- Định nghĩa: Gang cầu còn có tên gọi khác là gang bền cao, là gang có tổ chức graphit ở dạng hình cầu, bề mặt nhẵn. Vì graphit ở dạng cầu là dạng thu gọn nhất, ít chia cắt nền kim loại và không có đầu nhọn để tập trung ứng suất như graphit dạng tấm của gang xám nên độ bền của gang cầu cao hơn hẳn so với gang xám, và xấp xỉ bằng của thép (khoảng 70 – 90% độ bền của thép C thông thường).
- Ký hiệu và thành phần:
Ký hiệu:
- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5016-89 ký hiệu gang cầu gồm 2 phần, các chữ cái chỉ loại gang: GC và hai số tiếp theo chỉ độ bền kéo và độ độ giãn dài tương đối. (Ví dụ: GC45-15 có nghĩa là: Gang cầu có giới hạn bền kéo là 45Kg/mm2, độ giãn dài tương đối là 15%). Vật đúc được chế tạo bằng gang cầu có các mác sau: GC38-17, GC42-12, GC45-5, GC50-2, GC60-2, GC70-2, GC80-2, GC100-2, GC120-2
– Theo tiêu chuẩn của Mỹ:
+ Theo chuẩn SAE có các mác: D4018, D4512, D5506, D7003 trong đó hai chữ số đầu chỉ độ bền kéo theo đơn vị ksi, hai chữ số sau chỉ độ giãn dài tương đối theo %.
+ Theo tiêu chuẩn ASTM ta có các mác: 60 – 40 – 18, 60 45 -12, 80 – 60 – 3, 100 – 70 – 3, 120 – 90 – 2. Trong đó các số lần lượt chỉ giá trị tối thiểu của độ bền kéo, độ bền chảy theo đơn vị ksi và độ giãn dài tương đối theo %.
- Theo tiêu chuẩn của Nhật JIS có các mác: FCD370, FCD400, FCD450, FCD500, FCD600, FCD700, FCD800, trong đó số chỉ giới hạn bền tối thiểu tính theo đơn vị Mpa.
Thành phần:
- Thành phần hóa học cơ bản của gang cầu sau khi biến tính cầu hóa thông thường như sau: C: 3 – 3,6%C; Si: 2 – 3%; Mn: 0,5 – 1%; Ni < 2%; Mg: 0,04 – 0,08%; P ≤ 0,15%; S ≤ 0,03%. Đối với một số yêu cầu đặc biệt có thêm các thành phần hợp kim khác như V, Mo, Ni, Cr, Cu…
- Đặc tính cơ bản:
Gang cầu có độ bền, độ dẻo, khả năng chịu nhiệt, chịu mài mòn.. đều cao hơn gang xám đồng thời vẫn có được độ chảy loãng cao, tính đúc tốt như gang xám.
Gang cầu vừa có tính chất của gang, vừa có tính chất của thép (Tương đương với các mác thép thông thường như C20 – C45).
Trong các trường hợp cần thiết, gang cầu được hợp kim hóa và nhiệt luyện sẽ nâng cao độ cứng, độ bền, độ dẻo và các tính chất cơ lý khác.
So sánh gang cầu và gang xám:
| Nội dung | Gang cầu | Gang xám |
| Thành phần hóa học cơ bản | C: 3 – 3,6%C; Si: 2 – 3%; Mn: 0,5 – 1%; Ni < 2%; Mg: 0,04 – 0,08%; P ≤ 0,15%; S≤ 0,03%. | C: 2,8 – 3,5%; Si: 1,5 – 3%; Mn: 0,5 – 1%; P: 0,1 – 0,2%; S ≤ 0,08% với các vật đúc nhỏ và 0,1 – 0,12% đối với vật đúc lớn. |
| Nhận biết | Bề mặt ngoài giống gang xám nhưng mặt gẫy mịn và sáng | Mặt gẫy có màu xám và sáng hơn với mác cơ tính cao hơn |
| Đặc tính cơ bản | – Có độ bền, độ dẻo và một số cơ lý tính khác cao hơn gang xám.
– Có độ chảy loãng, tính đúc tương tự gang xám. – Quá trình nấu luyện, biến tính cầu hóa phức tạp hơn gang xám, đòi hỏi khắt khe về thành phần. |
– Dễ nấu luyện, có nhiệt độ nóng chảy thấp và không đòi hỏi khắt khe về tạp chất.
– Độ bền, độ dai và độ dẻo thấp. Tuy nhiên, graphit trong gang xám lại làm tăng độ chịu mòn của gang (tác dụng như chất bôi trơn) và làm giảm độ co ngót khi đúc. |
| Ứng dụng chủ yếu | – Sản xuất các chi tiết chịu lực lớn và chịu tải trọng va đập, mài mòn ….
– Được dùng nhiều để thay thế thép và gang dẻo, đặc biệt trong trường hợp chi tiết có hình dáng phức tạp |
– Sử dụng rộng rãi trong chế tạo phôi đúc chi tiết chịu tải trọng nhỏ, ít va đập; hoặc chịu mài mòn như pít tông, xi lanh..
– Sử dụng hiệu quả khi chế tạo chi tiết chịu nén là chính, ít chịu uốn.
|
| Chi phí chế tạo | – Cao hơn gang xám nhưng thấp hơn thép đúc. | – Chi phí thấp. |
- Ứng dụng:
Do có nhiều ưu điểm về cơ tính nên gang cầu được sử dụng ngày càng nhiều để thay thế cho thép đối với chi tiết có hình dáng phức tạp, dùng để chế tạo các chi tiết máy từ cỡ nhỏ, trung bình đến lớn; chịu tải trọng cao, chịu kéo và va đập như các loại chi tiết máy, trục khuỷu, trục cán… Trong một số trường hợp, chi tiết máy gang cầu có ưu điểm vượt trội so với thép.
Ngày nay gang cầu còn được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất nắp hố ga, song chắn rác, thoát nước, hộp cáp điện.v.v. với chi phí phù hợp nhờ những đặc tính cơ học của nó. Những sản phẩm gang cầu này không dễ dàng bị gẫy, vỡ bởi những tác động cơ học thông thường nhờ khả năng chịu lực uốn và độ cứng của nó; đáp ứng yêu cầu sử dụng trong môi trường chịu lực tác động thường xuyên và tải trọng lớn. Một số trường hợp chịu lực uốn thấp (lực nén là chủ yếu) có thể chế tạo từ gang xám để giảm chi phí./.