Modern mühendislik ve teknolojide çelik, olağanüstü mekanik özellikleri, maliyet etkinliği ve çok yönlülüğü nedeniyle çok önemli bir konuma sahiptir. Çeliğin bilinen yük taşıma özelliklerinin ötesinde, elektrik ve ısı iletkenliği, onu güç iletimi, enerji sistemleri ve inşaatta vazgeçilmez kılan temel özellikler olarak hizmet eder. Bu kapsamlı kılavuz, çeliğin iletken özelliklerini, ısı transfer mekanizmalarını ve pratik uygulamalarını inceleyerek mühendislere, tasarımcılara, malzeme bilimcilerine ve ilgili okuyuculara mikroskobik prensiplerden makroskobik uygulamalara kadar uzanan yetkili bir referans sunar.

Metre başına siemens (S/m) veya santimetre başına mikrosiemens (μΩ⁻¹cm⁻¹) cinsinden ölçülen elektrik iletkenliği, bir malzemenin elektrik akımı iletme yeteneğini ölçer. Bu özellik, serbest yük taşıyıcılarının (tipik olarak elektronlar) konsantrasyonuna ve hareketliliğine bağlıdır. Metaller, değerlik elektronlarının delokalize olduğu ve uygulanan voltaj altında akım akışını kolaylaştıran bir "elektron denizi" oluşturduğu benzersiz atom yapıları nedeniyle yüksek iletkenlik sergiler.

Esas olarak demir, karbon ve alaşım elementlerinden oluşan çelik, iletkenliğini demirin elektron delokalizasyonunu mümkün kılan kısmen doldurulmuş d-orbitallerinden alır. Karbon ve diğer alaşım elementlerinin eklenmesi kristal yapıyı ve elektron konsantrasyonunu değiştirerek iletkenliği etkiler.

• Sıcaklık:Elektron hareketini engelleyen artan atomik titreşimler nedeniyle artan sıcaklıkla iletkenlik azalır.
• Safsızlıklar:Yabancı atomlar kafes periyodikliğini bozarak elektron saçılımını arttırır.
• Alaşım Elementleri:Krom ve nikel iletkenliği önemli ölçüde azaltırken silikonun etkisi minimum düzeydedir.
• Kristal Kusurları:Dislokasyonlar ve tane sınırları elektronları saçar.
• Soğuk Çalışma:İşleme kaynaklı kusurlar iletkenliği azaltır.
• Manyetik Alanlar:Güçlü alanlar elektron yörüngelerini değiştirir.

Isı iletkenliği (W/m·K), metallerdeki iki temel mekanizma aracılığıyla ısı aktarım kapasitesini ölçer: elektron taşınması (baskın) ve fonon yayılımı (atomik titreşimler). Çelik, hem mobil elektronlar hem de kafes titreşimleri yoluyla ısıyı verimli bir şekilde iletir.

Elektriksel iletkenliğe benzer şekilde, sıcaklık artışları, yabancı madde içeriği, alaşım ilaveleri ve yapısal kusurlar nedeniyle termal performans düşer. Faz dönüşümleri aynı zamanda ısı transfer özelliklerini de değiştirir.

Galvanizli çelik üzerindeki çinko kaplama, fedakar anot etkisi yoluyla korozyona karşı koruma sağlar. Çinkonun iletkenliği çeliğe göre daha düşük olsa da, ince kaplama genel performansı minimum düzeyde etkiler. Yüzey oksitleri temas direncini artırabilir ve optimum elektrik bağlantıları için mekanik temizlik veya iletken yağlayıcılar gerektirebilir.

Gümüş > Bakır > Altın > Alüminyum > Çinko > Nikel > Demir > Kalay > Kurşun

Gümüş > Bakır > Altın > Alüminyum > Demir > Çinko > Kalay > Kurşun > Nikel

Çelik, iletkenlik açısından bakır ve alüminyumun gerisinde yer alırken, üstün gücü, dayanıklılığı ve maliyet etkinliği, onu birleşik mekanik ve elektriksel performans gerektiren yapısal uygulamalar için tercih edilir kılmaktadır.

Açılardan, tüplerden ve plakalardan üretilen çelik kafes yapılar, yıldırımdan korunma için yeterli iletkenlik sunarken yüksek gerilim hatları için mekanik destek sağlar. Malzeme seçiminde dayanıklılık, sağlamlık ve korozyon direnci ön planda tutulur.

Bu hibrit kablolar, alüminyumun iletkenliğini çeliğin çekme mukavemetiyle birleştirerek, daha az ağırlıkla uzun mesafeli kurulumlara olanak tanır.

Çeliğin mukavemet-ağırlık oranı, gökdelen inşaatına ve uzun açıklıklı köprülere olanak sağlar. İletkenliği yüksek yapılarda yıldırımdan korunma sistemlerine katkıda bulunur.

Çelik, birincil iletkenlerin ötesinde, yapısal bütünlüğün ve orta düzeyde iletkenliğin gerekli olduğu transformatör çekirdeklerinde, motor muhafazalarında, şalt sistemi çerçevelerinde ve ısı emicilerde kullanılır.

Önemli hususlar şunları içerir:

• Malzeme türü (karbon çeliği, alaşımlı çelik, paslanmaz çelik)
• Boyutsal özellikler
• Mekanik özellik gereksinimleri
• Korozyona dayanıklılık ihtiyaçları
• İletken/termal performans
• Kalite sertifikaları (ASTM standartları)

Araştırma, yüksek mukavemetli formülasyonlara, hafif tasarımlara, kendi kendini izleme özelliğine sahip akıllı malzemelere ve çevresel açıdan sürdürülebilir üretim yöntemlerine odaklanıyor.

Çok yönlü bir mühendislik malzemesi olarak çeliğin elektriksel, termal ve mekanik özelliklerinin birleşimi, endüstriler arasında hakimiyetinin devam etmesini sağlar. Bu özellikleri anlamak, çeşitli uygulamalar için en uygun malzeme seçimini mümkün kılarken, devam eden gelişmeler gelecekteki uygulamalarda daha iyi performans vaat ediyor.