Nguyên lý hình thành và tính chất
Tính chất đặc trưng của gang xám xuất phát từ quá trình nguội chậm sau khi đúc, tạo điều kiện để cacbon kết tinh dưới dạng graphit tấm thay vì xêmentit. Các tấm graphit phân bố trong nền kim loại (ferrit, peclit hoặc hỗn hợp) đóng vai trò như những vết nứt vi mô sẵn có — đây chính là lý do gang xám giòn và chịu kéo kém, nhưng lại chịu nén tốt và có khả năng hấp thụ rung động vượt trội. Khi rung động lan truyền qua vật liệu, các ranh giới graphit-nền phân tán năng lượng hiệu quả, khiến gang xám trở thành lựa chọn lý tưởng cho các kết cấu yêu cầu ổn định khi vận hành ở tốc độ cao.
Thành phần hợp kim và tốc độ nguội là hai yếu tố quyết định đến cấu trúc nền: nền peclit cho độ cứng và độ bền cao hơn, nền ferrit mềm hơn nhưng dễ gia công hơn. Silic đóng vai trò thúc đẩy graphit hóa, còn mangan có xu hướng ổn định xêmentit — cân bằng hai nguyên tố này là bài toán công nghệ trung tâm khi phối liệu.
Phân loại thực dụng
Trong sản xuất, gang xám thường được phân theo cấp bền kéo, phản ánh gián tiếp cấu trúc nền:
- Gang xám nền ferrit: mềm, dễ gia công cắt gọt, phù hợp chi tiết ít chịu tải.
- Gang xám nền peclit: độ bền và độ cứng cao hơn, dùng phổ biến cho thân máy, vỏ hộp số.
- Gang xám hợp kim hóa: bổ sung crôm, niken hoặc molipden để cải thiện tính chịu mài mòn hoặc chịu nhiệt, dùng trong môi trường khắc nghiệt.
Ngoài ra, tốc độ nguội của thành đúc ảnh hưởng lớn đến cấu trúc thực tế: thành mỏng nguội nhanh có xu hướng biancô hóa cục bộ, cứng đột ngột và khó gia công.
Lưu ý khi lựa chọn và sử dụng
Gang xám phù hợp với phương pháp Đúc cát truyền thống nhờ tính đúc tốt, co ngót ít và điền đầy khuôn dễ. Tuy nhiên người làm nghề cần lưu ý một số điểm:
- Không dùng chịu va đập hoặc kéo tập trung: tính giòn của graphit tấm khiến gang xám nhạy cảm với tải trọng động và ứng suất kéo tập trung tại góc cạnh.
- Thiết kế thành đúc đồng đều: chênh lệch tiết diện lớn gây nguội không đều, dẫn đến biancô hóa cục bộ hoặc nứt nhiệt.
- Gia công trước khi lắp ráp Máy công cụ: bề mặt đúc thô có lớp vỏ cứng; cần bóc hết lớp này trước khi gia công tinh để tránh mòn nhanh dao cắt.
- Không hàn tùy tiện: gang xám khó hàn do hàm lượng cacbon cao; nếu cần phục hồi vết nứt phải dùng quy trình ủ trước và hàn chuyên dụng.