Bên cạnh các kim loại đen như sắt, thép, inox thì gang cũng là một nguyên liệu phổ biến trong ngành đúc cơ khí. Đúc gang cơ khí rất phát triển, nhất tại các thành phố cảng biển và công nghiệp như Hải Phòng. Đúc gang sản xuất ra chi tiết, thiết bị máy móc phục vụ trực tiếp cho các nhà máy, công xưởng, bến tàu,…
4 loại gang được sử dụng trong đúc gang cơ khí
Bằng cách sử dụng các kỹ thuật gia công và xử lý nhiệt khác nhau, chúng ta có 4 loại gang đúc phổ biến: gang xám, gang trắng, gang cầu, gang dẻo.
Gang xám (grey iron)
Gang xám có cấu trúc tinh thể cacbon là graphit dạng tấm, nền là pherit, peclit pherit hoặc peclit. Gang xám được đặc trưng bởi hình dạng vảy của phân tử graphit. Gang xám bị gãy sẽ nứt dọc theo các mảnh graphit. Các vết nứt mở ra để lộ than chì màu xám dưới bề mặt. Đây cũng là nguồn gốc của tên gọi gang xám.
Gang xám không dẻo như các loại gang khác, độ bền kéo cũng thấp hơn. Do graphit có độ bền cơ học kém nên gang xám giòn. Tuy nhiên gang xám có độ bền nén ngang thép và đặc tính chống mài mòn cao, giảm độ co ngót khi đúc cơ khí.
Gang xám có giá thành rẻ, dễ gia công hơn các loại gang khác (nhiệt độ nóng chảy thấp khoảng 1350°C), không đòi hỏi khắt khe về tạp chất. Tuy nhiên khi làm nguội nhanh, gang xám bị biến trắng, khó gia công bằng máy móc cơ khí.
Gang trắng (white iron)
Gang trắng không phổ biến như gang xám. Tên gọi của loại gang này xuất phát từ màu trắng nhạt của xi măng (kết quả của các hợp chất sắt) bên dưới bề mặt gang. Khi cắt gang trắng, mặt đứt gãy nhiều vết nứt nhỏ có màu trắng, không có than chì như gang xám.
Gang trắng không có ký hiệu mác gang. Cấu trúc vi tinh thể xi măng cứng và giòn với cường độ nén cao, khả năng chống mài mòn tốt. Do đó gang trắng chỉ phù hợp dùng làm vật liệu đúc.
Gang trắng được dùng chế tạo đúc các chi tiết máy, chi tiết cơ khí có tính chống mài mòn cao như bi nghiền, trục cán. Ngoài ra gang trắng cũng được ứng dụng làm lớp lót vòi phun, vỏ máy bơm, cánh khuấy trộn, khuôn dập, tấm lót máy nghiền,…
Gang cầu (ductile iron/nodular iron)
Gang cầu có tổ chức tế vi như gang xám, nhưng graphit có dạng thu nhỏ hình cầu. Người ta bổ sung magie vào hợp kim, làm cho than chì hình thành dạng cầu thay vì các mảnh sắt xám.
Bề ngoài gang cầu cũng có màu xám tối như gang xám, rất khó để phân biệt. Tuy nhiên người có kinh nghiệm dựa vào dấu hiệu co ngót ở sản phẩm đúc gang cầu, hay tiếng kêu phát ra khi gõ vào sản phẩm mà phân biệt được.
Các hợp chất như magie ức chế tốc độ phát triển của than chì, giữ cho kim loại mềm và dễ uốn. Ngoài ra gang cầu có độ bền cao là do graphit ở dạng cầu. Đây cũng là lý do giúp gang cầu có độ bền kéo và độ dẻo cao hơn gang xám nhiều.
Gang cầu vừa có tính chất của thép, vừa có tính chất của gang. Độ cứng và độ bền có thể được gia tăng nếu được nhiệt luyện. Trong một số trường hợp, người ta có thể dùng gang cầu thay thế thép để tiết kiệm chi phí.
Gang dẻo (malleable iron)
Gang dẻo thường được tạo ra bằng quá trình xử lý nhiệt trên gang trắng. Quá trình nung nóng và làm lạnh kéo dài dẫn đến sự phân hủy các phân tử cacbon, giải phóng phân tử graphit tự do vào sắt. Từ đó tạo ra một loại gang dễ uốn cong có cấu trúc vi tinh thể.
Khi ủ gang trắng, xementit của gang trắng phân hóa thành graphit. Sau khi làm nguội chậm ta có gang dẻo (hay gang rèn). Lượng graphit trong gang dẻo ít hơn các loại gang khác. Do đó dễ uốn, độ dẻo dai, độ bền kéo của gang dẻo tương đối cao (thấp hơn gang cầu nhưng cao hơn gang xám).
