Bài giảng gang- hợp kim của sắt

Tiết 54:
HỢP KIM CỦA SẮT
I. GANG:
1-Khái niệm:
- Gang là hợp kim của sắt với cacbon trong đó có từ 2-5% khối lượng cacbon, ngoài ra
còn một lượng nhỏ các nguyên tố khác
- Các nguyên tố thường gặp là Mn, Si, P, S.
+Mn và Si là hai nguyên tố có tác dụng điều chỉnh sự tạo thành grafít và cơ tính của
gang.
+Còn P và S là các nguyên tố có hại trong gang nên càng ít càng tốt.
*Các đặc tính của gang:
- Nhiệt độ chảy thấp, nên dễ nấu chảy hơn thép.
- Tính đúc tốt.
- Dễ gia công cắt (trừ gang trắng).
- Chịu nén tốt.
- Dễ nấu luyện.
2-Phân loại:
 Tùy theo tổ chức tế vi và thành phần hóa học của gang, người ta chia gang thành
2 loại chính là:
+ Gang trắng: Có tổ chức tế vi của gang hoàn toàn phù hợp với giản đồ trạng thái
Fe-C và luôn chứa hỗn hợp cùng tinh Ledeburit (nên gang có màu sáng như thép
được gọi là gang trắng)
+ Gang có grafit ( làm cho gang có màu xẫm, tối ): Là loại gang trong đó phần lớn
hoặc toàn bộ lượng Cacbon nằm dưới dạng tự do – grafhit.
 Tuỳ theo hình dạng của graphit, lại chia thành 3 loại: gang xám, gang dẻo và
gang cầu.
 Trong chương trình phổ thông ta chỉ tìm hiểu 2 loại gang đó là : gang trắng và gang xám.
a- Gang xám:

- Gang xám là loại gang mà phần lớn hay toàn bộ cacbon tồn tại ở dạng than chì.
-Là loại gang phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật.
 Ưu điểm: Gang xám có một giá thành rẻ và khá dễ nấu luyện, có nhiệt độ nóng chảy thấp
(1350°C) và không đòi hỏi khắt khe về tạp chất,có tính đúc tốt và khả năng tắt âm cao, do tổ
chức xốp nên cũng là ưu điểm cho các vật liệu cần bôi trơn có chứa dầu nhớt.
 Nhược điểm: Tuy vậy, gang xám dòn, khả năng chống uốn kém, không thể rèn được.
Khi làm nguội nhanh trong khuôn, gang bị biến trắng rất khó gia công cơ khí.

- Gang xám được sử dụng rất nhiều trong ngành chế tạo máy, đúc các băng máy lớn, có độ
phức tạp cao, các chi tiết không cần chịu độ uốn lớn, nhưng cần chịu lực nén tốt.
b- Gang trắng:
Gang trắng là gang chưa ít cacbon hơn gang xám, mà cacbon chủ yếu nằm
dưới dạng liên kết – Hợp chất Xementit (Fe3C).
+ Gang trắng cứng và giòn nên không dùng được trong chế tạo cơ khí.
+ Gang trắng chủ yếu dùng để luyện thép, để ủ thành gang dẻo, làm bi
nghiền và làm mép lưỡi cầy.
GANG TRẮNG GANG
XÁM
TÍNH CHẤT
- Chứa ít cacbon(chủ yếu ở dạng
xementit Fe
3
C) và rất ít Si
- Rất cứng và giòn
- Chứa nhiều Si và cacbon (chủ
yếu ở dạng than chì)
-Kém cứng và kém giòn
ỨNG DỤNG
Luyện thép Đúc bệ máy, ống nước,…
3- Sản xuất gang:

a. Nguyên tắc:
Khử quặng sắt oxit bằng than cốc trong lò cao(phương pháp nhiệt
luyện)
b. Nguyên liệu :
- Quặng sắt oxit (thường là quặng hematit đỏ ) Chứa ít nhất 30% Fe, không chứa S
- Than cốc (cung cấp nhiệt cháy, tạo ra CO, tạo thành gang)
+3 +8/3 +2 0
Fe
2
O
3
→ Fe
3
O
4
→ FeO → Fe
c. Các phản ứng hoá học xảy ra trong quá
trình luyện quặng thành gang:
Nguyên liệu
Thổi không khí đã làm giàu oxi và sấy
nóng tại ~900
o
C
(1) C +O
2
→ CO
2
H<0
(2) CO
2

+ C → 2CO H>0
CO
CO
CO
(3) 3Fe
2
O
3
+ CO → 2Fe
3
O
4
+ CO
2
(4) Fe
3
O
4
+ CO → 3FeO + CO
2
(5) FeO + CO → Fe + CO
2
Gang lỏng:
Fe + >2%C
Xỉ CaSiO
3
Khí lò cao: CO
2
, CO, H
2

, …
(3a) CaCO
3
→ CaO + CO
2
(5a) CaO + SiO
2
→ CaSiO
3

Lò cao
1800
o
C
1300
o
C
400
o
C
200
o
C
500
o
C-600
0
C
700
o

C-800
0
C
1000
o
C
1500C
+ Phản ứng tạo chất khử CO: Thổi không khí nóng (khoảng 600 – 800
0
C) được nén vào lò cao ở phía trên nồi lò :
t
o
C
C + O
2
Nhiệt lượng của phản ứng tỏa ra làm nhiệt độ của lò cao lên tới trên 1800
0
C
CO
2
+ Q
CO
2
+ C
2CO – Q
t
o
C
+ Phản ứng khử sắt oxit : thực hiện ở thân lò, có nhiệt độ 400-800
0

C
Fe
2
O
3
+ CO
Fe
3
O
4
+ CO
2

Fe
3
O
4
+ CO
3 2
FeO + CO
2
FeO + CO
3
Fe + CO
2
t
o
C
t
o

C
t
o
C
Phản ứng này thu nhiệt nên nhiệt độ phần trên của bụng lò khoảng 1300
0
C
- Phần trên của thân lò, t
0
khoảng 400
0
C:
- Phần giữa của thân lò, t
0
khoảng 500- 600
0
C:
- Phần dưới của thân lò, t
0
khoảng 700- 800
0
C:
+ Phản ứng tạo xỉ :Ở bụng lò, t
0
khoảng 1000
0
C:
* Chaát chaûy laø CaCO
3
:

CaCO
3
CaO + CO
2
CaO + SiO
2
CaSiO
3

6CaO + 2P
2
O
5
2Ca
3
(PO
4
)
2
t
o

* Chaát chaûy laø SiO
2
:
SiO
2
+ MnO MnSiO
3
t

o

t
o

CaSiO
3
, Ca
3
(PO
4
)
2
, MnSiO
3
là xỉ, dễ nóng chảy, nhẹ hơn sắt nổi lên trên tách ra bảo vệ
gang không bị oxi hóa bởi không khí. Sau một thời gian người ta tháo gang và xỉ ra khỏi lò.
t
o

d, Sự tạo thành gang :
Sắt nóng chảy có hồ tan một phần cacbon và một lượng nhỏ các ngun tố : Si,Mn… tạo thành
gang
3Fe + C → Fe
3
C
t
o

Xementit (gang) có nhiệt độ nóng chảy nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của Fe

Ngoài ra các tạp chất SiO
2
, MnO, P
2
O
5
cũng bò khử tạo thành Mn, Si, P tan trong gang nóng chảy (tạp
chất có ích) ; S là tạp chất có hại (nhiều S thì gang giòn nên chọn nguyên liệu có ít hoặc không có S)
MnO + C → Mn + CO
SiO
2
+ 2C → Si + 2CO
P
2
O
5
+ 5C → 2P + 5CO
t
o

t
o

t
o

Công ty Gang thép Thái Nguyên
Công suất: >200.000 tấn gang lỏng/năm
(570 tấn/ ngày, đêm)
 Sản phẩm: Gang đúc và gang luyện thép

 Thiết bị chính:
- 3 lò cao: 120m
3
và 100 m
3
, 500 m
3

- Máy thêu kết: 27 m
2
- Máy đúc gang liên tục

II-ỨNG DỤNG CỦA GANG
TRONG CHI TIẾT MÁY:
1. Bánh răng:
2. Thân động cơ đốt trong:
3. Lưỡi phay bằng gang:
4. Các băng máy công cụ
(tiện, phay, bào, )
5. Trục khuỷu:
Bài thuyết trình của nhóm em đến
đây là kết thúc.
Cảm ơn cô và các ban đã chú ý
lắng nghe!