Siliziummetall ist der Grundrohstoff für Aluminiumlegierungen, Silikone und Halbleitersilizium und ist auch ein eigenständiges Legierungselement. Als kontrollierter Legierungszusatz stärkt und stabilisiert Silizium Metalle, verbessert das Gussverhalten, erhöht die Korrosionsbeständigkeit und verändert die magnetische und thermische Reaktion. Aus diesem Grund erscheinen Siliziummetall und Ferrosilizium in Spezifikationen für Aluminiumgusskomponenten, Stahlherstellung, Transformatorkerne und Hardware aus Kupferlegierungen.
Siliziummetall als Legierungselement
Silizium löst sich leicht in Systemen auf Aluminium-, Eisen-, Kupfer- und Nickelbasis. In Aluminium senkt es den Schmelzbereich und verbessert die Fließfähigkeit, sodass dünne und komplexe Gussteile gefüllt werden können. In Stahl und Gusseisen wirkt es als Desoxidationsmittel und Verfestiger fester Lösungen und erhöht die Härte und den elektrischen Widerstand. In Kupfer bildet es harte intermetallische Phasen, die die Festigkeit erhöhen und gleichzeitig eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit bewahren. In jedem Fall hängt der Nutzen von der Zugabemenge ab, daher werden Grad und Dosis anhand der Zieleigenschaft festgelegt und nicht wahllos hinzugefügt.
Aluminium-Siliziumlegierungen für leichte Gussteile
Das Aluminium-Siliziumsystem ist das Rückgrat des Aluminiumgusses. A356, eine AlSi7Mg-Legierung mit 6,5 bis 7,5 % Si, wird für im Schwerkraftguss gegossene Räder und Strukturbauteile verwendet. AlSi10Mg mit 9,0 bis 11,0 % Si dient dem Druckguss und der additiven Metallfertigung. ADC12 ist mit 9,6 bis 12,0 % Si ein Arbeitstier für großvolumige Druckgussgehäuse und -abdeckungen. Silizium verbessert die Gießbarkeit, unterdrückt Heißrisse, verringert die Schrumpfporosität und erhöht die Verschleißfestigkeit, während die geringe Dichte des Grundmetalls von etwa 2,7 g/cm3 dafür sorgt, dass die Bauteile leicht sind. Diese Legierungen sind daher Standard in Motor- und Getriebeteilen für Kraftfahrzeuge, Halterungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie und Elektronikgehäusen.
Silizium in der Stahlerzeugung und im Elektrostahl
Bei der Stahlherstellung ist Ferrosilizium der klassische Siliziumträger, wobei FeSi75 mit etwa 75 % Si häufig zur Desoxidation und Legierung verwendet wird. Silizium entfernt gelösten Sauerstoff, verbessert die Fließfähigkeit der Schmelze und trägt zur Härte und Anlassbeständigkeit von Feder- und Werkzeugstählen bei. In Elektrostahl erhöht ein Siliziumgehalt zwischen etwa 0,5 und 3,5 % den spezifischen elektrischen Widerstand und reduziert dadurch Wirbelstromverluste in Motor- und Generatorkernen. Kornorientierte Transformatorqualitäten enthalten typischerweise etwa 3 % Si mit kontrollierter Kornorientierung, um einen geringen Kernverlust entlang der Walzrichtung zu erzielen. Oberhalb dieses Wertes wird das Band spröde und schwer zu walzen, sodass der Siliziumgehalt immer im Verhältnis zur magnetischen Leistung und Herstellbarkeit steht.
Anwendungen aus Siliziumbronze und Kupferlegierungen
Siliziumbronze ist eine Kupferlegierungsfamilie, in der Silizium, meist mit einem geringen Manganzusatz, für Festigkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit sorgt. C65500, auch bekannt als CuSi3Mn1, enthält etwa 2,8 bis 3,8 % Si und 0,5 bis 1,3 % Mn und ist eine Standardwahl für Schiffszubehör, Ventilschäfte, Pumpen- und Laufradteile sowie elektrische Anschlüsse. Die Legierung bildet einen schützenden Oberflächenfilm, der sowohl Süß- als auch Salzwasser widersteht und sich gut maschinell und kalt bearbeiten lässt. Silizium wird auch als modifizierender Zusatz in Aluminiumbronzen und Sondermessingen eingesetzt, wo es das Gefüge verfeinert und das Verschleißverhalten verbessert.
Überlegungen zu Sorten, Reinheit und Bestellung
| Grad | Fe max | Al max | Ca max | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|---|
| 553 | 0.5 % | 0.5 % | 0.3 % | Allgemeines Legieren und Desoxidieren von Aluminium |
| 441 | 0.4 % | 0.4 % | 0.1 % | Aluminiumgusslegierungen und chemische Verwendung |
| 3303 | 0.3 % | 0.3 % | 0.03 % | Elektrostahl und höherwertiges Aluminium |
| 2202 | 0.2 % | 0.2 % | 0.02 % | Hochreine und elektronische Anwendungen |
Grad:Die Zahlenkürzel kodieren den maximalen Eisen-, Aluminium- und Kalziumgehalt, daher unterscheiden sich 553 und 2202 hauptsächlich in der Spurenelementkontrolle und nicht im Siliziumgehalt.
Klumpengröße:Die übliche Körnung liegt bei 10 bis 100 mm für die Ofenbeschickung, mit feiner zerkleinerter Körnung für das Beschneiden von Pfannen und Pulver für spezielle Prozesse.
Verpackung:Jumbo-Beutel oder Stahlfässer, trocken und verschlossen, da Feuchtigkeitsaufnahme die Qualität und Handhabung der Schmelze beeinträchtigt.
Dokumentation:chemische Analyse pro Charge und für elektrische oder elektronische Endanwendungen ein genauerer Spurenelementbericht.
Leichte Festigkeit in Aluminium--Siliziumgussteilen ohne Einbußen bei der Gießbarkeit.
Desoxidation und Legierung in Stahl, Erhöhung der Härte und Hochtemperaturstabilität.
Geringerer Kernverlust im Elektrostahl durch erhöhten spezifischen Widerstand.
Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit von Siliziumbronze für Schiffs- und Elektroanwendungen.
Vorhersehbare Kosten, da Siliziummetallqualitäten nach veröffentlichten Spezifikationen und nicht nach proprietären Zusammensetzungen gehandelt werden.
Häufig gestellte Fragen
F: Wie wird Siliziummetall in fortschrittlichen Legierungsanwendungen verwendet?
A: Es ist die Siliziumquelle für Aluminium-Silizium-Gusslegierungen, für Ferrosilizium zur Stahlherstellung, für Elektrostahl mit kontrolliertem spezifischem Widerstand sowie für Siliziumbronze und andere Kupferlegierungen. In jedem Fall verändert es Festigkeit, Gießbarkeit, Korrosionsbeständigkeit oder magnetischen Verlust.
F: Welche Vorteile bietet Silizium in Aluminiumgussteilen?
A: Silizium verbessert die Fließfähigkeit und Gießbarkeit, verringert Heißriss und Schrumpfporosität, erhöht die Verschleißfestigkeit und trägt dazu bei, das Gewicht niedrig zu halten. Diese Kombination eignet sich für Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Elektronikgehäuse.
F: Warum wird Elektrostahl Silizium zugesetzt?
A: Silizium erhöht den elektrischen Widerstand, was die Wirbelstromverluste in Magnetkernen verringert. Kornorientierte Transformatorqualitäten basieren auf diesem Effekt, wobei der Siliziumgehalt normalerweise bei etwa 3 % liegt und die Kornorientierung streng kontrolliert wird.
F: Wofür wird Siliziumbronze verwendet?
A: Siliziumbronze wie C65500 wird für Schiffszubehör, Ventil- und Pumpenkomponenten, Befestigungselemente und elektrische Anschlüsse verwendet, da es nützliche Festigkeit mit starker Beständigkeit gegen Süß- und Salzwasserkorrosion verbindet.
F: Was bedeuten die Noten 553, 441, 3303 und 2202?
A: Die Ziffern geben der Reihe nach den maximalen Eisen-, Aluminium- und Kalziumgehalt an. Niedrigere Zahlen bedeuten eine strengere Spurenelementkontrolle, was für elektrische, elektronische und hochspezialisierte Legierungsanwendungen wichtig ist.
F: Kann Siliziummetall Ferrosilizium bei der Desoxidation von Stahl ersetzen?
A: Siliziummetall kann verwendet werden, aber Ferrosilizium ist normalerweise wirtschaftlicher und lässt sich für die routinemäßige Desoxidation leichter auflösen. Siliziummetall wird in der Regel dort gewählt, wo die Eisenaufnahme begrenzt werden muss oder eine bestimmte Restchemie erforderlich ist.