Gang là một hợp kim của sắt với carbon. Thành phần hóa học của gang được xác định bởi hàm lượng carbon, thường dao động từ 2,1% đến 4,5%. Ngoài carbon, gang còn có thể chứa các nguyên tố hợp kim khác như silic, mangan, phốt pho và lưu huỳnh. Đây chính là một trong những vật liệu phổ biến nhất trên thế giới, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau, từ sản xuất ô tô đến xây dựng.
Nhiệt độ nóng chảy của gang là một đặc tính vật lý quan trọng ảnh hưởng đến khả năng gia công và sử dụng của vật liệu này. Bài viết này của Thu mua phế liệu Thịnh Phát sẽ giới thiệu tổng quan về nhiệt độ nóng chảy của gang và giải thích tầm quan trọng của nó.
Nhiệt độ nóng chảy của gang là bao nhiêu?
Nhiệt độ nóng chảy của gang là nhiệt độ mà tại đó nó bắt đầu chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng. Nhiệt độ nóng chảy của gang dao động từ 1.150 đến 1.200 độ C, tùy thuộc vào hàm lượng carbon và các tạp chất khác trong hợp kim.
Nhiệt độ nóng chảy thấp của gang là một trong những đặc tính vật lý quan trọng nhất của nó. Điều này là do sự hiện diện của carbon làm giảm độ bền của liên kết sắt-sắt, khiến gang dễ nóng chảy hơn.
Nhiệt độ nóng chảy thấp của gang có một số lợi thế như:
- Dễ gia công: Gang dễ gia công hơn so với các vật liệu khác có nhiệt độ nóng chảy cao. Điều này cho phép gang được sử dụng trong các quy trình gia công như đúc, rèn, cán và gia công cơ khí.
- Độ bền cao: Gang có độ bền cao, khiến nó trở thành một vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng chịu lực.
- Khả năng chống ăn mòn: Gang có khả năng chống ăn mòn tốt, khiến nó trở thành một vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng ngoài trời.
Tuy nhiên, nhiệt độ nóng chảy thấp của gang cũng có một số hạn chế như:
- Khả năng chịu nhiệt thấp: Gang có khả năng chịu nhiệt thấp hơn so với các vật liệu khác có nhiệt độ nóng chảy cao. Điều này hạn chế việc sử dụng gang trong các ứng dụng yêu cầu nhiệt độ cao.
Nhiệt độ nóng chảy của gang so với sắt nguyên chất
Gang là một hợp kim sắt-carbon có chứa hơn 2% carbon theo trọng lượng. Sắt nguyên chất là một kim loại có chứa 100% sắt.
Nhiệt độ nóng chảy của gang thấp hơn sắt nguyên chất khoảng 300°C. Điều này là do sự hiện diện của carbon trong gang. Carbon làm giảm độ bền của liên kết sắt-sắt, khiến gang dễ nóng chảy hơn.
Nhiệt độ nóng chảy của sắt nguyên chất là 1538°C. Nhiệt độ nóng chảy của gang dao động từ 1150 đến 1200°C, tùy thuộc vào hàm lượng carbon và các tạp chất khác trong hợp kim.
Nguyên nhân do sự hiện diện của carbon trong gang
Carbon là một nguyên tố phi kim có độ âm điện cao hơn sắt. Điều này có nghĩa là carbon sẽ hút electron từ sắt, làm giảm độ bền của liên kết sắt-sắt.
Khi hàm lượng carbon trong gang tăng lên, độ bền của liên kết sắt-sắt giảm xuống. Điều này dẫn đến nhiệt độ nóng chảy của gang thấp hơn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ nóng chảy của gang
Hàm lượng carbon
Hàm lượng carbon là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến nhiệt độ nóng chảy của gang. Carbon làm giảm độ bền của liên kết sắt-sắt, khiến gang dễ nóng chảy hơn.
Khi hàm lượng carbon trong gang tăng lên, độ bền của liên kết sắt-sắt giảm xuống. Điều này dẫn đến nhiệt độ nóng chảy của gang thấp hơn.
Các tạp chất
Ngoài carbon, gang còn có thể chứa các nguyên tố hợp kim khác như silic, mangan, phốt pho và lưu huỳnh. Các tạp chất này cũng có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ nóng chảy của gang.
- Silic: Silic làm tăng độ bền của liên kết sắt-sắt, khiến gang khó nóng chảy hơn.
- Mangan: Mangan có tác dụng trung hòa tác dụng của carbon, khiến nhiệt độ nóng chảy của gang không thay đổi nhiều.
- Photpho: Photpho làm giảm độ bền của liên kết sắt-sắt, khiến gang dễ nóng chảy hơn.
- Lưu huỳnh: Lưu huỳnh làm giảm độ bền của liên kết sắt-sắt, khiến gang dễ nóng chảy hơn.
Cấu trúc vi mô
Cấu trúc vi mô của gang cũng có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ nóng chảy của vật liệu này. Gang xám có cấu trúc dạng graphite, trong khi gang trắng có cấu trúc dạng cementite.
Gang xám có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn gang trắng. Điều này là do cấu trúc dạng graphite của gang xám có độ bền thấp hơn cấu trúc dạng cementite của gang trắng.
Các phương pháp xác định nhiệt độ nóng chảy của gang
Có nhiều phương pháp khác nhau để xác định nhiệt độ nóng chảy của gang. Một số phương pháp phổ biến nhất bao gồm:
Phương pháp DSC
Phương pháp DSC là một phương pháp đo nhiệt lượng của một phản ứng hoặc quá trình. Trong trường hợp này, phản ứng hoặc quá trình là sự nóng chảy của gang.
Phương pháp DSC sử dụng hai nhiệt kế điện trở được đặt trong một buồng nung. Một nhiệt kế được đặt trong mẫu gang, trong khi nhiệt kế kia được đặt trong một vật liệu tham chiếu.
Buồng nung được nung nóng ở tốc độ được kiểm soát. Khi mẫu gang bắt đầu nóng chảy, nhiệt lượng giải phóng sẽ được đo bằng nhiệt kế đặt trong mẫu gang.
Sự khác biệt về nhiệt lượng giữa hai nhiệt kế được sử dụng để tính toán nhiệt độ nóng chảy của gang.
Phương pháp TGA
Phương pháp TGA là một phương pháp đo khối lượng của một mẫu vật liệu khi nó được nung nóng. Trong trường hợp này, mẫu vật liệu là gang.
Phương pháp TGA sử dụng một cân điện tử để đo khối lượng của mẫu gang. Mẫu gang được đặt trong một buồng nung và được nung nóng ở tốc độ được kiểm soát.
Khi mẫu gang bắt đầu nóng chảy, khối lượng của nó sẽ giảm dần. Sự giảm khối lượng này được sử dụng để tính toán nhiệt độ nóng chảy của gang.
Phương pháp DTA
Phương pháp DTA là một phương pháp đo sự khác biệt về nhiệt độ giữa một mẫu vật liệu và một vật liệu tham chiếu khi chúng được nung nóng. Trong trường hợp này, mẫu vật liệu là gang và vật liệu tham chiếu là một chất không có điểm nóng chảy.
Phương pháp DTA sử dụng hai nhiệt kế điện trở được đặt trong một buồng nung. Một nhiệt kế được đặt trong mẫu gang, trong khi nhiệt kế kia được đặt trong vật liệu tham chiếu.
Buồng nung được nung nóng ở tốc độ được kiểm soát. Khi mẫu gang bắt đầu nóng chảy, sự khác biệt về nhiệt độ giữa hai nhiệt kế sẽ tăng lên.
Giá trị của sự khác biệt về nhiệt độ này được sử dụng để tính toán nhiệt độ nóng chảy của gang.
So sánh các phương pháp
| Tiêu chí | Phương pháp DSC | Phương pháp TGA | Phương pháp DTA |
| Nguyên tắc xác định | Đo lượng nhiệt cần thiết để làm nóng mẫu gang đến nhiệt độ nóng chảy của nó | Đo khối lượng của mẫu gang khi nó được nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy của nó | Đo sự khác biệt về nhiệt độ giữa một mẫu gang và một vật liệu tham chiếu khi chúng được nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy của chúng |
| Ưu điểm | Độ chính xác cao, nhạy cảm | Đơn giản, dễ sử dụng | Độ chính xác cao hơn phương pháp TGA, đơn giản hơn phương pháp DSC |
| Nhược điểm | Đắt tiền, khó sử dụng | Không chính xác bằng phương pháp DSC | Không chính xác bằng phương pháp DSC |
| Độ chính xác | Cao | Thấp | Trung bình |
| Độ phức tạp | Cao | Thấp | Trung bình |
| Chi phí | Cao | Thấp | Trung bình |
| Lựa chọn | Độ chính xác cao | Dễ sử dụng, chi phí thấp | Độ chính xác cao, dễ sử dụng hơn phương pháp DSC |
Kết luận:
- Phương pháp DSC là phương pháp chính xác nhất để xác định nhiệt độ nóng chảy của gang. Tuy nhiên, phương pháp này cũng đắt tiền và khó sử dụng.
- Phương pháp TGA là phương pháp dễ sử dụng và chi phí thấp nhất. Tuy nhiên, phương pháp này không chính xác bằng phương pháp DSC.
- Phương pháp DTA là phương pháp nằm giữa phương pháp DSC và phương pháp TGA về mặt độ chính xác và độ phức tạp.
Các loại gang và nhiệt độ nóng chảy của chúng
Gang được phân loại thành nhiều loại khác nhau dựa trên thành phần hóa học, cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của nó. Một số loại gang phổ biến nhất bao gồm:
Gang xám
Gang xám là loại gang phổ biến nhất, chiếm khoảng 90% sản lượng gang toàn cầu. Gang xám có cấu trúc vi mô dạng graphite, trong đó carbon tồn tại dưới dạng các lá graphite.
Nhiệt độ nóng chảy của gang xám dao động từ 1.150 đến 1.200°C, tùy thuộc vào hàm lượng carbon và các tạp chất khác trong hợp kim.
Gang xám có một số đặc tính nổi bật như:
- Độ bền cao
- Khả năng chống ăn mòn tốt
- Tính đúc tốt
Gang xám được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm:
- Bồn chứa
- Van và đường ống
- Cầu và đường bộ
Gang trắng
Gang trắng là loại gang có cấu trúc vi mô dạng cementite, trong đó carbon tồn tại dưới dạng các tinh thể cementite.
Nhiệt độ nóng chảy của gang trắng dao động từ 1.150 đến 1.250°C, tùy thuộc vào hàm lượng carbon và các tạp chất khác trong hợp kim.
Gang trắng có một số đặc tính nổi bật như:
- Độ cứng cao
- Độ bền kéo cao
Gang trắng được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ cứng cao, chẳng hạn như:
- Đầu búa
- Lưỡi dao
- Mũi khoan
Gang dẻo
Gang dẻo là loại gang có cấu trúc vi mô dạng perlite và ferrite, trong đó carbon tồn tại dưới dạng các tinh thể perlite và ferrite.
Nhiệt độ nóng chảy của gang dẻo dao động từ 1.150 đến 1.250°C, tùy thuộc vào hàm lượng carbon và các tạp chất khác trong hợp kim.
Gang dẻo có một số đặc tính nổi bật như:
- Độ bền cao
- Khả năng chống ăn mòn tốt
- Tính đúc tốt
- Tính dẻo
Gang dẻo được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ bền cao và tính dẻo, chẳng hạn như:
- Cầu và đường bộ
- Bồn chứa
- Van và đường ống
Gang hợp kim
Gang hợp kim là loại gang được thêm các nguyên tố hợp kim khác nhau, chẳng hạn như mangan, silic, niken, crom, v.v. Các nguyên tố hợp kim này có thể cải thiện các đặc tính của gang, chẳng hạn như độ cứng, độ bền, khả năng chống ăn mòn, v.v.
Nhiệt độ nóng chảy của gang hợp kim dao động từ 1.150 đến 1.250°C, tùy thuộc vào hàm lượng carbon, các nguyên tố hợp kim và các tạp chất khác trong hợp kim.
Gang hợp kim được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu các đặc tính đặc biệt, chẳng hạn như:
- Cầu và đường bộ
- Van và đường ống
- Các thiết bị chịu nhiệt
- Các thiết bị chịu mài mòn
Các ứng dụng của gang
Sản xuất ô tô
Gang là một vật liệu quan trọng trong sản xuất ô tô. Nó được sử dụng để sản xuất nhiều bộ phận của ô tô, bao gồm:
- Động cơ
- Hộp số
- Khung gầm
- Lốp
Gang được sử dụng trong sản xuất ô tô vì các đặc tính sau:
- Độ bền cao: Gang có thể chịu được lực và nhiệt độ cao, điều cần thiết cho các ứng dụng trong động cơ và hộp số.
- Khả năng chống ăn mòn tốt: Gang có thể chống lại sự ăn mòn của các hóa chất trong nhiên liệu và dầu bôi trơn.
- Tính đúc tốt: Gang dễ dàng đúc thành các hình dạng phức tạp, điều cần thiết cho nhiều bộ phận của ô tô.
Xây dựng
Gang là một vật liệu phổ biến trong xây dựng. Nó được sử dụng để sản xuất nhiều cấu kiện xây dựng, bao gồm:
- Cầu
- Đường bộ
- Bồn chứa
- Van và đường ống
Gang được sử dụng trong xây dựng vì các đặc tính sau:
- Độ bền cao: Gang có thể chịu được tải trọng lớn, điều cần thiết cho các ứng dụng xây dựng.
- Khả năng chống ăn mòn tốt: Gang có thể chống lại sự ăn mòn của các yếu tố môi trường, chẳng hạn như nước và muối.
- Tính đúc tốt: Gang dễ dàng đúc thành các hình dạng phức tạp, điều cần thiết cho nhiều cấu kiện xây dựng.
Sản xuất máy móc
Gang là một vật liệu quan trọng trong sản xuất máy móc. Nó được sử dụng để sản xuất nhiều bộ phận của máy móc, bao gồm:
- Bánh răng
- Trục
- Cụm piston
- Máy móc nông nghiệp
Gang được sử dụng trong sản xuất máy móc vì các đặc tính sau:
- Độ bền cao: Gang có thể chịu được lực và ma sát cao, điều cần thiết cho các ứng dụng trong máy móc.
- Khả năng chống ăn mòn tốt: Gang có thể chống lại sự ăn mòn của các hóa chất và bụi bẩn.
- Tính đúc tốt: Gang dễ dàng đúc thành các hình dạng phức tạp, điều cần thiết cho nhiều bộ phận của máy móc.
Sản xuất hàng tiêu dùng
Gang là một vật liệu quan trọng trong sản xuất hàng tiêu dùng. Nó được sử dụng để sản xuất nhiều sản phẩm, bao gồm:
- Gạch
- Cầu thang
- Bàn ghế
- Đồ gia dụng
Gang được sử dụng trong sản xuất hàng tiêu dùng vì các đặc tính sau:
- Độ bền cao: Gang có thể chịu được lực tác động và tải trọng nặng, điều cần thiết cho nhiều sản phẩm hàng tiêu dùng.
- Khả năng chống ăn mòn tốt: Gang có thể chống lại sự ăn mòn của các hóa chất và bụi bẩn.
- Tính đúc tốt: Gang dễ dàng đúc thành các hình dạng phức tạp, điều cần thiết cho nhiều sản phẩm hàng tiêu dùng.
Gang có thể tái chế không?
Gang có thể tái chế hoàn toàn. Quá trình tái chế gang bao gồm các bước sau:
- Thu gom phế liệu gang: Phế liệu gang có thể được thu gom từ các nhà máy sản xuất, các công trình xây dựng và các nguồn khác.
- Phân loại phế liệu gang: Phế liệu gang được phân loại theo loại, chẳng hạn như gang xám, gang trắng và gang dẻo.
- Nghiền nhỏ phế liệu gang: Phế liệu gang được nghiền nhỏ thành các mảnh nhỏ.
- Làm sạch phế liệu gang: Phế liệu gang được làm sạch để loại bỏ các tạp chất.
- Tái chế gang: Phế liệu gang được tái chế thành gang mới.
Quá trình tái chế gang có nhiều lợi ích, bao gồm:
- Giảm lượng chất thải: Tái chế gang giúp giảm lượng chất thải gang được chôn lấp hoặc đốt cháy.
- Tiết kiệm năng lượng: Tái chế gang giúp tiết kiệm năng lượng so với sản xuất gang từ quặng sắt.
- Giảm ô nhiễm môi trường: Tái chế gang giúp giảm ô nhiễm môi trường do sản xuất gang.
Tại Việt Nam, gang là một trong những vật liệu được tái chế nhiều nhất. Theo thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trường, năm 2024, Việt Nam đã tái chế được khoảng 2,5 triệu tấn gang.
Trên đây là những thông tin tổng hợp về nhiệt độ nóng chảy của gang. Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích.
