Titel: Karmarsch, über die Härte der Metalle und Metallmischungen.
Autor: Karmarsch, Karl
Fundstelle: 1859, Band 153, Nr. CXI. (S. 415–421)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj153/ar153111

CXI. Ueber die Härte der Metalle und Metallmischungen nach den Untersuchungen von Calvert und Johnson; von Carl Karmarsch.

Aus den Mittheilungen des hannoverschen Gewerbevereins, 1859 S. 175.

Fr. Crace Calvert und Richard Johnson haben im löten Bande der Memoirs of the literary and philosophical Society of Manchester eine interessante Arbeit über den genannten Gegenstand veröffentlicht (mitgetheilt im polytechn. Journal Bd. CLII S. 129). Sie bemerken, daß die gewöhnliche Methode, Körper auf ihren Härtegrad zu prüfen oder in dieser Beziehung mit einander zu vergleichen, nämlich durch Ritzen (wobei der ritzende Körper als der härtere und der geritzte als der weichere angesehen wird) weder befriedigend in ihren Resultaten überhaupt, noch im Besondern zu genauer Bestimmung der Härtegrade von Metallen und Metallmischungen geeignet sey. Demzufolge brachten sie ein völlig neues und eigenthümliches Verfahren in Ausführung, welches der Natur der Aufgabe |416| mehr zu entsprechen scheint und zugleich gestattet, die Abstufungen der Härte in Zahlen auszudrücken.

Ein kleiner abgestutzter Kegel von gehärtetem Stahle – 7 Millimeter (0,275 engl. Zoll) hoch, auf der großen Grundfläche 5 Millimet. (0,197 Zoll) und auf der kleinen Grundfläche 1,25 Millimet. (0,049 Zoll) im Durchmesser haltend, wurde am unteren Ende eines senkrechten, in Führungen auf und nieder schiebbaren Eisenstabes so befestigt, daß seine abgestumpfte Spitze abwärts gerichtet war. Oben wirkte auf den Eisenstab ein langer ungleicharmiger Hebel, der bei steigender Belastung durch Gewichte einen entsprechenden Druck ausübte. Der zu untersuchende Metallkörper wurde auf einen eisernen Block unter den Stahlkegel gelegt, und man beobachtete, welcher Druck erforderlich war, um binnen einer halben Stunde ein genau 3,5 Millimet (0,1375 Zoll) tiefes Eindringen des Kegels zu bewirken; dieser Druck, in Pfunden ausgesprochen, wird als das Maaß der Härte des geprüften Körpers angesehen.

Folgende Tabelle enthält die gewonnenen Resultate. Der Druck, im Originale nach englischen Pfunden angegeben, ist hier auf deutsche Pfunde (zu 500 Grammen) umgerechnet.

Vergleichungszahlen
Nr. Art des Metalles Druck.
Pfund.
Roheisen
= 1000.
Blei
= 1
1 Roheisen (Staffordshire graues Nr.
3, kalk erblasen)

4354

1000

64,0
2 Stahl (ungehärtet) 4173 958 61,4
3 Schmiedeeisen (aus obigem
Roheisen bereitet)

4127

948

60,7
4 Platin 1633 375 24,0
5 Kupfer 1311 301 19,3
6 Aluminium 1179 271 17,3
7 Silber (rein) 907 208 13,3
8 Zink 798 183 11,7
9 Gold (rein) 726 167 10,7
10 Cadmium 473 108 6,95
11 Wismuth 227 52 3,34
12 Zinn 118 27 1,73
13 Blei 68 16 1
Messing aus
14 82,95 Kupfer, 17,05 Zink 1860 427 27,3
15 79,56 „ 20,44 „ 2041 469 30,1
16 74,48 „ 25,52 „ 2041 469 30,1
17 66,06 „ 33,94 „ 2050 473 30,3
18 64,00 „ 36,00 „ 2268 520 33,3
19 49,32 „ 50,68 „ 1) 2631 604 38,7
|417|
Vergleichungszahlen
Nr. Art des Metalles Druck.
Pfund.
Roheisen
= 1000.
Blei
= 1
Bronze aus Kupfer und Zinn:
20 9,73 Kupfer, 90,27 Zinn 363 83 5,34
21 11,86 „ 88,14 „ 417 96 6,13
22 15,21 „ 84,79 „ 454 104 6,68
23 21,21 „ 78,79 “ 2) 590 135 8,68
24 84,32 „ 15,68 „ 3991 917 58,7
25 88,97 „ 11,03 „ 3365 773 49,5
26 91,49 „ 8,51 „ 2785 639 40,9
27 93,17 „ 6,83 „ 2621 602 38,5
Bronze mit Zinn und Zink:
28 82,05 Kupfer, 12,82 Zinn, 5,13 Zink 2449 562 36,0
29 80,00 „ 10,00 „ 10,00 „ 3266 750 48,0
30 80 Kupfer, 5 Zinn, 7,5 Zink, 7,5 Blei 1497 343 22,0
Zink-Zinn-Legirung:
31 21,65 Zink, 78,35 Zinn 272 64 4,00
32 35,60 „ 64,49 „ 299 69 4,40
33 52,51 „ 47,49 „ 363 83 5,34
34 62,43 „ 37,57 „ 409 94 6,01
35 68,86 „ 31,14 „ 458 105 6,74
36 73,43 „ 26,57 „ 544 125 8,00
37 84,68 „ 15,32 „ 526 121 7,73
Antimon-Blei-Legirung
38 34,86 Blei, 65,14 Antimon 3) 794 182 11,7
39 61,61 „ 38,39 „ 454 104 6,67
40 76,32 „ 23,68 „ 349 80 5,07
41 82,80 „ 17,20 „ 281 64 4,13
42 86,52 „ 13,48 „ 272 62 4,00
43 88,92 „ 11,08 „ 267 61 3,93
Zinn-Blei-Legirung
44 26,03 Blei, 73,97 Zinn 181 42 2,66
45 30,57 „ 69,43 „ 177 41 2,60
46 36,99 „ 63,01 „ 145 32 2,13
47 46,82 „ 53,18 „ 114 26 1,68
48 63,78 „ 36,22 „ 91 21 1,34
49 77,89 „ 22,11 „ 114 26 1,68
50 84,09 „ 15,91 „ 122 28 1,79
51 87,57 „ 12,43 „ 114 26 1,68
52 89,80 „ 10,20 „ 100 23 1,47

Anmerkungen.

1) Zu Nr. 19 der Tabelle. – Messingsorten, welche von 67,26 bis 83,7 Proc. Zink enthielten, zerbrachen unter dem Drucke, ehe der Stahlkegel zur vorgeschriebenen Tiefe eingedrungen war.

2) Zu Nr. 23. – Mischungen aus Kupfer und Zinn, welche von 65 bis herab zu 27 Proc. Zinn enthielten, zerbrachen bevor der Kegel tief genug eingedrungen war.

3) Zu Nr. 38. – Antimon-Blei-Mischungen mit 75,7 – 71,4 – 55,5 Proc. Antimongehalt verhielten sich wie die unter Anmerk. 1 und 2 benannten Legirungen.

|418|

Ich wende mich nun zu näherer Betrachtung des Inhalts der Tabelle und zu einigen aus derselben zu ziehenden Folgerungen.

Was zunächst die Härte der einfachen Metalle betrifft, so wird im Allgemeinen durch die Versuche Calvert's und Johnson's die gewöhnlich angenommene Reihenfolge der Metalle:

Eisen,

Platin,

Kupfer,

Silber,

Wismuth,

Gold,

Zink,

Zinn,

Blei

allerdings bestätigt; allein das Zink und das Wismuth nehmen wesentlich andere Plätze ein. Das Zink ist nach der Härteprobe durch Ritzen sogar noch höher als das feine Silber zu setzen. Vom Wismuth muß es überraschen, daß dasselbe die Behandlung mit dem Stahlkegel aushielt ohne zu zerbrechen, während Antimon-Blei Legirungen, welche man weniger spröde zu erachten geneigt seyn möchte, unter dem Drucke zerbrachen. Das Aluminium stellte ich nach der Ritzprobe ungefähr dem feinen Silber an Härte gleich; damit stimmt das Resultat der englischen Beobachter ziemlich überein.

Eine Härte-Scale verschiedener geschmeidiger Metalle habe ich bei früherer Gelegenheit dadurch aufzustellen versucht, daß ich gleich dicke Drähte derselben durch das nämliche Loch eines Drahtzieheisens zog und mittelst einer Federwaage den dabei stattfindenden Widerstand maß, welcher (abgesehen von der Reibung, die allerdings nicht geschätzt werden kann) wesentlich durch die Zusammendrückung und Verschiebung entsteht, also der Härte zuzuschreiben ist. Ich wähle von den so erhaltenen Resultaten in Betreff des Stahls, Eisens, Kupfers, Messings, Platins, Silbers und Goldes diejenigen aus, welche sich auf ausgeglühte Drähte beziehen, da nur diese den natürlichen Härtegrad der genannten Metalle repräsentiren; die Zahlen sind sämmtlich so reducirt, daß die Härte (der Ziehungswiderstand) des Bleies als Einheit erscheint, – daneben stelle ich die Resultate der englischen Beobachter, auf denselben Maaßstab bezogen:

|419|
Textabbildung Bd. 153, S. 419

Die Verhältnißzahlen, welche nach den beiden Methoden gefunden sind, weichen freilich außerordentlich von einander ab; aber die Reihenfolge wenigstens ist übereinstimmend, mit Ausnahme des Messings, welches nach der einen Ermittelung vor, nach der andern hinter dem Eisen zu stehen kommt.

Die absolute Festigkeit der Metalle steht unzweifelhaft mit deren Härte in einem natürlichen Zusammenhange; es wird daher nicht uninteressant seyn, eine Vergleichung in Betreff dieser beiden Eigenschaften anzustellen. Hierbei lege ich für die Festigkeiten jene Gewichte zu Grunde, welche ein Draht von 1 Millimeter Dicke durchschnittlich zum Zerreißen erfordert, und nehme diejenigen Metalle, welche das Glühen ertragen, im ausgeglühten Zustande an:

Textabbildung Bd. 153, S. 419

Die Reihenfolge ist im Ganzen dieselbe für Härte und für Festigkeit, nur die wahre Stellung von Gold und Zink erscheint zweifelhaft, und vom Aluminium kann man dasselbe in noch höherem Grade sagen. |420| Die Verhältnißzahlen stimmen freilich nicht überein; doch bieten mehrere derselben eine bemerkenswerthe Gesetzmäßigkeit dar, welche sich am deutlichsten zu Tage legt, wenn man einerseits die bei ihren Härteprüfungen erforderlich gefundenen Gewichte und andererseits die Zahlen der absoluten Festigkeit neben einander stellt, und die ersteren durch die letzteren dividirt, um das zwischen ihnen bestehende Verhältniß klar auszudrücken:

Druck bei der
Härteprobe.

Festigkeit.

Verhältniß.
Blei 68 3,1 22 : 1
Zinn 118 6,9 17 : 1
Cadmium 473 9,5 50 : 1
Gold 726 27 27 : 1
Zink 798 23,5 34 : 1
Silber 907 29 31 : 1
Aluminium 1179 18 65 : 1
Kupfer 1311 37 35 : 1
Platin 1633 44 37 : 1
Messing 2050 56 37 : 1
Eisen 4127 56,5 73 : 1
Stahl 4173 96 43 : 1

Die so nahe Uebereinstimmung, welche die Zahlen der letzten Spalte für Zink, Silber, Kupfer, Platin und Messing darbieten, ist gewiß nicht zufällig, sondern documentirt entschieden den innern Zusammenhang zwischen der Größe der absoluten Festigkeit und dem Härtegrade. In wiefern die Abweichungen bei den übrigen Metallen auf Ungenauigkeiten in den Versuchen oder auf wesentlichen Ursachen beruhen, muß freilich für jetzt dahingestellt bleiben. Stahl und Gold schließen sich noch am nächsten den genannten an.

Kehren wir nun wieder zu den oben tabellarisch aufgestellten Versuchsresultaten von Calvert und Johnson zurück, so zeigen dieselben:

1) Daß die Härte des Messings größer ist als die Härte eines jeden seiner Bestandtheile, mit steigendem Zinkgehalte zunimmt, bis zum Doppelten der Härte des reinen Kupfers sich erhebt, jedoch über 50 Procent Zinkgehalt hinaus mit bedeutender Sprödigkeit vereinigt auftritt.

2) Daß von den Mischungen aus Kupfer und Zinn diejenigen, welche zwischen 25 und 67 Procent Zinn enthalten, sehr spröde sind; ein Zusatz von 1/9 bis 1/4 Kupfer zum Zinn dessen Härte auf das Drei- bis Fünffache erhöht; die Mischungen mit sehr überwiegendem Kupfergehalte aber zwei- bis dreimal so hart sind als reines Kupfer; die größte Härte in Verbindung mit Festigkeit bei 84,3 Kupfer gegen 15,7 Zinn vorhanden ist, und von da mit abnehmendem Zinngehalt auch die Härte sinkt.

|421|

3) Daß zur Härtung des Kupfers das Zinn von weit ausgezeichneterer Wirksamkeit ist als das Zink, da eine Legirung von 80 Kupfer mit 10 Zink und 10 Zinn sich um reichlich 50 Proc. härter zeigt als eine Zusammensetzung aus 80 Kupfer und 20 Zink.

4) Daß die Mischungen aus Zinn und Zink sämmtlich härter als Zinn, aber weicher als Zink sind, und zwar desto weicher, je kleiner der Zinkgehalt ist.

5) Daß das Blei durch Zusatz von Antimon seine Härte nahe aufs Zwölffache vermehren kann, und zwar desto mehr, je größer dieser Zusatz ist; die Sprödigkeit des Gemisches aber sehr bedeutend wird, wenn mehr als etwa 3 Theile Antimon mit 5 Theilen Blei verbunden sind, wobei die Härte ungefähr das Siebenfache von der Härte des reinen Bleies ist.

6) Daß Mischungen von Zinn und Blei jedenfalls härter sind als reines Blei, jene aber von mehr als 60 Procent Zinngehalt sogar etwas härter als reines Zinn.

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