Vodivé železo a ocel

V přírodě je železo v různých sloučeninách s kyslíkem (FeO, Fd2O3 atd.). Z těchto sloučenin je extrémně obtížné izolovat chemicky čisté železo. Z hlediska elektrických a magnetických vlastností se chemicky čisté železo blíží železu čištěnému od nečistot elektrolytickou metodou (elektrolytické železo). Celkové množství nečistot v elektrolytickém železe nepřesahuje 0,03 %.

Hlavní nečistoty v železe jsou: kyslík (O2), dusík (N2), uhlík (C), síra (C), fosfor (P), křemík (Si), mangan (Mn) a některé další. Většina nečistot se do železa dostává z rudy a paliva.

Křemík a mangan jsou specificky zaváděny do železa jako deoxidační činidla. Snadno se spojují s kyslíkem a tvoří oxidy, které v roztaveném železe (oceli) vyplavou na povrch ve formě strusky a jsou odstraněny. To zlepšuje mechanické vlastnosti ocelí, ale zůstávají v malém množství v oceli a snižují její elektrickou vodivost.

Síra a fosfor jsou škodlivé nečistoty. Dostávají se do železa a oceli z rudy a paliva, způsobují křehnutí oceli.Plyny (dusík a kyslík) jsou také škodlivé nečistoty, protože zhoršují elektrické a magnetické vlastnosti železa a oceli.

Nečistotou, která prudce snižuje elektrickou vodivost železa, je uhlík. Slitiny železa s uhlíkem se nazývají oceli. Kromě uhlíku obsahují oceli také další prvky, které se zavádějí speciálně pro získání určitých vlastností (legující prvky).

Technické vlastnosti železa jsou nízkouhlíkové oceli, jejichž obsah uhlíku se pohybuje od 0,01 do 0,1 %. V konstrukčních ocelích je uhlík obsažen v množství od 0,07 do 0,7% a v nástrojových a jiných speciálních (legovaných) ocelích - od 0,7 do 1,7%.

Železo a ocel — nejlevnější a nejdostupnější vodivé materiály s vysokou mechanickou pevností v tahu, ale jejich použití je omezeno následujícími nevýhodami.

Železo a ocel mají nízkou odolnost proti korozi, to znamená, že na vzduchu snadno oxidují — rezaví. Navíc mají vyvýšené odpor (p = 0,13 — 0,14 ohmů x mm2 / m) ve srovnání s mědí a hliníkem. Elektrický odpor železa a oceli vůči střídavému proudu se značně zvyšuje, protože železo a ocel ano magnetické materiály… Proto se proud z velké části přesouvá ze střední části vodiče na jeho povrch (povrchový efekt).

Pro snížení tohoto efektu a velikosti elektrického odporu proti střídavému proudu se snaží používat oceli s co nejnižší magnetickou permeabilitou.

Pro výrobu ocelového drátu se používá ocel s obsahem uhlíku 0,10 až 0,15 %, která má tyto vlastnosti: hustota 7,8 g / cm3, bod tání 1392 — 1400ОС, maximální pevnost v tahu 55 — 70 kg / mm2, poměrné prodloužení 4 — 5 %, odpor 0,135 — 146 ohm hmm2 / m, teplotní koeficient odporu a = +0,0057 1/°C.

K ochraně před atmosférickou korozí jsou ocelové dráty pokryty tenkou vrstvou mědi nebo zinku (0,016 — 0,020 mm).

Jako jádra se také používají ocelové dráty a tyče bimetalové drátyposkytuje významné úspory vodivé mědi. Bimetalové vodiče se používají v elektrických zařízeních (klíče na nože, stykače atd.).

Rýže. 1. Průřez bimetalového drátu

Rýže. 2. Průřez bimetalického ocelovo-hliníkového drátu: 1 — hliníkový drát, 2 — ocelový drát

Pozinkovaný ocelový drát s vysokou mechanickou pevností v tahu (130 — 170 kg / mm2) se používá jako jádra ocelovo-hliníkových drátů pro zvýšení jejich mechanické pevnosti v tahu.