Ferro e acciaio conduttivo

In natura, il ferro è in vari composti con l'ossigeno (FeO, Fd2O3, ecc.). È estremamente difficile isolare il ferro chimicamente puro da questi composti. In termini di proprietà elettriche e magnetiche, il ferro chimicamente puro è vicino al ferro purificato dalle impurità con il metodo elettrolitico (ferro elettrolitico). La quantità totale di impurità nel ferro elettrolitico non supera lo 0,03%.

Le principali impurità nel ferro sono: ossigeno (O2), azoto (N2), carbonio (C), zolfo (C), fosforo (P), silicio (Si), manganese (Mn) e alcune altre. La maggior parte delle impurità entra nel ferro dal minerale e dal combustibile.

Il silicio e il manganese sono specificamente introdotti nel ferro come disossidanti. Si combinano facilmente con l'ossigeno e formano ossidi, che nel ferro fuso (acciaio) galleggiano in superficie sotto forma di scorie e vengono rimossi. Questo migliora le proprietà meccaniche degli acciai, ma, rimanendo in piccola parte nell'acciaio, ne riducono la conducibilità elettrica.

Zolfo e fosforo sono impurità nocive. Entrando nel ferro e nell'acciaio da minerali e combustibili, provocano l'infragilimento degli acciai.Anche i gas (azoto e ossigeno) sono impurità nocive, poiché deteriorano le proprietà elettriche e magnetiche del ferro e dell'acciaio.

Un'impurità che riduce drasticamente la conducibilità elettrica del ferro è il carbonio. Le leghe di ferro con carbonio sono chiamate acciai. Oltre al carbonio, gli acciai contengono anche altri elementi che vengono introdotti appositamente per ottenere determinate proprietà (elementi leganti).

Le qualità tecniche del ferro sono gli acciai a basso tenore di carbonio, il cui contenuto di carbonio varia dallo 0,01 allo 0,1%. Negli acciai strutturali, il carbonio è contenuto in una quantità dallo 0,07 allo 0,7% e negli utensili e altri acciai speciali (legati) dallo 0,7 all'1,7%.

Ferro e acciaio: i materiali conduttivi più economici e accessibili con un'elevata resistenza alla trazione meccanica, ma il loro utilizzo è limitato dai seguenti svantaggi.

Il ferro e l'acciaio hanno una bassa resistenza alla corrosione, cioè si ossidano facilmente nell'aria - si arrugginiscono. Inoltre, hanno un aumento resistenza (p = 0,13 — 0,14 ohm x mm2 / m) rispetto a rame e alluminio. La resistenza elettrica del ferro e dell'acciaio alla corrente alternata aumenta notevolmente perché il ferro e l'acciaio lo sono materiali magnetici… Pertanto, la corrente si sposta ampiamente dalla parte centrale del conduttore alla sua superficie (effetto superficiale).

Per ridurre questo effetto e l'entità della resistenza elettrica alla corrente alternata, cercano di utilizzare acciai con la più bassa permeabilità magnetica possibile.

Per la produzione di filo di acciaio viene utilizzato acciaio con un contenuto di carbonio dallo 0,10 allo 0,15%, che ha le seguenti proprietà: densità 7,8 g / cm3, punto di fusione 1392 - 1400ОС, resistenza alla trazione massima 55 - 70 kg / mm2, allungamento relativo 4 — 5%, resistenza 0,135 — 146 ohm hmm2 / m, coefficiente di temperatura della resistenza α = +0,0057 1/°C.

Per proteggerli dalla corrosione atmosferica, i fili di acciaio sono ricoperti da un sottile strato di rame o zinco (0,016 — 0,020 mm).

Anche il filo e le barre di acciaio sono usati come anime fili bimetallicifornendo risparmi significativi in ​​​​rame conduttivo. I conduttori bimetallici sono utilizzati nei dispositivi elettrici (chiavi di coltello, contattori, ecc.).

Riso. 1. Sezione trasversale di un filo bimetallico

Riso. 2. Sezione trasversale del filo bimetallico acciaio-alluminio: 1 - filo di alluminio, 2 - filo di acciaio

Il filo di acciaio zincato con elevata resistenza alla trazione meccanica (130 - 170 kg / mm2) viene utilizzato come anima nei fili di acciaio-alluminio per aumentarne la resistenza alla trazione meccanica.