So sánh Gang và Thép: Đặc tính cơ lý, khả năng gia công, TPHH, ứng dụng

So sánh Gang và Thép

Gang và thép là hai vật liệu kim loại phổ biến trong công nghiệp và đời sống hiện nay. Cả hai đều là hợp kim của sắt và carbon nhưng lại có đặc tính cơ lý khác nhau, phù hợp với từng mục đích sử dụng. Vậy gang và thép khác nhau như thế nào? Loại nào tốt hơn cho từng ứng dụng? Hãy cùng tìm hiểu chi tiết qua bài viết so sánh gang và thép dưới đây!

KHÁI NIỆM VỀ GANG VÀ THÉP

Gang là gì?

Gang là hợp kim của sắt và carbon, trong đó hàm lượng carbon chiếm từ 2% đến 4%. Ngoài ra, gang còn chứa các nguyên tố khác như silicon (Si), mangan (Mn), lưu huỳnh (S) và phosphor (P). Gang có đặc tính cứng, chịu tải tĩnh tốt nhưng giòn và dễ nứt khi chịu va đập mạnh.

Thép là gì?

Thép cũng là hợp kim sắt – carbon nhưng có hàm lượng carbon thấp hơn (từ 0,02% đến 2%). Nhờ hàm lượng carbon thấp và các nguyên tố hợp kim như crôm (Cr), niken (Ni), molypden (Mo), thép có độ dẻo dai, khả năng chịu lực và tính linh hoạt cao.

Xem thêm: Cấu trúc hình học của gang cầu và gang xám khác nhau như thế nào?

SO SÁNH GANG VÀ THÉP: THÀNH PHẦN HÓA HỌC (TPHH)

Tiêu chí	GANG (CAST IRON)	THÉP (STEEL)
Thành phần chính	Carbon (C): 2% - 4%	Carbon (C): 0,02% - 2%
Thành phần chính	Sắt (Fe): 94% - 96%	Sắt (Fe): 98% - 99%
Thành phần phụ	Silicon (Si): 1% - 3%	Silicon (Si): < 0,5%
	Mangan (Mn): 0,1% - 1%	Mangan (Mn): 0,3% - 1%
	Phosphor (P): 0,1% - 0,9%	Phosphor (P): < 0,04%
	Lưu huỳnh (S): 0,02% - 0,25%	Lưu huỳnh (S): < 0,05%

Giải thích:

- Gang có hàm lượng carbon cao, giúp vật liệu có độ cứng lớn nhưng lại giòn.

- Thép có hàm lượng carbon thấp hơn, đảm bảo tính dẻo và độ bền tốt hơn gang.

SO SÁNH GANG VÀ THÉP: ĐẶC TÍNH CƠ LÝ

Độ cứng

Gang có độ cứng cao hơn thép nhờ hàm lượng carbon lớn, đặc biệt là gang trắng với độ cứng Brinell từ 350 – 550 HB. Trong khi đó, thép có độ cứng từ 120 – 500 HB tùy vào loại thép carbon thấp, trung bình hay cao.

Độ bền kéo

- Gang có độ bền kéo thấp hơn thép, cụ thể:

+ Gang xám: 150 – 400 MPa

+ Gang cầu: 400 – 900 MPa

- Thép carbon cao: 700 – 1200 MPa

Để so sánh gang và thép về độ bền kéo thì thép nổi bật với độ bền kéo cao, phù hợp cho các công trình chịu lực mạnh.

Độ giòn

Gang giòn và dễ nứt khi va đập do cấu trúc tinh thể đặc trưng. Trong khi đó, thép có tính dẻo và khả năng chống va đập tốt hơn.

Khả năng chống ăn mòn

Gang tự nhiên có khả năng chống ăn mòn tốt hơn thép trong môi trường không khí. Tuy nhiên, thép không gỉ với hàm lượng crôm cao (trên 10,5%) có khả năng chống ăn mòn vượt trội.

SO SÁNH GANG VÀ THÉP: KHẢ NĂNG GIA CÔNG VÀ ĐÚC

- Gang: Có tính lỏng cao khi nóng chảy, dễ đúc thành các chi tiết có hình dạng phức tạp. Tuy nhiên, gang khó hàn và ít linh hoạt khi gia công cơ khí.

- Thép: Dễ rèn, hàn và gia công thành các chi tiết chính xác. Khả năng tạo hình của thép linh hoạt hơn gang.

ỨNG DỤNG CỦA GANG VÀ THÉP TRONG THỰC TẾ

ỨNG DỤNG

GANG

THÉP

Xây dựng

Nắp cống, nắp hố ga: Gang cầu được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng chịu tải trọng tĩnh lớn, chống mài mòn và không biến dạng theo thời gian.

Ống thoát nước, ống dẫn nước thải: Gang xám thích hợp để làm ống thoát nước nhờ khả năng chống ăn mòn tốt, giá thành rẻ và độ bền cao.

Bệ đỡ chịu tải trọng tĩnh: Các kết cấu bệ đỡ trong xây dựng, đặc biệt là nền móng, thường sử dụng gang vì tính cứng và chịu lực nén hiệu quả.

Dầm và cột thép: Thép chịu lực tốt nên thường được sử dụng làm dầm, cột trong các công trình nhà cao tầng, cầu đường và nhà xưởng công nghiệp.

Khung nhà thép tiền chế: Khả năng chịu lực kéo và nén của thép giúp các khung nhà thép vừa chắc chắn lại có tính linh hoạt cao trong thi công.

Cốt thép bê tông: Thép carbon thấp hoặc trung bình được sử dụng để gia cố bê tông, giúp tăng độ bền và khả năng chịu tải trọng động của công trình.

Cơ khí chế tạo

Vỏ động cơ và hộp số: Gang xám được sử dụng để chế tạo vỏ động cơ nhờ khả năng đúc tốt và chịu mài mòn hiệu quả.

Bệ máy và khung máy: Gang cầu thường được dùng để làm khung máy và bệ đỡ trong các thiết bị cơ khí lớn vì tính ổn định cao.

Trục khuỷu và bánh đà: Một số chi tiết máy không yêu cầu độ dẻo dai quá cao được làm từ gang nhờ độ cứng và khả năng chống mài mòn tốt.

Bánh răng và trục: Thép carbon trung bình và thép hợp kim được sử dụng để sản xuất bánh răng và trục máy vì khả năng chịu lực kéo, nén và chống va đập mạnh.

Lò xo và đinh vít chịu lực: Thép carbon cao có độ cứng lớn được dùng để chế tạo lò xo và các chi tiết máy cần độ bền kéo cao.

Dao cắt và khuôn mẫu: Thép công cụ và thép hợp kim được sử dụng để làm dao cắt, khuôn đúc nhờ độ cứng và khả năng chịu mài mòn tốt.

Sản xuất công cụ gia đình

Nồi, chảo gang: Đặc tính giữ nhiệt tốt của gang giúp nấu ăn đều nhiệt, tiết kiệm năng lượng và giữ hương vị cho món ăn.

Đồ nội thất ngoài trời: Các vật dụng như ghế, bàn, lan can gang được ưa chuộng vì khả năng chống mài mòn và tạo hình thẩm mỹ cao.

Dụng cụ nhà bếp: Dao, kéo và nồi inox được sản xuất từ thép không gỉ, đảm bảo an toàn thực phẩm và tuổi thọ lâu dài.

Đồ gia dụng: Các loại khay, kệ, giá treo bằng thép chịu lực tốt, chống gỉ và bền đẹp theo thời gian.

Đồ dùng trong xây dựng gia đình: Đinh, ốc vít và các dụng cụ lắp ráp được sản xuất từ thép carbon có độ bền cao.

Lương Sơn Bạc