Αγώγιμο σίδηρο και χάλυβα

Στη φύση, ο σίδηρος βρίσκεται σε διάφορες ενώσεις με το οξυγόνο (FeO, Fd2O3 κ.λπ.). Είναι εξαιρετικά δύσκολο να απομονωθεί ο χημικά καθαρός σίδηρος από αυτές τις ενώσεις. Όσον αφορά τις ηλεκτρικές και μαγνητικές ιδιότητες, ο χημικά καθαρός σίδηρος είναι κοντά στον σίδηρο που καθαρίζεται από ακαθαρσίες με την ηλεκτρολυτική μέθοδο (ηλεκτρολυτικό σίδηρο). Η συνολική ποσότητα ακαθαρσιών στον ηλεκτρολυτικό σίδηρο δεν υπερβαίνει το 0,03%.

Οι κύριες ακαθαρσίες στο σίδηρο είναι: οξυγόνο (O2), άζωτο (N2), άνθρακας (C), θείο (C), φώσφορος (P), πυρίτιο (Si), μαγγάνιο (Mn) και μερικές άλλες. Οι περισσότερες ακαθαρσίες εισέρχονται στον σίδηρο από το μετάλλευμα και τα καύσιμα.

Το πυρίτιο και το μαγγάνιο εισάγονται ειδικά στον σίδηρο ως αποοξειδωτές. Συνδυάζονται εύκολα με το οξυγόνο και σχηματίζουν οξείδια, τα οποία σε λιωμένο σίδηρο (χάλυβας) επιπλέουν στην επιφάνεια με τη μορφή σκωρίας και απομακρύνονται. Αυτό βελτιώνει τις μηχανικές ιδιότητες των χάλυβα, αλλά, παραμένοντας σε μικρή ποσότητα στον χάλυβα, μειώνουν την ηλεκτρική του αγωγιμότητα.

Το θείο και ο φώσφορος είναι επιβλαβείς ακαθαρσίες. Εισχωρώντας σε σίδηρο και χάλυβα από μετάλλευμα και καύσιμα, προκαλούν ευθραυστότητα των χάλυβων.Τα αέρια (άζωτο και οξυγόνο) είναι επίσης επιβλαβείς ακαθαρσίες, καθώς αλλοιώνουν τις ηλεκτρικές και μαγνητικές ιδιότητες του σιδήρου και του χάλυβα.

Μια ακαθαρσία που μειώνει απότομα την ηλεκτρική αγωγιμότητα του σιδήρου είναι ο άνθρακας. Τα κράματα σιδήρου με άνθρακα ονομάζονται χάλυβες. Εκτός από τον άνθρακα, οι χάλυβες περιέχουν και άλλα στοιχεία που εισάγονται ειδικά για την απόκτηση ορισμένων ιδιοτήτων (στοιχεία κράματος).

Οι τεχνικές ιδιότητες του σιδήρου είναι χάλυβες χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, η περιεκτικότητα σε άνθρακα των οποίων κυμαίνεται από 0,01 έως 0,1%. Στους δομικούς χάλυβες, ο άνθρακας περιέχεται σε ποσότητα από 0,07 έως 0,7%, και σε χάλυβες εργαλείων και άλλους ειδικούς (κράμα) χάλυβες - από 0,7 έως 1,7%.

Σίδηρος και χάλυβας — τα φθηνότερα και πιο προσιτά αγώγιμα υλικά με υψηλή μηχανική αντοχή σε εφελκυσμό, αλλά η χρήση τους περιορίζεται από τα ακόλουθα μειονεκτήματα.

Ο σίδηρος και ο χάλυβας έχουν χαμηλή αντοχή στη διάβρωση, δηλαδή οξειδώνονται εύκολα στον αέρα — σκουριάζουν. Επιπλέον, έχουν αυξηθεί αντίσταση (p = 0,13 — 0,14 ohms x mm2 / m) σε σύγκριση με τον χαλκό και το αλουμίνιο. Η ηλεκτρική αντίσταση του σιδήρου και του χάλυβα στο εναλλασσόμενο ρεύμα αυξάνεται πολύ επειδή ο σίδηρος και ο χάλυβας είναι μαγνητικά υλικά… Επομένως, το ρεύμα μετατοπίζεται σε μεγάλο βαθμό από το μεσαίο τμήμα του αγωγού στην επιφάνειά του (επιφανειακό αποτέλεσμα).

Για να μειώσουν αυτό το φαινόμενο και το μέγεθος της ηλεκτρικής αντίστασης στο εναλλασσόμενο ρεύμα, προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν χάλυβες με τη χαμηλότερη δυνατή μαγνητική διαπερατότητα.

Για την παραγωγή χαλύβδινου σύρματος χρησιμοποιείται χάλυβας με περιεκτικότητα σε άνθρακα από 0,10 έως 0,15%, ο οποίος έχει τις ακόλουθες ιδιότητες: πυκνότητα 7,8 g / cm3, σημείο τήξης 1392 — 1400OС, μέγιστη αντοχή εφελκυσμού 55 — 70 kg / mm2, σχετική επιμήκυνση 4 — 5%, αντίσταση 0,135 — 146 ohm hmm2 / m, συντελεστής αντίστασης θερμοκρασίας α = +0,0057 1 / ° C.

Για την προστασία τους από την ατμοσφαιρική διάβρωση, τα χαλύβδινα σύρματα καλύπτονται με ένα λεπτό στρώμα χαλκού ή ψευδαργύρου (0,016 - 0,020 mm).

Το σύρμα και οι ράβδοι χάλυβα χρησιμοποιούνται επίσης ως πυρήνες διμεταλλικά σύρματαπαρέχοντας σημαντική εξοικονόμηση σε αγώγιμο χαλκό. Οι διμεταλλικοί αγωγοί χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικές συσκευές (κλειδιά μαχαιριών, επαφές, κ.λπ.).

Ρύζι. 1. Διατομή διμεταλλικού σύρματος

Ρύζι. 2. Διατομή διμεταλλικού σύρματος χάλυβα-αλουμινίου: 1 — σύρμα αλουμινίου, 2 — χαλύβδινο σύρμα

Το γαλβανισμένο χαλύβδινο σύρμα με υψηλή μηχανική αντοχή σε εφελκυσμό (130 — 170 kg / mm2) χρησιμοποιείται ως πυρήνες σε σύρματα χάλυβα-αλουμινίου για την αύξηση της μηχανικής αντοχής τους σε εφελκυσμό.