Ứng dụng của gang cầu vào sản xuất nắp hố ga

Gang cầu là loại chất liệu được sử dụng rất nhiều trong các ngành Điện, Bưu chính viễn thông, xây dựng, cấp thoát nước, chế tạo máy, công nghiệp quốc phòng...do giá thành thấp, sức bền vật liệu tốt.
 

1. Khái niệm về gang:

Gang là hợp kim của sắt (Fe) và một số nguyên tố hóa học khác như carbon (C), Silic (Si)… trong đó Fe là thành phần chủ yếu, chiếm hơn 95% trọng lượng, carbon từ 2,1% đến 4,3% trọng lượng và Silic chiếm từ 1 đến 3%. Gang với thành phần hóa học gần điểm austectic có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng từ 1150 đến 1200°C, thấp hơn 300°C so với sắt nguyên chất. Tùy theo dạng Graphit trong gang, gang được chia thành 4 loại cơ bản sau:

Gang trắng
Gang xám
Gang dẻo
Gang cầu

Gang xám là loại gang có nguyên tố carbon chủ yếu tồn tại ở dạng Graphit với nền Graphit bố trí theo mạch thẳng. Mặt gãy của gang có màu xám là đặc trưng của ferit và graphit tự do. Gang xám dễ nấu luyện, có nhiệt độ nóng chảy thấp (1350°C) và không đòi hỏi khắt khe về kỹ thuật nấu luyện và thành phần trong gang, nhưng gang xám dòn, khả năng chịu tải và chịu uốn nén kém.
 

Gang trắng là loại gang có carbon tồn tại ở dạng Fe3C và được hình thành do việc gang xám bị làm nguội nhanh khiến gang bị biến trắng trở nên rất dòn và khó gia công cơ khí.

Gang dẻo là loại gang được chế tạo bằng cách ủ gang trắng trong một thời gian dài (khoảng vài ngày) ở nhiệt độ từ 850 - 1050° C để tạo thành một loại gang có tính dẻo cao, gọi là gang dẻo. Đây là loại gang có độ bền cao, được kế thừa những tính chất tốt vốn có của gang và được sử dụng để sản xuất các sản phẩm cần có sự mềm đi của bề mặt của sản phẩm đúc để dễ dàng trong việc chạm khắc và gia công cơ khí. Tuy nhiên, gang dẻo cũng có nhược điểm do giá thành sản xuất gang dẻo cao, khả năng chịu nén kém.
 

2. Khái niệm về gang cầu:

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.


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 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%). Thành phần hóa học gang cầu dao động như sau:
 

3. Ứng dụng của gang cầu:

Gang cầu với những đặc tính cơ hóa như độ nóng chảy thấp, độ chảy loãng tốt, tính đúc tốt, dễ gia công, có khả năng chịu mài mòn, lại có ưu thế vượt trội so với gang xám là có độ bền kéo tốt, lại vừa có khả năng chịu uốn nén và độ giảm chấn tốt của gang dẻo, giá thành sản xuất lại thấp hơn nhiều so với sản xuất gang dẻo hoặc sản xuất thép carbon nên được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp chế tạo máy, công nghiệp quốc phòng và phục vụ ngành xây dựng, cấp thoát nước… như sản xuất trục khuỷu, cam, bánh răng, vỏ động cơ diezen, các chi tiết vũ khí quân dụng, nắp hố ga, song chắn rác … Việc sử dụng gang cầu vào công nghiệp rất có hiệu quả,ví dụ giá 1 tấn vật đúc loại gang này rẻ hơn vật đúc bằng thép cacbon từ 30-35%, rẻ hơn loại vật đúc bằng hợp kim màu 3 đến 4 lần và rẻ hơn loại phôi thép rèn từ 2 đến 3 lần. Gang cầu theo Tiêu chuẩn Châu Âu EN 124 được ký hiệu bằng ba chữ GGG.
 

4. Ứng dụng của gang cầu vào việc sản xuất các nắp hố ga, song chắn rác phục vụ các ngành xây dựng, điện lực, cấp thoát nước:

Việc sử dụng nắp hố ga, song chắn rác bằng gang cầu có nhiều ưu thế vượt trội so với sử dụng sản phẩm cùng loại bằng gang xám hoặc bê tông hay thép hàn. Hiện nay, tại các nước phát triển như các nước Châu Âu, Nhật Bản, Mỹ…, thị trường sản phẩm bằng gang cầu tiêu thụ rất mạnh và sản phẩm nắp hố ga, song chắn rác bằng gang xám gần như đã hoàn toàn được thay thế bới sản phẩm bằng gang cầu vì những lý do sau :

 

 

Nhà máy sản xuất nắp hố ga bằng gang cầu Thành An

Giá thành: Giá thành 1 bộ sản phẩm hạ hơn nhiều so với sản phẩm bằng gang xám thông thường do sử dụng công nghệ để biến đổi cấu trúc nền Graphit, tiết kiệm tối đa nguyên liệu gang đầu vào.

Khả năng chịu tải: Sản phẩm được làm bằng gang cầu có khả năng chịu tải tốt hơn nhiều lần so với sản phẩm bằng gang xám do nền Graphit của gang xám có cấu trúc mạch thẳng trong khi cấu trúc của nền Graphit có cấu trúc mạch vòng. Các sản phẩm bằng gang xám chỉ có thể chịu tải trọng cao nhất là 40 tấn nhưng sản phẩm gang cầu có thể chịu tải trọng đến 60 tấn, 90 tấn hoặc hơn nữa nên tại những nơi khu vực có những phương tiện siêu trọng lưu thông như bến cảng, sân bay và các đường cao tốc, đơn vị thi công chỉ có thể lắp đặt sản phẩm bằng gang cầu chứ không thể sử dụng sản phẩm bằng gang xám.

Độ an toàn cao: Sản phẩm bằng gang cầu có độ an toàn cao hơn sản phẩm gang xám do sản phẩm bằng gang xám khi bị gãy vỡ thường bị vỡ vụn, gây nguy hiểm cho phương tiện qua lại và người tham gia giao thông. Sản phẩm bằng gang cầu có tính cơ lý gần tương tự với gang dẻo, có độ đàn hồi tốt nên khi chịu áp lực vượt quá tải trọng không bị vỡ vụn như gang xám.
 

 

Xưởng đúc gang cầu Thành An

Thi công : thi công sản phẩm gang cầu dễ dàng và thuận tiện hơn nhiều so với sản phẩm gang xám do sản phẩm bằng gang cầu gọn nhẹ hơn nhiều so với sản phẩm gang xám. Khả năng chống trộm : sản phẩm gang cầu có khả năng chống trộm cao, đặc biệt là ở thị trường Việt Nam.

Lý do thứ nhất, các chốt và bản lề chống trộm của sản phẩm bằng gang cầu không thể đập vỡ như sản phẩm gang xám nên không thể tháo rời khung và nắp.

Lý do thứ hai, sản phẩm gang cầu không thể tái chế bằng phương pháp thủ công thông thường tại các làng nghề nấu gang xám mà chỉ có thể tái chế bằng công nghệ gang cầu tương thích.