Ledande järn och stål

I naturen finns järn i olika föreningar med syre (FeO, Fd2O3, etc.). Det är extremt svårt att isolera kemiskt rent järn från dessa föreningar. När det gäller elektriska och magnetiska egenskaper är kemiskt rent järn nära järn som renats från föroreningar med den elektrolytiska metoden (elektrolytiskt järn). Den totala mängden föroreningar i elektrolytiskt järn överstiger inte 0,03 %.

De huvudsakliga föroreningarna i järn är: syre (O2), kväve (N2), kol (C), svavel (C), fosfor (P), kisel (Si), mangan (Mn) och några andra. De flesta föroreningar kommer in i järn från malm och bränsle.

Kisel och mangan införs specifikt i järn som deoxidationsmedel. De kombineras lätt med syre och bildar oxider, som i smält järn (stål) flyter upp till ytan i form av slagg och avlägsnas. Detta förbättrar de mekaniska egenskaperna hos stål, men om de förblir i en liten mängd i stålet minskar de dess elektriska ledningsförmåga.

Svavel och fosfor är skadliga föroreningar. Att komma in i järn och stål från malm och bränsle, orsakar försprödning av stål.Gaser (kväve och syre) är också skadliga föroreningar, eftersom de försämrar de elektriska och magnetiska egenskaperna hos järn och stål.

En förorening som kraftigt minskar järns elektriska ledningsförmåga är kol. Legeringar av järn med kol kallas stål. Förutom kol innehåller stål även andra grundämnen som introduceras specifikt för att erhålla vissa egenskaper (legeringselement).

Järns tekniska egenskaper är lågkolhaltiga stål, vars kolhalt varierar från 0,01 till 0,1 %. I konstruktionsstål finns kol i en mängd från 0,07 till 0,7%, och i verktyg och andra specialstål (legerade) - från 0,7 till 1,7%.

Järn och stål — de billigaste och mest tillgängliga ledande materialen med hög mekanisk draghållfasthet, men deras användning begränsas av följande nackdelar.

Järn och stål har låg korrosionsbeständighet, det vill säga de oxideras lätt i luften - de rostar. Dessutom har de en upphöjd motstånd (p = 0,13 — 0,14 ohm x mm2 / m) jämfört med koppar och aluminium. Järns och stålets elektriska motstånd mot växelström ökar kraftigt eftersom järn och stål är det magnetiska material… Därför skiftar strömmen till stor del från mitten av ledaren till dess yta (yteffekt).

För att minska denna effekt och storleken på elektriskt motstånd mot växelström försöker de använda stål med lägsta möjliga magnetiska permeabilitet.

För tillverkning av ståltråd används stål med en kolhalt på 0,10 till 0,15%, som har följande egenskaper: densitet 7,8 g / cm3, smältpunkt 1392 - 1400ОС, maximal draghållfasthet 55 - 70 kg / mm2, relativ töjning 4 — 5 %, motstånd 0,135 — 146 ohm hmm2/m, temperaturkoefficient för motstånd α = +0,0057 1/°C.

För att skydda dem från atmosfärisk korrosion är ståltrådarna täckta med ett tunt lager av koppar eller zink (0,016 - 0,020 mm).

Ståltråd och stänger används också som kärnor i bimetalltrådarger betydande besparingar i ledande koppar. Bimetallledare används i elektriska apparater (kniv nycklar, kontaktorer etc.).

Ris. 1. Tvärsnitt av en bimetalltråd

Ris. 2. Tvärsnitt av bimetallisk stål-aluminiumtråd: 1 — aluminiumtråd, 2 — ståltråd

Galvaniserad ståltråd med hög mekanisk draghållfasthet (130 — 170 kg / mm2) används som kärnor i stål-aluminiumtrådar för att öka deras mekaniska draghållfasthet.