เหล็กและเหล็กกล้าที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

ในธรรมชาติ เหล็กอยู่ในสารประกอบต่างๆ กับออกซิเจน (FeO, Fd2O3 เป็นต้น) เป็นการยากมากที่จะแยกธาตุเหล็กบริสุทธิ์ทางเคมีออกจากสารประกอบเหล่านี้ ในแง่ของคุณสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก เหล็กบริสุทธิ์ทางเคมีมีค่าใกล้เคียงกับเหล็กบริสุทธิ์จากสิ่งเจือปนด้วยวิธีอิเล็กโทรไลต์ (electrolytic iron) ปริมาณสิ่งสกปรกทั้งหมดในเหล็กอิเล็กโทรไลต์ไม่เกิน 0.03%

สิ่งเจือปนหลักในธาตุเหล็ก ได้แก่ ออกซิเจน (O2) ไนโตรเจน (N2) คาร์บอน (C) กำมะถัน (C) ฟอสฟอรัส (P) ซิลิกอน (Si) แมงกานีส (Mn) และอื่นๆ สิ่งเจือปนส่วนใหญ่เข้าสู่ธาตุเหล็กจากแร่และเชื้อเพลิง

ซิลิคอนและแมงกานีสถูกนำเข้าสู่ธาตุเหล็กโดยเฉพาะเพื่อเป็นตัวกำจัดออกซิไดซ์ พวกมันรวมตัวกับออกซิเจนและเกิดออกไซด์ได้ง่าย ซึ่งในเหล็กหลอมเหลว (เหล็กกล้า) จะลอยขึ้นสู่พื้นผิวในรูปของตะกรันและถูกกำจัดออก สิ่งนี้ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของเหล็ก แต่เหลืออยู่ในเหล็กในปริมาณเล็กน้อย พวกมันลดการนำไฟฟ้า

กำมะถันและฟอสฟอรัสเป็นสิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย การเข้าไปในเหล็กและเหล็กกล้าจากแร่และเชื้อเพลิง ทำให้เหล็กเปราะบางก๊าซ (ไนโตรเจนและออกซิเจน) เป็นสารเจือปนที่เป็นอันตรายเช่นกัน เนื่องจากทำให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็กของเหล็กและเหล็กกล้าเสื่อมลง

สิ่งเจือปนที่ลดการนำไฟฟ้าของเหล็กอย่างรวดเร็วคือคาร์บอน โลหะผสมของเหล็กกับคาร์บอนเรียกว่าเหล็กกล้า นอกจากคาร์บอนแล้ว เหล็กกล้ายังมีองค์ประกอบอื่น ๆ ที่ได้รับการแนะนำโดยเฉพาะเพื่อให้ได้คุณสมบัติบางอย่าง (องค์ประกอบโลหะผสม)

คุณสมบัติทางเทคนิคของเหล็กคือเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำซึ่งมีปริมาณคาร์บอนตั้งแต่ 0.01 ถึง 0.1% ในเหล็กโครงสร้างคาร์บอนมีอยู่ในปริมาณ 0.07 ถึง 0.7% และในเครื่องมือและเหล็กกล้าพิเศษ (โลหะผสม) อื่น ๆ - จาก 0.7 ถึง 1.7%

เหล็กและเหล็กกล้า — วัสดุนำไฟฟ้าที่ถูกที่สุดและเข้าถึงได้มากที่สุดซึ่งมีความต้านทานแรงดึงเชิงกลสูง แต่การใช้งานถูกจำกัดด้วยข้อเสียดังต่อไปนี้

เหล็กและเหล็กกล้ามีความต้านทานการกัดกร่อนต่ำ กล่าวคือ พวกมันถูกออกซิไดซ์ในอากาศได้ง่าย — พวกมันเป็นสนิม นอกจากนี้พวกเขายังมีการยก ความต้านทาน (p = 0.13 — 0.14 โอห์ม x mm2 / m) เมื่อเทียบกับทองแดงและอะลูมิเนียม ความต้านทานไฟฟ้าของเหล็กและเหล็กกล้าต่อไฟฟ้ากระแสสลับเพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากเหล็กและเหล็กกล้ามี วัสดุแม่เหล็ก… ดังนั้น กระแสส่วนใหญ่เปลี่ยนจากส่วนตรงกลางของตัวนำไปยังพื้นผิวของมัน (ผลกระทบพื้นผิว).

เพื่อลดผลกระทบนี้และขนาดของความต้านทานไฟฟ้าต่อไฟฟ้ากระแสสลับ พวกเขาพยายามใช้เหล็กที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

สำหรับการผลิตลวดเหล็กจะใช้เหล็กที่มีปริมาณคาร์บอน 0.10 ถึง 0.15% ซึ่งมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: ความหนาแน่น 7.8 g / cm3, จุดหลอมเหลว 1392 — 1400OС, ความต้านทานแรงดึงสูงสุด 55 — 70 kg / mm2, การยืดตัวสัมพัทธ์ 4 — 5%, ความต้านทาน 0.135 — 146 โอห์ม hmm2 / m, ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน α = +0.0057 1 / °ซ.

เพื่อป้องกันการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศ ลวดเหล็กจะถูกหุ้มด้วยทองแดงหรือสังกะสีบาง ๆ (0.016 — 0.020 มม.)

ลวดและเหล็กเส้นยังใช้เป็นแกนใน สาย bimetallicให้การประหยัดทองแดงนำไฟฟ้าได้อย่างมาก ตัวนำ Bimetallic ใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้า (กุญแจมีด, คอนแทค ฯลฯ).

ข้าว. 1. หน้าตัดของลวด bimetallic

ข้าว. 2. หน้าตัดของลวดเหล็กกล้า-อะลูมิเนียม bimetallic: 1 — ลวดอะลูมิเนียม 2 — ลวดเหล็ก

ลวดเหล็กชุบสังกะสีที่มีความต้านทานแรงดึงเชิงกลสูง (130 — 170 กก. / ตร.ม. 2) ใช้เป็นแกนในลวดเหล็กกล้า-อะลูมิเนียมเพื่อเพิ่มความต้านทานแรงดึงเชิงกล