Kovinski silicij je osnovna surovina za aluminijeve zlitine, silikone in polprevodniški silicij, sam po sebi pa je tudi legirni element. Kot nadzorovani legirni dodatek silicij krepi in stabilizira kovine, izboljšuje obnašanje pri litju, doda odpornost proti koroziji ter spremeni magnetni in toplotni odziv. Zato se silicij in ferosilicij pojavljata v specifikacijah za komponente iz litega aluminija, proizvodnjo jekla, jedra transformatorjev in strojno opremo iz bakrovih zlitin.
Kovinski silicij kot legirni element
Silicij se zlahka raztopi v sistemih na osnovi aluminija, železa, bakra in niklja. V aluminiju zniža območje taljenja in izboljša fluidnost, kar omogoča polnjenje tankih in kompleksnih ulitkov. V jeklu in litem železu deluje kot dezoksidator in utrjevalec trdne raztopine, povečuje trdoto in električno upornost. V bakru tvori trde intermetalne faze, ki povečujejo trdnost, hkrati pa ohranjajo odlično odpornost proti koroziji. V vsakem primeru je korist odvisna od stopnje dodajanja, zato sta stopnja in odmerek nastavljena glede na ciljno lastnost, namesto da bi bila dodana brez razlike.
Aluminijeve -silicijeve zlitine za lahke ulitke
Aluminijev-silicijev sistem je hrbtenica litja aluminija. A356, zlitina AlSi7Mg s 6,5 do 7,5 % Si, se uporablja za gravitacijska lita kolesa in konstrukcijske komponente. AlSi10Mg z 9,0 do 11,0 % Si služi tlačnemu litju in proizvodnji kovinskih dodatkov. ADC12, z 9,6 do 12,0 % Si, je delovni konj za visoko prostorninska tlačno ulita ohišja in pokrove. Silicij izboljša sposobnost ulivanja, zavira vroče trganje, zmanjša poroznost zaradi krčenja in poveča odpornost proti obrabi, medtem ko nizka gostota osnovne kovine, približno 2,7 g/cm3, ohranja lahke komponente. Te zlitine so zato standardne v avtomobilskih motorjih in delih menjalnika, letalskih nosilcih in elektronskih ohišjih.
Silicij v jeklarstvu in elektrotehničnem jeklu
Pri izdelavi jekla je klasični nosilec silicija ferosilicij, pri čemer se FeSi75 s približno 75 % Si pogosto uporablja za deoksidacijo in legiranje. Silicij odstranjuje raztopljeni kisik, izboljša fluidnost taline in prispeva k trdoti in odpornosti na popuščanje vzmetnih in orodnih jekel. V elektrotehničnem jeklu vsebnost silicija med približno 0,5 in 3,5 % poveča električno upornost in s tem zmanjša izgube zaradi vrtinčnih tokov v jedrih motorjev in generatorjev. Zrnato{7}}razvrstitve transformatorjev običajno vsebujejo približno 3 % Si z nadzorovano usmerjenostjo zrn, kar zagotavlja nizke izgube jedra vzdolž smeri valjanja. Nad to ravnjo trak postane krhek in ga je težko valjati, zato je vsebnost silicija vedno uravnotežena z magnetno zmogljivostjo in izdelljivostjo.
Uporaba silicijeve bronaste in bakrove zlitine
Silicijev bron je družina bakrovih zlitin, v kateri silicij, običajno z majhnim dodatkom mangana, zagotavlja trdnost in izjemno odpornost proti koroziji. C65500, znan tudi kot CuSi3Mn1, vsebuje približno 2,8 do 3,8 % Si in 0,5 do 1,3 % Mn in je standardna izbira za pomorsko strojno opremo, stebla ventilov, dele črpalk in tekačev ter električne priključke. Zlitina tvori zaščitno površinsko folijo, ki je odporna tako na sladko kot na slano vodo, ter se dobro obnese ob strojih in mrazu. Silicij se uporablja tudi kot modifikacijski dodatek v aluminijastih bronah in posebnih medeninah, kjer izboljša strukturo in izboljša obrabno obnašanje.
Razredi, čistost in razporeditev
| Ocena | Fe max | Al max | Ca max | Tipična uporaba |
|---|---|---|---|---|
| 553 | 0.5 % | 0.5 % | 0.3 % | Splošno legiranje in dezoksidacija aluminija |
| 441 | 0.4 % | 0.4 % | 0.1 % | Zlitine za litje aluminija in kemična uporaba |
| 3303 | 0.3 % | 0.3 % | 0.03 % | Električno jeklo in aluminij višjega razreda |
| 2202 | 0.2 % | 0.2 % | 0.02 % | Visoka čistost in elektronske aplikacije |
Ocena:številčna okrajšava kodira najvišje ravni železa, aluminija in kalcija, zato se 553 in 2202 razlikujeta predvsem v nadzoru elementov v sledovih in ne v vsebnosti silicija.
Velikost grude:običajna velikost je 10 do 100 mm za polnjenje peči, z drobnejšimi zdrobljenimi velikostmi za obrezovanje lonca in prahom za posebne postopke.
Pakiranje:jumbo vreče ali jeklene sode, suhe in zaprte, ker pobiranje vlage vpliva na kakovost taline in rokovanje.
Dokumentacija:kemična analiza na lot, za električni ali elektronski konec pa uporablja strožje poročilo o elementih v sledovih.
Lahka trdnost v aluminijevih-silikonskih ulitkih brez izgube sposobnosti ulivanja.
Dezoksidacija in legiranje jekla, dvižna trdota in visoko{0}}temperaturna stabilnost.
Manjša izguba jedra v električnem jeklu zaradi povečane upornosti.
Odpornost proti koroziji in obdelovalnost v silicijevem bronu za ladijske in električne namene.
Predvidljivi stroški, ker se s kovinskimi razredi silicija trguje po objavljenih specifikacijah in ne po lastniških sestavah.
Pogosto zastavljena vprašanja
V: Kako se kovinski silicij uporablja v naprednih aplikacijah zlitin?
O: Je vir silicija za aluminij-silicijeve livne zlitine, za ferosilicij, ki se uporablja pri izdelavi jekla, za elektrotehnično jeklo z nadzorovano upornostjo ter za silicijev bron in druge bakrove zlitine. V vsakem primeru spremeni trdnost, sposobnost ulivanja, odpornost proti koroziji ali magnetno izgubo.
V: Kakšne so prednosti silicija v aluminijastih ulitkih?
O: Silicij izboljša fluidnost in sposobnost ulivanja, zmanjša vroče trganje in poroznost zaradi krčenja, poveča odpornost proti obrabi in pomaga ohranjati nizko težo. Ta kombinacija je primerna za avtomobilska, vesoljska in elektronska ohišja.
V: Zakaj je elektrotehničnemu jeklu dodan silicij?
O: Silicij poveča električno upornost, kar zmanjša izgube zaradi vrtinčnih tokov v magnetnih jedrih. Zrnato usmerjeni razredi transformatorjev temeljijo na tem učinku, pri čemer je silicij običajno okoli 3 %, orientacija zrn pa je strogo nadzorovana.
V: Za kaj se uporablja silicijev bron?
O: Silicijeva bronasta, kot je C65500, se uporablja za pomorsko strojno opremo, komponente ventilov in črpalk, pritrdilne elemente in električne priključke, ker združuje uporabno moč z močno odpornostjo proti koroziji v sladki in slani vodi.
V: Kaj pomenijo ocene 553, 441, 3303 in 2202?
O: Številke zaporedoma izražajo največjo vsebnost železa, aluminija in kalcija. Nižje številke pomenijo strožji nadzor elementov v sledovih, kar je pomembno za uporabo v električnih, elektronskih in zlitinah z visokimi specifikacijami.
V: Ali lahko kovinski silicij nadomesti ferosilicij pri deoksidaciji jekla?
O: Lahko se uporabi kovinski silicij, vendar je ferosilicij običajno bolj ekonomičen in ga je lažje raztopiti za rutinsko deoksidacijo. Kovinski silicij je običajno izbran tam, kjer mora biti pobiranje železa omejeno ali je potrebna posebna preostala kemija.