Vadītspējīgs dzelzs un tērauds

Dabā dzelzs atrodas dažādos savienojumos ar skābekli (FeO, Fd2O3 utt.). No šiem savienojumiem ir ārkārtīgi grūti izolēt ķīmiski tīru dzelzi. Pēc elektriskajām un magnētiskajām īpašībām ķīmiski tīrs dzelzs ir tuvu dzelzs, kas attīrīts no piemaisījumiem ar elektrolītisko metodi (elektrolītiskais dzelzs). Kopējais piemaisījumu daudzums elektrolītiskajā dzelzē nepārsniedz 0,03%.

Galvenie dzelzs piemaisījumi ir: skābeklis (O2), slāpeklis (N2), ogleklis (C), sērs (C), fosfors (P), silīcijs (Si), mangāns (Mn) un daži citi. Lielākā daļa piemaisījumu iekļūst dzelzs no rūdas un degvielas.

Silīcijs un mangāns ir īpaši iekļauti dzelzs sastāvā kā deoksidētāji. Tie viegli savienojas ar skābekli un veido oksīdus, kas izkausētā dzelzē (tēraudā) izdedžu veidā uzpeld uz virsmas un tiek noņemti. Tas uzlabo tēraudu mehāniskās īpašības, bet, nelielā daudzumā paliekot tēraudā, samazina tā elektrovadītspēju.

Sērs un fosfors ir kaitīgi piemaisījumi. Nokļūstot dzelzi un tēraudu no rūdas un degvielas, tie izraisa tēraudu trauslumu.Arī gāzes (slāpeklis un skābeklis) ir kaitīgi piemaisījumi, jo tie pasliktina dzelzs un tērauda elektriskās un magnētiskās īpašības.

Piemaisījums, kas strauji samazina dzelzs elektrisko vadītspēju, ir ogleklis. Dzelzs sakausējumus ar oglekli sauc par tēraudiem. Papildus ogleklim tēraudos ir arī citi elementi, kas tiek ieviesti īpaši noteiktu īpašību iegūšanai (leģējošie elementi).

Dzelzs tehniskās īpašības ir zema oglekļa satura tēraudi, kuru oglekļa saturs svārstās no 0,01 līdz 0,1%. Konstrukciju tēraudos ogleklis satur no 0,07 līdz 0,7%, bet instrumentu un citos speciālajos (leģētos) tēraudos - no 0,7 līdz 1,7%.

Dzelzs un tērauds — lētākie un pieejamākie vadošie materiāli ar augstu mehānisko stiepes izturību, taču to izmantošanu ierobežo šādi trūkumi.

Dzelzs un tērauda izturība pret koroziju ir zema, tas ir, tie viegli oksidējas gaisā - tie rūsē. Turklāt viņiem ir paaugstināts pretestība (p = 0,13 — 0,14 omi x mm2 / m), salīdzinot ar varu un alumīniju. Dzelzs un tērauda elektriskā pretestība maiņstrāvai ievērojami palielinās, jo dzelzs un tērauds ir magnētiskie materiāli… Tāpēc strāva lielā mērā pāriet no vadītāja vidusdaļas uz tās virsmu (virsmas efekts).

Lai samazinātu šo efektu un maiņstrāvas elektriskās pretestības lielumu, viņi cenšas izmantot tēraudus ar zemāko iespējamo magnētisko caurlaidību.

Tērauda stieples ražošanai izmanto tēraudu ar oglekļa saturu no 0,10 līdz 0,15%, kam ir šādas īpašības: blīvums 7,8 g / cm3, kušanas temperatūra 1392 — 1400ОС, maksimālā stiepes izturība 55 — 70 kg / mm2, relatīvais pagarinājums. 4 - 5%, pretestība 0,135 - 146 omi hmm2 / m, pretestības temperatūras koeficients α = +0,0057 1 / ° C.

Lai pasargātu tās no atmosfēras korozijas, tērauda stieples pārklāj ar plānu vara vai cinka kārtu (0,016 — 0,020 mm).

Tērauda stieples un stieņi tiek izmantoti arī kā serdeņi bimetāla stieplesnodrošinot ievērojamus ietaupījumus vadošā vara ražošanā. Bimetāla vadītājus izmanto elektriskās ierīcēs (naža atslēgas, kontaktori utt.).

Rīsi. 1. Bimetāla stieples šķērsgriezums

Rīsi. 2. Bimetāla tērauda-alumīnija stieples šķērsgriezums: 1 — alumīnija stieple, 2 — tērauda stieple

Cinkota tērauda stieple ar augstu mehānisko stiepes izturību (130-170 kg / mm2) tiek izmantota kā serdeņi tērauda-alumīnija stieplēm, lai palielinātu to mehānisko stiepes izturību.