Tiểu Luận Gang cầu nguyên tố graphit hóa như FeSi, CaSi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
ĐH BÁCH KHOA
TIỂU LUẬN
Đề Tài : GANG CẦU
BỘ MÔN : VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ
GVHD : LƯƠNG HỒNG ĐỨC
SVTH : VŨ VĂN HÙNG – G1201480
Tp.HCM , 09 /12/2013
1
GVHD : Lương Hồng Đức Đề Tài : Gang Cầu SVTH : Vũ Văn Hùng
I.KHÁI NIỆM
Gang cầu là loại gang có độ bền cao có Graphit ở dạng cầu nhờ biến tính bằng các nguyên tố
Mg, Ce và các nguyên tố đất hiếm. Sau khi biến tính cầu hóa, gang lỏng còn được biến tính lần
hai bằng các nguyên tố graphit hóa như FeSi, CaSi để chống biến trắng cho gang. Nhờ các chất
biến tính mà gang lỏng trở nên sạch các tạp chất như S và các loại khí, làm tăng tốc độ quá nguội
cho gang và tạo cho graphit phát triển chủ yếu theo hướng thẳng góc với bề mặt cơ sở của tinh
thể Graphit. Do đó, Graphit kết tinh thành hình cầu.
Tổ chức tế vi của gang cầu cũng giống gang xám song chỉ khác là graphit của nó có dạng thu
gọn nhất hình quả cầu. Chính điều này quyết định độ bền kéo rất cao của gang cầu so với gang
xám. Gang cầu là loại gang có độ bền cao nhất trong các loại gang, bề ngoài của gang cầu cũng
có màu xám tối như gang xám nên khi nhìn bề ngoài khó có thể phân biệt hai loại gang này. Tuy
nhiên, ta cũng có thể phân biệt gang cầu và gang xám qua dấu hiệu co ngót ở sản phẩm gang cầu
hoặc bằng cách gõ vào sản phẩm, sản phẩm gang cầu sẽ có tiếng kêu trong và thanh, còn sản
phẩm gang xám sẽ có tiếng kêu đục, trầm.
II.Thành Phần Gang Cầu
Gang cầu thường chứa Cdl cao từ 4,3 đến 4.6% để chống biến trắng và do Graphit ở dạng cầu sít
chặt, ít chia cắt nền kim loại nên không làm giảm đáng kể tính chất cơ học của gang. Hàm lượng
Si không nên quá cao (nhỏ hơn 3%) để khỏi ảnh hưởng đến độ dẻo dai của gang. Hàm lượng S
sau biến tính cầu hóa bằng Mg phải nhỏ hơn 0.03% thì gang mới nhận được Graphit biến tính và
GVHD : Lương Hồng Đức Đề Tài : Gang Cầu SVTH : Vũ Văn Hùng
hạn chế tạp chất “vết đen” do MgS tạo ra sẽ làm giảm tính chất cơ học của gang. Hàm lượng Mn

tùy thuộc vào loại gang cầu,với gang cầu ferit ở trạng thái đúc Mn nhỏ hơn 0.2%.Ở gang cầu
peclit chúng có thể lên tới 1%. Lượng P càng ít càng tốt vì P làm giảm tính dẻo dai của gang cầu.
Không có hoặc không đáng kể (<0,1 - 0,01%)các nguyên tố cản trở cầu hóa như
Ti,Al,Sn,Pb,Zn,Bi và đặc biệt là S Có một lượng nhỏ các chất biến tính Mg (0.04-0.08%) hoặc
Ce Có các nguyên tố nâng cao cơ tính như Ni (2%) Mn (<1%)
III.Tính Chất
Do grafit ở dạng thu gọn nhất ( quả cầu tròn), ít chia cắt nền kim loại nhất , hầu như không có
đầu nhọn để tập trung ứng suất , nên nó làm giảm rất ít cơ tính của nền ,vì vậy gang cầu duy trì
được 70-90% độ bền của nền kim loại (thép), tức không thua kém thép bao nhiêu và có thể thay
thế nó
Các đặc điểm của gang cầu là :
- Giới hạn bền kéo và giới hạn chảy khá cao (σb = 400 - 800MPa, σ0.2 = 250 - 600MPa),
tức là tương đương với thép cacbon chế tạo máy
- Độ dẻo và độ dai nhất định (δ = 2 ÷ 15%, aK = 300 ÷ 600kJ/m2), tuy có kém thép song
cao hơn gang xám rất nhiều
IV.Chế Tạo
Về phối liệu , gang cầu được chế tạo bằng cách biến tính gang xám (lỏng) nên về cơ bản thành
phần của chúng giống nhau ( C+ Si cao) song cũng có nét khác biệt để làm cho biến tính tạo ra
grafit cầu đước thuận lợi :
- ( C + Si ) cao hơn.
- P , đặc biệt là S thấp hơn ( <0.03%) do S kết hợp với Mg thành MgS làm xấu cơ tính và
tổn hao chất biến tính .
- Không có hay có rất ít nguyên tố cản trở cầu hóa như Ti,Al,Sn,Zn,Bi.
- Hợp kim hóa bằng Ni(<2%) , Mn (<1%) để nâng cao hiệu quả của tôi + ram
Về biến hình
- Gang lỏng có nhiệt độ cao hơn bình thương khoảng 50 – 80
0
C ( tức khoảng 1450
0
C)

- Biến tính ( đặc biệt ) cầu hóa : đưa Mg hay Ce vào gang lỏng để phần còn lại trong thành
phần gang phải trong giá trị nhỏ xác định ( ví dụ đối với Mg là 0.04 – 0.08%)
- Biến tính grafit hóa bằng fero silic , silico canxi để chống biến trắng
GVHD : Lương Hồng Đức Đề Tài : Gang Cầu SVTH : Vũ Văn Hùng
V.Ứng dụng
Công dụng chủ yếu của gang cầu là dùng làm các chi tiết vừa chịu tải trọng kéo và va đập cao
( như thép) đồng thời lại dễ chế tạo nhờ phương pháp đúc . Chi tiết quan trọng điển hình làm
bằng gang cầu là trục khuỷu . Đó là chi tiết có hình dạng phức tạp , chịu tải trọng và va đập lớn .
Truc khuỷu khi làm bằng thép (C45) phải dùng các phôi lớn qua rèn ép trên các máy ép cỡ lớn
nên tạo ra phoi gia công lớn và tốn cong cắt . Nếu thay thế bằng gang cầu chi phí gia công sẽ
thấp hơn rất nhiều
Ngoài ra gang cầu còn được ứng dụng trong chế tạo ống nước đường kính lớn , làm nắp hố ga và
song chắn phục vụ trong xây dựng
VI.Kết Luận , Triển Vọng Phát Triển
Gang cầu là vật liệu chịu tải trọng và mài mòn tốt , đồng thời dễ chế tạo bằng phương pháp đúc
Hiện tại trên thế giới , đặc biệt là các nước phát triển các sản phẩm nắp hố ga , song chắn , ống
dẫn nước cỡ lớn làm bằng gang xám đã hoàn toàn được thay thế bởi gang cầu vì các lý do : Giá
thành rẻ , độ an toàn cao và thi công dễ dàng