Eisen

Eigenschaften

Geschichte
Erste Funde von verarbeiteten Eisenoxiden reichen bis 4000 v. Chr. zurück.
Bereits 1400 v. Chr. verwedeten die Hethiter aus Anatolien (Ägypten) Eisen. Sie scheinen die ersten gewesen zu sein, die die Herstellung von Eisen aus Erz beherrscht haben.
Die Chinesen waren die ersten, die Eisen gegossen haben. Seit dem 6. Jahrhundert n. Chr. verwendeten sie für Pagoden und andere Gebäude gusseiserne Stützen.
In Europa wurde Eisen geschmiedet, also in Form gehämmert, solange es heiss war. Die Schmiede arbeiteten Truhen und Waffen, Türklopfer und Ringe für die Tore von Schlössern und Domen oder Leisten zur Verstärkung von Türen. Die Verwendung von Eisen in Europa wurde von den Chinesen übernommen. Erste Vorstufen der Eisenverarbeitung in Europa fanden jedoch bereits 1450 v. Chr. statt.

Vorkommen
In der Rangfolge der Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste steht Eisen an 4. Stelle und ist damit nach Aluminium das am häufigsten vorkommende Metall. Die wichtigsten Eisenerze sind der Magnetit und der Hämatit.
Magnetit (New Jersey/ USA)
Foto: T. Seilnach Roter Hämatit (Roteisenerz)
Foto: T. SeilnachSchwarzer Hämatit aus Rumänien
Foto: T. SeilnachDie wichtigsten Förderländer (1994) sind China (24%), Brasilien (17%), Australien (13%), Russland (7%).

Gewinnung / Herstellung
Im Hochofen wird aufbereitetes Eisenerz zusammen mit Koks und Kalkstein auf bis zu 1800 C erhitzt und so reduziert. Je nach Zusammensetzung der Erze erhält man weisses oder graues Roheisen. Je nach Bestimmungszweck wird das Roheisen nach unterschiedlichen Verfahren weiter verhüttet.Die Weltproduktion (1994) betrug über 975 Milionen Tonnen.

Eigenschaften von reinem EisenBeschreibungEinheitWertDichte:kg/m37'860Schmelzpunkt: C1535Ausdehnungskoeffizient: mm/m 100K1,2Reines Eisen ist weich, hämmerbar und leicht magnetisierbar. Ab 790 C verliert Eisen seinen Magnetismus. Eisen kann in drei allotropen Formen vorliegen. Als gewöhnliches Alpha-Eisen, als Gamma-Eisen und als Delta-Eisen. Jede dieser Formen hat eine andere Anordnung der Eisenatome im Kristallgitter. Der Übergang vom a- zum g-Eisen vollzieht sich bei rund 928 C und der vom g- zum d-Eisen bei etwa 1 398 C. Diese drei Formen haben unterschiedliche physikalische Eigenschaften. In ihre Kristallgitter lassen sich ausserdem verschieden hohe Anteile an Kohlenstoffatomen einbauen. Dies ist ganz entscheidend beim Herstellen, Härten und Tempern von Stahl.

Korrosionsbeständigkeit
Eisen besitzt ohne Zusätze (Legierung) eine schlechte Beständigkeit und reagiert sehr rasch unter atmosphärischen Einflüssen.
Die Rostbildung ist ein elektrochemischer Vorgang, bei dem Verunreinigungen im Eisen ein elektrisches "Paar" bzw. ein Lokalelement verursachen, wodurch ein schwacher elektrischer Strom fliesst.Rostbildung auf einem EisenblechTaucht man Eisen in konzentrierte Salpetersäure, überzieht es sich mit einer festen Oxidschicht. Durch diesen Prozess wird das Metall beständig gegen Säuren und viele andere Chemikalien. Die Oxidschicht kann aber durch hämmern oder kratzen leicht zerstört werden, so dass sie keinen dauerhaften Schutz gegen Korrosion bietet.

Verarbeitung / Anwendung
Der Spengler verwendet kein reines Eisen. Legierter Stahl oder Stahl, welcher mit einem Schutzüberzug versehen ist, ist hingegen sehr verbreitet. Bei Letzterem ist bei der Verabeitung darauf zu achten, dass die Schutzschicht nicht beschädigt wird.
Eisen wie auch Stahl lässt sich sehr gut verarbeiten. Es lässt sich schweissen, hartlöten, bohren, biegen etc.. Stahl ist schmiedbares Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt bis 1,7%. Es wird durch Bearbeitung härter, kann aber durch Glühen wieder weich gemacht werden.

Optik
Weder Eisen noch Stahl wird ohne Beschichtung verwendet. Als Beschichtung kommen unzählige Materialien in Frage, die das optische Erscheinungsbild ergeben.
Eisen bzw. die verschiedenen Eisenverbindungen werden auch als Färbemittel benutzt. So wird z.B. Tinte und Blaupausen aus Eisenverbindungen hergestellt.