NGUYÊN NHÂN NÀO KHIẾN GRAPHITE TRONG GANG KHÔNG THÀNH HÌNH CẦU ?

Gang cầu được ưa chuộng trong sản xuất nắp hố ga, song chắn rác, phụ kiện đường ống… nhờ vào cấu trúc graphite dạng hình cầu cho độ bền – độ dẻo vượt trội. Dù bản vẽ và quy trình đã được chuẩn hóa, nhưng khi chuyển sang thực tế, không ít doanh nghiệp gặp phải tình trạng graphite bị méo, hình chuỗi hoặc dạng bông. Điều này xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau. Với kinh nghiệm hơn 8 năm trong ngành sản xuất sắt - gang - thép, composite...chúng tôi đã đúc kết được một số nguyên nhân khiến graphite trong gang không thành hình cầu. Hi vọng bài viết này sẽ giúp mọi người có cái nhìn tổng quan hơn và có thể tránh được những nguyên nhân thường gặp.

1. Vì sao graphite cần phải có dạng hình cầu? 

Trước tiên, chúng ta cần biết vì sao graphite cần phải có dạng hình cầu.

Theo ISO 945-1:2019, graphite trong gang cầu phải đạt độ cầu hóa tối thiểu 80% (tùy theo cấp vật liệu), nhằm đảm bảo:

• Độ bền kéo có thể đạt 370–900 MPa (theo tiêu chuẩn EN-GJS – EN 1563).

• Độ giãn dài cải thiện từ 0–2% (gang xám) lên 10–18% (gang cầu).

• Khả năng chịu va đập và chống nứt tốt hơn.

Nếu graphite không thành cầu, vật liệu sẽ bị giòn, dễ nứt – đặc biệt nguy hiểm với sản phẩm chịu tải như nắp hố ga, song chắn rác, phụ kiện hạ tầng.

2. Nguyên nhân phổ biến khiến graphite không thành hình cầu

2.1. Hàm lượng lưu huỳnh (S) quá cao – “kẻ thù” của quá trình cầu hóa

• Chuẩn công nghiệp: S ≤ 0,02% trước khi xử lý Mg (theo EN 1563).

• Nếu S cao, magie (Mg) bị “tiêu hao” để khử S thay vì tạo cầu.

Hiệu ứng:
Graphite bị kéo dài, méo mó hoặc trở thành dạng nốt không hoàn chỉnh.

Nguyên nhân gốc:

• Nhiên liệu, phế liệu chứa S cao.

• Lò cảm ứng có tích tụ xỉ sulfua lâu ngày.

Ảnh minh họa Hàm lượng lưu huỳnh (S) quá cao

2.2. Hàm lượng magie (Mg) không đủ hoặc không ổn định

Để tạo cầu, Mg sau xử lý cần đạt 0,035–0,055% (tùy cấp vật liệu).
Nếu Mg thấp hơn mức này, graphite sẽ không đủ “lực” để biến chuyển từ dạng tấm (flake) sang dạng cầu.

Lý do Mg không đủ:

• Nhiệt độ rót thấp → Mg dễ bay hơi.

• Phôi xử lý (FeSiMg) chất lượng không ổn định.

• Quy trình bọc, quẳng, hoặc xử lý lò đáy không phù hợp.

2.3. Silicon (Si) và Carbon (C) mất cân bằng

Si là yếu tố quan trọng định hình dạng graphite.

• Si thấp → graphite bị nhỏ, méo.

• Si quá cao (>2.8–3.0%) → dễ sinh dạng chunky graphite ở vật đúc lớn.

Tỉ lệ C/Si tối ưu: theo ASM Handbook, thường nằm ở mức (C% + 1/3Si%) ≈ 4,3–4,5.

Khi mất cân bằng, cấu trúc graphite “lệch chuẩn”, không thể tạo hình cầu đều.

2.4. Tốc độ nguội quá chậm hoặc quá nhanh

• Đúc vật dày → nguội chậm → graphite dạng chunky hoặc không cầu.

• Khuôn kim loại hoặc thành mỏng → nguội nhanh → graphite dạng vermicular (giun).

Điều này lý giải vì sao trên bản vẽ tính toán rất chuẩn, nhưng khi thực tế đúc các chi tiết khác nhau, tỷ lệ graphite cầu lại dao động mạnh.

2.5. Khuấy trộn kim loại lỏng quá mạnh hoặc không đều

Khuấy quá mạnh → Mg bốc hơi nhanh.
Khuấy không đều → vùng có Mg, vùng không → sản phẩm bị đốm lỗi (một phần cầu, một phần giun).

Điều này thường gặp ở lò cảm ứng dung tích lớn hoặc xử lý không đúng kỹ thuật.

2.6. Quản lý xỉ kém – nguyên nhân “khó nhìn thấy nhưng gây hại lớn”

Xỉ chứa oxit, sulfua… có thể:

• Giảm hiệu quả cầu hóa.

• Tạo tạp chất khiến graphite bị méo.

• Cản trở Mg phân bố đều.

3. Hậu quả khi graphite không thành hình cầu

Theo tiêu chuẩn EN-GJS, việc graphite không đạt độ cầu hóa yêu cầu có thể làm:

• Giảm 20–40% độ bền kéo.

• Độ giãn dài giảm từ 10–14% xuống chỉ còn 1–3%.

• Giảm khả năng chịu tải tĩnh – động, đặc biệt ở sản phẩm như nắp hố ga, song chắn rác, phụ kiện cơ khí.

• Tăng nguy cơ nứt khi chịu lực tập trung.

Khi sản phẩm ứng dụng trong công trình hạ tầng, sai lệch này có thể gây mất an toàn nghiêm trọng.

4. Giải pháp để đảm bảo graphite thành cầu đúng chuẩn bản vẽ

4.1. Kiểm soát chặt hàm lượng S trước xử lý

• Dùng phế liệu sạch, hàm lượng S thấp.

• Tăng cường khử S bằng CaO, MgO theo chuẩn.

• Duy trì S ≤ 0,02%.

4.2. Chọn hợp kim FeSiMg chất lượng cao, chứng nhận đầy đủ

• Mg còn lại (residual Mg) đạt 0,035–0,055%.

• Đúng loại FeSiMg (5–8% Mg, hoặc 9–12% tùy quy trình).

4.3. Điều chỉnh Si, C và CE hợp lý theo bản vẽ

Giữ CE trong khoảng 4,3–4,5 để hạn chế biến dạng graphite.

4.4. Kiểm soát chặt nhiệt độ – yếu tố “vàng” trong đúc gang

• Xử lý Mg ở 1.450–1.500°C.

• Rót ở 1.360–1.420°C.

• Theo dõi liên tục bằng thiết bị đo nhiệt độ tức thời.

4.5. Làm sạch xỉ định kỳ và sau mỗi mẻ đúc

Giúp Mg phân bố đều và tăng chất lượng cấu trúc tinh thể.

4.6. Kiểm tra cấu trúc graphite bằng hiển vi theo ISO 945-1

Tối thiểu mỗi mẻ cần đánh giá:

• Tỷ lệ cầu hóa

• Kích thước graphite

• Phân bố graphite

Tóm lại, việc graphite trong gang không thành hình cầu không phải do một nguyên nhân đơn lẻ, mà là kết quả của nhiều yếu tố cộng lại: từ chất lượng nguyên liệu đầu vào, hàm lượng lưu huỳnh – magie, nhiệt độ nấu luyện, tốc độ nguội cho đến cách xử lý xỉ và kiểm soát quy trình. Chỉ cần một trong những bước này không được kiểm soát tốt, graphite rất dễ bị méo, kéo dài hoặc mất hình cầu như bản vẽ yêu cầu.

Vì vậy, để sản phẩm gang cầu đạt đúng cơ tính và độ bền theo tiêu chuẩn, các cơ sở sản xuất cần đảm bảo toàn bộ quy trình – từ nấu luyện đến đúc – được kiểm soát nghiêm ngặt, có kiểm tra hiển vi định kỳ và sử dụng vật liệu đầu vào đạt chuẩn. Khi các khâu phối hợp đồng bộ, graphite sẽ đạt dạng cầu đúng như thiết kế, giúp sản phẩm cuối cùng bền bỉ, an toàn và ổn định trong mọi điều kiện sử dụng.