Провідникові залізо і сталь

У природі залізо знаходиться в різних з`єднаннях з киснем (FеО, Fе2O3 і ін.). Виділити хімічно чисте залізо з цих сполук дуже важко. За електронним і магнітними властивостями до хімічно чистого заліза наближається залізо, очищене від домішок електролітичним методом (електролітичне залізо). Загальна кількість домішок в електролітичному залозі не перевищує 0,03%.

Основними домішками в залозі є: кисень (О2), азот (N2), вуглець (С), сірка (S), фосфор (Р), кремній (Si), марганець (Мn) і деякі інші. Велика частина домішок потрапляють в залізо з руди і пального.

Кремній і марганець спеціально вводяться в залізо в якості розкислювачів. Вони просто з`єднуються з киснем і утворюють оксиди, які в розплавленому залізі (стали) спливають на поверхню у вигляді шлаку і видаляються. Цим покращують механічні характеристики сталей, але, залишаючись в невеликій кількості в стали, вони знижують її електропровідність.

Сірка і фосфор - шкідливі домішки. Потрапляючи в залізо і сталь з руди і пального, вони викликають крихкість сталей. Гази (азот і кисень) - теж шкідливі домішки, тому що вони погіршують електронні та магнітні властивості заліза і сталей.

Домішкою, різко знижує електропровідність заліза, є вуглець. Сплави заліза з вуглецем іменуються сталями. Крім вуглецю, в сталях містяться інші елементи, що вводяться спеціально з метою отримання тих чи інших параметрів (легуючі елементи).

Технічними сортами заліза є маловуглецеві стали, вміст вуглецю в яких становить від 0,01 до 0,1%. В конструкційних сталях вуглець міститься в кількості від 0,07 до 0,7%, а в інструментальних та інших особливих (легованих) сталях - від 0,7 до 1,7%.

Залізо і сталь - більш дешеві й доступні провідникові матеріали, які володіють високою механічною міцністю при розтягуванні, але їх застосування обмежується наступними недоліками.

Залізо і сталь мають низьку корозійну стійкість, т. Е. Вони просто окислюються на повітрі - іржавіють. Крім того, володіють завищеними питомим опором (р = 0,13 - 0,14 ом х мм 2 / м) в порівнянні з міддю і алюмінієм. Електричний опір у заліза і сталі на змінному струмі дуже зростає, так як залізо і сталь є магнітними матеріалами. Тому струм в основному витісняється з середньої частини дроти до його поверхні (поверхневий ефект).

Для зниження цього ефекту і величини електричного опору змінному струмі намагаються використовувати стали з може бути меншою величиною магнітної проникності.

Для виробництва металевого дроту використовують сталь з вмістом вуглецю від 0,10 до 0,15%, що володіє наступними якостями: щільністю 7,8 г / см3, температурою плавлення +1392 - 1400оС, межею міцності при розтягуванні 55 - 70 кг / мм2, відносним подовженням 4 - 5%, питомим опором 0,135 - 146 ом хмм2 / м, температурним коефіцієнтом опору α = +0,0057 1 / ° С.

Для захисту від атмосферної корозії залізні дроти покривають тонким шаром міді або цинку (0,016 - 0,020 мм).

Залізну дріт і шини використовують також як осердя в біметалевих провідниках, що забезпечують значну економію провідникової міді. Біметалічні провідники використовують в електронних апаратах (рубильники, контактори та ін.).

Мал. 1. Поперечний перетин біметалічні дроти

Мал. 2. Поперечний перетин біметалічного дроту сталеалюмінієвого дроти: 1 - алюмінієва дріт, 2 - залізний дріт

Залізна оцинкована дріт з великою механічною міцністю при розтягуванні (130 - 170 кг / мм 2) вживається як осердя в сталеалюмінієвих проводах для збільшення їх механічної міцності на розрив.

Школа для електрика