Titel: Treadgold's Versuche über die Elasticität und Stärke des harten und weichen Stahles.
Autor: Treadgold, Thomas
Fundstelle: 1825, Band 17, Nr. LXXIII. (S. 340–345)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj017/ar017073

LXXIII. Versuche über die Elasticität und Stärke des harten und weichen Stahles. Von Hrn. Thom. Treadgold, bürgerl. Baumeister.

Aus den Philosophical Transactions of the Roy. Society of London im Repertory of Arts and Manufactures. Mai. 1825. S. 354.

Mit Abbildungen auf Tab. VIII.

Wenn ein Stük sehr harten Stahles weich gemacht wird, so kann man natürlich voraussezen, daß diese Operation auch eine verhältnißmäßige Veränderung in der Elasticität desselben hervorbringt, und daß dasselbe Gewicht, unter übrigens gleichen Umständen, eine größere Biegung an dem weichen, |341| als an dem harten Stüke hervorbringen wird. Hr. Coulomb schloß aus einigen vergleichenden Versuchen an kleinen Stüken, daß der Grad der Temperirung die Elasticität des Stahles nicht verändert, und Ihre Versuche über die Schwingung (experiments on Vibration, Nat. Philos. II. p. 403.) führen zu demselben Schluße. Dieser Gegenstand schien indessen noch eine weitere Untersuchung zu fordern, vorzüglich weil sich dadurch eine Gelegenheit darboth, noch andere Thatsachen hinsichtlich des Stahles zu bestimmen, die bisher noch nicht untersucht worden sind.

Bei den Versuchen, welche ich jezt beschreiben will, wurde jede Stange an ihren Enden von zwei Blöken aus Gußeisen gestüzt, welche auf einem starken hölzernen Gestelle ruhten. Die Schale, welche die Gewichte zu tragen hatte, ward in der Mitte der Länge der zu prüfenden Stange an einem walzenförmigen stählernen Stifte aufgehängt, der ungefähr 3/8 Zoll im Durchmesser hatte. Und da bei Versuchen dieser Art es sehr wünschenswerth ist, daß man das Gewicht an der Stange heben könne, ohne die Lage derselben zu verändern, damit man wisse, wann die Schwere hinreicht, um eine bleibende Veränderung in der Structur derselben hervorzubringen, so bediene ich mich einer starken und feinfadigen Schraube, die über dem Mittelpuncte des Apparates befestigt ist, wodurch die Schale gehoben und gesenkt werden kann, wenn die Schnüre, auf welche die Schraube wirkt, um den Querstift geschlagen werden, an welchem die Schale hängt.

Um die Biegung zu messen, ist ein Quadrant-Stük aus Mahagony-Holz an dem hölzernen Gestelle befestigt; zwei Leiter sind an jeder Kante des Quadranten fest gemacht, worin sich eine senkrechte Stange schiebt, und einen Zeiger bewegt. Die Stange und der Zeiger sind wechselseitig so in Gleichgewicht gesezt, daß das eine Ende der Stange in beständigem Druke auf das zu untersuchende Stük steht, während der Zeiger sich über einen Gradbogen bewegt, der in Zolle, in Zehntel und in Hundertel getheilt ist: die Tausendtheile werden mittelst eines Vernier am Ende des Zeigers abgelesen. An dem unteren Ende der senkrechten Stange ist |342| eine Schraube angebracht, durch welche der Zeiger nöthigen Falles auf o, gestellt werden kann. Fig. 1. auf Tab. X.

Die ersten Versuche wurden mit einer Stange blasigen Stahles von erster Güte angestellt. Sie wurde mittelst des Hammers zu der von mir darauf bezeichneten Dike und Breite ausgestrekt, dann genau und regelmäßig zugefeilt, und hierauf bis zum Grade der Härte der gewöhnlichen Feilen gehärtet.

Die ganze Länge der Stange betrug 14 Zoll; die Länge zwischen den Unterlagen 13; die Breite 0,95 Zoll; die Höhe 0,375; das Thermometer spielte zwischen 55 und 57° Fahrenheit.

Bei einem Druke von 54 Pf. betrug die Vertiefung in der Mitte 0,02 Zoll;
82 0,03
110 0,04

Dieses lezte Gewicht blieb einige Stunden auf der Stange, ohne eine bleibende Veränderung in der Form zu erzeugen.

Die Härte der Stange ward dann bis auf ein tiefes Strohgelb herab vermindert, und die vorigen Versuche wurden wiederholt: es erschienen dieselben Biegungen unter denselben Gewichten.

Die Härte der Stange ward bis zum gleichförmigen Blau oder bis zur Federhärte herab vermindert: es erschienen wieder dieselben Biegungen unter denselben Gewichten.

Nun wurde sie roth geglüht und sehr langsam abgekühlt. Auch in diesem Zustande brachten dieselben Gewichte noch immer dieselben Biegungen hervor, und eine Last von 110 Pfund verursachte keine bleibende Veränderung in der Form.

Die Stange wurde wieder, und zwar sehr hart, gehärtet. In diesem Zustande brachten dieselben Gewichte dieselben Biegungen hervor, und ein Gewicht von

300 Pfund machte eine Vertiefung in der Mitte von 0,115 Zoll;
350 0,130
580 brachen sie.

Als das Gewicht von 350 Pfund von der Stange abgenommen wurde, behielt leztere eine bleibende Biegung von 0,005 Zoll, welche bei einer Zulage von 10 Pfund bis auf 0,01 stieg.

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Ich fand, daß man eine weit längere Stange ohne Schwierigkeit härten konnte, und ließ daher eine andere Stange aus derselben Art von Stahl verfertigen, die 25 Zoll lang war, und der man mit demselben Gewichte eine ungefähr doppelt so starke Biegung geben konnte, so daß man auch den kleinsten Unterschied in der elastischen Kraft leicht zu entdeken vermochte, indem die vorigen Versuche hinreichen, um zu beweisen, daß, wenn ein Unterschied Statt hat, er äußerst gering seyn muß.

Die Breite dieser Stange betrug 0,92 Zoll; ihre Höhe 0,36 : die Länge zwischen den beiden Unterlagen 24 Zoll. Sie war so weich, daß sie der Feile leicht nachgab. Bei einem Gewichte von

18,6 Pf. betrug die Vertiefung in der Mitte 0,05 Zoll;
37, 0,10
47, 0,127

Die Stange wurde hierauf gehärtet, so daß sie überall der Feile zu widerstehen vermochte; dieselben Gewichte brachten Vertiefungen hervor, die kaum merklich von den vorigen im weichen Zustande verschieden waren.

Ich verminderte dann die Härte bis zum gleichförmigen Strohgelb, wo ein Gewicht von

47 Pf. eine Vertiefung in der Mitte von 0,127 Zoll;
85 0,230
130 0,350
150 0,400 – hervorbrachte.

Ein Gewicht von 150 Pfund brachte eine bleibende Vertiefung von 0,012 hervor; 130 Pfund brachten aber „keine“ 89) so merkliche Wirkung hervor.

Die Gewichte wurden verstärkt, und bei

185 Pf. betrug die Vertiefung in der Mitte 0,50 Zoll; bei
385 1,04

Als die 385 Pfund ungefähr Eine Minute lang auf der Stange lagen, hörte man einen schwachen Kracher, und ich |344| hörte daher auf, mehr Gewichte aufzulegen: in ungefähr 14 Minuten brach die Stange genau in der Mitte ihrer Länge.

Bei Vergleichung der Bruchflächen der verschiedenen Stangen zeigte sich kein anderer merklicher Unterschied, als in der Farbe. Das Korn war fein, gleich; die kleinen metallisch glänzenden Puncte waren häufig und gleichförmig vertheilt; an den härteren Stangen war der Grund weißer.

Aus diesen Versuchen erhellt, daß die Elasticität des Stahles merklich dieselbe in allen Zuständen der Härte ist.

Die Höhe des Modulus der Elasticität, nach Ihrer Formel in Ihrer Nat. Phil. II. 48. berechnet, ist,

nach dem ersten Versuche 8,827,300 Fuß.
zweiten 8,810,000

Nun ist aber die Höhe des Modulus, wie Sie dieselbe für den Stahl durch Versuche über die Vibration Nat. Phil. II. 86. bestimmten, 8,530,000. Der Modulus für den Guß-Stahl nach Duleau's Versuchen (Essai Théorique et Experimental sur le Fer Forgé p. 38.) ist 9,400,000 Fuß; und für den deutschen Stahl 6,600,000 Fuß.

Die Kraft, welche eine bleibende Veränderung erzeugt, verhält sich zu jener, welche den Bruch hervorbringt, bei dem harten Stahle, wie 350 : 580; oder wie 1 : 1,66; in demselben Stahle von strohgelber Härte, wie 150 : 385, oder 1 : 2,56.

Wenn die Spannung der oberflächlichen Theilchen bei jenem Druke, welcher eine bleibende Veränderung hervorbringt, nach der Formel berechnet wird, die ich in meinem Versuche über die Stärke des Eisens (Essay on the Strength of Iron, p. 146. 2. edit.) angegeben habe, so erhält man 45,000 Pf. auf einen □ Zoll bei dem gehärteten Stahle; und die absolute Cohäsion ist 115,000 Pfund. Hr. Rennie fand die directe Cohäsion des blasigen Stahles = 133,000 Pfund (Philosophical Transactions 1818.)

Nun war aber der Druk, welcher eine bleibende Veränderung hervorbrachte, bei jedem harten Stahle 51,000 Pfund auf den □ Zoll und die absolute Cohäsion nur 85,000 Pf.

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Aus diesen Vergleichungen geht hervor, daß, bei dem Härten des Stahles, die Theilchen desselben in eine solche Spannung gegen einander gebracht werden, daß ihre Kraft einer äußeren Gewalt zu widerstehen, dadurch vermindert wird. Der Betrag dieser Spannung sollte gleich seyn der Differenz der absoluten Cohäsionen in den verschiedenen. Zustanden. Wenn man Hrn. Rennie's Versuch als Maßstab der Cohäsion in weichem Zustande annimmt; so erhält man 133,000 – 115,000 = 18,000 Pfd. für die Spannung bei einer strohgelben Härtung; und 133,000 – 85,000 = 48,000 Pfund für die Spannung des harten Stahles. Wenn diese Ansicht richtig ist, läßt sich das Phänomen des Härtens auf folgende Weise erklären, die beinahe mit jener in Ihren Lectures 1. p. 644 übereinkommt: nachdem ein Stük Stahl bis zu einer gehörigen Temperatur erhizt wurde, wird eine kühlende Flüssigkeit angewendet, die im Stande ist, die Hize schneller von der Oberfläche wegzuführen, als die inneren Theile des Stahles dieselbe nachliefern können. Daher das Zusammenziehen der Theile an der Oberfläche um die in dem Mittelpuncte gelegenen, welche von der Hize ausgedehnt sind; und die Zusammenziehung der in dem Mittelpuncte befindlichen Theile, während sie in einen weiteren Raum ausgedehnt sind, als sie bei einer niedrigen Temperatur nöthig haben, und daher jene gleichförmige Spannung, welche die Cohäsionskraft des gehärteten Stahles so sehr vermindert. Der vermehrte Umfang bei dem Härten stimmt mit dieser Erklärung, und läßt erwarten, daß auch jedes andere Metall sich härten lassen würde, wenn wir ein Mittel fänden die Hize mit größerer Schnelligkeit, als die leitende Kraft desselben, zu entziehen.

|343|

Im Originale ist offenbar no ausgelassen. A. d. Ueb.

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