מתכת סיליקון היא חומר הזנה הבסיסי לסגסוגות אלומיניום, סיליקונים וסיליקון בדרגת מוליכים למחצה, והיא גם אלמנט מתג בפני עצמו. כתוספת סגסוגת מבוקרת, סיליקון מחזק ומייצב מתכות, משפר את התנהגות היציקה, מוסיף עמידות בפני קורוזיה ומשנה תגובה מגנטית ותרמית. זו הסיבה שמתכת סיליקון ופרוזיליקון מופיעים במפרטים עבור רכיבי אלומיניום יצוק, ייצור פלדה, ליבות שנאים וחומרי סגסוגת נחושת.
מתכת סיליקון כאלמנט סגסוגת
סיליקון מתמוסס בקלות במערכות מבוססות אלומיניום, ברזל, נחושת וניקל. באלומיניום הוא מוריד את טווח ההיתוך ומשפר את הנזילות, ומאפשר מילוי יציקות דקות ומורכבות. בפלדה ובברזל יצוק הוא פועל כמסיר חמצון ומחזק תמיסה מוצקה, מעלה את הקשיות ואת ההתנגדות החשמלית. בנחושת הוא יוצר שלבים בין-מתכתיים קשים המגבירים את החוזק תוך שמירה על עמידות מצוינת בפני קורוזיה. בכל מקרה התועלת תלויה ברמת התוספת, ולכן הציון והמינון נקבעים מתוך תכונת היעד ולא מתווספים ללא הבחנה.
אלומיניום-סגסוגות סיליקון ליציקות קלות משקל
מערכת הסיליקון האלומיניום- היא עמוד השדרה של יציקת אלומיניום. A356, סגסוגת AlSi7Mg עם 6.5 עד 7.5% Si, משמשת לגלגלים יצוקים בכבידה ולרכיבים מבניים. AlSi10Mg, עם 9.0 עד 11.0% Si, משרת יציקה בלחץ וייצור תוספי מתכת. ADC12, עם 9.6 עד 12.0% Si, הוא סוס עבודה עבור בתי יציקה וכיסויים בנפח גבוה. סיליקון משפר את יכולת היציקה, מדכא קריעה חמה, מפחית את נקבוביות ההתכווצות ומעלה את עמידות הבלאי, בעוד שהצפיפות הנמוכה של המתכת הבסיסית, כ-2.7 גרם/סמ"ק, שומרת על רכיבים קלים. לכן סגסוגות אלו הן סטנדרטיות בחלקי מנוע ותיבת הילוכים, בסוגריים לתעופה וחלל ובמארזים אלקטרוניים.
סיליקון בייצור פלדה ופלדת חשמל
בייצור פלדה, נושא הסיליקון הקלאסי הוא פרוסיליקון, כאשר FeSi75 בשיעור של כ-75% Si נמצא בשימוש נרחב לניקוי חמצון וסגסוגת. הסיליקון מסיר חמצן מומס, משפר את נזילות ההיתוך ותורם לקשיות והתנגדות לחסום בפלדות קפיץ וכלי עבודה. בפלדה חשמלית, תכולת סיליקון בין בערך 0.5 ל-3.5% מגבירה את ההתנגדות החשמלית ובכך מפחיתה את הפסדי זרם המערבולת בליבות המנוע והגנרטור. דרגות שנאי מוכווני-גרגרים נושאות בדרך כלל כ-3% Si עם כיוון גרגר מבוקר כדי להעניק אובדן ליבה נמוך לאורך כיוון הגלגול. מעל לרמה זו הרצועה הופכת שבירה וקשה לגלגול, כך שתכולת הסיליקון תמיד מאוזנת מול ביצועים מגנטיים ויכולת ייצור.
יישומי סיליקון ברונזה וסגסוגת נחושת
סיליקון ברונזה היא משפחת סגסוגות נחושת שבה סיליקון, בדרך כלל עם תוספת מנגן קטנה, מספק חוזק בתוספת עמידות יוצאת דופן בפני קורוזיה. C65500, הידוע גם בשם CuSi3Mn1, מכיל בערך 2.8 עד 3.8% Si ו-0.5 עד 1.3% Mn והוא בחירה סטנדרטית עבור חומרה ימית, גזעי שסתומים, חלקי משאבה ואימפלר ומחברים חשמליים. הסגסוגת יוצרת סרט משטח מגן המתנגד גם למים מתוקים וגם למים מלוחים, וזה מכונות וקור עובד היטב. הסיליקון משמש גם כתוספת משנה בברונזה מאלומיניום ובפליז מיוחד, שם הוא מעדן את המבנה ומשפר את התנהגות הבלאי.
ציונים, טוהר ושיקולי סדר
| צִיוּן | Fe max | אל מקסימום | מקסימום | יישום טיפוסי |
|---|---|---|---|---|
| 553 | 0.5 % | 0.5 % | 0.3 % | סגסוגת אלומיניום כללית והסרת חמצון |
| 441 | 0.4 % | 0.4 % | 0.1 % | סגסוגות יציקת אלומיניום ושימוש כימי |
| 3303 | 0.3 % | 0.3 % | 0.03 % | פלדת חשמל ואלומיניום בדרגה גבוהה יותר |
| 2202 | 0.2 % | 0.2 % | 0.02 % | טוהר גבוה ויישומים אלקטרוניים |
צִיוּן:הקיצור המספרי מקודד את רמות הברזל, האלומיניום והסידן המקסימליות, כך ש-553 ו-2202 נבדלים בעיקר בשליטה על יסודות קורט ולא בתכולת הסיליקון.
גודל גוש:גודל נפוץ הוא 10 עד 100 מ"מ לטעינת תנור, עם גדלים מרוסקים עדינים יותר לחיזור מצקת ואבקה לתהליכים מיוחדים.
אריזה:שקיות ג'מבו או תופי פלדה, יבשים ואטומים, מכיוון שאיסוף הלחות משפיע על איכות ההיתוך והטיפול.
תיעוד:ניתוח כימי למגרש, ולשימושים חשמליים או אלקטרוניים, דוח יסודות קורט הדוק יותר.
חוזק קל משקל ביציקות אלומיניום-סיליקון מבלי לאבד את יכולת היציקה.
הסרת חמצון וסגסוגת בפלדה, הרמת קשיות ויציבות-בטמפרטורה גבוהה.
אובדן ליבה נמוך יותר בפלדה חשמלית באמצעות התנגדות מוגברת.
עמידות בפני קורוזיה ועיבוד בברונזה סיליקון לשימוש ימי וחשמלי.
עלות צפויה, מכיוון שציוני מתכת סיליקון נסחרים על פי מפרטים שפורסמו ולא על קומפוזיציות קנייניות.
שאלות נפוצות
ש: כיצד משתמשים במתכת סיליקון ביישומי סגסוגת מתקדמים?
ת: זהו מקור הסיליקון לסגסוגות יציקת סיליקון אלומיניום-, עבור פרוסיליקון המשמש בייצור פלדה, עבור פלדה חשמלית עם התנגדות מבוקרת, ולברונזה סיליקון וסגסוגות נחושת אחרות. בכל מקרה הוא משנה חוזק, יציקות, עמידות בפני קורוזיה או אובדן מגנטי.
ש: איזו תועלת מספק סיליקון ביציקות אלומיניום?
ת: סיליקון משפר את הנזילות והיציקה, מפחית קריעה חמה והתכווצות נקבוביות, מגביר את עמידות הבלאי ועוזר לשמור על משקל נמוך. השילוב הזה מתאים לבתי רכב, תעופה וחלל ואלקטרוניקה.
ש: מדוע מוסיפים סיליקון לפלדה חשמלית?
ת: סיליקון מעלה את ההתנגדות החשמלית, מה שמוריד את הפסדי זרם המערבולת בליבות מגנטיות. דרגות שנאי-מוכווני גרגרים מסתמכות על האפקט הזה, עם סיליקון בדרך כלל בסביבות 3% וכיוון התבואה נשלט בקפידה.
ש: למה משמש ברונזה סיליקון?
ת: ברונזה סיליקון כגון C65500 משמש עבור חומרה ימית, רכיבי שסתומים ומשאבה, מחברים ומחברים חשמליים, מכיוון שהוא משלב חוזק שימושי עם עמידות חזקה בפני קורוזיה של מים מתוקים ומלוחים.
ש: מה המשמעות של הציונים 553, 441, 3303 ו-2202?
ת: הספרות מבטאות תכולת ברזל, אלומיניום וסידן מקסימלית ברצף. מספרים נמוכים יותר פירושם בקרת יסודות קורט הדוקה יותר, מה שחשוב לשימושים חשמליים, אלקטרוניים וסגסוגות עם מפרט גבוה.
ש: האם מתכת סיליקון יכולה להחליף סיליקון פרוסיליקון לסילוק חמצון של פלדה?
ת: ניתן להשתמש במתכת סיליקון, אבל פרוסיליקון הוא בדרך כלל חסכוני יותר וקל יותר להמסה לצורך ניקוי חמצון שגרתי. מתכת סיליקון נוטה להיבחר במקום שבו יש להגביל את איסוף הברזל או שיש צורך בכימיה ספציפית.