Gang là gì ?

Gang là một vật liệu rất phổ biến trong các ngành công nghiệp hiện đại hiện nay. Đặc tính của chất liệu đóng vai trò quan trọng trong việc ứng dụng và gia công. Vì vậy, hiểu rõ về gang và các tính chất của nó là cực kỳ quan trọng đối với những người làm việc trong lĩnh vực này. Nếu bạn chưa có kiến thức về loại hợp kim này, hãy đọc bài viết dưới đây của Vangiatot.com để có cái nhìn tổng quan về những tính chất đặc trưng của gang.

Gang là gì – Những đặc tính và ứng dụng của gang

Gang có tên tiếng anh là ( Cast iron ) là một loại vật liệu cơ khí được tạo ra bằng cách trộn và hòa tan các hỗn hợp nguyên liệu chứa sắt và cacbon, cùng với các hợp kim khác như silic, mangan và photpho. Khi sản xuất phải đốt cháy chất liệu ở nhiệt độ rất cao trong lò nung, sau đó hỗn hợp nóng chảy được đổ vào khuôn để tạo ra các sản phẩm gang đúc.

Với đặc tính bền và cứng cao, đặc biệt là trong điều kiện chịu lực và chịu nhiệt, gang được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Nó được sử dụng trong sản xuất ô tô, máy móc, van công nghiệp, xây dựng và đóng tàu. Bên cạnh đó, vật liệu này còn được sử dụng trong sản xuất đồ gia dụng, nội thất và các sản phẩm trang trí.

Quá trình chế tạo vật liệu gang

Quá trình chế tạo vật liệu này bắt đầu từ quặng sắt, được khai thác từ mỏ sắt trên khắp thế giới. Các mẫu sắt được khai thác sau đó được tinh chế để loại bỏ các tạp chất và đưa vào lò cao để tiến hành điều chế. Trong lò cao, quặng sắt kết hợp với than cốc và các chất hỗ trợ khác trước khi được đốt nóng đến nhiệt độ cực cao.

Quá trình đốt nóng này gây ra các phản ứng hoá học trong lò, dẫn đến chuyển hóa và tái tụ hợp các khoáng chất trong quặng sắt thành các phần tử mới. Kết quả là hình thành một vật liệu mới, gọi là gang.  Sau đó phải trải qua quá trình xử lý và đúc để sản xuất các sản phẩm khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng cuối cùng.

Quá trình sản xuất thường bao gồm việc nung chảy các hợp kim sắt vào khuôn đúc và để nguội. Sau khi nguội, sản phẩm được gia công và hoàn thiện để đáp ứng yêu cầu của các ứng dụng khác nhau. Điều này đảm bảo rằng gang có thể được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau, từ xây dựng đến sản xuất ô tô và công nghệ.

Nhiệt độ nóng chảy của gang

Gang được biết đến phổ biến với 5 loại là gang cầu, xám, trắng, graphit và dẻo tuy nhiên chũng đêu có hàm lượng sắt lên tới hơn 95% tỉ lệ thành phần còn lại là những nguyên tố hợp kim như Cacbon, silic, mâng và 1 số thành phàn khác. Chính vì vậy mà nhiệt độ nóng chảy của nó cũng khống kém quá nhiều so với Sắt nguyên chất ( Fe ). Thông thường nhiệt độ tan chảy của vật liệu này thường ở mức trên dưới 1200 độ C, thấp hơn 300 độ C so với sắt.

Các thành phần cấu tạo nên gang

Như ở trên chúng tôi đã đề cập, gang được tạo thành từ hỗn hợp các hợp kim lại với nhau, trong đó hợp kim chủ đạo là sắt với sự kết hợp của 4 hợp kim khác trong quá trình nung chảy. Dưới đây là các thành phần cấu tạo nên chất liệu này và các đặt tính chúng mang lại cho loại vật liệu này.

– Sắt ( Fe )

Là thành phần chủ đạo chúng chiếm đến hơn 95% tỉ lệ thành phần, sắt có vai trò cao trong các tính chất của gang như tạo độ bền cơ học, tăng độ dẻo, kháng lại oxi hóa và chống chịu các tác nhân tới từ môi trường. Có thể nói hàm lượng sắt càng cao thì độ bền cơ học và khả nặng chịu va đập càng tốt.

– Cacbon ( C )

Cacbon là thành phần giúp tăng độ dẻo và tính dẫn nhiệt, chúng chiếm từ 2 đến 5% trong tỷ lệ thành phần. Hơn nữa sự tồn tại của nguyên đố này còn ảnh hường đến quá trình hình thành các loại vật liệu khác nhau. Ví dụ như: nếu cacbon trong thành phần ở dạng xementit thì đó là gang trắng, còn dạng tự do tách biệt thì là gang xám.

– Silic( Si )

Nguyên tố này chiếm khoảng 1,5 đến 3% trong cấu tạo, đây là nguyên tố quan trọng ảnh hưởng trực tiết đến quá trình hình thành của chất liệu bởi chúng tác động lên quá trình Graphit. Khi tỉ lệ nguyên tố này càng cao thì độ chảy loảng và tính ăn mòn của gang trong mọi môi trường sẽ tăng theo tương ứng.

– Manga ( Mg )

Đây là hàm lượng quyết định là tính chất và đặc điểm của vât liệu. Khi manga chiếm 2-2,5% trong thành phần sẽ là gang trắng, còn nếu dưới 1,3% là gang xám. Nguyên tối này giúp ngăn cản quá trình graphit hóa đồng thời chúng còn giúp vật liệu tăng tính chịu mài mòn và độ bền cơ học.

– Photpho ( P )

Photpho đóng vai trò như một con dao hai lưỡi trong cấu trúc của gang, chiếm một tỷ lệ không quá 0,1% trong nhiều trường hợp chúng có thể lên đến 1,2% trong một số loại. Thành phần này có ưu điểm là tăng tính chảy loãng của vật liệu, làm cho quá trình đúc tượng hoặc tạo hình dễ dàng hơn. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là làm giảm độ bền và tăng tính giòn, khiến dễ nứt gãy ở nhiệt độ cao.

Có những loại gang nào? Đặc điểm của từng loại

Tùy vào hàm lượng nguyên tối hóa học trong thành phần của gang, chúng sẽ có những đặc điểm và tính chất riêng. Có thể dựa vào dạng Graphit để chia thành các loại cơ bản như gang xám, trắng, cầu, dẻo, graphit. Dưới đây là chi tiết và đặc điểm của từng loại:

Gang xám  

Đây là loại vật liệu có hàm lượng cacbom thất thường dưới 1,3% , loại vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất đường ống, các bộ phận máy móc, cơ khí, cầu đường và sản xuất xấy dựng. Đặc điểm nổi bật của dòng này là tính chịu nhiệt, độ bền cao, chịu va đập tốt và có khả năng chống mài mòng được úng dụng nhiều trong các môi trường khắc nghiệt.

Tuy nhiên gang xám cũng có 1 số hạn chế như dễ bị nứt và giản nở ở nhiệt độ cao, do đó cần được chú ý sử dụng cẩn thận trong các môi trường có nhiệt độ. Điều này đòi hỏi quá trình gia công và vận hành phải được thực hiện 1 cách thận trọng để tránh những tác động không mong muốn.

Gang cầu

Đây là vật liệu gang được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất cầu đường, xây dựng và các sản phẩm van công nghiệp như van cổng, van cầu, van bướm, van bi, van 1 chiều,…Có thể thấy đây là 1 dạng vật liệu đa dụng và được sử dụng rất phổ biến hiện nay.

Chất liệu này có tính chất cơ học tốt và cấu trúc đồng nhất cho phép nó chịu được lực kéo cao, lực nén và khả năng uốn dẻo tốt. Ngoài ra, loại vật liệu này còn có khả năng chống mài mòn và chống oxi hóa tốt hơn xo với dòng gang xám, điều này làm nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu tính bền vững và có độ bền cao.

Tuy nhiên chúng cũng có 1 số hạn chế nhất định như khi ở trong các môi trường nhiễm bẩn các môi trường có khả năng oxi hóa và có độ muối cao sẽ dễ bị nưt do lực kéo.

Gang dẻo

Đây là loại gang có  tính chất dẻo dai, độ bền cao và khả năng chịu lực tốt, nên chúng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ phận máy móc và các sản phẩm khác như đường ống, van công nghiệp, măng xông, ốc vít, v.v.

Đặc điểm nổi bật của chất liệu này là khả năng chịu nhiệt tốt, có thể chịu được nhiệt độ cao trong quá trình sử dụng. Ngoài ra, nó cũng có khả năng chống mài mòn tốt hơn so với gang xám.

Gang trắng

Gang trắng là một loại chất liệu quan trọng trong ngành công nghiệp, được sản xuất bằng quá trình hòa tan và khử oxit sắt từ quặng sắt trong lò cao. Đặc tính nổi bật của loại vật liệu này bao gồm khả năng chịu nhiệt và sức ép cao, làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng trong các ứng dụng công nghiệp như sản xuất thép, đúc khuôn, cơ khí và thiết bị năng lượng.

Với màu sắc trắng bóng và độ cứng cao, chất liệu cũng có khả năng chống ăn mòn và oxi hóa. Tuy nhiên, nó cũng có một số hạn chế, bao gồm tính chất giòn và dễ nứt vỡ khi tiếp xúc với nhiệt độ thấp và mài mòn. Mặc dù có nhược điểm này, nhưng với những ưu điểm vượt trội, nó vẫn là vật liệu quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp

Gang Graphit

Gang graphit là một dạng chất liệu được tạo ra bằng cách giảm oxit sắt thông qua quá trình than hoạt tính hoặc điện phân trong lò đốt. Kết quả là chúng ta có được hạt phân tử có cấu trúc tinh thể tương tự như graphite. Điều đặc biệt về là nó có những đặc tính vượt trội như độ bền cao chống ăn mòn tốt và chịu nhiệt tốt, cũng như khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng loại chất liệu này cũng có một số hạn chế. Độ giòn của nó khá cao, và trong điều kiện nhiệt độ cao và áp lực cao, nó có thể dễ dàng nứt vỡ. Do đó, trong các ứng dụng yêu cầu độ bền cơ học cao, không phải là sự lựa chọn phù hợp. Tuy vậy, trong nhiều trường hợp khác, vẫn là một vật liệu rất hữu ích và đa dụng.

Tìm hiểu thêm: Check valve là gì – Dòng check valve làm từ vật liệu gang

Gang trong các điều kiện môi trường

Gang là một vật liệu được sử dụng phổ biến với khả năng chống ăn mòn và chịu được tác động từ môi trường khắc nghiệt. Tuy nhiên, vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi một số tác nhân từ môi trường như axit, bazo hoặc các môi trường có nồng độ muối cao. Nếu không bảo vệ tốt chúng có thể bị ăn mòn và gỉ sét trong môi trường có nước, đặc biệt là trong môi trường nước biển. Ánh sáng mặt trời và nhiệt độ cao cũng có thể gây oxy hóa và giảm tính bền của vật liệu.

– Gang trong môi trường axit: Khi gang tiếp xúc với axit mạnh, ôxit trên bề mặt bị phá huỷ và các icon kim loại sẽ được giải phóng. Việc này dẫn đến sự ăn mòn và oxi hóa, tạo ra khí hydro (H2) trong quá trình phản ứng. Tuy nhiên, axit yếu không làm hỏng lớp ôxit này, cho nên chúng có khả năng chống ăn mòn tốt hơn đối với axit yếu.

– Gang trong môi trường bazơ (kiềm): Tương tự, gang cũng bị ăn mòn bởi bazơ mạnh, nhưng không bị ảnh hưởng nhiều bởi bazơ yếu. Khi tiếp xúc với bazơ mạnh, nó sẽ tạo ra muối kim loại và nước. Các bazơ yếu không gây ảnh hưởng lớn vì chúng không đủ mạnh để phá vỡ lớp ôxit trên bề mặt.

Vì vậy, gang có khả năng chống ăn mòn tốt hơn đối với axit yếu và bazơ yếu, nhưng vẫn cần được bảo vệ để tránh tiếp xúc với các chất ăn mòn mạnh và duy trì tính bền của nó. Do đó, trong việc chế tạo van công nghiệp, thường sẽ sơn phủ Epoxy chống ăn mòn và bám bụi lên bề mặt.

Một số ưu điểm và nhược điểm của chất liệu gang

Gang là một chất liệu rất phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau trên thị trường hiện nay. Tuy nhiên, để sử dụng một cách hiệu quả và đảm bảo an toàn cho các sản phẩm được làm từ chất liệu này, chúng ta cần hiểu rõ những ưu điểm và nhược điểm của nó.

Hãy tiếp tục theo dõi để hiểu thêm về các ưu điểm và nhược điểm của chất liệu này.

Ưu điểm của gang

• Độ bền cao và khả năng chịu nhiệt tốt, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ bền cao.
• Khả năng chống ăn mòn và oxi hóa, làm cho nó lý tưởng cho việc sử dụng trong các ứng dụng chống ăn mòn như bể chứa hóa chất và hệ thống xử lý nước thải.
• Tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, giúp nó được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện và nhiệt.
• Dễ chế tạo và gia công, có thể đúc thành các hình dạng phức tạp và dễ dàng cắt, bào mịn để tạo ra các chi tiết máy móc chính xác.
• Giá thành thấp so với nhiều chất liệu khác, đặc biệt là gang xám, khiến nó được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng sản xuất với chi phí thấp.

Nhược điểm của gang

Bên cạnh những ưu điểm vượt trội đã kể trên thì gang cũng có 1 số hạn chế nhất định có thể kể đến như:

• Chất liệu này tuy có độ bền cao nhưng khí ở trong các nhiệt độ thâp sẽ dễ bị nứt vỡ.
• Chất liệu này có trọng lượng khá nặng, không phù hợp sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu về trọng lượng thấp.
• Là chất liệu khó tái chế, gay ra thách thức lớn cho các ngành công nghiệp hiện nay trong việc tái chế vật liệu này.

Công dụng của gang trong đời sống và công nghiệp

Gang có những ưu điểm và đặc tính nổi bật như độ cứng cao, khả năng chịu nhiệt độ cao và độ bền cơ học tốt. Hiện nay, chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Cụ thể, có thể kể đến:

• Ngành sản xuất ô tô và xe tải: Sản xuất khung xe, động cơ, hộp số và hệ thống treo.
• Ngành đường sắt: Sản xuất các bộ phận của đường ray và đường sắt, bao gồm cầu, ray, bánh xe và hệ thống treo.
• Công trình xây dựng: Sản xuất các bộ phận cấu trúc như cột, tấm lợp và các bộ phận khác.
• Ngành công nghiệp van: Sản xuất các dòng van công nghiệp như van cổng, van cầu, van 1 chiều, van y lọc,…
• Phụ kiện đường ống: Sản xuất mặt bích, cút, tê, măng xông, kép và các phụ kiện đường ống khác.
• Vật liệu xây dựng: Sản xuất cửa, cửa sổ, ốp tường, cầu thang, lan can,…
• Dụng cụ nấu ăn: Sản xuất nồi, chảo và vỉ nướng.
• Đồ gia dụng: Sản xuất bồn tắm, chậu rửa và bồn rửa chén…
• Các sản phẩm khác: Sản xuất bình ga, vòi nước, ống dẫn và các sản phẩm kim loại khác.

Nhờ tính chất cứng cáp, chống ăn mòn và khả năng chịu nhiệt, chất liệu gang đã tìm thấy ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ ngành sản xuất đến đời sống hàng ngày.

Các phương pháp bảo quản và bảo dưỡng chất liệu gang

Tuy là vật liệu có độn bền cao, khả năng chịu va đập tốt tuy nhiên khi sử dụng trong thời gian dài vật liệu này sẽ bị oxi hóa, gây nên hiện tượng rỉ sét nếu không được bảo quan và bảo dưỡng đúng cách. Dưới đây là 1 số phương pháp bảo quan các sản phẩm được làm từ vật liệu này để đảm bảo chúng luôn ở trong trạng thái tốt nhất.

• Sơn phủ: Sơn epoxy được sử dụng phổ biến để bảo quản chất liệu gang. Sơn phủ giúp ngăn chặn tiếp xúc của chất liệu với không khí và nước, từ đó giảm thiểu quá trình oxy hóa và gỉ sét.
• Môi trường khô ráo: Bảo quản sản phẩm từ chất liệu này trong môi trường khô ráo giúp tránh tác động của nước và giảm thiểu quá trình oxy hóa.
• Sử dụng dầu bảo quản: Sử dụng dầu để bảo quản sản phẩm từ chất liệu giúp bề mặt tránh khỏi rỉ sét.
• Kiểm tra định kỳ: Thực hiện kiểm tra định kỳ để phát hiện sớm các dấu hiệu gỉ sét và oxy hóa, từ đó giảm thiểu tác động lên các thiết bị từ chất liệu.

Mặc dù chất liệu gang có độ bền cao, để bảo quản tốt chất liệu này cần tuân thủ các phương pháp bảo quản thích hợp. Điều này sẽ kéo dài tuổi thọ và tăng tính ứng dụng của chúng.

Bài viết liên quan: Van hơi chữ ngã