Gang cầu là một trong những vật liệu đúc quan trọng ngành cơ khí, xây dựng, cơ sở hạ tầng,… Gang cầu được đánh giá cao về độ bền, độ dẻo, và khả năng chịu va đập tốt, thường được sử dụng trong sản xuất nắp hố ga, song chắn rác, bánh răng, trục, vỏ máy,… Vậy gang cầu là gì? Gang cầu có những đặc tính như thế nào? Gang cầu được ứng dụng ở lĩnh vực nào?… Theo dõi bài viết dưới đây của chúng tôi để giúp bạn hiểu rõ hơn về vật liệu này.
Hiểu Gang Cầu Là Gì?
Gang là gì? Gang cầu là gì? Gang cầu tiếng anh có nghĩa là ductile iron, ductile cast iron, nodular cast iron, spheroidal graphite iron, spheroidal graphite cast iron. Gang cầu loại là loại gang bền có than chì ở dạng cầu nhờ biến tính gan xám lỏng bằng các nguyên tố Mg, Ce, và các nguyên tố đất hiếm. Nói cách khác, gang cầu là loại gang có độ bền cao nhất trong các loại gang do graphit ở dạng cầu tròn, bề ngoài có màu xám tối như gang xám.
Thành Phần Hóa Học Của Gang Cầu
Thành phần hóa học của gang cầu như sau:
- Thành phần Cacbon (C): 3 – 3,6%
- Thành phần Silic (Si): 2 – 3%
- Thành phần Mangan (Mn): 0,2 – 1%
- Thành phần Magie (Mg): 0,04 – 0,08%
- Thành phần Photpho (P): < 0,015%
- Thành phần Lưu huỳnh (S): < 0,03%
- Sắt Fe là thành phần chính chiếm phần còn lại.
Theo đó, tổ chức tế vi của gang cầu cũng giống gang xám, khác ở chỗ than chì của gang cầu có dạng thu gọn nhất hình quả cầu bao gồm 3 nền kim loại: ferit, ferit – peclit và peclit. Điều này đã quyết định độ bền cao của gang cầu so với gang xám.
Các Tiêu Chuẩn Về Gang Cầu Đang Áp Dụng Tại Việt Nam
Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng gang cầu mác 500-7 mà Việt Nam đang áp dụng thường tuân theo các tiêu chuẩn quốc tế và tiêu chuẩn quốc gia cụ thể.
Dưới đây là một số tiêu chuẩn liên quan:
- TCVN 1659-2007 (ISO 1083:2004): Đây là tiêu chuẩn Việt Nam về gang cầu – Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử. Tiêu chuẩn này dựa trên ISO 1083:2004, định rõ các yêu cầu về thành phần hóa học, tính chất cơ lý và các phương pháp kiểm tra chất lượng của gang cầu.
- ISO 1083:2004: Tiêu chuẩn về tính chất cơ học và các phương pháp kiểm tra gang cầu.
- EN 1563: Đây là tiêu chuẩn Châu Âu áp dụng cho gang cầu, cũng có các yêu cầu tương tự về tính chất cơ lý và phương pháp thử.
Phân Loại Gang Cầu
Theo đó, gang cầu được phân loại dựa trên các tính chất cơ học, cụ thể là độ bền kéo, độ chảy và độ giãn dài. Các ký hiệu gang cầu thường gặp là FCD400, FCD450, FCD500, FCD600,…
Trong đó:
- FCD là viết tắt của “Ferritic Cast Ductile Iron”, nghĩa là gang cầu với tổ chức chủ yếu là ferrit.
- Các con số như 400, 500, 600,… là biểu thị giới hạn bền kéo tối thiểu của vật liệu, tính bằng MPa.
Các loại gang cầu phổ biến gồm:
- Gang cầu ferritic (FCD400): Nền ferritic 90 – 95% và lượng nhỏ graphit cầu, độ bền kéo thấp khoảng 400 MPa, độ dẻo cao giãn dài 18%, khả năng gia công tốt, được ứng dụng trong sản xuất van, vỏ hộp,…
- Gang cầu ferritic-pearlitic (FCD450, FCD500): Nền kim loại là sự kết hợp giữa ferrite và pearlite (50%–50% hoặc 70% ferrite và 30% pearlite), thường được ứng dụng trong sản xuất trục, bánh xe, chi tiết máy, nắp hố ga, phụ kiện đường ống,…
- Gang cầu pearlitic (FCD600): Nền pearlite (90–95%) và lượng nhỏ graphit cầu, độ bền cao, độ dẻo thấp, thường được sử dụng trong sản xuất chi tiết chịu mài mòn, bộ phận máy công trình, bánh răng, trục khuỷu,…
Tính Chất Cơ Học Của Gang Cầu
- Gang cầu có độ bền kéo cao hơn so với gang xám, khả năng chịu va đập tốt nhờ graphit dạng cầu và nền kim loại có tính dẻo.
- Được ứng dụng để đúc các sản phẩm có hình dạng phức tạp.
- Có thể điều chỉnh cơ tính thông qua tổ chức nền.
- Có thể nhiệt luyện để tăng độ bền và độ cứng, phù hợp với sản xuất số lượng lớn.
- Có khả năng thay thế thép đúc hoặc thép gia công trong một số ứng dụng.
- Giống nhiều loại gang, gang cầu có khả năng chịu nén tốt. Đặc tính này phù hợp với thân máy, bệ máy, nắp đậy và các bộ phận chịu tải ép.
- Khả năng chống mài mòn phụ thuộc mạnh vào nền kim loại, nền pearlite và tổ chức sau nhiệt luyện thường chống mài mòn tốt hơn nền ferrite mềm.
Bên cạnh ưu điểm, gang cầu cũng tồn tại một số điểm hạn chế nhất định có thể kể đến là: quy trình luyện và cầu hóa yêu cầu kiểm soát chặt; vật đúc có nguy cơ co ngót và rỗ co; khả năng hàn hạn chế hơn thép; khả năng giảm rung thường thấp hơn gang xám; mác độ bền cao có thể khó gia công; vật liệu nền sắt vẫn có thể bị ăn mòn; chi phí sản xuất thường cao hơn gang xám thông dụng;…
Ứng Dụng Gang Cầu Trong Sản Xuất
Gang cầu được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, cụ thể:
- Gang cầu được sử dụng trong sản xuất nắp bể cáp, grating, song thoát nước, nắp hố ga khu vực bến xe, khu công nghiệp,…
- Ứng dụng làm ống nước, van,… tại các trạm bơm, nhà máy nước
- Được ứng dụng trong ngành ô tô và cơ khí chế tạo như sản xuất trục khuỷu, vỏ hộp số, vỏ động cơ, thân máy bơm,…
- Ứng dụng để đúc các chi tiết trang trí cần tính thẩm mỹ cao như bàn ghế gang, lan can gang,…
- Đặc biệt, gang cầu là vật liệu được ứng dụng phổ biến trong ngành công nghiệp nặng, sản xuất bánh răng, khớp nối, các bộ phận trong nhà máy sản xuất hóa chất,…
Quy Trình Đúc Gang Cầu
Gồm các bước sau đây:
1. Chuẩn bị nguyên liệu và nấu chảy:
- Chuẩn bị các nguyên liệu chính bao gồm gang thỏi, thép dăm, các chất bổ sung như cacbon, silic, các fero hợp kim khác để điều chỉnh thành phần hóa học.
- Hỗn hợp cát làm khuôn: Đây là vật liệu dùng để tạo hình lòng khuôn, nơi kim loại lỏng sẽ được rót vào.
- Làm lõi: Lõi được sử dụng để tạo các khoang bên trong hoặc các đặc điểm bên ngoài phức tạp của vật đúc. Các vật liệu lõi có thể là cát silica, cát zircon, cát chromit.
- Lò nấu: Kim loại được nấu chảy trong các loại lò chuyên dụng, phổ biến nhất là lò cảm ứng không lõi.
- Nấu liệu và phân tích CE: Quá trình nấu chảy được theo sau bởi quá trình quá nhiệt đến nhiệt độ rót mục tiêu (thường từ 1450-1550°C). Trong giai đoạn này, thành phần hóa học của gang lỏng được phân tích để đảm bảo chỉ số Cacbon đương lượng (CEL) đạt mức mong muốn, thường là 4.3 – 4.6% để thúc đẩy graphit hóa và ngăn chặn hiện tượng biến trắng.
2. Tạo khuôn và lõi:
Sau khi kim loại được nấu chảy, các xưởng đúc gang cần chuẩn bị khuôn và lõi. Hỗn hợp cát làm khuôn được đầm chặt xung quanh mẫu để tạo ra lòng khuôn có hình dạng mong muốn của vật đúc. Các nửa khuôn được ghép lại với nhau và lõi đã chuẩn bị được đặt vào đúng vị trí bên trong khuôn để tạo ra các khoang rỗng hoặc hình dạng phức tạp cho vật đúc.
3. Xử lý kim loại lỏng:
- Khử lưu huỳnh.
- Sau khi khử lưu huỳnh, các chất cầu hóa (chủ yếu là FerroSilicMagie – FeSiMg) được thêm vào gang lỏng. Magie thúc đẩy sự phát triển của graphit dưới dạng hình cầu, thay vì dạng tấm như trong gang xám.
- Ngay sau quá trình cầu hóa hoặc ngay trước khi rót, quá trình biến tính (tạo mầm) được thực hiện bằng cách thêm các chất tạo mầm (thường là hợp kim gốc FeSi chứa Ca, Ba, Sr, Al, Zr…) vào gang lỏng.
4. Rót khuôn và đông đặc:
- Kim loại lỏng đã được xử lý cầu hóa và biến tính sẽ được rót vào khuôn đã chuẩn bị. Lọc kim loại bằng lọc xốp gốm hoặc lọc ép thường được sử dụng trong hệ thống rót để loại bỏ tạp chất.
- Tốc độ nguội ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc vi mô cuối cùng (ferrit, pearlit hoặc hỗn hợp) và các đặc tính cơ học của vật đúc, có thể chỉ vài phút nhưng cũng có thể kéo đến vài giờ đồng hồ.
5. Xử lý sau đúc gang cầu:
- Ủ nguội và tách khuôn cát.
- Tách đậu ngót và sản phẩm.
- Phun bi lần 1 giúp loại bỏ cát bám dính, vảy oxit và các khuyết tật bề mặt nhỏ bằng bi thép hoặc hạt mài.
- Mài bavia
- Phun bi lần 2 để làm sạch và hoàn thiện bề mặt vật đúc một lần nữa.
- Kiểm tra sản phẩm về thành phần hóa học, cấu trúc vi mô, tính chất cơ học,… bằng các phương pháp kiểm tra không phá hủy.Nếu ở trạng thái đúc, gang chưa đạt được các tính chất theo yêu cầu, vật đúc có thể được nhiệt luyện để đạt được các đặc tính mong muốn.
- Các sản phẩm đạt chuẩn sẽ được đóng gói và giao hàng, các sản phẩm không đạt chuẩn sẽ được phân loại để tái chế hoặc xử lý theo quy định nhà máy.
Câu Hỏi Thường Gặp
Nếu bạn đang tìm kiếm giải pháp sàn grating cho các dự án, nhà xưởng công nghiệp thì đừng ngần ngại liên hệ với Grating SG – Công ty Cổ phần Cơ khí SG. Chúng tôi đã có hơn 10+ năm kinh nghiệm trong lĩnh vực gia công, sản xuất và phân phối các sản phẩm grating như sàn thao tác, grating chịu lực, grating inox 304, nắp mương grating, kẹp sàn grating,.. chất lượng, uy tín, mang đến sự hài lòng cho quý khách hàng. Liên hệ 0909.947.123 – 09.1143.8778 để được tư vấn!
0909.947.123
