4 Vật Liệu Gang “Không Thể Thiếu” Trong Đúc Cơ Khí

Trong thế giới của ngành đúc cơ khí, gang đóng vai trò là một trong những vật liệu chủ chốt, tạo nên nền tảng cho vô số sản phẩm và ứng dụng quan trọng. Với khả năng đúc tốt, giá thành hợp lý và những đặc tính cơ học đa dạng, gang đã trở thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều chi tiết máy móc. Tuy nhiên, không phải loại gang nào cũng giống nhau. Bài viết này sẽ đưa bạn khám phá 4 vật liệu gang phổ biến nhất, được ví như “linh hồn” của ngành đúc cơ khí hiện đại: gang xám, gang cầu, gang dẻo và gang trắng. Hiểu rõ đặc điểm và ứng dụng của từng loại sẽ giúp bạn đưa ra lựa chọn vật liệu tối ưu cho mọi dự án.

1. Gang Xám (Grey Cast Iron): “Ông Vua” của Độ Ổn Định và Khả Năng Chịu Lực

 Đặc Điểm Cấu Trúc và Tính Chất Nổi Bật của Gang Xám:

Gang xám, với cấu trúc graphite dạng tấm đặc trưng, là một trong những loại gang được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành đúc cơ khí. Sự hiện diện của các lá graphite này mang lại cho gang xám những tính chất cơ học độc đáo. Về độ bền nén, gang xám thể hiện khả năng chịu lực rất tốt, đồng thời sở hữu khả năng chịu mài mòn đáng kể, kéo dài tuổi thọ cho các chi tiết máy. Độ cứng vừa phải giúp gang xám dễ dàng gia công cắt gọt, tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất. Một ưu điểm nổi bật khác của gang xám là khả năng hấp thụ rung động tuyệt vời, làm giảm tiếng ồn và tăng độ ổn định cho các hệ thống cơ khí.

Ứng Dụng Rộng Rãi Của Gang Xám Trong Đúc Cơ Khí:

Nhờ những đặc tính ưu việt trên, gang xám được ứng dụng trong vô số các chi tiết máy móc quan trọng. Bạn có thể dễ dàng tìm thấy gang xám trong:

• Thân máy công cụ và bệ máy: Khả năng chịu lực và hấp thụ rung động giúp đảm bảo độ chính xác và ổn định trong quá trình gia công.
• Vỏ hộp giảm tốc: Độ bền và khả năng chịu mài mòn giúp bảo vệ các bộ phận bên trong hộp giảm tốc.
• Bánh đà: Khả năng hấp thụ năng lượng và duy trì chuyển động quay ổn định.
• Ống dẫn và van công nghiệp: Khả năng chịu áp lực và chống ăn mòn (tùy mác gang).

Sở dĩ gang xám được ưa chuộng trong những ứng dụng này là do sự kết hợp hoàn hảo giữa giá thành hợp lý, quy trình đúc đơn giản và khả năng chịu tải tĩnh tốt.

Mác Gang Xám Phổ Biến và Tiêu Chuẩn Tham Khảo:

Trên thị trường hiện nay, có nhiều mác gang xám khác nhau, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đa dạng. Một số mác gang xám thông dụng bao gồm GX15-32, GX20-40, trong đó các con số thể hiện giới hạn bền kéo và độ bền uốn. Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, các nhà sản xuất thường tuân theo các tiêu chuẩn chất lượng quốc tế như ISO 185.

2. Gang Cầu (Ductile Cast Iron / Nodular Cast Iron): Sự Kết Hợp Hoàn Hảo Giữa Độ Bền và Độ Dẻo

Cấu Trúc Đặc Biệt và Tính Chất Ưu Việt của Gang Cầu:

Gang cầu nổi bật với cấu trúc graphite dạng cầu, khác biệt hoàn toàn so với dạng tấm của gang xám. Cấu trúc này mang lại cho gang cầu những tính chất cơ học vượt trội. So với gang xám, gang cầu sở hữu độ bền kéo và độ dẻo cao hơn hẳn, cùng với khả năng chịu va đập tuyệt vời và độ bền mỏi ấn tượng. Trong một số trường hợp, tính chất cơ học của gang cầu có thể sánh ngang với thép, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng hơn.

Ứng Dụng Quan Trọng Của Gang Cầu Trong Ngành Cơ Khí:

Với những ưu điểm vượt trội, gang cầu được ứng dụng rộng rãi trong các chi tiết máy móc đòi hỏi khả năng chịu lực động và độ bền cao:

• Trục khuỷu và thanh truyền: Khả năng chịu tải trọng lặp lại và va đập tốt trong động cơ đốt trong.
• Bánh răng chịu tải lớn: Độ bền và khả năng chống mài mòn giúp truyền động mạnh mẽ và ổn định.
• Vỏ bơm chịu áp lực cao: Độ bền kéo và độ dẻo giúp chịu được áp suất lớn mà không bị nứt vỡ.
• Các chi tiết máy móc đòi hỏi độ bền và độ dẻo: Ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ ô tô đến xây dựng.

Lý do gang cầu trở thành lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng này là nhờ khả năng chịu lực động tốt và tuổi thọ cao, giúp giảm chi phí bảo trì và thay thế.

Cách Mác Gang Cầu Thông Dụng và Tiêu Chuẩn Chất Lượng:

Tương tự như gang xám, gang cầu cũng có nhiều mác khác nhau, ví dụ như QT400-18, QT500-7, trong đó các con số biểu thị giới hạn bền kéo và độ giãn dài tương đối. Các tiêu chuẩn quốc tế như ISO 1083 đảm bảo chất lượng và tính đồng nhất của sản phẩm gang cầu trên toàn thế giới.

3. Gang Dẻo (Malleable Cast Iron): “Chiến Binh” Chịu Uốn và Va Đập

Quá Trình Ủ Đặc Biệt và Tính Chất Đặc Trưng của Gang Dẻo:

Gang dẻo trải qua một quá trình ủ nhiệt luyện đặc biệt, biến cấu trúc cementite ban đầu thành graphite dạng cụm, thường được ví như hình hoa hồng. Quá trình này mang lại cho gang dẻo những tính chất cơ học độc đáo. Gang dẻo sở hữu độ dẻo dai cao, khả năng chịu uốn và va đập tốt, cùng với độ bền kéo tương đối. Một ưu điểm quan trọng khác là khả năng gia công tốt sau quá trình ủ, cho phép tạo ra các chi tiết có hình dạng phức tạp.

Phạm Vi Ứng Dụng Của Gang Dẻo Trong Sản Xuất Cơ Khí:

Nhờ khả năng chịu tải động và biến dạng tốt, gang dẻo được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực:

• Các chi tiết máy nông nghiệp: Chịu được các tác động và tải trọng phức tạp trong quá trình làm việc.
• Phụ tùng ô tô (bánh răng nhỏ, tay đòn…): Đòi hỏi độ bền và khả năng chịu va đập.
• Các chi tiết có hình dạng phức tạp và yêu cầu độ bền va đập: Ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác.

Các Loại Gang Dẻo Phổ Biến và Tiêu Chuẩn Áp Dụng:

Có hai loại gang dẻo phổ biến là gang dẻo ferit (có độ dẻo cao nhất) và gang dẻo peclit (có độ bền cao hơn). Các tiêu chuẩn chất lượng cụ thể sẽ được áp dụng tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của từng ứng dụng.

4. Gang Trắng (White Cast Iron): “Người Hùng” Chống Mài Mòn Vượt Trội

Cấu Trúc Cứng Rắn và Tính Chất Chống Mài Mòn Tuyệt Vời của Gang Trắng:

Gang trắng nổi bật với cấu trúc cementite (Fe3C) cực kỳ cứng và giòn. Cấu trúc này mang lại cho gang trắng tính chất cơ học đặc trưng là độ cứng rất cao và khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Tuy nhiên, đi kèm với đó là độ bền kéo và độ dẻo thấp, cũng như khó khăn trong quá trình gia công cắt gọt.

Ứng Dụng Chuyên Biệt Của Gang Trắng Trong Các Điều Kiện Mài Mòn Cao:

Với khả năng chống lại sự hao mòn do ma sát, gang trắng được ứng dụng trong các môi trường làm việc khắc nghiệt:

• Con lăn nghiền và hàm nghiền đá: Chịu được sự mài mòn liên tục của vật liệu cứng.
• Vấu nghiền: Trong các máy nghiền và máy trộn.
• Các chi tiết máy móc trong ngành khai thác mỏ và sản xuất xi măng: Nơi vật liệu mài mòn cao là yếu tố chủ yếu.

Các Loại Gang Trắng Thường Gặp và Lưu Ý Khi Sử Dụng:

Để tăng cường khả năng chống mài mòn, người ta thường hợp kim hóa gang trắng với các nguyên tố như crom (tạo thành gang trắng crom). Khi sử dụng gang trắng, cần lưu ý đến độ giòn và khó khăn trong gia công, thường phải sử dụng các phương pháp đặc biệt như mài.

Kết luận:

Như vậy, chúng ta đã cùng nhau khám phá 4 “gương mặt” tiêu biểu trong thế giới vật liệu gang dùng cho đúc cơ khí: gang xám ổn định, gang cầu bền dẻo, gang dẻo chịu uốn và gang trắng chống mài mòn. Mỗi loại gang sở hữu những đặc tính và ưu điểm riêng, phù hợp với các yêu cầu ứng dụng khác nhau. Việc lựa chọn đúng loại gang không chỉ đảm bảo hiệu suất hoạt động mà còn kéo dài tuổi thọ cho các sản phẩm đúc.