Ledende jern og stål

I naturen er jern i forskellige forbindelser med ilt (FeO, Fd2O3 osv.). Det er ekstremt vanskeligt at isolere kemisk rent jern fra disse forbindelser. Med hensyn til elektriske og magnetiske egenskaber er kemisk rent jern tæt på jern renset for urenheder ved den elektrolytiske metode (elektrolytisk jern). Den samlede mængde urenheder i elektrolytisk jern overstiger ikke 0,03%.

De vigtigste urenheder i jern er: oxygen (O2), nitrogen (N2), kulstof (C), svovl (C), phosphor (P), silicium (Si), mangan (Mn) og nogle andre. De fleste urenheder kommer ind i jern fra malm og brændstof.

Silicium og mangan indføres specifikt i jern som deoxidationsmidler. De kombineres let med ilt og danner oxider, som i smeltet jern (stål) flyder til overfladen i form af slagger og fjernes. Dette forbedrer stålets mekaniske egenskaber, men ved at forblive i en lille mængde i stålet reducerer de dets elektriske ledningsevne.

Svovl og fosfor er skadelige urenheder. Når de kommer ind i jern og stål fra malm og brændsel, forårsager de skørhed af stål.Gasser (nitrogen og oxygen) er også skadelige urenheder, da de forringer de elektriske og magnetiske egenskaber af jern og stål.

En urenhed, der kraftigt reducerer jerns elektriske ledningsevne, er kulstof. Legeringer af jern med kulstof kaldes stål. Udover kulstof indeholder stål også andre grundstoffer, der indføres specifikt for at opnå bestemte egenskaber (legeringselementer).

De tekniske kvaliteter af jern er stål med lavt kulstofindhold, hvis kulstofindhold varierer fra 0,01 til 0,1%. I konstruktionsstål er kulstof indeholdt i en mængde fra 0,07 til 0,7%, og i værktøj og andre specialstål (legeret) - fra 0,7 til 1,7%.

Jern og stål — de billigste og mest tilgængelige ledende materialer med høj mekanisk trækstyrke, men deres anvendelse er begrænset af følgende ulemper.

Jern og stål har lav korrosionsbestandighed, det vil sige, at de let oxideres i luften - de ruster. Derudover har de en hævet modstand (p = 0,13 — 0,14 ohm x mm2 / m) sammenlignet med kobber og aluminium. Jern og ståls elektriske modstand mod vekselstrøm stiger meget, fordi jern og stål er det magnetiske materialer… Derfor skifter strømmen stort set fra den midterste del af lederen til dens overflade (overfladeeffekt).

For at reducere denne effekt og størrelsen af ​​elektrisk modstand mod vekselstrøm forsøger de at bruge stål med den lavest mulige magnetiske permeabilitet.

Til fremstilling af ståltråd anvendes stål med et kulstofindhold på 0,10 til 0,15%, som har følgende egenskaber: massefylde 7,8 g / cm3, smeltepunkt 1392 — 1400ОС, maksimal trækstyrke 55 — 70 kg / mm2, relativ forlængelse 4 — 5 %, modstand 0,135 — 146 ohm hmm2/m, temperaturkoefficient for modstand α = +0,0057 1 / °C.

For at beskytte dem mod atmosfærisk korrosion er ståltrådene dækket med et tyndt lag kobber eller zink (0,016 - 0,020 mm).

Ståltråd og stænger bruges også som kerner i bimetalliske ledningergiver betydelige besparelser i ledende kobber. Bimetalliske ledere bruges i elektriske apparater (kniv nøgler, kontaktorer osv.).

Ris. 1. Tværsnit af en bimetallisk tråd

Ris. 2. Tværsnit af bimetallisk stål-aluminiumtråd: 1 — aluminiumtråd, 2 — ståltråd

Galvaniseret ståltråd med høj mekanisk trækstyrke (130 — 170 kg / mm2) anvendes som kerner i stål-aluminiumstråde for at øge deres mekaniske trækstyrke.