Fer et acier conducteurs

Dans la nature, le fer se trouve dans divers composés avec l'oxygène (FeO, Fd2O3, etc.). Il est extrêmement difficile d'isoler le fer chimiquement pur de ces composés. En termes de propriétés électriques et magnétiques, le fer chimiquement pur est proche du fer purifié des impuretés par la méthode électrolytique (fer électrolytique). La quantité totale d'impuretés dans le fer électrolytique ne dépasse pas 0,03 %.

Les principales impuretés du fer sont : l'oxygène (O2), l'azote (N2), le carbone (C), le soufre (C), le phosphore (P), le silicium (Si), le manganèse (Mn) et quelques autres. La plupart des impuretés entrent dans le fer à partir du minerai et du combustible.

Le silicium et le manganèse sont spécifiquement introduits dans le fer en tant que désoxydants. Ils se combinent facilement avec l'oxygène et forment des oxydes qui, dans le fer fondu (acier), flottent à la surface sous forme de laitier et sont éliminés. Cela améliore les propriétés mécaniques des aciers, mais, restant en faible quantité dans l'acier, ils réduisent sa conductivité électrique.

Le soufre et le phosphore sont des impuretés nocives. En pénétrant dans le fer et l'acier à partir du minerai et du combustible, ils provoquent la fragilisation des aciers.Les gaz (azote et oxygène) sont également des impuretés nocives, car ils détériorent les propriétés électriques et magnétiques du fer et de l'acier.

Une impureté qui réduit fortement la conductivité électrique du fer est le carbone. Les alliages de fer avec du carbone sont appelés aciers. Outre le carbone, les aciers contiennent également d'autres éléments qui sont introduits spécifiquement pour obtenir certaines propriétés (éléments d'alliage).

Les qualités techniques du fer sont des aciers bas carbone dont la teneur en carbone varie de 0,01 à 0,1 %. Dans les aciers de construction, le carbone est contenu dans une quantité de 0,07 à 0,7%, et dans les aciers à outils et autres aciers spéciaux (alliés) - de 0,7 à 1,7%.

Fer et acier - les matériaux conducteurs les moins chers et les plus accessibles à haute résistance mécanique à la traction, mais leur utilisation est limitée par les inconvénients suivants.

Le fer et l'acier ont une faible résistance à la corrosion, c'est-à-dire qu'ils s'oxydent facilement dans l'air — ils rouillent. De plus, ils ont un surélevé résistance (p = 0,13 — 0,14 ohms x mm2/m) par rapport au cuivre et à l'aluminium. La résistance électrique du fer et de l'acier au courant alternatif augmente considérablement parce que le fer et l'acier sont matériaux magnétiques… Par conséquent, le courant se déplace largement de la partie médiane du conducteur vers sa surface (effet de surface).

Pour réduire cet effet et l'amplitude de la résistance électrique au courant alternatif, ils essaient d'utiliser des aciers ayant la perméabilité magnétique la plus faible possible.

Pour la production de fil d'acier, on utilise de l'acier avec une teneur en carbone de 0,10 à 0,15%, qui présente les propriétés suivantes: densité 7,8 g / cm3, point de fusion 1392 - 1400ОС, résistance maximale à la traction 55 - 70 kg / mm2, allongement relatif 4 — 5 %, résistance 0,135 — 146 ohm hmm2/m, coefficient de température de résistance α = +0,0057 1 /°C.

Pour les protéger de la corrosion atmosphérique, les fils d'acier sont recouverts d'une fine couche de cuivre ou de zinc (0,016 — 0,020 mm).

Le fil et les tiges d'acier sont également utilisés comme noyaux dans fils bimétalliquesd'importantes économies de cuivre conducteur. Les conducteurs bimétalliques sont utilisés dans les appareils électriques (clés de couteau, contacteurs, etc.).

Riz. 1. Coupe transversale d'un fil bimétallique

Riz. 2. Section transversale du fil bimétallique acier-aluminium : 1 - fil d'aluminium, 2 - fil d'acier

Le fil d'acier galvanisé à haute résistance mécanique à la traction (130 - 170 kg / mm2) est utilisé comme âme dans les fils acier-aluminium pour augmenter leur résistance mécanique à la traction.