Ledende jern og stål

I naturen er jern i ulike forbindelser med oksygen (FeO, Fd2O3, etc.). Det er ekstremt vanskelig å isolere kjemisk rent jern fra disse forbindelsene. Når det gjelder elektriske og magnetiske egenskaper, er kjemisk rent jern nær jern renset fra urenheter ved elektrolytisk metode (elektrolytisk jern). Den totale mengden urenheter i elektrolytisk jern overstiger ikke 0,03%.

De viktigste urenhetene i jern er: oksygen (O2), nitrogen (N2), karbon (C), svovel (C), fosfor (P), silisium (Si), mangan (Mn) og noen andre. De fleste urenheter kommer inn i jern fra malm og brensel.

Silisium og mangan er spesifikt introdusert i jern som deoksideringsmidler. De kombineres lett med oksygen og danner oksider, som i smeltet jern (stål) flyter til overflaten i form av slagg og fjernes. Dette forbedrer de mekaniske egenskapene til stål, men ved å forbli i en liten mengde i stålet reduserer de dets elektriske ledningsevne.

Svovel og fosfor er skadelige urenheter. Når de kommer inn i jern og stål fra malm og brensel, forårsaker de sprøhet av stål.Gasser (nitrogen og oksygen) er også skadelige urenheter, da de forringer de elektriske og magnetiske egenskapene til jern og stål.

En urenhet som kraftig reduserer den elektriske ledningsevnen til jern er karbon. Legeringer av jern med karbon kalles stål. I tillegg til karbon inneholder stål også andre elementer som introduseres spesielt for å oppnå visse egenskaper (legeringselementer).

De tekniske egenskapene til jern er lavkarbonstål, hvis karboninnhold varierer fra 0,01 til 0,1%. I konstruksjonsstål er karbon inneholdt i en mengde fra 0,07 til 0,7%, og i verktøy og andre spesielle (legerte) stål - fra 0,7 til 1,7%.

Jern og stål — de billigste og mest tilgjengelige ledende materialene med høy mekanisk strekkfasthet, men deres bruk er begrenset av følgende ulemper.

Jern og stål har lav korrosjonsmotstand, det vil si at de lett oksideres i luften - de ruster. I tillegg har de en hevet motstand (p = 0,13 — 0,14 ohm x mm2 / m) sammenlignet med kobber og aluminium. Den elektriske motstanden til jern og stål mot vekselstrøm øker sterkt fordi jern og stål er det magnetiske materialer… Derfor skifter strømmen i stor grad fra den midtre delen av lederen til dens overflate (overflateeffekt).

For å redusere denne effekten og størrelsen på elektrisk motstand mot vekselstrøm prøver de å bruke stål med lavest mulig magnetisk permeabilitet.

For produksjon av ståltråd brukes stål med et karboninnhold på 0,10 til 0,15%, som har følgende egenskaper: tetthet 7,8 g / cm3, smeltepunkt 1392 - 1400ОС, maksimal strekkfasthet 55 - 70 kg / mm2, relativ forlengelse 4 — 5 %, motstand 0,135 — 146 ohm hmm2/m, temperaturkoeffisient for motstand α = +0,0057 1 / ° C.

For å beskytte dem mot atmosfærisk korrosjon er ståltrådene dekket med et tynt lag kobber eller sink (0,016 - 0,020 mm).

Ståltråd og stenger brukes også som kjerner i bimetalltrådergir betydelige besparelser i ledende kobber. Bimetallledere brukes i elektriske enheter (knivnøkler, kontaktorer osv.).

Ris. 1. Tverrsnitt av en bimetalltråd

Ris. 2. Tverrsnitt av bimetallisk stål-aluminiumstråd: 1 — aluminiumstråd, 2 — ståltråd

Galvanisert ståltråd med høy mekanisk strekkfasthet (130 — 170 kg / mm2) brukes som kjerner i stål-aluminiumstråder for å øke deres mekaniske strekkfasthet.