Ottův slovník naučný/Železo
Železo (lat. ferrum, chem. značka Fe) je kov pro lidstvo ve příčině kulturní nejdůležitější. To však, co v průmysle, při řemeslech a v denním životě označuje se názvem ž., je látka zcela jiná, než ž. chemie. Ž.  má po vykování barvu stříbrně bílou, je měkké a jen dočasně magnetické. Jeho měrná váha je 7·78, při teplotě 1800° C se roztavuje. Při suchu je v ovzduší dosti trvalé, na vlhku však rychle se okysličuje a dává . Žíháno na vzduchu pokrývá se vrstvou kysličníku (Fe3O4 okuje). Jemně rozprášeno rozkládá vroucí vodu a způsobuje vývoj vodíku. V kyselinách snadno se rozpouští. Je součástí mnohých látek, ale samo o sobě praktického významu nemá.

Všechny druhy ž-za technicky důležitého obsahují přimíšeniny, jež jakostí a množstvím rozhodují o jeho kvalitě. Pro jakost ž-za nejdůležitějším je uhlík vždy v ž-ze obsažený, vliv ostatních přimíšenin bývá sice značný, ale více neb méně nahodilý neb i zúmyslný. Čistý kov pohlcuje až 4·6% uhlíku, za přítomnosti manganu a chrómu ještě víc. Uhlík je při tom buď , jen mechanicky přimíšen, nebo . V onom případě vylučuje se jako nerozpustná ssedlina při rozpouštění ž-za v kyselinách, ve druhém případě je chemicky vázán se ž-zem jako  čili . Mechanicky přimíšený uhlík vyskytuje se v ž-ze ve dvou tvarech, totiž jako  č.  a jako t. zv. . Grafit vylučuje se ze ž-za bohatého uhlíkem, zvlášť za přítomnosti křemíku, při pomalém chladnutí. Na odlitcích rychle ochlazených nepozoruje se zvlášť na povrchu, že by se grafit vylučoval. Temperující uhlík vylučuje se při žíhání čili temperování ž-za bohatého uhlíkem, však chudého manganem. Trvalým žíháním za přítomnosti kysličníku železitého vylučuje se ze ž-za jako kysličník uhelnatý, tím liší se od grafitu.  v ž-ze se vyskytující není látka samostatná a vylučuje se při schlazování ž-za ve formě jemných krystallů (Fe3C, FeC4, FeC3, FeC2). Uhlík zákalný vylučuje se ze ž-za již při ochlazení, uhlík karbidový teprve za varu ž-za v rozředěných kyselinách. Na množství uhlíku zákalného závisí tvrdost ž-za a oceli. Se stoupajícím množstvím vázaného uhlíku stoupá tavicí teplota ž-za. Ž. grafitické taví se snadněji než ž., v němž uhlík je chemicky vázán. Je také méně pevné a křehčí než ž. s vázaným uhlíkem.  (Si) vniká do ž-za redukcí kyseliny křemičité uhlím ve vysoké peci. Ž. může pojmouti až 10% křemíku, jenž vlastnosti jeho mění podobně jako uhlík, jen měrou menší. Vlivem křemíku vylučuje se grafit v surovém ž-ze.  bývá obsažen již v rudách a příměscích jako fosforečnan vápenatý a přechází z nich při vysoké teplotě v peci úplně do ž-za. Zvyšuje jeho tvrdost, ale ž. stává se současně , láme se totiž při teplotě obyčejné i následkem slabých nárazů nebo otřesů.  vyskytuje se v ž-ze jen ve množstvích zcela nepatrných. V kujném ž-ze způsobuje . Ve vysoké peci odvádí se pomocí vápenitých příměsků do strusky. Ž. s větším množstvím síry je prakticky neupotřebitelné. Podobně jako síra působí na ž. i měď a arsén. Kujné ž. kazí se úplně již sledy cínu zcela nepatrnými.  zvyšuje teplotu tavicí a schopnost ž-za rozpouštěti uhlík. Pevnost ž-za se stoupajícím množstvím manganu až do jisté míry roste, ale pak klesá. Mangan má v ž-ze vliv opačný než křemík, působí proto vyměšování grafitu. Mangan váže síru a odvádí ji do strusky, zamezuje tedy lámavost ž-za za červeného žáru. , ,  zvyšují tvrdost ž-za.

Ryzí ž. bylo zjištěno jen v některých meteoritech, pak ve tvaru zrnek v irském čediči. Pro dobývání ž-za nálezy tyto významu nemají. Hutnicky dobývá se ž. jen z rud železných, jež jsou hlavně spojením ž-za s kyslíkem (kysličníky) neb s kyslíkem a vodíkem (hydroxydy), kyslíkem a kyselinou uhličitou (uhličitany). Sirnaté rudy železité možno hutnicky zpracovati teprve po vypražení a vyloužení. O rentabilitě výtěžku rozhoduje jistý minimální obsah ž-za (30—15%), cena rud, paliva, mzdy atd. Rozhodující vliv na výrobu ž-za, a to jak na postup hutnických prací tak i na jakost výrobku, mají různé cizorodé přimíšeniny v rudách obsažené. Aby se látky ty odstranily a nabylo se rudy obsahující určité množství ž-za, sdružují se rudy, totiž promíchávají se v různých množstvích i jakosti mezi sebou i s různými přimíšeninami, jež dávají strusku snadno tavitelnou, která s cizími kovy snadno se spojuje a je odvádí. Tyto přimíšeniny označují se názvem . Nejdůležitější rudy železné jsou:

 (Fe3O4) obsahuje 45—66% ž-za a minimální množství fosforu (0·1—0·5%). Je barvy šedé a dává výborné ž. Vyskytuje se ve Švédsku, Norsku, na Urále a v Sev. Americe.  č.  (Fe2O3 ) obsahuje 68—70% ž-za. Nalézá se v Porýnsku, v Čechách (Krušná Hora, Komárov, Rokycany atd.), v Anglii, ve Španělsku a v Sev. Americe.  č.  má různé složení a vyskytuje se v Čechách, v Uhrách, v Durynsku, v Anglii atd. Vlastní hnědel obsahuje 30—55% ž-za, 7—30% vody a 8—30% kyseliny křemičité. Odrůdy hnědelu jsou  č.  s 50—58% ž-za a  obsahující as 1·5% fosforu.

Vedlejší druhy ž-za jsou kujná litina, temperovaná ocel, ocel cementová, niklová atd. Jemnozrný bobovec obsahující uhličitan zove se . Vyskytuje se v mohutných ložiskách v Elsasko-Lotrinsku a v Lucembursku a obsahuje 21–46% ž-za. T. zv.  povstala usazením z vod železitých a obsahuje až 55% ž-za.  č.  (FeCO3) obsahuje 33—48% ž-za a obyčejně přimíšeniny uhličitanu, manganu, vápníku a hořčíku. Vyskytuje se ve starších horních útvarech v Korutanech, ve Štýrsku, v Čechách, Uhrách a v Německu. Neobsahuje fosfor a snadno se redukuje. Odrůdy sideritu jsou  se 25—40% ž-za a příměsky hlinitými a , černý siderit s obsahem 10—25% uhlíku. Týž nalézá se ve Vestfálsku, v Anglii a v okolí Cvikova. Kromě toho vyrábí se ž. z kyzů železitých, ze strusky pecí pudlovacích a svářkových.

Z rud, z kyzů však teprve po pražení, dobývá se ž. poměrně snadno tím, že se žíhá za přítomnosti uhlí. Při tom spaluje se uhlík na kysličník uhelnatý a uhličitý a ubírá kyslík potřebný ke spalování částečně i rudám, tak že je redukuje a ž. uvolní. Redukce děje se však za přítomnosti cizích látek, jež jen částečně přecházejí ve strusku, částečně však se spojují se ž-zem, měníce jeho vlastnosti velmi podstatně. Nejdůležitějším z těchto příměsků je však uhlík, jehož přítomnost v ž-ze svou kvalitou i kvantitou určuje nejhlavnější vlastnosti ž-za a proto třídí se ž. podle toho, kolik obsahuje uhlíku.

Podle množství uhlíku dělí se ž. na tři druhy: 1. ž. , s množstvím uhlíku největším, totiž 2·3—6%; 2.  se středním množstvím uhlíku 0·5—2·3%; 3. ž.  s nejmenším množstvím uhlíku pod 0·5%. Druhy ty nejsou přesně od sebe rozlišeny, ale největší množství uhlíku činí ž. , nejmenší zase  a střední druh — ocel — má vlastnosti obou  a kromě toho i . Ž. obsahující méně uhlíku než 2% je kujné a po roztavení husté, ž. s obsahem uhlíku více než 2·8%, snadno se taví, není však kujné. Kujné ž., obsahující méně než 0·25% uhlíku, nedá se kaliti; přes tuto mez je kalení možné.

Vzhledem ke způsobu výroby můžeme ž. technicky upotřebitelné rozlišiti takto:

a) Ž.  získává se tavením rud ve vysoké peci. Obsahuje uhlíku 2·3—6%, je křehké za tepla i za studena a není proto kujné a svařitelné, roztavuje se při 1160—1200° C, aniž dříve změkne tak jako ž. kujné. Pevnost jeho je 75 kg v tlaku, 12 kg v tahu a 25 kg v ohybu na mm2, měrná váha 7 až 7·6. Podle vedení vysoké peci je množství uhlíku v ž-ze surovém různé a rozeznáváme:

1. ž.  s obsahem 3—4% C, přichází do obchodu v kouscích 30—60 cm dlouhých, průřezu obyčejně polokulatého nebo lichoběžníkového. V obyčejné mluvě zove se  a leje se také přímo od vysokých pecí do forem. Obsahuje hlavně uhlík grafitický, totiž jen mechanicky vázaný. Na lemu má barvu tmavě šerou, mdlou; má-li více uhlíku chemicky vázaného, barvu světle šerou, na přechodu z prvého druhu do druhého poněkud namodralou. Příčinou vylučování grafitu je křemík. V roztaveném ž-ze jest uhlík přítomen jako uhlík zákalný a tvoří se ž-zem slitinu. Volným schlazováním ve formách vylučuje se uhlík ve tvaru lupínku jako grafit, rychlým schlazením na př. ve formách železných vylučování grafitu nenastává. Je k němu třeba teploty as 1100° C a přítomnosti jistého množství uhlíku a křemíku v ž-ze. Jinak prostupuje ž. jen ve formě žilek (ž. ) nebo teček (ž. ). Ž. toto tvoří jaksi přechod k ž-zu bílému. Pro účely slevárnické ž. surové přetavuje se v kupolních pecech a je pak vlastně teprve ž-zem  č. . Dělí se na několik druhů, z nichž každý se označuje číslem. Nejobvyklejší je posud číslování anglické.

 č. 1. je nejměkčí, nejbohatší grafitem, tak že špiní ruku. Má pevnost poměrně malou a přeráží se snadno bez kovového zvuku. Lom je rovný, hrubě krystallický se stejnými krystally a s grafitem rovnoměrně mezi nimi uloženým. Snadno se taví, je pak bíle namodralá a vystupuje z ní mnoho šumu, poněvadž grafit vyplývá na povrch. Při vylévání teče , totiž klidně, bez jisker. Užívá se jí za přísadu ke druhům ostatním, samostatná dává slitky nepevné a na povrchu neúhledné.

 č. 2. Je jako předcházející velmi měkká, bohatá grafitem, má sice barvu světlejší, ale přec jen tmavošedou. Lom není úplně rovný, krystally jsou na obvodě jemnější, uvnitř hrubší. Roztavena je zřejmě načervenalá nebo nažloutlá a vydává ze zpodu sum. Přelévá-li se, teče klidně, ale sršívá jiskrami. Slouží za přísadu k č. 3. a hodí se jen pro menší slitky.

 č. 3. je vlastním ž-zem slévacím. Má na čerstvém lomu barvu význačně šerou a je drobně a hustě zrnitá, tvrdší než druhy předcházející, ale dosti ještě měkká pro zpracování. Snadno se taví, je pak velmi tekutá. Při tuhnutí se roztahuje a vyplňuje tudíž dobře formy.

 č. 4. béře se jen na odlitky, jež se dále neobrábějí, je značně tvrdá. Na lomu je bílá protkaná žilkami grafitu.

 č. 5. užívá se k slévání jen výjimečně. Je čistě bílá a tvrdší než ocel.

Aby se dosáhlo určitých vlastností, sdružují se čísla litiny podle potřeby.

2. Ž.  sluje v obyčejné mluvě , má na lomu sloh jemně neb hrubě zrnitý a barvu bílou, lesklou. Obsahuje uhlík chemicky vázaný (as 3·5% C, 2% Mn vedle fosforu), má značnou tvrdost a je křehké. Podle množství uhlíku taví se v mezích 1050—1100° C. K slévání se hodí jen jako přísada, užívá se ho však k výrobě ž-za kujného a oceli. Podle lomu a dalšího zpracování rozeznáváme různé druhy, jako ž. , , ž. ,  atd. Ž. zrcadlové je na lomu silně lesklé, ba i duhově zabarveno, obsahuje 4—5% C a mnoho manganu (10 až 12, ba i 25%).

3.  jsou slitiny ž-za s uhlíkem a manganem (30—85%). Lom jejich je hustý zrcadlový a nabíhá barvami. Užívá se jich při výrobě oceli.

Vedle těchto druhův označuje se často surové ž. a litina názvy místními, podle hutí, měst neb zemí, kde bylo vyrobeno: ž. kladenské, vestfálské, americké atd.

b) Ž.  vyrábí se dnes skoro výhradně ze ž-za surového. Má značnou pevnost, je kujné a svařitelné, ale taví se jen při teplotách vyšších než ž. surové a je pak husté. Obsahuje 0·4—2%, nejčastěji však jen 0·1 až 0·3% uhlíku, nejvýše 0·5% křemíku a malé množství fosforu a síry. Podle způsobu výroby rozeznáváme:

1. Ž.  č.  získává se ze ž-za surového tím, že surové ž. přivede se do stavu těstového, při němž čásť přimíšenin ž-za přechází do strusky, která se odstraňuje mačkáním neb kováním. Změklá zrnka železná se tím svaří, ale čásť strusky zůstává mezi nimi, sloh ž-za je pak následkem toho vláknitý. Ž. svarové roztavuje se při 1400—1600° C, měrná váha 7·8. Do množství uhlíku 0·04—0·4% je měkké, snadno kujné a svařitelné slohu zřejmě vláknitého a zove se  v užším slova toho smysle. Ž. obsahující více než 0·5% C má sloh zrnitý krystallinický, je tvrdší a rychlým ochlazením tvrdne ještě více (kalí se) a zove se . Přivede-li se ž. svářkové do žáru svarného (900—1200° C), udržuje se dlouho ve stavu těstovitém. Dobře se tedy sváří, poněvadž rychle netuhne a částice na čisté ploše dobře k sobě přiléhají. Trhliny šíři se v něm jen až po souvislá vlákna, nejsou tedy tak nebezpečné jako u ž-za plávkového.

2.  ž.  vzniká ze stavu tekutého a neobsahuje tudíž strusky, poněvadž tato následkem své menší měrné váhy sama se vylučuje. Je na lomu zrnité, až jemnozrné. Druhy obsahující méně než 0·4% C zovou se  v užším slova smysle, druhy bohatší uhlíkem jsou tvrdší, dají se kaliti a zovou se . Ž. plávkové zůstává kratší dobu ve stavu těstovitém než ž. svářkové a proto špatněji se svařuje.

Vlastní kujné ž. je za studena tím méně kujné, čím je tvrdší. Kováním tvrdne zvlášť na povrchu, křehne a na konec se tříští. Při teplotě 150—350° C přichází do t. zv. , stává se křehkým a snadno lámavým, zvlášť při teplotě asi 300° (). Na ž-ze v modrém žáru ohýbaném objevují se pod mikroskopem trhliny. V  mezi 350—650° C zpracuje se ž. dosti často, dobře se kove a ohýbá, není křehké, je vláčnější a měkčí než za studena. Nejčastěji zpracuje se však kujné ž. za  (650—900° C), při němž je v něm všechen uhlík rozpuštěn. Svařování děje se za t. zv.  (1100—1300° C, viz ).

 je nejčistší druh ž-za. Neobsahuje téměř nikdy křemíku, fosforu a síry, jen některým zvláštním druhům přidává se křemík i mangan, nikl, chróm, vizmut atd., aby se zvětšila pevnost, houževnatost nebo tvrdost. Obsahuje-li ocel jen uhlík, nazývá se  nebo . Ostatní druhy jsou  křemíková, manganová, vizmutová atd.

 obsahuje 0·3—23/4% uhlíku a užívá se jí nejčastěji. Při větším množství uhlíku pozbývá kujnosti. Nejčastěji bývá v oceli uhlíku 0·3—1%. Druhy obsahující více uhlíku jsou křehké a nesnadno se kovou, druhy s obsahem 0·15—0·3% měkčí. V mezích 0·3—1% obsahu uhlíku má ocel kujnost menší než kujné ž., je tvrdší a pevnější, nesnadno se ohřívá a vyžaduje silnějších rázů než ž. kujné. Ohřáta přes kujný žár ocel tato se spálí; nejlépe se kove při žáru červeném.

Při mírném ohřátí na 200—300° C ocel zvětšuje objem svůj více než kujné ž. a vrací se při ochlazení na různých částech různou rychlostí do původních rozměrů. Tím nastává v ocelových předmětech jisté molekulární pnutí a způsobuje se za nepříznivých poměrů roztržení, části se odlupují a odtrhávají.

Význačnou vlastností oceli je . Obyčejně mluví se o oceli měkké, tvrdé a zvláště tvrdé. Ocel do 0·15% uhlíku je zvláště měkká, s 0·15—0·25% C je měkká, s 0·25 až 0·5% C střední a 0·5—1·5% C tvrdá. Tak jako při ž-ze kujném nazývá se přirozeně tvrdou ocel, která po zpracování v červeném žáru vychladla na vzduchu. Přirozená tvrdost dá se zvýšiti trvalým zpracováním za studena. Tím však křehne, ale nabývá zase původní tvrdosti vyžíháním (klepání kos). Lisováním za červeného žáru a tuhnutím pod tlakem ocel rovněž tvrdne. Od kujného ž-za liší se však ocel tím, že tvrdost její možno také »uměle« zvýšiti náhlým ochlazením. Ocel nutno však před tím ohřáti aspoň na 500° C. Říká se, že ocel lze  čili  a je tato vlastnost ještě dnes nejobecnějším znakem oceli, ač do jisté míry neprávem, poněvadž ž-za, jež by se nedalo tvrditi, vůbec není. Tvrdnutí oceli při kalení vykládá se nejčastěji tím způsobem, že žárem rozpouští se uhlík zákalní a při ochlazení v jiné formě se spojuje zase se ž-zem. Potřebný žár, do něhož je třeba ocel přivésti, je pro rozličné druhy různý a tím vyšší, čím méně je uhlíku. Ochlazování (hašení) musí se díti co nejrychleji a děje se buď v čisté vodě nebo ve vodě s přísadami, v oleji, loji, rtuti atd. Některé druhy oceli pukají ve chladicích prostředcích špatně volených. Čím rychleji ochlazuje hasicí tekutina, tím snadněji ocel tvrdne, ale také puká. Voda tvrdá, voda s přídavkem kyseliny sírové neb vápenného mléka zakalují více než voda měkká. V oleji kalí se sice bezpečněji, ale nedosahuje se též nejvyšší tvrdosti. Proto ocelové předměty často se ponořují napřed do oleje a pak teprve do vody. Tenké nástroje ohřívají se třeba jen do červeného žáru a nechají se chladnouti na vzduchu. Nejrychleji chladí rtuť. Dávají-li se do kalicího prostředku přísady, bývají uhlíkaté. Ocel stává se tím na povrchu tvrdší.

Kalením ocelové předměty nabývají takové křehkosti, že by pukaly a že by části odprýskávaly. Proto se po zakalení , totiž zmenšuje zahřátím na určitý stupeň teploty menší než při kalení (200 až 350° C). Předměty nechají se pak na vzduchu vychladnouti. Při popouštění nabíhají čisté kovové plochy t. zv. , jež odpovídají vždy určitému stupni ohřevu a zároveň určité tvrdosti. Každá zákalní barva je tedy známkou jiných vlastností a hodí se pro jiné předměty. Ocel popuštěná na

Položí-li se jeden konec tyče do ohně, popouští se tyč v barvách postupně za sebou. Barvy se nad 350° C znovu opakují.

Ubude-li oceli zpracováním za horka značně uhlíku, zove se »spálená«. Na styku železných předmětů s látkami uhlíkatými za červeného žáru (přes 700° C) bez přístupu vzduchu, uhlík přechází do železa, předměty se na povrchu ocelují. Postup obrácený nastává při styku oceli s látkami kyslíkatými, ocel pozbývá pevnosti a je na konec »spálená«. Spálená ocel »oživuje se« tím, že se zahřívá do červeného žáru a vkládá se do látek bohatých uhlíkem, jako jsou kalafuna, smůla, oleje a p. Ocel je na čerstvém lomu zrnitá, jen svarová ocel má stopy vláken. Zrno dosahuje při výrobě hutní jisté velikosti a kalením stává se drobnější a materiál je tvrdší.

Ocel kalená má větší pevnost, tvrdost a pružnost než ocel nezakalená. U druhů s množstvím uhlíku as 0·1% je mez pružnosti před kalením asi 19 kg na mm2, mez pevnosti 32·85 kg na mm2. Zakalením stoupne pružnost na 33·8 kg na mm2 a pevnost na 43·3 kg na mm2. Zakalením zvětší se též objem as o 3%, ocel je pak specificky lehčí, různě podle svého chemického složení.

Nejtvrdší jest ocel wolframová s obsahem 5·5—7% wolframu. Zavedena jako ocel speciální po prvé . Nástrojů z této oceli lze bez zakalení užíti na obrábění nejtvrdších předmětů. Při tak značné tvrdosti je však kujnost a tažnost značně menší a proto mnohé továrny přidávají jen 4% wolframu. Jiné druhy ocelí speciálních jsou ocel chrómová, titanová, niklová atd.

Magnetování je při oceli tím snazší, čím jest ocel tvrdší. Proto nejsilnější magnety hotoví se z oceli wolframové. Na péra časoměrů vyrábí se též ocel, již nelze magnetovati.

Ž. zpracovává se především  (viz ),  (viz ),  (v. t.) a  (v. t.), dále pak různými způsoby obrábění, vrtáním, hoblováním, pilováním atd.

Kromě předmětů litých jsou nejznámější druhy obchodního ž-za  (v. t.),  (v. t.) a ž.  čili . Nejjednodušší tvar tohoto ž-za jsou tyče čili pruty vyválcované do různých profilů kulatých, čtvercových, obdélných atd. Tyče slabší do 7 cm2 průřezu uvádějí se jako ž.  č. , tyče silnější jako ž. . Užívá se jích hlavně v zámečnictví. Tyče ocelové vyrábějí se rovněž v různých průřezech a užívá se jich na výrobu pilníků, kos a jiných nástrojů. Podle tvaru profilu rozeznáváme façonová ž-za nejrůznějších názvů. Nejznámější druhy façonových ž-ez vyrábějí se ve velkém a přicházejí do obchodu pod jmény ž.  č. , ž.  průřezu obdélníkového, ž.  průřezu kruhového, ž-za  různých průřezů tvaru L nebo T,  tvaru T neb  neb ⊏ atd. V moderním stavitelství strojovém i stavebním užívá se těchto ž-ez nadmíru hojně. JPok.

Železo
Železo