金属硅的性质与锗、铅、锡相近,所以叫做金属硅。
硅元素硅,原子序数14,原子量28.0855, 硅有晶态和无定形两种形式。晶态硅具有金刚石晶格,硬而脆,熔点1410°C,沸点2355°C,密度2.32~2.34克/厘米3,硬度为7。硅在钢中的作用:(1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。无定形硅是一种灰黑色粉末,实际是微晶体。晶态硅的电导率不及金属,且随温度升高而增加,具有明显的半导体性质。
硅在常温下不活泼,与空气、水和酸等没有明显作用;在冶金行业有种技术叫做“回炉”,而回炉是放入硅球可以大大减少回炉所耗费的成本问题,将炉内的材料更好的聚合,硅球具有球化剂、孕育剂的应用。在加热下,能与卤素反应生成四卤化硅;650°C,时硅开始与氧完全反应;硅单质在高温下还能与碳、氮、硫等非金属单质反应;硅可间接生成一系列硅的氢化物;硅还能与钙、镁、铁等化合,生成金属硅化物。
超纯的单晶硅可作半导体材料。粗的单晶硅及其金属互化物组成的合金,常被用来增强铝、镁、铜等金属的强度。
合金元素硅是一种非常重要的金属元素,在许多合金材料生产的时候都需要加合金元素硅,合金元素硅的使用可以改变合金材料中的性能,让许多合金材料性能更加优越和稳定。因此人们非常重视合金元素硅的使用,作为精密合金材料添加剂,硅合金元素使用也是非常有研究意义。硅锰合金里的硅和锰,与氧的亲和力较强,在炼钢中使用硅锰合金,产生的脱氧产物MnSiO3和MnSiO4熔分别是1270℃和1327℃,具有熔点低、颗粒大、容易上浮、脱氧效果好等优点。合金元素硅提高铁素体和奥氏体的硬度和强度,其作用较锰、镍、铬、钨、铝、钒等更强;提高钢的屈服强度和屈强比,并提高疲劳强度。此外硅的质量分数超过3%时,钢的塑性和韧性显著降低。
合金元素硅在普通低合金钢中可提高强度,改善局部腐蚀抗力,在调质钢中可提高淬透性和耐回火性,是多元合金结构中的主要合金组元之一。硅的质量分数为0.5%-2.8%的SiMn或 SiMnB钢广泛用于高载荷弹簧材料,同时加入钨、钒、钼、铌、铬等强碳化物形成元素。硅不形成碳化物,可强烈地促进碳的石墨化,在硅含量较高的中碳钢和高碳钢中,如不含有强碳化物形成元素,易在一定温度下发生石墨化。硅钢片是硅的质量分数为1.0%-4.5%的低碳钢和超低碳钢,用于电机和变压器。在不锈钢和耐蚀钢中,与钼、钨、铬、铝、钛、氮等配合,提高耐蚀性和抗高温氧化性能。用不锈钢和耐蚀钢制作的雕像经久如新。硅含量较高的石墨钢用于冷模具材料。
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