Titel: Nasmyth's Versuche über die Zähigkeit des Schmiedeisens.
Autor: Nasmyth, James
Fundstelle: 1842, Band 86, Nr. XL. (S. 188–193)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj086/ar086040

XL. Versuche über die Zähigkeit des Schmiedeisens mit besonderer Rüksicht auf Dampfwagen-Achsen; von James Nasmyth.

Aus dem Civil Engineer and Architects' Journal. Sept. 1842, S. 285.

Mit Abbildungen auf Tab. V.

Bedenkt man, in wie manchen Fällen unser Leben von der Zähigkeit oder Festigkeit eines Stükchens Eisen abhängt, so erscheint die genauere Kenntniß derjenigen Ursachen, welche in der Zähigkeit des Eisens Veränderungen herbeiführen, als ein Gegenstand von großer Wichtigkeit. Dieser Gegenstand ist indessen neuerdings noch unendlich wichtiger geworden durch die wunderbare Ausbreitung des Eisenbahnsystems, welches in der Stärke und Zähigkeit des Schmiedeisens eine so kräftige Stüze besizt.

Noch höheres Interesse hat die Sache durch die mannichfachen Theorien und Controversen gewonnen, welche die Untersuchung jenes |189| schreklichen Unfalles auf der Versailler Eisenbahn von Seiten der französischen Commission hervorgerufen hat. Der merkwürdigste Theil der von dieser Commission aus jener Katastrophe gezogenen Folgerungen lautet im Wesentlichen folgendermaßen: so fest und zähe auch die Achse eines Bahnwagens aus den Händen ihres Verfertigers hervorgehen mag, so scheint doch die tagtägliche Rotation in Verbindung mit den Schienen irgend einen elektrischen oder magnetischen Einfluß rege zu machen, welcher im Innern des Eisens rüksichtlich seiner Festigkeit und Zähigkeit eine so nachtheilige Veränderung hervorruft, daß dasselbe durchaus unsicher und für den Gebrauch untauglich wird.33)

Eine fatalere und unbequemere Lehre hätte man nicht aufstellen können, als diese, insofern wir nicht im Stande sind, den Moment, wo das Eisen untauglich zu werden beginnt, anders zu ermitteln, als durch das Eintreten dergleichen trauriger Ereignisse selbst, welche das Brechen einer Achse nur zu sicher herbeiführt. Da überdieß obige Ansicht auf den Einfluß des geheimnißvollsten aller physischen Agentien sich stüzt, so würden wir wohl auf diesem Wege vergeblich nach einem Mittel uns umsehen, das solchen gefährlichen, mit der Festigkeit des Eisens vorgehenden Veränderungen vorbeugte.

Meine Versuche über diesen Gegenstand stehen in einem innigeren Zusammenhange mit unsern Arbeitern und Werkstätten, als mit den Physikern und ihren Laboratorien, und da die Resultate dieser Versuche auf die Behandlung des Schmiedeisens im Allgemeinen rüksichtlich seines täglichen Gebrauchs sich anwenden lassen, so glaube ich um so mehr, denselben einen praktischen Werth beilegen zu dürfen, als sie den Beweis liefern, daß wir die nöthigen Sicherheitsmaßregeln ganz in Händen haben, ohne daß die Behandlung des Schmiedeisens mit mehr Arbeit oder Kosten verknüpft wäre.

Praktische Versuche über die Behandlung des Eisens beim Schmieden haben mich belehrt, daß die Zähigkeit eines Stükes Schmiedeisen, von so zäher und vortrefflicher Qualität dasselbe ursprünglich auch seyn mag, doch durch eine gewisse Behandlung gänzlich zerstört werden kann, und da eine solche Behandlung häufig beim Schmieden des Eisens in gewisse Formen absolut nothwendig ist, so ist auch die Kenntniß der Mittel, wie die daraus entspringenden Nachtheile zu beseitigen sind, von Wichtigkeit. Die Sache ist übrigens so einfach und leicht ins Werk zu sezen, daß hinfort hoffentlich kein Stük geschmiedetes Stabeisen mehr in Anwendung kommen wird, ohne einem so einfachen und heilsamen Proceß unterlegen zu haben, welcher weder |190| Arbeit noch erhebliche Kosten erfordert. Nach diesen vorläufigen Bemerkungen gehe ich nun zur Sache über.

Allen mit der Behandlung des Stabeisens sich befassenden Praktikern ist wohl bekannt, daß wenn man ein Stük des besten und zähesten Eisens so lange hämmert, bis die Rothglühhize aufhört, dieses kalte Hämmern, wie ich es nennen will, das Eisen so brüchig macht, daß es manchmal während der Procedur querüber abbricht. Wenn ein solcher Bruch auch nicht um diese Zeit erfolgt, so hat doch das Kalthämmern die Zähigkeit des Eisens dergestalt zerstört, daß es beim leichtesten Stoße brechen kann. Um dieses durch einen directen Versuch darzuthun, nahm ich eine Stange vom besten Stabeisen, welche 1 3/4 Zoll im Querschnitt hielt, und unterwarf sie folgenden Proben.

Erster Versuch.

Eine Stange von dem besten 1 3/4 Quadratzoll im Querschnitt haltenden Stabeisen wurde, nachdem sie eine Temperatur von 60° F. erlangt, über den Rand des Amboßes, wie Fig. 28 zeigt, gelegt, so daß ihr Ende A ungefähr 2 1/2 oder 3 Zoll über den Amboß hervorragte; neun Schläge mit einem großen Schmiedhammer brachen das Ende ab; der Bruch zeigte ein deutliches krystallinisches Gefüge, welches einer guten Qualität Eisen bei dieser Temperatur zuzuschreiben war.

Zweiter Versuch.

Ein Theil derselben Stange wurde bis zur Rothglühhize erwärmt und so lange gehämmert, bis sie beinahe kalt war; als sie, wie beim ersten Versuch, eine Temperatur von 60° F. erlangt hatte, wurde sie, wie oben, auf den Amboß gelegt. Durch einen einzigen leichten Schlag wurde die Stange scharf abgebrochen; der Bruch zeigte ein sehr schönes dichtes und krystallinisches Korn, dem Bruche des Stahls ähnlicher als dem des Eisens, allein ein so feines Korn, daß man es als die Probe einer guten Qualität Eisens hätte ansehen können. So viel über die äußere Textur als ein Kriterium der Güte. Dieser Versuch liefert den unverkennbaren Beweis, daß wir die dem Schlag oder Stoß widerstehende Fähigkeit des Eisens durch das Kalthämmern allein um volle 9/10 reducirt haben. Die Kenntniß des Erfolges einer solchen Procedur ist um so wichtiger, als in manchen Fällen, wo es sich darum handelt, dem geschmiedeten Stüke die erforderliche Vollendung und Feinheit der Oberfläche zu geben, dieses Kalthämmern nicht zu vermeiden ist. Es haftet indessen an dieser Methode keineswegs ein notwendiger unabweisbarer Nachtheil; üble Folgen kommen nur dann zum Vorschein, wenn man ein solches kalt gehämmertes Eisenstük in Gebrauch nimmt, ohne es vorher dem verbessernden |191| Processe unterworfen zu haben, welcher einfach darin besteht, daß man das in Rede stehende Arbeitsstük wieder bis zu einer matten Rothglühhize erhizt und dann abkühlen läßt. Der Werth dieser einfachen Procedur soll durch den dritten Versuch erläutert werden.

Dritter Versuch.

Ein Stük von demselben Eisen, wie man es zu den vorhergehenden Versuchen genommen hatte, wurde, nachdem es rothglühend gemacht und bis zum Erkalten gehämmert worden war, wieder bis zu einer matten Rothglühhize erwärmt und dann hingelegt, um nach Muße abzukühlen. Als das Eisen die Temperatur von 60° F. erlangt hatte, wurde es, wie vorher, über den Rand des Amboßes gelegt, und nachdem es 105 der kräftigsten Schläge von demselben Schmiedhammer, welcher bei den vorhergehenden Versuchen angewendet worden war, empfangen hatte, zeigte es eine außerordentliche Zähigkeit. Das Eisen widerstand allen Versuchen es zu zerbrechen; als es in die Form von Fig. 29 umgebogen wurde, bewirkte die außergewöhnliche Ausdehnung in der Richtung B – C eine Verminderung der Breite E um mindestens 3/4 Zoll, während die Compression am Mittelpunkte der Biegung in gleichem Grade eine Ausdehnung des Metalles bei F, G veranlaßte. Selbst nach diesen 105 Schlägen war noch keine Spur von Bruch bemerkbar. Jeder Praktiker wird einsehen, daß diese Thatsachen der sicherste Beweis für die Zähigkeit des Eisens sind.

Ich führe hier hinsichtlich der Behandlung des Eisens einige Thatsachen an, welche auf die Verfertigung der Eisenbahnachsen Bezug haben, bei denen das Kalthämmern und die Abrundung mittelst Compression (swaging) absolut nothwendig ist. Fig. 30 stellt die eine Hälfte einer gewöhnlichen Eisenbahnachse dar; bei A befinden sich die Lager, bei B sind die Räder festgekeilt. Beim Schmieden werden die Lagerstellen an ihren Enden mit den nöthigen Hälsen versehen, indem man auf das Eisen an dieser Stelle eine Reihe directer Hammerschläge wirken läßt und demselben alsdann die erforderliche Präcision der Form ertheilt, so weit es vor der Vollendung in der Drehbank thunlich ist. Dieß geschieht mit Hülfe von Werkzeugen (swages), welche aus zwei gestählten und polirten eisernen Baken bestehen, welche beinahe ganz gleiche Krümmung mit dem Achsenlager besizen, um den Schmied in den Stand zu sezen, seinen Schlägen eine größere Präcision zu geben und alle Spuren des Hammers zu beseitigen. Fig. 21 mag von diesem Instrumente einen Begriff geben. A und B sind die beiden Baken, mit denen der Schmied die Schläge des Hammers |192| in eine Compression verwandelt, die sich über eine große Fläche des cylindrischen Achsenlagers erstrekt. Die Achse C wird nämlich in die halbkreisförmige Höhlung der unteren Bake B gelegt, während die obere Bake gegen die Achse gepreßt wird und die Hammerschläge empfängt.

Ich führe deßwegen die Details dieser Procedur an, weil wir dieser Behandlung die meisten Achsenbrüche zuzuschreiben haben. Ich will damit nicht gesagt haben, daß der in Rede stehende Proceß an und für sich schlecht sey; nur seine Folgen können es seyn, wenn wir es dabei bewenden lassen. Wenn wir uns nur die Mühe nicht verdrießen lassen, eine solche Achse, nachdem sie auf die angegebene Weise eine sehr starke Compression erfahren, bis zu einer matten Rothglühhize zu erwärmen und dann nach Muße, wie beim dritten Versuch, abkühlen zu lassen, so werden wir ihr dadurch eine außerordentliche Zähigkeit und Festigkeit anstatt des im zweiten Versuche bezeichneten Zustandes ertheilen.

Vierter Versuch.

Um den Einfluß der Temperatur auf den Bruch rüksichtlich der krystallinischen Textur zu untersuchen, wurde ein Theil der gleichen Stange, wie man sie bei allen vorhergehenden Versuchen genommen hatte, von 60 bis auf 100° F. erwärmt. Folgendes war das Resultat dieser 40° betragenden Wärme-Erhöhung. Nachdem der über den Rand des Amboßes hervorragende Theil der Stange ungefähr 50 Schläge ausgehalten hatte, zeigte er die Fig. 32 dargestellte Form; der Bruch war durchaus faserig, holzähnlich, von einer feinen bleigrauen Farbe, und durchaus frei von glänzenden Krystallen. Dieser Versuch führt also zu dem Schlüsse, daß das Aussehen des Bruches durchaus kein Kriterium für die Qualität des Eisens ist, wenn auf die Temperatur keine Rüksicht genommen wird, indem 40 Temperaturgrade die Zähigkeit des Eisens nicht nur ungemein erhöht, sondern auch in dem Aussehen des Kornes eine vollständige Veränderung hervorgebracht haben. Der praktische Arbeiter weiß wohl, daß sehr wenige Wärmegrade nicht nur auf das Aussehen des Bruches, sondern auch auf seine Zähigkeit und Festigkeit ganz wesentlich influiren.

Ich bin weit entfernt, große Ansprüche auf die in Rede stehende Entdekung zu machen, allein ich würde mich sehr belohnt fühlen, wenn sich das, was ich hinsichtlich der Erhöhung der Widerstandsfähigkeit des Schmiedeisens durch die vereinigte Wirkung des Kalthämmerns und das darauf folgende Glühen aus Tageslicht gebracht habe, allen denen, deren Leben oder Eigenthum von einigen Stüken Schmiedeisen abhängt, als Wohlthat bewähren sollte. Ganz besonders empfehle |193| ich der Aufmerksamkeit der Mechaniker und Ingenieure das Glühen aller derjenigen Bolzen und Achsen, von deren Function viel abhängt. Die empfohlenen Proceduren erfordern überdieß keine Extra-Ausgaben, die der Rede werth wären.

|189|

Man vergl. Hood's Abhandlung im vorhergehenden Hefte des polytechn. Journals S. 96.

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