53.
Das Eisen findet sich nur in den aus dem Weltraume auf die Erde gefallenen Meteoriten gediegen[1], sonst mit Sauerstoff oder Schwefel verbunden. Wir kennen kaum ein Gestein, das nicht mindestens Spuren von Eisen enthält, und kaum eine Pflanze, die bei der Verbrennung nicht eine eisenhaltige[2] Asche hinterlässt. Auch findet es sich im tierischen und menschlichen Körper. Im chemisch reinen Zustand ist es fast silberweiss, metallisch glänzend, sehr weich, geschmeidig und hämmerbar, von 7,844 Dichte, schmilzt erst bei über 1600°, hält sich[3] in trockener Luft; in feuchter Luft dagegen beginnt es unter Aufnahme von Sauerstoff zu rosten. Es löst sich leicht in verdünnter Salpetersäure, Salzsäure und Schwefelsäure auf. Im konzentrierten Zustande dagegen greifen[4] diese Säuren, namentlich die Schwefelsäure das Eisen selbst in der Hitze nicht an. Es wird vom Magnete angezogen. Da es von allen Metallen das wichtigste ist, wird es aus seinen Erzen, namentlich dem natürlichen Eisenoxyd, Eisenoxydhydrat, Magneteisen und Eisenkarbonat, hüttenmännisch[5] in grossartigstem Massstabe abgeschieden.
Das Roheisen[6] ist die unreinste Eisensorte. Es wird durch den sogen. Hochofenprozess[7] abgeschieden. Zur Gewinnung des Roheisens werden nötigenfalls die Eisenerze behufs[8] Austreibung von Wasser, Schwefel, Arsen u. dergl.[9] zunächst geröstet. Dann werden die Eisenerze mit Koks[10] (seltener mit Holzkohle) und einem die Schmelzung vermittelnden[11] Gestein (Kalkstein, Quarz u. dergl.) von oben in den glühenden Hochofen aufgeschüttet, während von unten erhitzte Luft zuströmt. Die Kohle reduziert die Eisenoxyde zu metallischem Eisen, das sich unter der Schlacke[12], dem geschmolzenen Gestein sammelt, während glühende Gase, die sogen. Gichtgase[13], oben aus dem Ofen entweichen. Die Schlacke fliesst beständig ab; das Roheisen wird von Zeit zu Zeit abgelassen. Der Hochofen wird ununterbrochen, Tag und Nacht im Betriebe[14] erhalten. Das weisse Roheisen lässt sich nicht mit Werkzeugen verarbeiten. Es schmilzt bei 1000 bis 1200°, ist aber im geschmolzenen Zustande dickflüssig[15] und zum Giessen nicht geeignet; dagegen ist es das Hauptmaterial zur Schmiedeisen- und Stahlfabrikation. Zur letzteren benutzt man besonders eine grossblätterige[16], lebhaft glänzende, 5 bis 20 Prozent Mangan enthaltende Sorte, welche unter dem Namen Spiegeleisen bekannt ist.
Das graue Roheisen ist von körnigem[17], nicht krystallinischem Gefüge[18], ziemlich weich und zähe, bricht jedoch, wie das weisse Roheisen, unter den Schlägen des Hammers, lässt sich dagegen feilen, bohren, drehen, überhaupt mit den verschiedensten Werkzeugen verarbeiten. Es schmilzt bei etwa 1100°, ist im geschmolzenen Zustande dünnflüssig und daher zum Giessen geeignet, weshalb man es gewöhnlich Gusseisen nennt.
Das Schmiedeeisen[19] oder Stabeisen[20] ist das reinste Eisen, das zur technischen Verwendung kommt. Es enthält nur 0,2 bis 0,5 Prozent Kohlenstoff, besitzt eine Dichte von 7,5 bis 7,85 und ist weich, geschmeidig und zäh. Sowohl im kalten wie besonders im glühenden Zustand ist es hämmerbar und streckbar[21] und lässt sich mit den verschiedensten Werkzeugen bearbeiten. In der Weissglühhitze erweicht es und wird schweissbar[22], d. h. es können mehrere durch Glühhitze erweichte Stücke durch Druck und Schlag, z. B. unter einem Dampfhammer zu einem Stück verbunden, zusammengeschweisst werden. Auch kann dies erweichte glühende Eisen unter Walzen und Hämmern zu Schienen, Blechen etc. ausgewalzt oder in die verschiedenartigsten Formen gebracht werden.
54.
Das Schmiedeeisen schmilzt erst bei 1600° und lässt sich nicht giessen. Es wird nicht direkt aus den Eisenerzen, sondern aus dem Roheisen dargestellt, indem[1] man letzteres einem oxydierenden Schmelzprozesse, entweder nach alter Art, dem sogenannten Frischen oder Puddeln, oder nach neuer Art, dem Bessemer- oder Martinverfahren unterwirft, wobei[2] die im Roheisen enthaltenen Stoffe bis auf einen kleinen Teil des Kohlenstoffs verbrennen und sich als Schlacke ausscheiden, während Schmiedeeisen zurückbleibt.
Der Stahl enthält 0,6 bis 1,9 Prozent Kohlenstoff, der fast vollständig chemisch mit dem Eisen verbunden ist. Seine Dichte ist 7,7 bis 7,85. Es ist licht grauweiss, erscheint auf dem Bruche stets körnig, jedoch dichter und gleichmässiger als das Stabeisen; er lässt sich schmieden und walzen und bleibt dabei immer körnig, wird also nicht sehnig[3] wie das Schmiedeeisen; auch mit den verschiedensten Werkzeugen lässt er sich bearbeiten und wie das Schmiedeeisen schweissen. Bei etwa 1400° schmilzt er und lässt sich giessen. Die merkwürdigste Veränderung erleidet er aber, wenn man ihn bis ungefähr zum Kirschrotglühen (800°) erhitzt und glühend in kaltem Wasser ablöscht[4]. Hierdurch wird der Stahl glashart, so dass er Glas ritzt und an Kieselsteinen Funken giebt. Man nennt dies das Härten des Stahls. Erwärmt man aber den so gehärteten Stahl, z. B. in Metallbädern, auf 221 bis 322°, so verliert er unter Annahme verschiedener Farben (hellgelb, strohgelb, hafergelb, goldgelb, orange, braun, purpurfleckig, purpurrot, hellblau oder violett, dunkelblau und schwarzblau) in dem Verhältnisse wie die Temperatur steigt, an seiner Härte, und nimmt dagegen an seiner Elastizität zu. Diese Operation nennt man Anlassen oder Adoucieren[5] des Stahls. Der gehärtete Stahl ist ungemein politurfähig und widersteht der oxydierenden Wirkung der Luft ziemlich gut. Im allgemeinen übertrifft der Stahl das Schmiedeeisen an Festigkeit sehr bedeutend und verdrängt das letztere in dem Verhältnisse als er billiger produziert werden kann mehr und mehr.
Eisen und Sauerstoff verbinden sich direkt mit einander. Man kennt mindestens drei verschiedene Oxyde.
Das Eisenoxydul, Ferrooxyd[6] FeO ist in reinem Zustande wenig bekannt. Das Eisenoxyd, Ferrioxyd[7], Eisensesquioxyd, Fe2O3, findet sich sehr häufig in der Natur. Wenn metallisches Eisen längere Zeit in feuchter Luft liegen bleibt, so bildet sich darauf der sogenannte Rost, der nichts anderes ist als Eisenhydroxyd.