Vodivé železo a oceľ

V prírode je železo v rôznych zlúčeninách s kyslíkom (FeO, Fd2O3 atď.). Z týchto zlúčenín je mimoriadne ťažké izolovať chemicky čisté železo. Z hľadiska elektrických a magnetických vlastností je chemicky čisté železo blízke železu očistenému od nečistôt elektrolytickou metódou (elektrolytické železo). Celkové množstvo nečistôt v elektrolytickom železe nepresahuje 0,03%.

Hlavné nečistoty v železe sú: kyslík (O2), dusík (N2), uhlík (C), síra (C), fosfor (P), kremík (Si), mangán (Mn) a niektoré ďalšie. Väčšina nečistôt vstupuje do železa z rudy a paliva.

Kremík a mangán sa špecificky zavádzajú do železa ako deoxidačné činidlá. Ľahko sa spájajú s kyslíkom a vytvárajú oxidy, ktoré v roztavenom železe (ocele) vyplávajú na povrch vo forme trosky a sú odstránené. To zlepšuje mechanické vlastnosti ocelí, ale zostávajúce v malom množstve v oceli znižujú jej elektrickú vodivosť.

Síra a fosfor sú škodlivé nečistoty. Dostávajú sa do železa a ocele z rudy a paliva, spôsobujú krehnutie ocelí.Plyny (dusík a kyslík) sú tiež škodlivé nečistoty, pretože zhoršujú elektrické a magnetické vlastnosti železa a ocele.

Nečistotou, ktorá prudko znižuje elektrickú vodivosť železa, je uhlík. Zliatiny železa s uhlíkom sa nazývajú ocele. Okrem uhlíka obsahujú ocele aj ďalšie prvky, ktoré sa zavádzajú špeciálne na získanie určitých vlastností (legujúce prvky).

Technické vlastnosti železa sú nízkouhlíkové ocele, ktorých obsah uhlíka sa pohybuje od 0,01 do 0,1%. V konštrukčných oceliach je uhlík obsiahnutý v množstve od 0,07 do 0,7% av nástrojových a iných špeciálnych (legovaných) oceliach - od 0,7 do 1,7%.

Železo a oceľ — najlacnejšie a najdostupnejšie vodivé materiály s vysokou mechanickou pevnosťou v ťahu, ale ich použitie je obmedzené nasledujúcimi nevýhodami.

Železo a oceľ majú nízku odolnosť proti korózii, to znamená, že sa na vzduchu ľahko oxidujú – hrdzavejú. Okrem toho majú zvýšenú odpor (p = 0,13 — 0,14 ohmov x mm2 / m) v porovnaní s meďou a hliníkom. Elektrický odpor železa a ocele voči striedavému prúdu sa výrazne zvyšuje, pretože železo a oceľ sú magnetické materiály… Preto sa prúd vo veľkej miere presúva zo strednej časti vodiča na jeho povrch (povrchový efekt).

Na zníženie tohto efektu a veľkosti elektrického odporu voči striedavému prúdu sa snažia používať ocele s čo najnižšou magnetickou permeabilitou.

Na výrobu oceľového drôtu sa používa oceľ s obsahom uhlíka 0,10 až 0,15 %, ktorá má tieto vlastnosti: hustota 7,8 g / cm3, bod topenia 1392 — 1400ОС, maximálna pevnosť v ťahu 55 — 70 kg / mm2, relatívne predĺženie 4 — 5 %, odpor 0,135 — 146 ohm hmm2 / m, teplotný koeficient odporu a = +0,0057 1/°C.

Na ochranu pred atmosférickou koróziou sú oceľové drôty pokryté tenkou vrstvou medi alebo zinku (0,016 — 0,020 mm).

Ako jadrá sa používajú aj oceľové drôty a tyče bimetalové drôtyposkytuje významné úspory vodivej medi. Bimetalové vodiče sa používajú v elektrických zariadeniach (kľúče od noža, stýkače atď.).

Ryža. 1. Prierez bimetalového drôtu

Ryža. 2. Prierez bimetalického oceľovo-hliníkového drôtu: 1 — hliníkový drôt, 2 — oceľový drôt

Pozinkovaný oceľový drôt s vysokou mechanickou pevnosťou v ťahu (130 – 170 kg / mm2) sa používa ako jadro oceľovo-hliníkových drôtov na zvýšenie ich mechanickej pevnosti v ťahu.