Ferro e aço condutores

Na natureza, o ferro está em vários compostos com oxigênio (FeO, Fd2O3, etc.). É extremamente difícil isolar o ferro quimicamente puro desses compostos. Em termos de propriedades elétricas e magnéticas, o ferro quimicamente puro está próximo do ferro purificado das impurezas pelo método eletrolítico (ferro eletrolítico). A quantidade total de impurezas no ferro eletrolítico não excede 0,03%.

As principais impurezas do ferro são: oxigênio (O2), nitrogênio (N2), carbono (C), enxofre (C), fósforo (P), silício (Si), manganês (Mn) e algumas outras. A maioria das impurezas entra no ferro do minério e do combustível.

O silício e o manganês são especificamente introduzidos no ferro como desoxidantes. Eles se combinam facilmente com o oxigênio e formam óxidos, que no ferro fundido (aço) flutuam para a superfície na forma de escória e são removidos. Isso melhora as propriedades mecânicas dos aços, mas, permanecendo em pequena quantidade no aço, reduzem sua condutividade elétrica.

Enxofre e fósforo são impurezas nocivas. Entrando em ferro e aço de minério e combustível, eles causam a fragilização de aços.Os gases (nitrogênio e oxigênio) também são impurezas nocivas, pois deterioram as propriedades elétricas e magnéticas do ferro e do aço.

Uma impureza que reduz drasticamente a condutividade elétrica do ferro é o carbono. Ligas de ferro com carbono são chamadas de aços. Além do carbono, os aços também contêm outros elementos que são introduzidos especificamente para obter certas propriedades (elementos de liga).

As qualidades técnicas do ferro são aços de baixo teor de carbono, cujo teor de carbono varia de 0,01 a 0,1%. Nos aços estruturais, o carbono está contido em uma quantidade de 0,07 a 0,7%, e em ferramentas e outros aços especiais (ligas) - de 0,7 a 1,7%.

Ferro e aço - os materiais condutores mais baratos e acessíveis com alta resistência à tração mecânica, mas seu uso é limitado pelas seguintes desvantagens.

O ferro e o aço têm baixa resistência à corrosão, ou seja, são facilmente oxidados no ar — enferrujam. Além disso, eles têm um elevado resistência (p = 0,13 — 0,14 ohms x mm2 / m) em comparação com cobre e alumínio. A resistência elétrica do ferro e do aço à corrente alternada aumenta muito porque o ferro e o aço são materiais magnéticos… Portanto, a corrente muda amplamente da parte intermediária do condutor para sua superfície (efeito de superfície).

Para reduzir esse efeito e a magnitude da resistência elétrica à corrente alternada, eles procuram usar aços com a menor permeabilidade magnética possível.

Para a produção de arame de aço, é utilizado aço com teor de carbono de 0,10 a 0,15%, que possui as seguintes propriedades: densidade 7,8 g / cm3, ponto de fusão 1392 — 1400ОС, resistência à tração máxima 55 — 70 kg / mm2, alongamento relativo 4 — 5%, resistência 0,135 — 146 ohm hmm2 / m, coeficiente de temperatura de resistência α = +0,0057 1 / ° C.

Para protegê-los da corrosão atmosférica, os fios de aço são cobertos com uma fina camada de cobre ou zinco (0,016 — 0,020 mm).

Fios e hastes de aço também são usados ​​como núcleos em fios bimetálicosfornecendo economias significativas em cobre condutivo. Condutores bimetálicos são usados ​​em dispositivos elétricos (chaves faca, contatores, etc.).

Arroz. 1. Seção transversal de um fio bimetálico

Arroz. 2. Seção transversal do fio bimetálico de aço-alumínio: 1 — fio de alumínio, 2 — fio de aço

Fio de aço galvanizado com alta resistência à tração mecânica (130 — 170 kg / mm2) é usado como núcleo em fios de aço-alumínio para aumentar sua resistência à tração mecânica.