Vodljivo željezo i čelik

U prirodi se željezo nalazi u raznim spojevima s kisikom (FeO, Fd2O3 i dr.). Izuzetno je teško izolirati kemijski čisto željezo iz ovih spojeva. Po električnim i magnetskim svojstvima kemijski čisto željezo blisko je željezu pročišćenom od nečistoća elektrolitičkom metodom (elektrolitičko željezo). Ukupna količina nečistoća u elektrolitičkom željezu ne prelazi 0,03%.

Glavne nečistoće u željezu su: kisik (O2), dušik (N2), ugljik (C), sumpor (C), fosfor (P), silicij (Si), mangan (Mn) i neke druge. Većina nečistoća ulazi u željezo iz rude i goriva.

Silicij i mangan posebno se uvode u željezo kao deoksidansi. Lako se spajaju s kisikom i tvore okside koji u rastaljenom željezu (čeliku) u obliku troske isplivaju na površinu i uklanjaju se. Time se poboljšavaju mehanička svojstva čelika, ali ostajući u maloj količini u čeliku smanjuju njegovu električnu vodljivost.

Sumpor i fosfor su štetne nečistoće. Ulazeći u željezo i čelik iz rude i goriva, uzrokuju krtost čelika.Plinovi (dušik i kisik) također su štetne nečistoće, jer pogoršavaju električna i magnetska svojstva željeza i čelika.

Nečistoća koja naglo smanjuje električnu vodljivost željeza je ugljik. Legure željeza s ugljikom nazivaju se čelici. Osim ugljika, čelici sadrže i druge elemente koji se uvode posebno radi dobivanja određenih svojstava (elementi legiranja).

Tehničke kvalitete željeza su niskougljični čelici, čiji sadržaj ugljika varira od 0,01 do 0,1%. U konstrukcijskim čelicima ugljik je sadržan u količini od 0,07 do 0,7%, au alatnim i drugim specijalnim (legiranim) čelicima - od 0,7 do 1,7%.

Željezo i čelik — najjeftiniji i najpristupačniji vodljivi materijali s velikom mehaničkom vlačnom čvrstoćom, ali njihova je uporaba ograničena sljedećim nedostacima.

Željezo i čelik imaju nisku otpornost na koroziju, odnosno lako oksidiraju na zraku - hrđaju. Osim toga, imaju podignuti otpornost (p = 0,13 — 0,14 ohma x mm2 / m) u usporedbi s bakrom i aluminijem. Električni otpor željeza i čelika prema izmjeničnoj struji znatno se povećava jer su željezo i čelik magnetski materijali… Stoga se struja većim dijelom pomiče od srednjeg dijela vodiča prema njegovoj površini (površinski učinak).

Kako bi se smanjio ovaj učinak i veličina električnog otpora na izmjeničnu struju, pokušavaju se koristiti čelici s najmanjom mogućom magnetskom propusnošću.

Za proizvodnju čelične žice koristi se čelik s udjelom ugljika od 0,10 do 0,15%, koji ima sljedeća svojstva: gustoća 7,8 g / cm3, talište 1392 - 1400OS, maksimalna vlačna čvrstoća 55 - 70 kg / mm2, relativno istezanje. 4 - 5%, otpor 0,135 - 146 ohm hmm2 / m, temperaturni koeficijent otpora α = +0,0057 1 / °C.

Za zaštitu od atmosferske korozije, čelične žice su prekrivene tankim slojem bakra ili cinka (0,016 - 0,020 mm).

Čelična žica i šipke također se koriste kao jezgre u bimetalne žiceosiguravajući značajne uštede u vodljivom bakru. Bimetalni vodiči koriste se u električnim uređajima (ključevi od noževa, kontaktori, itd.).

Riža. 1. Poprečni presjek bimetalne žice

Riža. 2. Poprečni presjek bimetalne čelično-aluminijske žice: 1 — aluminijska žica, 2 — čelična žica

Pocinčana čelična žica visoke mehaničke vlačne čvrstoće (130 — 170 kg / mm2) koristi se kao jezgra u čelično-aluminijskim žicama za povećanje njihove mehaničke vlačne čvrstoće.