hiểu về thành phần & tính chất của hợp kim gang:

Thành phần

Thành phần kết cấu của gang chủ yếu từ nguyên tố sắt (FE) chiếm tới hơn 95% trọng lượng, hàm lượng carbon chiếm khoảng 2,1 – 4,3%, còn lại là silic góp 1-3% trong gang tạo thành tổ hợp hợp kim Fe – C – Si. Trong trường hợp hàm lượng carbon thấp hơn 2,1% thì hợp kim của sắt sẽ trở thành thép carbon.

Tính chất

Với bản chất là kim loại bao gồm hai nguyên tố chính là sắt (FE) và carbon (C) ở trạng thái đông đặc, Gang có các đặc điểm:

• Tính giòn và độ bền nén cao gấp 3 lần thép
• Đặc tính cơ học không đổi trong khoảng 20-350°C
• Dẻo & dễ uốn, có thể biến dạng nhưng không đứt gãy
• Độ cứng: khả năng chống mài mòn và biến dạng vật liệu
• Độ co giãn: có khả năng trở lại kích thước ban đầu sau khi biến dạng
• Nhiệt độ nóng chảy khoảng 1150-1200°C, thấp hơn 300°C so với sắt.

Tuy nhiên với các đặc tính kể trên, gang lại có nhược điểm dễ bị gỉ sét trong môi trường có tính axit, độ giòn khá cao và khả năng gia công kém hơn thép.

3. Một số loại gang phổ biến hiện nay

Gang xám 

Gang xám có thành phần bao gồm: toàn bộ carbon tồn tại dưới dạng graphit tự do (dạng tấm, phiến, chuỗi). Bề mặt của gang xám ở mặt gãy có màu xám là màu đặc trưng của ferit và graphit tự do. Gang xám có giá thành rẻ và nhiệt độ nóng chảy thấp khoảng 1350°C. Đây là loại gang phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề, đặc biệt là ngành kỹ thuật.

Gang dẻo

Gang dẻo hay gang dạng nốt được hình thành từ việc ủ trong thời gian dài ở nhiệt độ từ 850-1050°C nhằm tạo lên tính dẻo cho gang. Loại gang này sở hữu những ưu điểm tốt nhất của vật liệu gang như chống va đập, tính bền dẻo, chống mài mòn và dễ uống. Nhờ những tính chất đó, gang dẻo được áp dụng để sản xuất các loại van công nghiệp cho hệ thống khí & nước.

Gang cầu

Gang cầu là gang dạng tròn, có độ bền tốt khả năng chống va đập cao, tính bền dẻo và chống mài mòn. Gang chứa cacbon lượng (CEL) cao từ 4,3 đến 4,6% để chống biến trắng. Than chì ở dạng cầu sít chặt, ít chia cắt nền kim loại nên không làm giảm tính chất cơ học của gang. Do bên ngoài gang cầu có màu xám tối nên hay bị nhầm lẫn với gang xám.

Gang trắng

Gang trắng có tính chất gần giống như gang với cấu tạo gồm các hợp kim chính là Sắt & Carbon. Trong đó C có thành phần lớn hơn 2,14% và có các tạp chất như Si, Mn, P, S. Sở dĩ được gọi là gang trắng bởi thành phần mặt gãy của nó có các màu sáng trắng. Bên cạnh đó, với đặt tính cứng, gión và cắt gọt kém nên gang trắng thường được dùng để làm vật liệu đúc chế tạo gang rèn, luyện thép.

4. Ứng dụng của gang trong thực tế

Gang thường được sử dụng để chế tạo các thiết bị và công cụ khác nhau trong đời sống như:

• Đế cột và cột kim loại
• Thiết bị và dụng cụ nông nghiệp
• Các bộ phận ô tô như trục khuỷu, bánh răng
• Khuôn đúc dùng để làm trụ đèn, cầu thang kim loại, cổng
• Thiết bị vệ sinh:  ống cống, hố ga, ống dẫn nước, bồn chứa được sản xuất bằng gang

5. Một số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của gang

Như đã biết về định nghĩa gang là gì cũng như thành phần của hợp kim này. Sau đây là một số yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của gang:

Ảnh hưởng của thành phần hóa học

• Cacbon (C): Nguyên tố thúc đẩy quá trình graphit hóa. Tuy nhiên trong gang có càng nhiều cacbon thì độ dẻo và tính dẫn nhiệt sẽ giảm.
• Silic (Si): Là nguyên tố ảnh hưởng nhiều nhất đến cấu trúc tinh thể của gang bởi nó thúc đẩy quá trình graphit hóa. Hàm lượng Si tăng sẽ làm tăng độ chảy loãng, tăng tính mài mòn và ăn mòn của gang. Thông thường hàm lượng Si trong gang là 1,5 – 3%.
• Mangan (Mn): Thúc đẩy sự tạo thành gang trắng và ngăn cản graphit hóa. Bởi vậy, trong gang trắng thường chứa 2 – 2,5% Mn, trong gang xám lượng Mn không quá 1,3%. Mn là nguyên tố tăng tính mài mòn, tăng độ bền, giảm tác hại của lưu hùynh (S).
• Phốt pho (P): Nguyên tố có hại trong gang, nó làm giảm độ bền, tăng độ giòn của gang, dễ gây nứt vật đúc, tuy nhiên P lại làm tăng tính chảy loãng,. Các chi tiết thành mỏng, hàm lượng P  không được quá 0,1%, có thể tới 1,2%
• Lưu huỳnh (S): Là nguyên tố gây hại cho gang, nó làm cản trở graphit hóa và giảm tính chảy loãng do kéo theo tính đúc giảm. Lưu huỳnh còn là giảm độ bền của gang, khi kết hợp với sắt gây ra bở nóng. Vì vậy thành phần lưu huỳnh trong gang thường không quá 0,1%.

Ảnh hưởng của độ quá nhiệt

Để tạo sự quá nguội người ta nung gang quá nhiệt nhiều bởi khi nung gang tới nhiệt độ cao thì các hạt Graphit hòa tan hoàn toàn hơn và khử được các vật lẫn phi kim loại, dẫn đến khi kết tinh thì mầm kết tinh sẽ nhiều và được phân bố đồng đều, khiến cho cơ tính của gang tốt hơn.

Ảnh hưởng của tốc độ nguội

Ảnh hưởng tới cấu trúc tinh thể của gang là điều kiện đông đặc, làm nguội của vật đúc. Tốc độ nguội nhanh thì ta thu được gang trắng, làm nguội chậm thì sẽ được gang xám. Tốc độ nguội của gang đúc phụ thuộc vào khuôn đúc và chiều dày vật đúc.