Johtavaa rautaa ja terästä

Luonnossa rautaa on hapen kanssa erilaisissa yhdisteissä (FeO, Fd2O3 jne.). On erittäin vaikeaa eristää kemiallisesti puhdasta rautaa näistä yhdisteistä. Sähköisiltä ja magneettisilta ominaisuuksiltaan kemiallisesti puhdas rauta on lähellä elektrolyyttisellä menetelmällä epäpuhtauksista puhdistettua rautaa (elektrolyyttinen rauta). Epäpuhtauksien kokonaismäärä elektrolyyttisessä raudassa ei ylitä 0,03 %.

Raudan tärkeimmät epäpuhtaudet ovat: happi (O2), typpi (N2), hiili (C), rikki (C), fosfori (P), pii (Si), mangaani (Mn) ja jotkut muut. Suurin osa epäpuhtauksista pääsee rautaan malmista ja polttoaineesta.

Pii ja mangaani lisätään erityisesti rautaan hapettumisenestoaineina. Ne yhdistyvät helposti hapen kanssa ja muodostavat oksideja, jotka sulassa raudassa (teräksessä) kelluvat pintaan kuonan muodossa ja poistuvat. Tämä parantaa terästen mekaanisia ominaisuuksia, mutta pienenä teräksen sähkönjohtavuutta vähäisenä jäädessään teräkseen.

Rikki ja fosfori ovat haitallisia epäpuhtauksia. Joutuessaan malmista ja polttoaineesta rautaan ja teräkseen ne aiheuttavat terästen haurastumista.Myös kaasut (typpi ja happi) ovat haitallisia epäpuhtauksia, koska ne heikentävät raudan ja teräksen sähköisiä ja magneettisia ominaisuuksia.

Raudan sähkönjohtavuutta jyrkästi alentava epäpuhtaus on hiili. Raudan ja hiilen seoksia kutsutaan teräksiksi. Hiilen lisäksi teräkset sisältävät myös muita elementtejä, jotka on lisätty erityisesti tiettyjen ominaisuuksien saavuttamiseksi (seoselementit).

Raudan tekniset ominaisuudet ovat vähähiilisiä teräksiä, joiden hiilipitoisuus vaihtelee välillä 0,01-0,1 %. Rakenneteräksissä hiiltä on 0,07 - 0,7% ja työkalut ja muut erikoisteräkset (seosteräkset) 0,7 - 1,7%.

Rauta ja teräs ovat halvimmat ja helposti saatavilla olevat johtavat materiaalit, joilla on korkea mekaaninen vetolujuus, mutta niiden käyttöä rajoittavat seuraavat haitat.

Raudalla ja teräksellä on alhainen korroosionkestävyys, eli ne hapettuvat helposti ilmassa - ne ruostuvat. Lisäksi heillä on korotettu vastus (p = 0,13 - 0,14 ohmia x mm2 / m) kupariin ja alumiiniin verrattuna. Raudan ja teräksen sähkövastus vaihtovirralle kasvaa suuresti, koska rauta ja teräs ovat magneettisia materiaaleja… Siksi virta siirtyy suurelta osin johtimen keskiosasta sen pintaan (pintavaikutus).

Tämän vaikutuksen ja vaihtovirran sähkövastuksen suuruuden vähentämiseksi he yrittävät käyttää teräksiä, joilla on mahdollisimman alhainen magneettinen läpäisevyys.

Teräslangan valmistukseen käytetään terästä, jonka hiilipitoisuus on 0,10 - 0,15 % ja jolla on seuraavat ominaisuudet: tiheys 7,8 g / cm3, sulamispiste 1392 - 1400 ОС, suurin vetolujuus 55 - 70 kg / mm2, suhteellinen venymä 4 - 5%, vastus 0,135 - 146 ohm hmm2 / m, lämpötilavastuskerroin α = +0,0057 1 / °C.

Suojatakseen niitä ilmakehän korroosiolta teräslangat peitetään ohuella kupari- tai sinkkikerroksella (0,016 - 0,020 mm).

Teräslankaa ja -tankoja käytetään myös hylsyinä bimetallilangattarjoaa merkittäviä säästöjä johtavassa kuparissa. Bimetallijohtimia käytetään sähkölaitteissa (veitsen avaimet, kontaktorit jne.).

Riisi. 1. Bimetallilangan poikkileikkaus

Riisi. 2. Bimetalliteräs-alumiinilangan poikkileikkaus: 1 — alumiinilanka, 2 — teräslanka

Sinkittyä teräslankaa, jolla on korkea mekaaninen vetolujuus (130 - 170 kg / mm2), käytetään teräs-alumiinilankojen ytimenä lisäämään niiden mekaanista vetolujuutta.