Titel: Tyler, über die Härte der Eisengüsse.
Autor: Tyler, Rufus
Fundstelle: 1834, Band 53, Nr. LXIII. (S. 374–379)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj053/ar053063

LXIII. Ueber die Härte der Eisengüsse. Von Hrn. Rufus Tyler, Mechaniker zu Philadelphia.

Aus dem Franklin Journal im Mechanics' Magazine, No. 567, S. 201.

Die Mechaniker konnten sich früher nur mit Mühe gußeiserne Gegenstände von solcher Weichheit verschaffen, daß sie sich mit gehöriger Leichtigkeit bearbeiten ließen, und selbst heut zu Tage noch ist die Kunst Güsse von jeder beliebigen Qualität zu erhalten, in einiges Dunkel gehüllt. Ich will es versuchen dieses Dunkel einiger Maßen aufzuhellen, den Gießer auf diese Weise in Stand zu sezen hie und da an Metall zu ersparen und dem Mechaniker Mittel an die Hand zu geben, mit deren Hülfe er mit Leichtigkeit und Sicherheit bestimmen kann, ob dieser oder jener Guß seinen Anforderungen entspricht oder nicht.

Man unterscheidet das härteste und das weichste Gußeisen gewöhnlich dadurch, daß man ersteres weiß und lezteres schwarz nennt, während man alle Zwischenstufen mit dem Namen graues Gußeisen belegt. Die dunkleren Schattirungen enthalten eine größere Menge Kohlenstoff, und werden sehr zum Schmelzen geschäzt, indem ein Theil dieser Substanz jedes Mal beim Schmelzen verloren geht.

Man kann zwar beim Beurtheilen der Qualität eines zu untersuchenden Gegenstandes auf diese Zeichen, in so fern als die verschiedenen Schattirungen von Grau wirklich bemerkbar sind, bauen; allein dieselben Metalle können dann durch verschiedene, beim Gießen eintretende Umstände das Aussehen und die Eigenschaften des weißen Gußeisens erlangen, von welchem sie sich dann nur mehr durch Anlassen, abermaliges Schmelzen und durch die chemische Analyse unterscheiden lassen. Man begeht daher einen Mißgriff, wenn man, wie dieß beinahe allgemein geschieht, Eigenschaften, die Gußeisen von jedem Grade der Verkohlung gemein sind, einem Mangel an Kohlenstoff zuschreibt; – Eigenschaften, die, wie man bei genauerer Untersuchung finden wird, von der eigenthümlichen Anordnung abhängen, welche die Theilchen beim Uebergange vom flüssigen in den festen Zustand erleiden, und welche sowohl durch die Länge der Zeit, die sie zum Abkühlen brauchen, als durch das Verhältniß des mit ihnen verbundenen Kohlenstoffes abhängen.

Jeder erfahrne Arbeiter weiß, daß verschiedene Theile eines und desselben Stükes oft ganz entgegengesezte Eigenschaften darbieten. Man schreibt dieß gewöhnlich einer ungleichen Vertheilung des Kohlenstoffes in Folge der schnelleren Abkühlung der dünneren Theile, |375| die zuerst die krystallinische Form erlangen, zu. Hieraus leitet sich das bei den Gießern allgemein übliche Verfahren ab, beim Auswählen des Materiales zu weichen Güssen die harten Theile abzubrechen und zu beseitigen, und umgekehrt. In der Wirklichkeit ist jedes Stük Gußeisen, des ungleichartigen Aussehens ungeachtet, durch und durch von gleicher Zusammensezung, und nur an solchen Stüken, die sowohl die harte als die weiche Form zeigen, kann man durch die Besichtigung eine genaue Kenntniß der Beschaffenheit oder Qualität des Materiales erlangen.

Es ist von größter Wichtigkeit, daß die Gießer mit diesen Thatsachen gehörig vertraut seyen; denn bei ihren gegenwärtigen irrigen Ansichten schäzen sie nicht nur ihr bestes Material wegen der großen Aehnlichkeit desselben mit einem Materiale von geringerer Qualität nicht selten zu gering; sondern, wenn sie das als hart angenommene Material zum Gießen von Artikeln anwenden, die den höchsten Grad von Härte bekommen sollen, so erreichen sie auch ihren Zwek nicht, ausgenommen die Güsse sind so dünn, als jene, von welchen das Material gewählt wurde. Da jedoch zu einem Einsaze gewöhnlich wirklich und vermeintlich hartes Material genommen wird, so fällt das Resultat doch zum Glüke selten so sehr abweichend aus, wie ich es eben angedeutet habe. Im Allgemeinen genügt dieß, um die Meinung hervorzurufen, daß das Metall verbessert wurde, d.h., daß es in dem Ofen einen Zuwachs an Kohlenstoff erhielt, obschon bekanntlich im Allgemeinen das Gegentheil eintritt, und zwar in solchem Grade, daß, wenn man Eisen von der anerkannt weichsten Qualität ein halbes Duzend Mal nach einander schmilzt, es nur mehr zu den härtesten Gegenständen geeignet ist. Man hat daher beim Gießen jedes Mal hierauf Rüksicht zu nehmen, besonders beim Schmelzen in dem gewöhnlichen Windofen, welcher das Metall härter macht, als der Kuppel- oder Gebläseofen.

Wenn man bei diken Massen einen außerordentlich hohen Grad von Härte erzielen will, so ergibt sich außer der ungeeigneten Auswahl des Metalles auch noch eine andere Schwierigkeit, die von dem hohen Schmelzpunkte des zu solchen Zweken geeigneten Metalles bedingt ist, und die noch dadurch vergrößert wird, daß man das Material von Massen wählen muß, die wenigstens eben so groß sind, als die Gegenstände, welche man erzeugen will. Dieß wird jedoch jenen nicht als Uebelstand gelten, die nicht wissen, daß hartes Metall in der Form von dünnen Stüken in größeren oder dikeren Massen harte Güsse geben kann oder nicht; oder wenigstens jenen nicht, die, weil sie keine sehr kräftigen Oefen haben, die großen Massen ganz verwerfen. Aus diesem Grunde und zugleich auch wegen des |376| Mangels einer richtigen Theorie nimmt man beim Härten von Amboßen und vielen anderen Artikeln seine Zuflucht zur künstlichen Kälte, wodurch das Metall innerhalb der Härtungszeit zum Erstarren kommt.

Wenn man Metall von gehöriger Härte in Stüken so groß, als man sie füglich behandeln kann, anwendet, so braucht man Güsse, die kleiner sind, als jene, von denen das Metall gewählt worden, nicht künstlich abzukühlen. Vor einigen Jahren verbreitete sich in den Journalen die Angabe, daß hartes Gußeisen durch Anlassen in Zuker ganz weich gemacht werden könne.

Ich habe oben gesagt, daß Güsse, die in verschiedenen Verhältnissen mit Kohlenstoff versezt sind, die einander jedoch darin gleichen, daß sie sehr hart sind, durch das Anlassen von einander unterschieden werden können. Die Sache verhält sich also, daß Eisen, welches stark verkohlt, durch künstliches Abkühlen oder dadurch, daß es in sehr dünne Platten gegossen wurde, gehärtet worden, durch ein einfaches Anlassen weich gemacht werden kann. Darauf beruht auch das Weichwerden durch Anlassen in Zuker, welches mir bei einem Stüke, das ich hiezu auswählte, nicht gelang.

Jenen, die da annehmen, daß in den Stüken, welche an einigen Stellen weich, an anderen hart sind, eine ungleiche Vertheilung des Kohlenstoffes Statt finde, kann man durch die Frage antworten, was denn aus dem Kohlenstoffe wird, wenn ein Stük, welches sonst grau und weich seyn würde, unter Umständen, unter denen ein Entweichen des Kohlenstoffes nicht wohl angenommen werden kann, so abgekühlt wird, daß es ganz weich oder durch und durch hart ist. Man lasse z.B. in einen großen Blok Messing (Gußeisen darf man nicht nehmen, weil man sonst sagen könnte, dasselbe sauge den Kohlenstoff ein) sechs oder mehr Zoll tief ein Loch von einem halben Zoll im Durchmesser bohren, und fülle dasselbe mit geschmolzenem Eisen. In diesem Falle wird Niemand zweifeln, daß der Guß durch und durch gehärtet werden wird; man wird daher zur Erklärung dieser Erscheinung nach einer anderen Theorie als die eben genannte forschen müssen. Jene, die ich hiefür angenommen habe, und die ich oben andeutete, sagt, daß, wo immer ein Resultat dieser Art eintreten mag, dasselbe von den Umständen bei der Abkühlungszeit abhängt; d.h. mit anderen Worten jedes Stük Gußeisen, dasselbe mag weiß oder grau seyn, wird, wenn es geschmolzen wird, ohne daß eine Veränderung in den Verhältnissen des Kohlenstoffes und Eisens geschieht, immer Gußeisen von einer und derselben Qualität geben, sobald die zum Abkühlen gestattete Zeit auch immer eine und dieselbe bleibt.

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Dieser Theorie gemäß hat jede Qualität Gußeisen ihre eigene Abkühlungszeit, die den Charakter der Qualität bestimmt. Um dieser Sache weiter auf den Grund zu kommen, ließ ich mir, nachdem mir die Thatsache ein Mal bekannt war, ein Muster machen, welches aus zwei gleichen Keilen bestand, die 2 Zoll breit und 3 Zoll lang waren, und die von einer Dike von einem halben Zoll, die sie am Rüken hatten, in eine so dünne Kante ausliefen, als es in einem gewöhnlichen Sandmodel füglich möglich war. Diese Keile wurden an ihrem Rüken durch ein Stük, welches so breit als einer der Keile und beiläufig einen halben Zoll dik war, auf solche Weise mit einander verbunden, daß man sowohl beim Modeln, als beim Gießen einer vollen Gleichheit sicher war; da die Kante der Keile in dem Model nach Abwärts gerichtet war, so wurden die Model in Folge des Drukes vollkommen ausgefüllt. Solche Musterkeile verschaffte ich mir mehrere von dem weichsten und am meisten mit Kohlenstoff versezten Eisen bis zu Eisen von einem mittleren Grade der Verkohlung. Wenn ich nun einen dieser Keile von der Kante bis zum Rüken der Diagonale nach zerbrach, so zeigte sich auf einem und demselben Bruche sowohl weißes als graues Eisen; das weiße begann jedes Mal an der scharfen Kante und erstrekte sich gegen den Rüken hin, wo es auf das graue traf; der Uebergang war plözlich und ziemlich genau markirt, seine Entfernung von der Kante wechselte jedoch mit der Schattirung des Grau. Diese Keile geben also eine relative Scala zum Bemessen der verschiedenen Qualitäten des Materiales.

Die Uebergangslinie des weißen Metalles in das graue folgte ganz genau jener Linie, die dergleichen Dike des Keiles entsprach, d.h. ihre Entfernung von der Kante war von der einen Seite des Keiles bis zur entgegengesezten eine und dieselbe. Der zweite Keil desselben Paares zeigte jedes Mal dasselbe Aussehen, wie ich dieß im Voraus vermuthete; und jeder Keil, der unter denselben Umständen aus demselben Metalle gegossen worden wäre, würde dieselbe Beschaffenheit gezeigt haben, indem die Zeit des Abkühlens bei jedem eine und dieselbe bleibt.

Aus diesen Thatsachen geht hervor, daß es, wenn man im Stande seyn will, die Härte irgend eines Gusses ohne Irrthum zu bestimmen durchaus nöthig ist, irgend einen dünnen keilförmigen Theil auszusuchen, den man ohne Nachtheil abbrechen kann. Man kann zu diesem Behufe auch vorher an dem Muster einen Keil anbringen, der aus irgend einem zu gleicher Zeit und aus demselben Metalle veranstalteten Gusse besteht. Durch die Beobachtung der Dike, bei welcher das weiße Metall in das graue übergeht, erfährt |378| man die Qualität des Eisens, vorausgesezt, daß man vorher weiß, welche Qualität dieser Dike zukommt.

Eine Ausnahme von dieser Regel macht jedoch der lezte Guß aus einem und demselben Einsaze, der jedes Mal härter ist, als der erste, indem das Metall bei dem lezten in weit niedrigerer Temperatur in den Model gelangt, als bei dem ersten, indem der Model dadurch nicht eben so hoch erhizt wird, und indem daher die Zeit des Abkühlens des Metalles bei einer bestimmten Dike kürzer ist.

Nachträglich zu dem eben beschriebenen Versuche verschaffte ich mir statt des doppelten Keiles einige Stüke Eisen von verschiedener Art, welche von einem Muster abgeschlagen worden, welches die Form einer Schale mit keilförmigem Rande hatte. Gegen diese ließ sich nämlich nicht der Einwurf, den ich oben schon hätte berühren sollen, machen, daß die Ränder, welche mehr als die Mitte des Keiles den äußeren Einflüssen ausgesezt sind, schneller abkühlen werden, und daß der Härtungspunkt hiedurch etwas weiter hinauf gerükt wird, wodurch an diesen Stellen nothwendig auch eine leichte Abweichung von der Uebergangslinie entstehen muß.

Es ist ferner wahrscheinlich, daß die Resultate auch noch durch ein anderes, gleichfalls durch den gegossenen Keil angedeutetes Princip etwas modificirt werden würden; d.h. daß an solchen Formen, die sich überall in Ränder endigen, welche diker sind, als der Härtungspunkt, während einzelne Theile eine nur etwas geringere Dike als dieser Punkt haben, gar keine Härtung eintreten wird, indem die harte Form, welche wahrscheinlich das Product der Krystallisation ist, sowohl an dem Eisen als an anderen Substanzen eine gewisse Anordnung erfordert, von der sie beginnt, und von der sie sich dann weiter erstrekt. Ich habe allen Grund zu vermuthen, daß, wo man an Gegenständen, welche gegossen werden sollen, wegen der Beschaffenheit des Ofens oder des Metalles, oder wegen der Spizheit der Winkel befürchtet, daß die Kanten, die am meisten exponirt sind, zu hart werden dürften, dieser Gefahr vorgebaut werden dürfte, wenn man diese Kanten an dem Muster auf eine geringere Distanz verlegte, selbst wenn man dann, um dem Gusse genau die verlangte Form zu geben, zur Feile und zum Meißel greifen müßte.

Man hat sich beim Untersuchen der Güsse in einer Gießerei sorgfältig zu hüten, daß man keine solchen Stüke abbreche, auf deren Abkühlungszeit besondere Umstände einen Einfluß übten; wie z.B. Theile, welche der atmosphärischen Luft ausgesezt waren, oder mit Sand in Berührung standen, der durch das darüber laufende Metall erhizt ward; Theile, die mit großen Massen in Berührung standen, und in denen folglich das Metall länger flüssig bleiben konnte. Man |379| findet gewöhnlich einige Tage nachdem bestimmte Güsse gemacht worden, einige unvollkommene oder beschädigte Stüke, von denen man weiß, daß sie zu derselben Zeit gegossen wurden, und an denen die Untersuchung vorgenommen werden kann. Obschon keilförmige Stüke aus den oben angeführten Ursachen hiezu am geeignetsten sind, so genügt doch oft schon eine Untersuchung des Bruches irgend eines anders geformten Stükes; vorausgesezt, daß dessen Abkühlungszeit sich innerhalb jener befinde, die dem dünnsten Theile des zu untersuchenden Gusses gestattet wurde. Es handelt sich nämlich gewöhnlich nicht um eine ganz genaue Bestimmung der Qualität des Eisens, sondern meistens nur darum, zu wissen, ob die Güsse weich genug sind, um gehörig bearbeitet werden zu können.

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