Металевий кремній є основною сировиною для алюмінієвих сплавів, силіконів і напівпровідникового кремнію, а також сам по собі є легуючим елементом. Як контрольована легуюча добавка, кремній зміцнює та стабілізує метали, покращує лиття, додає стійкість до корозії та змінює магнітну та термічну реакцію. Ось чому металевий кремній і феросиліцій з’являються в специфікаціях на компоненти з литого алюмінію, виробництво сталі, сердечники трансформаторів і обладнання з мідних сплавів.
Металевий кремній як легуючий елемент
Кремній легко розчиняється в системах на основі алюмінію, заліза, міді та нікелю. В алюмінії він знижує діапазон плавлення та покращує плинність, дозволяючи заповнювати тонкі та складні виливки. У сталі та чавуні він діє як розкислювач і зміцнювач твердого розчину, підвищуючи твердість і питомий електричний опір. У міді він утворює тверді інтерметалічні фази, які збільшують міцність, зберігаючи відмінну стійкість до корозії. У кожному випадку користь залежить від рівня додавання, тому клас і доза встановлюються на основі цільової властивості, а не додаються без розбору.
Алюмінієві-кремнієві сплави для легких виливків
Алюмінієво-силіконова система є основою алюмінієвого лиття. A356, сплав AlSi7Mg із вмістом Si від 6,5 до 7,5%, використовується для гравітаційного лиття коліс і структурних компонентів. AlSi10Mg із вмістом кремнію від 9,0 до 11,0% використовується для лиття під тиском і виробництва металевих добавок. ADC12 із вмістом кремнію від 9,6 до 12,0 % — це робоча конячка для великогабаритних литих під тиском корпусів і кришок. Кремній покращує ливарність, пригнічує гарячий розрив, зменшує усадкову пористість і підвищує зносостійкість, тоді як низька щільність основного металу, близько 2,7 г/см3, зберігає легкість компонентів. Таким чином, ці сплави є стандартними для автомобільних двигунів і деталей трансмісії, аерокосмічних кронштейнів і електронних корпусів.
Кремній у сталеливарній та електротехнічній сталі
У виробництві сталі класичним носієм кремнію є феросиліцій, з FeSi75 приблизно 75% Si, який широко використовується для розкислення та легування. Кремній видаляє розчинений кисень, покращує текучість розплаву та сприяє підвищенню твердості та стійкості до відпуску пружинної та інструментальної сталі. В електротехнічній сталі вміст кремнію приблизно від 0,5 до 3,5% збільшує питомий електричний опір і тим самим зменшує втрати на вихрові струми в сердечниках двигуна та генератора. Зерно{7}}орієнтовані сорти трансформаторів зазвичай містять близько 3 % Si з контрольованою орієнтацією зерна, щоб забезпечити низькі втрати в сердечнику вздовж напрямку прокатки. Вище цього рівня стрічка стає крихкою та її важко згортати, тому вміст кремнію завжди збалансований із магнітними характеристиками та технологічністю.
Застосування кремнієвої бронзи та мідних сплавів
Кремнієва бронза — це сімейство мідних сплавів, у яких кремній, як правило, з невеликою добавкою марганцю, забезпечує міцність і чудову стійкість до корозії. C65500, також відомий як CuSi3Mn1, містить приблизно від 2,8 до 3,8% Si та від 0,5 до 1,3% Mn і є стандартним вибором для морського обладнання, штоків клапанів, частин насоса та робочого колеса та електричних з’єднувачів. Сплав утворює захисну поверхневу плівку, яка протистоїть як прісній, так і солоній воді, а також добре працює на машинах і холоді. Кремній також використовується як модифікуюча добавка в алюмінієвих бронзах і спеціальних латунях, де він покращує структуру та покращує поведінку при зношуванні.
Оцінки, чистота та порядок упорядкування
| Оцінка | Fe макс | Al макс | Ca макс | Типове застосування |
|---|---|---|---|---|
| 553 | 0.5 % | 0.5 % | 0.3 % | Загальне легування та розкислення алюмінію |
| 441 | 0.4 % | 0.4 % | 0.1 % | Алюмінієві ливарні сплави та хімічне використання |
| 3303 | 0.3 % | 0.3 % | 0.03 % | Електротехнічна сталь і алюміній вищого сорту |
| 2202 | 0.2 % | 0.2 % | 0.02 % | Висока чистота та електронні програми |
клас:числове скорочення кодує максимальні рівні заліза, алюмінію та кальцію, тому 553 і 2202 відрізняються головним чином контролем мікроелементів, а не вмістом кремнію.
Розмір грудки:загальний розмір становить від 10 до 100 мм для завантаження в піч, з більш дрібним подрібненим розміром для обрізки ковша та порошком для спеціальних процесів.
Упаковка:великі мішки або сталеві бочки, сухі та герметичні, оскільки вбирання вологи впливає на якість розплаву та транспортування.
Документація:хімічний аналіз на партію, а для електричного чи електронного кінця використовується більш точний звіт про мікроелементи.
Легка міцність алюмінієвих-силіконових виливків без втрати здатності до лиття.
Розкислення та легування сталі, твердість підйому та стійкість до високих-температур.
Зменшення втрат в сердечнику в електротехнічній сталі завдяки підвищенню питомого опору.
Стійкість до корозії та оброблюваність кремнієвої бронзи для морських і електричних робіт.
Передбачувана вартість, оскільки марки металевого кремнію продаються відповідно до опублікованих специфікацій, а не за власними складами.
Часті запитання
З: Як металевий кремній використовується в складних сплавах?
A: Це джерело кремнію для алюмінієвих-кремнієвих ливарних сплавів, для феросиліцію, який використовується у виробництві сталі, для електротехнічної сталі з контрольованим питомим опором, а також для кремнієвої бронзи та інших мідних сплавів. У кожному разі змінюється міцність, здатність до лиття, корозійна стійкість або магнітні втрати.
З: Які переваги дає кремній в алюмінієвих виливках?
A: Силікон покращує текучість і ливарність, зменшує пористість при гарячому розриві та усадці, підвищує зносостійкість і допомагає підтримувати низьку вагу. Ця комбінація підходить для автомобільних, аерокосмічних та електронних корпусів.
З: Чому кремній додають до електротехнічної сталі?
Відповідь: Кремній підвищує питомий електричний опір, що знижує втрати на вихрові струми в магнітопроводах. Зерно{1}}орієнтовані сорти трансформаторів покладаються на цей ефект, із кремнієм зазвичай близько 3 %, а орієнтація зерна суворо контролюється.
З: Для чого використовується кремнієва бронза?
A: Силіконова бронза, така як C65500, використовується для морського обладнання, компонентів клапанів і насосів, кріплень і електричних роз’ємів, оскільки вона поєднує корисну міцність із високою стійкістю до корозії в прісній і солоній воді.
З: Що означають оцінки 553, 441, 3303 і 2202?
В: Цифри послідовно вказують на максимальний вміст заліза, алюмінію та кальцію. Менші цифри означають суворіший контроль мікроелементів, що важливо для використання в електриці, електроніці та сплавах із високими специфікаціями.
З: Чи може металевий кремній замінити феросиліцій для розкислення сталі?
A: Можна використовувати металевий кремній, але феросиліцій зазвичай більш економічний і його легше розчинити для звичайного розкислення. Металевий кремній, як правило, вибирається там, де поглинання заліза має бути обмеженим або потрібна певна залишкова хімія.