Titel: Malberg, über den krystallinischen Bruch des Schmiedeisens und dessen Ursachen.
Autor: Malberg, Aug.
Fundstelle: 1845, Band 97, Nr. XCII. (S. 344–358)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj097/ar097092

XCII. Ueber den krystallinischen Bruch des Schmiedeisens und dessen Ursachen; von Aug. Malberg.

Im Auszug aus den Verhandlungen des Vereins zur Beförderung des Gewerbfleißes in Preußen, 1845, 2te Lieferung.

Das bekannte Unglük auf der Versailler Eisenbahn, welches durch einen Achsenbruch der Locomotive entstand, gab zur näheren Untersuchung der Qualität des Eisens, aus welchem die Achse verfertigt war, Veranlassung. Die Bruchfläche zeigte große Krystalle, und da die Achse schon lange Zeit in Gebrauch gewesen war, so schloß man, daß das krystallinische Gefüge erst während des Gebrauchs durch die auf die Achse stattgefundenen Einwirkungen entstanden sey. Die von der französischen Regierung zur Untersuchung beauftragte Commission sprach sich dahin aus daß, wenn gleich die Achsen aus einem zähen, sehnigen Eisen fabricirt würden, doch die tägliche Rotation in Verbindung mit den Schienen einen elektrischen oder magnetischen Einfluß rege machte, welcher im Innern des Eisens rüksichtlich seiner Festigkeit und Zähigkeit eine so nachtheilige Veränderung hervorbrächte, daß dasselbe durchaus unsicher und für den Gebrauch untauglich würde. Später theilte Hr. Charles Hood (polytechnisches Journal Bd. LXXXVI S. 96) einen Aufsaz mit „über einige eigenthümliche Veränderungen in der Structur des Eisens, welche von den verschiedenen Processen bei seiner Fabrication unabhängig sind, und erst nach derselben eintreten.“ Hierin behauptet derselbe, daß die Hauptursachen, welche das krystallinische Gefüge in dem anfangs faserigen Schmiedeisen hervorbrächten, Stoß, Wärme und Magnetismus seyen, fügt aber hinzu, daß es zweifelhaft sey, ob eine dieser Kräfte für sich allein diese Wirkung hervorbringe, vielmehr Grund vorhanden sey anzunehmen, daß sie in der Regel bei der Bewirtung dieser Erscheinung alle in einem gewissen Grade betheiligt seyen.

Die ursprüngliche Textur des Stabeisens ist körnig und zakig. Erst durch das Schmieden oder Walzen wird in demselben die sehnige Textur erzeugt, indem hiebei die Krystalle ausgebreitet und in die Länge gedehnt werden. Lezteres ist insbesondere beim Walzen der Fall; beim Schmieden zeigt sich nicht selten, besonders in größern Stüken, daß die innern Theile noch körnig sind, während die äußern, je mehr sie sich der Oberfläche nähern, eine mehr oder weniger sehnige Textur angenommen haben. Dieser Unterschied in der Textur rührt daher, daß die Hammerschläge, eben wegen der starken Dimensionen, nicht bis in das Innere haben einwirken können. Die |345| Eigenschaft des Eisens, aus dem körnigen mehr oder weniger in den sehnigen Zustand überzugehen, hängt mit von der ursprünglichen Qualität des Eisens ab; einige Eisensorten besizen sie mehr, andere weniger. Bei Beurtheilung der Textur aus dem frischen Bruch muß man indessen auf die Art und Weise, wie und durch welche Mittel er hervorgebracht ist, nothwendig Rüksicht nehmen.

Ein Bruch, der durch Belastung in der Längenrichtung, nach welcher der Stab ausgewalzt oder ausgeschmiedet ist, erzeugt wird, ist bei einer guten Eisenqualität zakig; die Fasern laufen in feine Spizen aus, und zwar dieses mehr bei gewalztem, als bei geschmiedetem Eisen. Er hat, je nachdem man das Licht darauf fallen und in das Auge reflectiren läßt, ein anderes Ansehen. Er erscheint entweder aschgrau oder mattsilberweiß, und nüancirt zwischen beiden Farben. Will man hieraus auf die Güte des Eisens schließen, so muß man den Stab nach allen Richtungen drehen, das Licht von allen Seiten auf den Bruch fallen und ins Auge reflectiren lassen. Wenn unter allen Umständen der Bruch aschgrau erscheint, die Faser kurz und wenig zakig ist, so kann man auf eine niedere Qualität schließen. Indessen hat man doch noch dabei zu berüksichtigen, ob das Zerreißen durch eine plözliche Belastung (Stoß), oder durch eine successive Zunahme derselben entstanden ist. Im erstern Falle erscheint das Eisen leicht grauer, mehr krystallinisch, kurzfaserig, die Lehnen nicht in feine Spizen auslaufend, im leztern bei einer gewissen Reflexion des Lichtes mattsilberweiß, sehnig.

Wird Eisen in der auf die Richtung des Auswalzens senkrechten Richtung zerrissen (jedoch so, daß immer noch die absolute Festigkeit in Anspruch genommen wird), so ist dessen Bruch immer sehr kurz und die absolute Festigkeit geringer.54) Der Bruch hat eben, weil er die einzelnen Lagen, durch deren Zusammenschweißen der Stab gebildet ist, zeigt, ein schieferartiges Aussehen, erscheint im reflectirten lichte weiß, im darauffallenden Lichte grauer. Nicht selten zeigen sich Spuren von feinem, stahlartigem Korn. – Stüke, welche in allen Richtungen widerstehen sollen, z.B. Kesselbleche, läßt man daher nicht allein in der Richtung der Breite und Länge, sondern auch in der der Diagonale durch die Walzen gehen. – Auch die relative Festigkeit ist in der auf das Auswalzen rechtwinkeligen Richtung geringer. Stute, zu deren Zerbrechen man in der Richtung des Walzens 8 bis 10 oder 12 Schläge gebraucht, brechen schon bei dem 3ten, 4ten oder 5ten Schlage. Diese Erscheinung ist für die Krummzapfen |346| der Locomotivachsen von Wichtigkeit, welche aus dem vollen Eisen ausgehauen werden.

Ein Bruch, der durch Schläge oder Belastung in transversaler Richtung (relative Festigkeit) durch Ueberschlagen des Stabes über die Amboßkante erzeugt wird, ist immer weißer als ein solcher, der durch Belastung in der Längenrichtung (absolute Festigkeit) erzeugt wird, wovon der Grund in der verschiedenen Beschaffenheit der das Licht reflectirenden Flächen liegt. Er ist in der Regel nicht so sehnig, als beim Zerreißen in der Längenrichtung (ausgenommen beim Ramaßeisen). Sind die einzelnen Lagen, aus denen der Stab gebildet wurde, nicht gut geschweißt, so lösen sich dieselben von einander ab und bilden mehr oder weniger glatte Flächen. Sind die einzelnen Lagen vor dem Zusammenschweißen nicht gut gereinigt, so zeigen sich schwarze Punkte auf denselben, Kohle oder Schmuz, der ebenfalls den innigen Zusammenhang der einzelnen Lagen hindert. (Will man sich von der Vollkommenheit der Schweißung der einzelnen Lagen überzeugen, so breite man den Stab bei einer die Schweißhize nicht erreichenden Temperatur zu dünnem Blech aus. Zeigen sich hiebei keine Beulen oder Schiefer, so war die Schweißung gut.) – Beim Ueberschlagen kann man den Bruch mehr oder weniger ändern, je nachdem man mit leichtern oder schwerern Hämmern mehr oder weniger kräftige Schläge darauf führt, je nachdem man kürzere oder längere Stüke abschlägt, je nachdem man die Bruchlinie mit stärkern oder schwächern Hieben des Schrotmeißels vorzeichnet. Ein Umschlagen eines längern Stükes mit kleinen Hämmern in einer und derselben Richtung hat immer den am meisten sehnigen Bruch zur Folge, ein Umschlagen mit schweren Hämmern einen entweder kurzfaserigen oder krystallinisch körnigen. Etwas krystallinisch wird der Bruch immer auf der untern Seite, mit welcher der Stab auf dem Amboß aufliegt. Wenn nämlich die obern Fasern zerreißen sollen, so müssen sich die untern gleichzeitig verkürzen, und eben diese untern gestauchten Fasern zeigen selten ein sehniges, sondern immer ein feinkörniges, stahlartiges Gefüge. Dieses tritt in größerem Umfange hervor, wenn man den Stab behufs des Zerbrechens hin und her biegt, wie ich dieß schon früher bemerkte. Ich habe die angedeuteten Proben häufig wiederholt, und diese stimmen auch mit den Beobachtungen, welche auf der Rheinischen Eisenbahn55) beim Zerbrechen der Waggonachsen durch einen Fallkloz von 1190 Pfd. bei Fallhöhen |347| von 16 bis 36 Fuß und durch kleine Hämmer gemacht worden sind, im Wesentlichen überein.

Von den Versuchen auf der Rheinischen Eisenbahn erwähne ich namentlich zwei, welche die obige Behauptung bestätigen.

Eine zerbrochene geschmiedete Erdwagenachse zerbrach unter dem Fallkloz von 1190 Pfd. Gewicht bei einer Fallhöhe von 10 Fuß; Bruchfläche ziemlich grob und krystallinisch. – Sie wurde mit kleinen Hämmern überschlagen, zerbrach nach einigen Schlägen; grauer Bruch, nach der Außenseite hin feinkörnig, wie Roheisenbruch, in der Mitte grau krystallinisch.

Eine gewalzte Achse, welche unter dem plözlichen Zerbrechen des Fallwerks krystallinisch war, zeigte sich beim Umschlagen durch kleine Hämmer meistens ganz zähe und nervig.

Vergleicht man das Aussehen des Bruchs des geschmiedeten und gewalzten Eisens miteinander, so zeigt das leztere fast immer mehr Nerv, als ersteres. Das geschmiedete ist immer ungleichförmiger als das gewalzte, es zeigt nicht selten auf einer und derselben Bruchfläche alle Abstufungen von fein stahlartigem bis grob krystallinischem Gefüge, vermischt mit sehniger Textur. Auch finden sich in dem erstern in der Regel häufiger offene Schweißfügen (besonders in starken Stüken), als im leztern. Alles dieses hat darin seinen Grund, daß sich das Walzen in kürzerer Zeit vollziehen und sorgsamer überwachen läßt, als das Schmieden. Beim Schmieden kann eine einzige zu hohe Steigerung der Temperatur das Eisen verderben, eben so wie ein Hämmern bei niedriger Temperatur Sprödigkeit darin erzeugen kann, die sich zwar wieder wegschaffen läßt, aber häufig vom Schmied nicht gehörig berüksichtigt wird.

In dem gewalzten Stabeisen kommen häufig krystallinische Theile vor, welche die Stellen, wo sie sich befinden, spröder machen; auch findet man nicht selten unter mehreren aus demselben Roheisen fabricirten Stäben einzelne, die gegen die andern rüksichtlich der sehnigen Textur zurükstehen. Um darüber nun ins Reine zu kommen, wie im gewalzten Stabeisen durch die Methode seiner Fabrication ein krystallinisches Korn hervorgebracht werden kann, habe ich eine Reihe von Versuchen angestellt, die ich hier mittheilen will.56)

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Es ist allgemein anerkannt daß, wenn das zu verpuddelnde Roheisen zu kurze Zeit im Puddlingsofen bleibt, wenn es ferner dabei nicht gut durcheinander gearbeitet wird, so daß nicht alle Theilchen gehörig durch die Frischschlake getrennt werden und mit der darüber wegstreichenden Flamme in Berührung kommen, ein unreines Puddlingseisen erhalten wird, welches theils nicht vollständig gefrischte Roheisentheilchen, theils fremde Stoffe, als Kiesel, Arsen, Schwefel, Phosphor und dergl. enthält. Dieses gibt sich indessen durch den ungleichförmigen, grauen, kurzen oder grobkrystallinischen Bruch leicht zu erkennen. Auch ist es eine bekannte Sache daß, wenn man nach dem Puddeln und Auspressen der Balls unter dem Hammer zu schwache Schweißhizen gibt, noch ein Antheil Kohle und mechanisch beigemengte Schlake im Eisen bleibt (besonders wenn durch das nachfolgende Walzen keine hinreichend starke Compression erzeugt wird), daß dann das Eisen leicht faulbrüchig wird. Indessen kann auch bei zu starker Hize das Eisen seine ursprünglich körnige Textur behalten, wenn es nach derselben nicht einer gehörigen Bearbeitung unterworfen wird, wie dieß aus dem Folgenden sich ergeben wird.

Es wurden zwei Puddelöfen jeder mit einem Saze desselben Roheisens besezt, nachdem sie bereits mehrere Tage im Gange und gleichförmig durchgewärmt waren. Das Roheisen wurde in beiden Oefen gleichförmig durcheinander gearbeitet, der Puddlingsproceß in beiden Oefen gleich sorgfältig geleitet, die Balls aus dem einen Ofen jedoch gleich nach eingetretener Frischung herausgenommen, unter dem Hammer auf Vierkant geschmiedet und zu Bramen von 6 Zoll Breite und 3/4 Zoll Dike in einem siebenspurigen Walzenpaar ausgewalzt. Ich beobachtete hiebei, daß unter dem Hammer und den Walzen eine große Menge Schlake ausgepreßt wurde, das Schweißen aber auf eine sehr leichte Weise vor sich ging. In dem andern Ofen wurden die Balls etwa 20 Minuten länger liegen gelassen, und dann eben so unter dem Hammer und in den Walzen behandelt. Bei lezterer Behandlung zeigte sich, daß weniger Schlake in den Balls vorhanden war, daß aber auch eben deßhalb Ausschmieden und Auswalzen bei dieser trokeneren Beschaffenheit der Balls schwieriger von Statten ging, indem sich unter dem Hammer Eisentheilchen ablösten und die aus den Walzen kommenden Bramen eine mehr schiefrige Oberfläche und starke Kantenrisse zeigten. Die Untersuchung auf den Bruch ergab aber fast gleiche Eisenqualitäten. Der Bruch war schön fasrig, silbergrau und zeigte hin und wieder eingesprengte Krystalle. Eine Trennung der verschiedenen Bramen erschien bei den nachfolgenden Versuchen nicht nothwendig und dieselben wurden unter einander verwandt. – Ich muß hiebei noch auf die nach dem ersten Auswalzen |349| sich häufig vorfindenden Krystalle in dem Eisen zurükkommen. Wenn nämlich diese sehr fein und hell sind, so sind sie gutartiger Natur, sie verschwinden bei wiederholtem Auswalzen und das Eisen bekommt einen schönen Zug. Dieß weiß man auf den Walzwerken recht gut und sondert solche Bramen bei den Proben, welche in der Regel zur Controle der Arbeit des Puddlers mit allen und jeden vorgenommen werden, nicht aus. Ich habe mich hievon ebenfalls durch einen directen Versuch überzeugt, und ein feinkörniges Stük aus der ersten Bearbeitung ausschmieden lassen, welches nach dem Ausschmieden eine schöne sehnige Textur bekam.

Hiedurch wird die bekannte Thatsache bestätigt, daß das längere Verweilen der Balls im Puddlingsofen niemals einen schädlichen Einfluß auf die Qualität des zu erzeugenden Eisens ausübt. Es entsteht jedoch dadurch ein Eisenverlust im Ofen durch Abbrand und ein Verlust durch Abbrökeln unter dem Hammer. Man kann sogar durch eine länger dauernde Hize im Puddelofen aus schlechterem Roheisen eine bessere Qualität Stabeisen gewinnen. Hierauf gründet sich der Vorschlag, mit offener Klappe eine länger dauernde Hize zu geben, eine Methode, die allerdings aus schlechterm Rohmaterial bessern Stoff liefert, aber zum größten Theil wieder verlassen worden ist, weil der erzielte Stoff dennoch durch den Abbrand, Kohlenverbrauch und Zeitverlust theurer wird, als wenn man von vornherein eine bessere Qualität Roheisen verwendet.

Um zu beurtheilen, inwiefern bei den nachfolgenden Operationen des Anwärmens im Schweißofen, des Auf-vierkant-Schmiedens und demnächstigen Auswalzens eine Aenderung des Eisens eintreten könne, wurden folgende Versuche angestellt.

Nachdem sämmtliche ausgewalzte Bramen auf den Bruch probirt, und nach gehöriger Aussortirung daraus Pakete von 8 Lagen und 20 Zoll Länge geformt waren, wurden diese in den Schweißofen gebracht, unter einen 12000 Pfd. schweren Hammer auf Vierkant geschmiedet, wieder in den Schweißofen gelegt, und dann unter der Plattenwalze auf 3/4 Zoll Stärke ausgewalzt.

Paket Nr. I wurde im Schweißofen nicht überhizt und ausgeschmiedet;

Paket Nr. II deßgleichen;

Paket Nr. III sehr stark überhizt und ausgeschmiedet;

Paket Nr. IV nicht so stark überhizt und ausgeschmiedet.

Vor dem Auswalzen wurde nun ferner:

Nr. I wieder stark überhizt;

Nr. II in gewöhnlicher Schweißhize gehalten;

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Nr. III stärker als Nr. I überhizt, so daß die obere Lage fast zur Hälfte weggebrannt war;

Nr. IV in gewöhnlicher Schweißhize gehalten.

Die Untersuchung auf den Bruch nach dem Auswalzen ergab für

Nr. I in gehöriger Schweißhize vor dem Ausschmieden gehalten und überhizt vor dem Auswalzen, einen guten Zug, einen hellen Bruch; an einer Stelle einige ganz feine Krystalle, die aber schon keine ekige, sondern eine mehr längliche Form hatten.

Nr. II sowohl vor dem Ausschmieden, als vor dem Auswalzen in gehöriger Schweißhize gehalten, den besten Zug, einen hellen Bruch, aber doch einige kleine Krystalle.

Nr. III sowohl vor dem Ausschmieden, als vor dem Auswalzen sehr stark überhizt. Derjenige Theil des Stabes, welcher durch die Ueberhizung am meisten abgebrannt war und dieß schon im äußern Ansehen durch eine schiefrige Oberfläche, brökelige Kanten zeigte, hatte ein ganz krystallinisches feinkörniges Gefüge. Ein anderer Theil, der etwas ferner davon genommen wurde, war nur zur Hälfte krystallinisch, zur Hälfte kurzfaserig. Ein dritter Theil vom Ende genommen, hatte ein kurzfaseriges Gefüge mit eingesprengten kleinen Krystallen.

Nr. IV vor dem Ausschmieden etwas überhizt, vor dem Auswalzen aber in gehöriger Temperatur gehalten, ein durchaus sehniges Gefüge mit unbedeutenden Krystallen, fast Nr. II gleich.

Der körnigste Theil von Nr. III wurde fast bei Schweißhize mit kleinen Hämmern weiter ausgeschmiedet. Die krystallinische Textur war verschwunden und in eine kurzfaserige übergegangen. Der etwas weniger körnige Theil von Nr. III wurde eben so behandelt und zeigte nachher eine schöne, sehnige Textur, vortrefflichen Zug mit heller Farbe.

Aus diesen Versuchen folgt nun daß, mit Bezug auf

Nr. II ein sehniges Eisen ohne Krystalle erzeugt wird, wenn zwar vollständige Schweißhize angewendet, aber diese nicht übertrieben wird;

Nr. III, daß das Eisen körnig wird, wenn die Hize im Schweißofen zu stark gewesen;

Nr. IV das Eisen, wenn es vor dem Ausschmieden auch überhizt wird, seine gute sehnige Textur behält, wenn es vor dem folgenden Auswalzen keine Ueberhizung im Schweißofen erleidet;

Nr. I das Eisen mehr körnig wird, wenn es vor dem lezten Auswalzen, als wenn es vor dem Schmieden überhizt wird; endlich daß es überhaupt auf die lezte Behandlung hauptsächlich ankommt, daß bei dieser das Eisen am leichtesten verdorben wird, daß bei dieser aber ein bei einer vorherigen |351| Procedur zu warm behandeltes und dadurch körnig gewordenes Eisen wieder in sehniges umgewandelt werden zu können scheint. Für lezteres spricht außerdem noch der Versuch mit dem Ausschmieden des körnigen Eisens Nr. III.

Man benuzt selbst in der Praxis die Eigenschaft des Schmiedeisens, in großer Hize körnig zu werden, zu seinem Vortheil. Man hat nämlich die Erfahrung gemacht, daß das feinkörnige Eisen sich sehr leicht und scharf ausspizen läßt, ohne zu spalten, daß es sich, ohne zu reißen, in schmalen Stüken gut lochen läßt.57) Auf den Grund dieses wird alles Nageleisen von 3 bis 4 Linien im Quadrat sehr warm geschnitten. Die daraus fabricirten Nägel werden recht spiz, nicht gespalten, und bekommen durch das Ausschmieden Härte und Zähigkeit in einem solchen Grade vereint, wie es gerade wünschenswerth ist.

Um über die Wirkung des Walzens gegen das Schmieden in Bezug auf das Korn des Eisens einen Aufschluß zu bekommen, habe ich noch folgenden Versuch gemacht. Nachdem das Eisen im Puddlingsofen gut bearbeitet war, wurden daraus Kolben von 6 Zoll im Quadrat geschmiedet, zwei derselben wurden aufeinander gelegt, in den Schweißofen gebracht und nach gehöriger Erhizung unter dem 12000 Pfd. schweren Hammer auf 6 Zoll im Quadrat aus geschmiedet. Diese Stüke kamen dann noch einmal in den Schweißofen und wurden dann auf Maaß ausgewalzt. – Bei Untersuchung auf den Bruch des so fabricirten Eisens ergab sich gegen das nach dem vorhin angegebenen Verfahren erzeugte stets weniger Zug, ein mehr körniger Bruch, der bisweilen durch den ganzen Querschnitt hindurchging. Das Korn war indessen nicht grob, sondern fein und gutartiger Natur, so daß es bei einer ferneren Bearbeitung verschwunden wäre, wie ich mich durch späteres Ausschmieden davon überzeugt habe. Bisweilen konnte man im Stabe deutlich die verschiedene Textur der beiden Stüke, aus denen er zusammengeschweißt war, erkennen, indem die eine Lage faserig, die andere körnig war. Hieraus geht schon der Vorzug der erstern Methode gegen die leztere hervor, nicht zu gedenken eines andern Vortheils, daß man von den Stäben gleich nach dem ersten Auswalzen Probe nehmen und diejenigen niederer Qualität aussortiren kann, während man nach der leztern Methode erst nach Beendigung der ganzen Fabrication, wo nichts mehr zu ändern ist, Aufschluß über das Resultat derselben bekommt. Man |352| sollte daher alle Stüke, bei denen es auf ein recht sehniges Gefüge ankommt, mehr durch Walzen, als durch Schmieden bearbeiten, da durch ersteres, indem einestheils ein stärkerer Druk ausgeübt werden kann, anderntheils die Verlängerung des Korns hauptsächlich in der Längenrichtung geschieht, stets eine mehr sehnige Textur erreicht wird.

In Bezug auf die Widerstandsfähigkeit des sehnigen gegen das körnige Schmiedeisen, jedoch nur mit Rüksicht auf die beiden obigen Fabricationsmethoden, habe ich gefunden, daß sowohl die absolute als die relative Festigkeit und Elasticitätsgränze des körnigen geringer ist als die des sehnigen. Das körnige zeigte eine absolute Festigkeit von im Mittel 50 bis 51000 Pfd. auf den Quadratzoll, das sehnige von 53 bis 54000 Pfd. auf den Quadratzoll, beide jedoch in Stäben von 6 Zoll Breite und 3/4 Zoll Dike. In Bezug auf die relative Festigkeit verhielt sich das körnige viel geringer als das sehnige. Beim Ueberbrechen über den Amboß waren, wenn bei sehnigem 18 bis 20 Schläge nothwendig waren, bei dem körnigen 10 bis 12, wohl auch 15 unter denselben Umständen erforderlich. Die Elasticitätsgränze des sehnigen fand sich im Durchschnitt bei 24 bis 25000 Pfd. auf den Quadratzoll und stieg bis 27500 Pfd.; die des körnigen fand sich bei 22000 Pfd. auf den Quadratzoll. Die Zunahme der permanenten Ausdehnungen, nach Ueberschreitung der Elasticitätsgränze, war bei dem sehnigen nicht allein geringer, sondern auch regelmäßiger in Bezug auf die Belastung. Ich muß hiebei noch bemerken, daß der Hizegrad, bei welchem das Eisen ausgewalzt wird, insbesondere aber der Hizegrad, bei welchem es durch die zwei oder drei lezten Spuren der Walzen geht, von Einfluß auf die Elasticitätsgränze ist. Bei Rothwärme würde man die Elasticitätsgränze für das sehnige Eisen leicht bis an 30000 Pfd. auf den Quadratzoll steigern können.

Es ist hier der Ort, etwas über den Unterschied des gewalzten und geschmiedeten Eisens einzuschieben. Die hier folgenden Daten sind dem Berichte über die Versuche mit Achsen auf der Rheinischen Eisenbahn entnommen:

1) Unter 8 probirten, schon im Gebrauch gewesenen Achsen, von denen 6 aus geschmiedetem, 3 aus gewalztem Eisen waren, brachen durch einen Fallkloz von 1190 Pfd. bei einer Fallhöhe von 16 Fuß, indem man die Achse auf zwei Unterlagen legte, und den Fallkloz auf die Mitte fallen ließ, von den 6 erstem 4 Stük und 2 bogen sich, während die drei gewalzten, ohne eine Beschädigung zu erleiden, die Probe bestanden.

2) 6 Stük Achsen, davon 5 geschmiedet und 1 gewalzt. Bei der Probe brachen von den 5 geschmiedeten 3 Stük und 2 bogen sich. |353| Dagegen hatte die eine gewalzte Achse einen dreimaligen Schlag des Fallklozes sogar in entgegengesezten Richtungen ausgehalten, ohne nur den geringsten Fehler zu zeigen.

Hieraus ist zu schließen, daß die Achsen aus gewalztem Eisen eine innigere Verbindung der einzelnen Theile erhalten, und mehr zähe als die geschmiedeten sind, daß dagegen diese mehr Steisigkeit im Allgemeinen annehmen. Für lezteres sprechen die stärkern Durchbiegungen, welche die gewalzten Achsen unter dem Fallwerk annahmen. Für die einzelnen Achsen betrugen nämlich die Durchbiegungen

3 1/4'' Durchmesser, geschmiedet, bog sich 6'' durch
3 1/2'' – – – 7'' –
3 7/8'' – gewalzt – – 8 1/2'' –
3 1/8'' – – – 7'' –
3'' – – – 12'' –
3 1/8'' – – – 9'' –

Da die Achsen von verschiedenem Durchmesser waren, so übersieht man das Verhältniß der Durchbiegungen der einzelnen Achsen zu einander bei dieser Angabe nicht genau. Wenn nun zwar die Abhängigkeit der Größe der Durchbiegung (wenn diese nämlich die Elasticitätsgränze überschreitet) von dem Durchmesser bei derselben Belastung nicht genau bekannt ist, so wird man doch nicht weit von der Wahrheit abweichen, wenn man die Größe der Durchbiegung dem Quadrate58) des Durchmessers indirect proportional annimmt. Ich gebe daher nach dieser Angabe die Uebersicht, wie folgt (wenn man nämlich eine Achse von 3'' Durchmesser als Norm annimmt):

Mittel 8,₂₈₅₄'' 3 1/4''
3 1/2''
Durchmesser,
geschmiedet,
auf 3''
reducirt
7,₀₄₁₃''
9,₅₂₇₈''
Mittel 10,₈₈₅₆'' 3 7/8''
3 1/8''
3''
3 1/8



gewalzt








14,₁₈₁₄''
7,₅₉₅₃''
12''
9,₇₆₅₇''

3) Beim Zerbrechen durch den Fallkloz zeigten die geschmiedeten, sowohl die gebrauchten als nicht gebrauchten Achsen, im Durchschnitt |354| einen mehr krystallinischen Bruch als die gewalzten, und sehr häufig im Innern offene Schweißfugen.

4) Die Beobachtung, daß das Eisen beim Zerbrechen unter dem Fallwerke ein anderes Aussehen auf dem frischen Bruch habe, als beim Ueberbrechen durch kleine Hämmer, ist schon früher erwähnt. Das gewalzte Eisen widersteht aber sehr lange den Schlägen und zeigt einen fadenartigen Bruch, während das geschmiedete ein feinkörniges, zum Theil stahlartiges Ansehen hat, und auch eher als das gewalzte bricht.

Ich gehe nun zur Untersuchung über, wie das bei der ursprünglichen Fabrication erzeugte sehnige Gefüge durch die nachherige Bearbeitung wieder zerstört werden kann. Bereits früher habe ich bemerkt, daß eine starke Schweißhize das sehnige Schmiedeisen wieder krystallinisch-körnig mache. Man kann den Vorgang am deutlichsten übersehen, wenn man zwei Stüke aneinander schweißt. Ich habe den nachstehend beschriebenen Versuch mehrmals wiederholt und stets die nächstdem angegebene Beobachtung gemacht. Zwei Stäbe von 6 Zoll Breite und 3/4 Zoll Stärke wurden auf den Bruch untersucht und von gleichartiger sehniger Structur befunden. Die Enden wurden bei starker Nochwärme gestaucht, daß sie eine Dike von etwa 3/4 Zoll bekamen; demnach wurde auf beide eine starke Schweißhize gemacht und dieselben unter Handhämmern zusammengeschweißt. Nachdem sie bis zur völligen allmählichen Erkaltung ruhen gelassen, wurden die Schweißstellen über der Amboßeke überschlagen. Die Schweißung hatte vollständig stattgefunden und in der Schweißstelle selbst hatte das Eisen eine faserige Textur. Als die Stäbe 2 Zoll weiter übergehauen wurden, war das Gefüge durchaus kristallinisch, jedoch besonders auf den Kanten. 3 Zoll weiter von dieser Stelle war das Eisen schon weniger krystallinisch, 6 Zoll weiter war die unveränderte Eisenfaser des Stabes vorhanden. Bei andern Eisenstäben, die ich überhauen ließ, zeigte sich jedoch die Eisenfaser schon näher an der Schweißstelle, etwa 4 bis 5 Zoll davon, wieder unverändert (wahrscheinlich weil die Stäbe auf kürzere Längen erhizt worden waren). Hieraus ist zu schließen: daß eine starke Schweißhize allerdings das Eisen krystallinisch macht, daß aber beim Zusammenschweißen zweier Stäbe die Schweißstelle selbst ihr krystallinisches Gefüge nicht in dem Maaße wie die daneben befindlichen behält, was seinen Grund darin hat, daß das krystallinische Korn durch die Hammerschläge wieder platt gedrükt und faserig gemacht wird. Ob die Hammerschläge selbst, welche in der Regel nur auf die Schweißstelle fallen, nicht noch das Krystallisiren an den neben der Schweißstelle liegenden Punkten befördern mögen, wage ich nicht zu entscheiden. Zieht man indessen |355| Erscheinungen, die bei dem Krystallisiren flüssiger Körper vorkommen, in Betracht, z.B. daß die Eisbildung bei ruhigem Wasser 5–8° C. unter Null noch nicht beginnt, aber eintritt sobald die kleinste Erschütterung dazukommt, so scheinen auch die Erschütterungen durch die Hammerschläge auf das stark erhizte Eisen, welches sich in eben diesem Zustande dem Schmelzpunkte nähert, nicht ganz ohne Einfluß zu seyn. Die Beantwortung dieser Frage ist jedoch für den vorliegenden Fall nicht wesentlich, und es muß für ausgemacht angesehen werden, daß starke Weißglühhize das sehnige Schmiedeisen krystallinisch macht. Auch ohne gleichzeitig eine Schweißung vorzunehmen, habe ich mich davon durch mehrfache Versuche überzeugt. Bei dem angegebenen Versuche könnte vielleicht noch die Einwendung gemacht werden, als ob das Stauchen die krystallinische Textur hervorgebracht habe. Ich habe indessen rothwarm bis dunkelorangerothwarm gestauchte Stäbe übergehauen und gefunden, daß in der gestauchten Stelle die Eisenfaser, wenn auch ein wenig gekürzt, doch nicht merklich, in den der gestauchten Stelle zunächst liegenden Punkten aber durchaus nicht geändert war. Anders verhält es sich jedoch mit dem in starker Hize gestauchten Eisen; es tritt hier dasselbe ein, und zwar in noch stärkerem Grade, was bei einem bloß erhizten Stabe der Fall ist.

Was nun die Widerstandsfähigkeit der durch die Weißglühhize körnig gewordenen Theile betrifft, so scheint sie sich nach meinen darüber angestellten Versuchen eben so zu verhalten, wie die derjenigen Eisensorten, die bei der ersten Behandlung körnig geblieben sind. Es kann jedoch der größere oder geringere Grad der Weißglühhize dieselbe modificiren. Die Temperatur, bei welcher die Schweißung einer Eisensorte möglich wird, ist übrigens nicht für alle Eisensorten gleich. Bei manchen ist sie so groß, daß der Schmelzpunkt beinahe mit dem Schweißpunkte zusammenfällt, und dergleichen Eisenarten eignen sich gar nicht zum Schweißen.

Wie ich mich nun durch directe Versuche über das Körnigwerden des Eisens bei höheren Temperaturen überzeugt habe, so habe ich es auch nicht unterlassen, über das Verhalten des Eisens bei der Bearbeitung bestimmte Resultate zu erzielen. Um zunächst zu sehen, ob das bloße Anwärmen 59) ohne Schläge eine Veränderung hervorbringe, ließ ich von den früher erwähnten Stäben den Stab Nr. III, welcher im Schweißofen stark überhizt worden war, in zwei Theile |356| schneiden, den einen davon rothwarm, den andern weißwarm (aber noch nicht schweißwarm) machen. Von beiden Stäben hatte ich vorher Proben übergeschlagen und wiederholte dieß nach dem Anwärmen. Bei dem einen Stüke, welches rothwarm gemacht worden war, waren beide Brüche gleich, beide etwas krystallinisch-körnig, die Widerstandsfähigkeit beim Ueberschlagen über die Amboßeke sowohl vor als nach dem Anwärmen sehr groß, was man nach dem Bruche zu urtheilen nicht würde erwartet haben. Ein Unterschied in der Farbe des Eisens war nicht zu erkennen. Bei dem andern Stüke, welches weißwarm gemacht worden war, zeigte sich kein Unterschied, so wenig im Bruch, als in der Widerstandsfähigkeit gegen das erstere Stük. Es wurde ferner der Stab Nr. IV, welcher das erstemal im Schweißofen überhizt worden und das zweitemal darin eine gemäßigte Schweißhize erhalten hatte, in zwei Stüke geschnitten, davon das eine rothwarm, das andere weißwarm gemacht. Beide Stäbe verhielten sich nach dem Anwärmen beim Ueberschlagen sowohl in Bruch und Farbe, als in der Widerstandsfähigkeit gleich. Aus diesen Versuchen ist man berechtigt zu schließen, daß ein Erhizen des Eisens bis zur noch nicht vollständigen Weißglühhize keinen schädlichen Einfluß darauf ausübt.

Um über die Veränderung des Eisens bei Bearbeitung in geringerer Hize als Schweißhize, eine vollständige Ueberzeugung zu gewinnen, habe ich eine Anzahl Stäbe bei starker Rothwärme ausstreken lassen, und immer gefunden, daß der Zug so wie die absolute Festigkeit und Elasticitätsgränze dadurch im Eisen zunahm, übereinstimmend mit schon längst bekannten Erfahrungen, daß dasselbe aber beim Ueberbrechen über die Amboßtante in der Regel einen geringern Widerstand leistete, wovon der Grund darin liegt daß, da es an Dichtigkeit zugenommen, es eben dadurch an Biegsamkeit und Zähigkeit verloren und eine größere Steifigkeit und Sprödigkeit angenommen hatte. Meine Versuche darüber wurden nur mit dünnen Stäben von 1 bis 1 1/4'' im Quadrat angestellt, deßhalb waren auch die Resultate nicht sehr auffallend, weßhalb ich die Details hier zu geben unterlasse. In größern Dimensionen sind einige Versuche auf der Rheinischen Eisenbahn angestellt worden, nämlich:

Eine gewalzte Achse mit geschmiedeten Zapfen und umgeschweißter Platte für die Nabe wurde beim Versuche mit dem Fallkloz so gelegt, daß der eine Zapfen den Schlag aushalten mußte, wobei die Fallhöhe 26 Fuß betrug. Der Zapfen sprang ab, die Achse bog sich durch, überschlug sich und durch die Erschütterung wurde auch der andere Zapfen abgebrochen und über 40' in die Luft geschleudert. Bruch beider Zapfen war ziemlich feinkörnig und grau, der eine indessen enthielt eine Schicht krystallinischen Eisens.

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Eine ganz gewalzte Achse, an einem Ende warm ausgerekt, jedoch so, daß sie nicht merklich an Stärke verloren hatte. Fallhöhe 16'; Schlag 15 Zoll von dem gehämmerten Ende entfernt. Die Achse bog sich 3 Zoll durch, indessen so, daß das gehämmerte Ende beinahe gerade blieb und der gewalzte Theil der Achse sich durchbog.

Die Achse wurde durchweg abgehämmert und hatte die Nacht in der Kälte gelegen, wurde unter das Fallwerk gebracht. Fallhöhe 16'. Die Achse zerbrach in der Mitte bei einer ganz kleinen Biegung. Der Bruch zeigte mittelgrobkörnig krystallinisches Eisen von heller Farbe.

Bei diesen Versuchen wurden, wie bemerkt, die Achsen mit dem Fallwerk zerbrochen, und dieses war auch wohl der Grund, weßhalb die Bruchfläche mehr krystallinisch erschien. Würde man sie mit kleinen Hämmern übergebrochen haben, so würde dieß in dem Maaße nicht der Fall gewesen seyn. Wenigstens habe ich niemals gefunden, und ich habe die Versuche häufig wiederholt, daß durch Abhämmern in der Rothglühhize (wenn sonst leine schädlichen Operationen vorgenommen werden) die sehnige Textur verloren geht. Beim Ueberbrechen reißen allerdings die verdichteten und spröde gemachten Fasern des Eisens plözlich ab, und es bekommt der Bruch ein körniges Ansehen, aber die Faser ist dadurch nicht weggeschafft. Als fernerer Beweis hievon dient das schon früher erwähnte Drahtziehen. Auch ein anderer Versuch, der auf der Rheinischen Eisenbahn gemacht wurde, gibt hievon Zeugniß. Um nämlich zu untersuchen, ob gewalzte Achsen in der Gegend der Nabe, wo dieselben zum Umlegen der Platte einer nochmaligen Schweißhize ausgesezt wurden und gleichzeitig mit Handhämmern bearbeitet worden, ihre Zähigkeit einbüßen, wurde eine Achse an dieser Stelle mit kleinen Hämmern übergebrochen. Der Bruch zeigte sich unverändert und ausgezeichnet nervig und zähe. Es ist zwar klar, daß dieser Fall nicht ganz derselbe ist wie die frühern; aber ein Hämmern, und zwar unter der Schweißhize, hatte sicherlich stattgefunden. Wenigstens läßt sich aus dem Versuche das schließen daß, wenn das Hämmern nicht sehr stark und bei etwas größerer als Rothglühhize geschieht, keine Sprödigkeit erzeugt wird, und dieß habe ich bei größern Stüken auch immer bestätigt gefunden.

Es fragt sich nun noch, wie sich die Sprödigkeit des Eisens beim Hämmern vermeiden oder, wenn dieß nicht immer möglich, wie sie sich wieder wegschaffen läßt. Vermeiden läßt sich die Sprödigkeit niemals ganz; geschmiedetes Eisen ist fast immer dichter und härter. Wenn indessen das Ausschmieden nur bei schwacher Schweißhize geschieht, auch die Hize vorher bei dem Anwärmen nicht höher gesteigert wird, so ist das Ausschmieden von geringerem Einfluß auf die Erhöhung der Sprödigkeit. Ist man genöthigt gewesen Eisen bei geringerer |358| Temperatur auszuschmieden, oder ist dieß durch ein Versehen geschehen, so läßt sich die Sprödigkeit durch Erwärmung des Stüks bis zur Mattrothglühhize und Langsam-erkalten-lassen wieder wegschaffen, wie dieses auch schon die Nasmyth'schen Versuche ergaben. Ob durch das Ausglühen die Festigkeit des geschmiedeten Eisens gegen die des gewalzten abnimmt, läßt sich nicht leicht bestimmen, da bei beiden die Wirkungen verschiedenartiger Einflüsse schwierig von einander zu trennen sind und deßhalb eine Vergleichung fast unmöglich wird. Nach Hrn. Brix's Versuchen über die Cohäsionskraft des Eisendrahts sinkt indessen die absolute Festigkeit des Eisendrahts durch das Ausglühen nicht unter diejenige des Stabeisens, aus dem der Draht gezogen war. Meine Beobachtungen über das Ausglühen des Eisens machen es wahrscheinlich, daß das ausgerekte Eisen etwas weicher wird, als es vor dem Ausreken war. Ob dabei auch die absolute Festigkeit in etwas abgenommen hat, habe ich wegen Mangel an Zeit noch nicht durch directe Versuche ermitteln können; die Zusammendrükbarkeit hatte jedoch augenscheinlich zugenommen. – Ein Kalt-Hämmern des Eisens, welches zu Stüken verwendet werden soll, die starken Einwirkungen auf Zerreißen und Zerbrechen ausgesezt sind, kommt in der Praxis nicht leicht vor; auch ist es, so wie das Kalt-Stauchen bei solchen Stüken niemals zu gestatten.

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Nach Navier's Versuchen ist dieselbe um 10 Procent geringer bei Kesselblechen.

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Der Bericht darüber ist in wenigen Exemplaren als Handschrift gedrukt. Die Mittheilung desselben verdanke ich den HHrn. Bahningenieur Leopold und Maschinenmeister Pellenz, welche die Versuche anstellten.

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Diese und die größte Zahl der übrigen in dieser Abhandlung erwähnten Versuche, welche mit nicht geringem Kostenaufwands verbunden waren, stellte ich auf den Eisenwerken des Hrn. E. Hoesch in Düren bei der Gelegenheit an, als ich dort die Schmiedeisenarbeiten für die bei Mühlheim über die Ruhr auf Staatskosten erbaute Kettenbrüke ausführen ließ, und muß dessen Gefälligkeit und Bereitwilligkeit dabei dankend erwähnen. Es ist zu bedauern, daß dieser umsichtige Fabrikant nicht auch bei der vorigjährigen Gewerbe-Ausstellung Proben seiner vorzüglichen Fabrikate vorführte.

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Für die Güte des Eisens ist eine sichere Probe, dasselbe warm zu lochen, und zwar so, daß die Richtung, nach welcher das Stük ausgewalzt, mit der Breite desselben parallel läuft. Entstehen bei dieser Procedur keine Risse, so kann man sich von einer guten Qualität versichert halten.

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Die Größe der Durchbiegung ist, wenn diese innerhalb der Elasticitätsgränze liegt, dem Cubus des Durchmessers indirect proportional. Durchbiegungen, welche über die Elasticitätsgränze hinweggehen, nähern sich schon dem Zerbrechen und dürften deßhalb, wie hier geschehen, nach dem Geseze für das Zerbrechen. wonach sie den Quadraten der Durchmesser indirect proportional sind, zu beurtheilen seyn. Die permanenten Durchbiegungen vor dem Zerbrechen beobachten, eben so wie die permanenten Ausdehnungen vor dem Zerreißen, kein bestimmtes Gesez.

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Tremery und Poirier St. Brice (Annales de Mines, 2e Série, Tome III, p. 513) wollten nämlich gefunden haben, daß die absolute Festigkeit eines guten Schmiedeisens von 65550 Pfd. auf den Quadratzoll rheinl. durch bloßes Erhizen bis durch Dunkelrothglühhize auf 11400 Pfd. auf den Quadratzoll niedergedrükt werde.

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