Titel: Damemme, über die Härtung des Stahls.
Autor: Damemme, H.
Karmarsch, Karl
Fundstelle: 1837, Band 66, Nr. XXVI. (S. 130–138)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj066/ar066026

XXVI. Ueber die Härtung des Stahls; nach Damemme.19)

1) Ueber die zum Härten erforderliche Hize. – Beim Glühen des Stahls kann man durch die Abstufungen der Farbe, welche derselbe annimmt, die bekannten Hizgrade unterscheiden, nämlich: die braunrothe, kirschrothe, hellrothe, gelbe und weiße |131| Glühhize. Der Stahl muß, um durch das Ablöschen Härte zu erlangen, deutlich roth glühen; wenn man ihn braunrothglühend in Wasser taucht, so wird er wenig und oft gar nicht hart. Die Erfahrung lehrt, daß die kirschrothe und hellrothe (rosenrothe) Glühhize am angemessensten zum Härten sind; so wie, daß jeder Stahl zur gehörigen Härtung eines eigenen Hizgrades bedarf. Die Schwierigkeit, den besten Grad von Hize zu treffen; die Beschaffenheit der Kohlen und des Stahls; der Einfluß der Luft; die Verschiedenheit des Härtewassers; die Lage der Esse; die Schwäche oder Stärke des Windes aus dem Blasbalge: alles dieß sind Umstände, die man kennen und zu berüksichtigen verstehen muß, um so wenig als möglich den üblen Folgen des Härtens ausgesezt zu seyn, die man nicht immer verhindern kann, und die sich nur bis zu einem gewissen Grade vermelden lassen; nämlich den Härterissen und dem Verziehen der Arbeitsstüke.

2) Ueber verschiedene Härtungsmittel. – Das Wasser ist nicht die einzige Substanz, mit welcher man das Härten des Stahls versucht hat. Matt sezte demselben verschiedene Salze zu, wie Kochsalz, Glasgalle, Salmiak, Salpeter, Borax, Alaun; deßgleichen Salzsäure, gebrannten Kalk n. s. w. Man bediente sich des Saftes von Zwiebeln, Knoblauch, Rüben, Zitronen, Weintrauben und vielen anderen Vegetabilien; ferner der Oehle, des Talges, des Honigs, der Butter, des Siegellaks, Harzes, Weingeistes oder Branntweins, Terpenthinöhls; des Urins; des Bleies, Zinns, Queksilbers, und noch vieler anderer Substanzen, zum Theil der allersonderbarsten Art. Von allen angezeigten Mitteln geben einige dem Stahle gar keine, andere nur eine geringe Härte. Seifenwasser z.B. und kochendes Wasser machen den Stahl nicht hart; man kann sogar den in dieselben eingetauchten Stahl wiederholt herausziehen, und noch glühend finden: löscht man ihn aber gänzlich darin ab, so läßt er sich fast eben so leicht feilen, als wenn er langsam an der Luft erkaltet wäre.20)Talg, Oehl, und überhaupt alle fetten Körper |132| härten zwar den Stahl mehr oder weniger, doch niemals so stark als gewöhnliches Wasser. Die Pflanzensäfte bieten keine Vortheile vor dem Wasser dar. Was die geistigen Flüssigkeiten und die flüchtigen Oehle betrifft, so ist ihre Wirkung nicht ausgezeichnet genug, um dieselben, in Vergleichung mit Wasser, empfehlenswerth zu machen. Wozu kann es also dienen, Kosten und zum Theil nöthige Vorsichtsmaßregeln anzuwenden, von welchen man keinen Vortheil erntet? Scheidewasser und Vitriolöhl geben in der That dem Stahle eine außerordentliche Härte; allein sie zerfressen ihn und sind durch das beim Eintauchen entstehende Sprizen gefährlich; auch ist die Gefahr des Verziehens und Reißens der Stüke (welche immer im Verhältnisse zu dem Grade der erlangten Härte steht) bedeutend.

Damemme beschreibt vergleichende Versuche, welche er über das Härten in verschiedenen Mitteln angestellt hat. Er schmiedete zwölf kleine Meißel mit aller nöthigen Sorgfalt, härtete drei davon in klarem Wasser, drei in Zwiebelsaft, drei in Rübensaft und drei in dem Safte von Möhren (gelben Rüben). Zur Probe wurde dann mit denselben auf einem Stüke gewöhnlichen Stahls gearbeitet, welches gehärtet und theilweise bis zur wasserblauen Farbe, theilweise weniger nachgelassen war. Nachher wurden die Meißel wieder weich gemacht, neuerdings geschmiedet, in anderen Substanzen (drei jedoch immer in reinem Wasser, mit der Vorsicht, daß diese Wahl nicht stets die nämlichen traf) gehärtet, und auf die vorige Weise geprüft. Diese Versuche erstrekten sich auf vielerlei Säfte, auf Salze, Talg, Oehle, Harze, Wachs, geistige Flüssigkeiten, Obstwein, Milch, Lauge, Blei, Zinn, Eisen, Kupfer, grünes Holz21), und noch manche andere Stoffe, immer mit Beobachtung des nämlichen Verfahrens. Das Resultat war, daß mit den in reinem Wasser gehärteten Stüken nur diejenigen einen Vergleich aushalten konnten, welche in Salmiakauflösung, in einer Mischung von 30 Theilen Wasser mit 1 Theil Vitriolöhl, und in Wasser, welches durch oftmaliges Ablöschen glühender Holzkohlen mit feinen Kohlentheilchen geschwängert war, gehärtet wurden. Fette Oehle, vorzugsweise Rüböhl, kann man mit Nuzen anwenden, um eine etwa 1/2 Zoll hohe Schichte davon auf das |133| Härtewasser zu gießen, durch welche der Stahl erst in das Wasser gelangt. Nichts sprach zu Gunsten aller übrigen versuchten Härtungsmittel, die daher von einzelnen Arbeitern gewiß nur aus Vorurtheil als nüzlich angesehen werden.22)

Fernere Versuche beweisen auf das Schlagendste, daß die härtende Kraft eines Mittels im Verhältnisse steht mit dessen Fähigkeit die Wärme zu leiten23), wiewohl Damemme diesen Zusammenhang ganz übersieht. Der Stahl wird in Queksilber mit geringerer Hize hart, als in Säuren. Salpetersäure und Schwefelsäure von 9° Wärme gaben eine größere Härte, als Wasser auf dem Gefrierpunkte, und selbst Eis von 4 bis 6° unter Null. Gleiche Theile Wasser und Schwefelsäure gemischt ertheilten dem Stahle eine größere Härte, als reines Wasser von gleicher Temperatur. Salpetersäure und Schwefelsäure wurden im Wasserbade auf + 20° R. erwärmt; der Stahl wurde darin eben so hart, als in reinem Wasser von + 10°. Rosenroth glühender Stahl in das Wasserbad getaucht, durch welches die Säuren erhizt wurden, nahm dagegen keine oder eine kaum bemerkbare Härte an. Queksilber von + 25 R. härtet eben so gut als Wasser von + 10° R., und viel besser als Wasser von + 25°. Doch wird das Queksilber (wegen seiner geringen Wärmecapacität) schnell sehr heiß und dadurch zum Härten untauglich. Glühende stählerne Punzen, in ein Stük Zinn oder Blei gestekt (welches sie rund um sich zum Schmelzen bringen, so daß das Eindringen bis zu einer gewissen Tiefe möglich wird), nehmen eben so viel Härte an, als in Wasser von + 7° R., obwohl das geschmolzene Metall sehr heiß ist.

3) Ueber das Korn des gehärteten Stahls. – Im Allgemeinen gilt die bekannte Regel, daß das Korn, welches man |134| auf den Bruchflächen des Stahls bemerkt, durch das Härten feiner wich. Im Einzelnen leidet dieß eine Beschränkung, und die Hize, bei welcher der Stahl gehärtet wurde, hat hierauf großen Einfluß. Man kann diesen beobachten, wenn man eine Stahlstange so erhizt, daß sie an dem einen Ende weiß glüht, und ihre Hize von da an gegen das andere Ende hin stufenweise abnimmt; diese Stange dann härtet, und an verschiedenen Stellen ihrer Länge, wo sie verschiedene Hizgrade besessen hat, abbricht, um das Ansehen der Bruchfläche zu untersuchen. Das weißglühend gewesene Ende zeigt ein grobes, glänzendes Korn, dessen einzelne Theile von einander getrennt erscheinen; die Härte ist zwar auf der Oberfläche sehr groß, aber innerlich trifft man bei der Probe mit Feile und Grabstichel viele weiche Körner: der Stahl ist durch die Ueberhizung verdorben. – Der gelbrothen Hize entspricht ein feineres, jedoch mit groben, glänzenden Körnern gemengtes Gefüge, und eine größere Härte. – Wo der Stahl hellroth (rosenroth) geglüht hat, ist er noch härter, und dennoch fester (weniger spröde) als an den vorhergehenden Stellen; das Korn gleichförmiger, wiewohl noch ein wenig gemengt. – Die kirschrothe Hize erzeugt eine eben so große, meist sogar noch größere Härte, als die hellrothe; dabei mehr Festigkeit, und ein sehr feines Korn. – Noch weiter hin, wo die Glühhize kaum mehr bemerklich war, ist der Stahl wenig oder gar nicht hart, sein Korn unregelmäßig und wieder mit groben Theilen gemengt. – Man ersteht hieraus, wie wichtig es ist, den angemessensten Hizegrad beim Härten zu treffen, der übrigens freilich bei verschiedenen Stahlsorten verschieden seyn muß. Allgemein gesprochen, ist die kirschrothe Glühhize am besten zum Härten der feinen Stahlgattungen, dagegen die hellrothe für die gemeinen Gattungen.

4) Ueber das Verziehen und Reißen des Stahls beim Härten. – Der Stahl ist fast nie eine völlig gleichartige Masse, sondern enthält mehr oder weniger Theile eingemengt, welche der Natur des Eisens sich nähern oder ganz eisenartig sind. Auf solche verschiedenartige Theile muß die Erhizung und die Abkühlung in ungleichem Grade einwirken. Durch das Erhizen dehnen sich Eisen und Stahl, wie überhaupt alle Körper, aus; bei der plözlichen Abkühlung durch Eintauchen in das Härtewasser verliert der Stahl die durch die Hize gewonnene Ausdehnung nicht völlig wieder, während das Eisen sich vollständig zusammenzieht: daher findet nothwendig eine ungleich starke Zusammenziehung in der ungleichartigen Masse Statt, woraus mannigfaltige Krümmungen hervorgehen, die man beim Härten so gewöhnlich eintreten sieht. Kann der Stahl dem Bestreben des Eisens, sich zusammenzuziehen, nicht gehörig nachgeben, |135| so erhält er Sprünge (Härterisse), indem seine Theile sich zu trennen genöthigt sind.

Außer diesem Hauptgrunde tragen zum Verziehen und Reißen des Stahls auch noch andere Ursachen bei, die daher sorgfältig zu vermeiden sind, nämlich: ungleich starke Erhizung der verschiedenen Theile eines Stükes, und ungleiche Abkühlung, welche von verschiedener Dike des Stahls an verschiedenen Stellen oder von einer unzwekmäßigen Art des Eintauchens in das Härtewasser herrühren kann.

Gegenstände, die, in das freie Feuer gelegt, ungleiche Hize erhalten oder durch Anstoßen an die Kohlen u.s.w. verbogen werden könnten, erhize man in einer Büchse von Schwarzblech, durch welche mitten ein Eisenstäbchen gestekt ist. Lezteres zieht man heraus, um daran den Hizgrad zu erkennen, welchen der Inhalt der Büchse erlangt hat. Sind die in der Büchse erhizten Gegenstände von der Art, daß sie nicht bequem angefaßt werden können, so würden sie zu schnell auf den Boden des Wassergefäßes fallen, und sich nicht gut härten. Man thut in diesem Falle gut, mehrere Stüke mit Eisendraht zu einem losen Bündel zusammenzuhängen, welches man mit der Zange am Ende des Drahtes halten kann. Auch das Einsezen ist für solche Gegenstände zwekmäßig, d.h. die Erhizung in einer Büchse, worin man die kleinen Stüke mit Holzkohlenpulver schichtenweise einlegt, und die man zum Härten in das Wasser stekt, umkehrt, und mit einer kreisenden Bewegung ausleert. Endlich ist zum gleichmäßigen und bequemen Erhizen weniger kleiner Gegenstände auch ein Bleibad zwekmäßig, welches aus Blei, in einem Tiegel geschmolzen und glühend gewacht, besteht. Man hält die Stahlarbeiten in das Blei, bis sie heiß genug sind, und taucht sie dann in Wasser. – Das Eintauchen des Stahls beim Härten erfordert mehrere Rüksichten. Dünne und flache Stüke dürfen nie mit der breiten Fläche die Oberfläche des Wassers berühren, wenn sie nicht unfehlbar sich krümmen sollen; sie müssen vielmehr mit der Kante voraus eingetaucht werden, und weder zu schnell noch zu langsam, auch mit gleichmäßiger Geschwindigkeit. Bei Gegenständen, die an einer Seite sehr viel diker sind als an der anderen, wie Messer, Rasirmesser u. dergl., muß man den diksten Theil (also den Rüken) zuerst eintauchen. Denn wenn man umgekehrt verfährt, wird die Schneide schon abgekühlt und hart, während der Rüken noch die Hize hält; daher kann die Schneide sich nicht zusammenziehen, ohne an einer oder mehreren Stellen zu zerspringen, weil der Rüken der Zusammenziehung nicht folgt. – Es ist zu bemerken, daß der Stahl so weit in das Härtewasser gelangen muß, als er glühend ist; taucht man ihn |136| nicht ganz so weit ein, so entsteht fast immer ein Sprung an der Stelle, wo die Gränze des Eintauchens war. Ein zu rasches Herumführen des Stahls im Wasser ist nachtheilig, und verursacht leicht Fehler in der Härtung. – Besteht ein geschmiedetes Stük dergestalt aus zusammengeschweißtem Eisen und Stahl, daß ersteres die eine Fläche, lezterer die andere Fläche ausmacht, so wird beim Härten eine Krümmung eintreten müssen, bei welcher der Stahl, wegen seiner geringeren Zusammenziehung, an der convexen Seite sich befindet. Man kann in solchen Fällen vor dem Härten das Stük nach entgegengesezter Seite (nach der Seite des Stahls hin) krümmen, und wird dann finden, daß es sich von selbst gerade richtet, oder gar noch umgekehrt krumm wirft. Wenn man durch Erfahrung gelernt hat, wie groß die vor dem Härten zu gebende Biegung für einen gewissen Fall seyn müsse, um das Werfen bei der Härtung genau aufzuheben; so kann man diesem lezteren oft mit vollkommenem Glüke entgegenwirken. Ein sehr merkwürdiges Beispiel von der hier beschriebenen Erscheinung gibt eine Sichel, die halbmondförmig gekrümmt, an der schneidigen Seite auf etwa zwei Drittel der Breite von Stahl, dagegen am Rüken (der convexen Seite) fast ganz von Eisen ist. Wenn die Sehne der Krümmung an dem ungehärteten Stüke 16 Zoll betragen hat, findet man sie nach dem Härten auf 17 und sogar 17 1/2 Zoll vergrößert: so sehr viel flacher wird die Krümmung durch die stärkere Zusammenziehung des eisernen Rükens. Viele aus Stahl verfertigte Gegenstände haben durch das Schmieden, durch kaltes Hämmern, durch Biegen u. f. w. in solchem Grade eine ungleiche Dichtigkeit angenommen, daß sie beim Glühen ihre Gestalt verändern, sich krümmen oder verziehen. Dergleichen Stüke muß man erst rothglühend machen, dann gehörig mit leichten Hammerschlägen richten, und dann härten; sonst kann es fast nicht fehlen, daß man ein windschiefes oder gezogenes Stük erhält. Stählerne Walzen, die auf eine Achse oder einen Kern von Eisen geschweißt sind, springen oft beim Härten, oder ziehen sich oval, so daß manchmal, bei Walzen von 3 Zoll Durchmesser, der Unterschied zwischen zwei auf einander rechtwinkelig stehenden Durchmessern wohl eine Linie beträgt. Man hat Beispiele, daß solche Walzen noch 24 Stunden nach dem Härten von selbst gesprungen sind.24)Auch hieran ist die ungleiche Zusammenziehung des Eisens und Stahls Ursache.

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Erfahrene Arbeiter wissen, daß dem Ovalziehen der Walzen vorgebeugt wird, wenn man den eisernen Kern, nachdem er rundgeschmiedet ist, dreht oder windet. Ein Schraubenbohrer, der aus einem vierkantigen Stahlstabe durch Rundschmieden hergestellt ist, zieht sich oft beim Härten so sehr oval, daß er unbrauchbar wird: auch hier wird vorgebeugt, indem man das Stük vor dem Schneiden des Gewindes zusammendreht, weil hiedurch die Fasern eine schraubenartige Richtung annehmen, und die ungleiche Beschaffenheit des Stahls sich über den ganzen Umkreis vertheilt.

5) Ueber die Ausdehnung (Vergrößerung), welche der Stahl durch das Härten erlangt. – Es ist schon durch ältere Versuche bekannt, daß der Stahl nach dem Härten einen um etwas größeren Raum einnimmt, als im gewöhnlichen Zustande. Die Ursache liegt darin, daß er sich bei plözlicher Abkühlung nicht wieder um eben so viel zusammenziehen kann, als er beim Erhizen sich ausgedehnt hat. Damemme hat hierüber folgende Versuche angestellt. Fünf Stäbchen von verschiedenen Stahlsorten wurden mit größter Sorgfalt gefeilt, genau gemessen (wobei 1/30 Linie noch geschäzt werden konnte), in einer blechernen Büchse zwischen Kohlenpulver glühend gemacht, gehärtet und wieder gemessen. Zur Vergleichung wurde ein Stäbchen von Schmiedeisen auf eben die Weise behandelt: es zeigte keine Zunahme an Größe. Die Resultate mit dem Stahle waren folgende:25)

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Textabbildung Bd. 66, S. 138

Wir haben aus dem Essai pratique sur l'emploi ou la manière de travailler l'acier, par H. Damemme bereits einen Aufsaz über die Prüfung des Stahls im Polyt. Journal Bd. LXIV. S. 293 mitgetheilt; obiger, die Härtung des Stahls betreffende, wurde aus derselben Schrift von Hrn. Director Karmarsch frei übersezt und mit Anmerkungen versehen in den Hannöver'schen Gewerbemittheilungen 1837, 13te Lief. bekannt gemacht.

A. d. R.

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Von der Richtigkeit dieser Angaben über das kochende Wasser und Seikenwasser habe ich mich durch Versuche überzeugt. Stahl, den man Hellroth glühend in kochendes Wasser stekt, bewirkt darin unter sehr heftigem Aufsprudeln eine starke und ziemlich lange anhaltende Dampfentwikelung. Ist diese beendigt, so findet man den Stahl beim Anfeilen durchaus ohne Härte. Offenbar liegt die Hauptursache hievon in der langsamen Abkühlung, die dadurch entsteht, daß der Stahl von dem in Menge gebildeten Dampfe eingehüllt ist, welcher die Wärme schlecht leitet. Die Verhältnisse sind hier ziemlich so, wie bei dem bekannten Versuche, wo ein auf glühendes Metall geworfener Wassertropfen abgestoßen und nur langsam in Dampf verwandelt wird, mithin auch dem Metalle nur langsam die Wärme entzieht. Außerdem kommt in Betracht, daß das kochende Wasser schon durch seine höhere Temperatur weniger abkühlend wirkt, und also eine geringere Härte erzeugen muß. – Beim Eintauchen in kaltes Seifenwasser (wenn |132| es auch so dünn ist, daß es kaum eine Neigung zum Fädenziehen zeigt) bleibt der Stahl, ohne eine andere sichtbare Erscheinung darzubieten, auffallend lange glühend, und läßt sich, gänzlich erkaltet, eben so leicht feilen, als in seinem natürlichen Zustande. K.

|132|

Die genannten festen Körper wurden auf die Weise angewendet, daß man den glühenden Stahl zwischen zwei Stüken derselben einschloß und preßte. (Eine Härtung fand hiebei natürlich Statt, in Folge der abkühlenden Kraft des nassen Holzes oder des Metalles; aber Damemme gründet auf diese Beobachtung eine ganz unklare und unhaltbare Theorie des Härtens. K.)

|133|

Hievon machen nothwendig gewisse Fälle eine Ausnahme, wo man absichtlich eine geringere Härte hervorbringen will, als das Wasser erzeugt; z.B. das Härten der Sensen in Talg. K.

|133|

Die Härtung des Stahls ist, nach der jezt wohl ziemlich allgemein angenommenen Ansicht, die Folge davon, daß die durch die Wärme ausgedehnten Theilchen bei der plözlichen Abkühlung nicht im Stande sind, diejenige natürliche Lage gegen einander anzunehmen, welche sie erhalten haben würden, wenn der Stahl langsam erkaltet wäre. Kann man nun gleich den inneren physischen Vorgang hiebei nicht genauer einsehen, so ist doch so viel klar, daß nach jener Theorie, unter übrigens gleichen Umständen, die Härte desto größer werden muß, je schneller und je bedeutender die Abkühlung Statt findet. Beides bestätigt die Erfahrung. Gute Wärmeleiter (d.h. Körper, welche die Hize schnell durch sich hindurch lassen) erkälten den Stahl schneller als schlechte Wärmeleiter; und die Härtung ist im Allgemeinen desto bedeutender, je heißer der Stahl, je kälter das Härtemittel ist. Nur wird hiebei vorausgesezt, daß der Stahl nicht über das hellrothe (rosenrothe) Glühen erhizt worden ist; denn gelb oder gar weiß glühender Stahl wird durch das Ablöschen in geringerem Grade hart. K.

|136|

Wenn die Kraft, womit ein Stahlstük im Härten sich zu werfen oder zu verziehen strebt, beinahe aber doch nicht ganz hinreicht, um einen Riß herbeizuführen, so bleibt zwar das Stük beim Härten selbst unbeschädigt, aber der Bruch erfolgt oft bei der geringsten, nachher Statt findenden Erschütterung, zuweilen mit solcher Heftigkeit, daß Theile des Stüks sich ablösen und weit weggeschleudert werden. K.

|137|

Die Rechnungs- oder Drukfehler des Originals sind hier berichtigt. K.

|138|

Die Versuche 3, 4 und 5, bei welchen die Ausdehnung größer und daher mit mehr Genauigkeit zu messen war, scheinen anzuzeigen, daß die bleibende Vergrößerung desto bedeutender ist, je geringer die Dimensionen des Stahlstüks sind; und daß folglich kleinere Stüke eine verhältnißmäßig größere Zunahme zeigen. Dieß läßt sich auch leicht begreifen, da in der Richtung der kleineren Dimensionen die Abkühlung plözlicher Stall findet ihre Wirkung mithin auch bemerkbarer werden muß. K.

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