Titel: Caron's Cementirverfahren mittelst Cyanbaryum.
Autor: Caron, H.
Fundstelle: 1861, Band 160, Nr. LXIII. (S. 211–214)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj160/ar160063

LXIII. Neues Cementirverfahren mittelst Cyanbaryum; von H. Caron.

Aus den Comptes rendus, April 1861, t. LII p. 677.

Beim Cementiren beabsichtigt man entweder:

1) Schmiedeeisenstäbe bloß äußerlich auf eine wenig beträchtliche Tiefe zu cementiren, nämlich dem an der Oberfläche befindlichen Eisen die Härte und Widerstandsfähigkeit des Stahls zu ertheilen, ohne daß das im Innern befindliche Metall die Eigenschaften verliert, welche es früher besaß; oder

2) das welche Eisen gänzlich in Stahl umzuwandeln, indem man die wirksamsten und wohlfeilsten Cementirmittel in geeigneten Apparaten anwendet.

Die oberflächliche Cementation, welche man in der Technik bewerkstelligt, ist allerdings sehr gut, da aber die allgemein gebräuchlichen Cementirmittel wenig wirksam sind, so kommt es oft vor, daß die Eisenwaaren, während sie äußerlich die Eigenschaften des Stahls erlangten, dagegen im Innern diejenigen des guten Schmiedeeisens verloren; die Gegenstände sind dann zerbrechlich, und das Eisen, so sehnig es war, ist krystallinisch geworden; man erhält also mit einer Stahlschicht überzogenes schlechtes Schmiedeeisen. Die Ursache dieses Fehlers ist, daß das Schmiedeeisen zu lange Zeit der Rothglühhitze ausgesetzt bleibt, welche es in krystallisirtes Eisen umwandelt. Man kann diesen Fehler nur sehr schwer vermeiden, wenn man die Cementirmittel anwendet, welche ich ammoniakalische nennen werde, deren Wirkung wegen der Flüchtigkeit des cementirenden Agens anfangs eine rasche und hernach Null ist. Den Fabrikanten ist dieser Umstand nicht unbekannt, und wenn sie etwas tief cementiren müssen, ersetzen sie daher die Lederkohle durch Ruß. Dieser enthält nämlich Kalisalze, welche viel weniger flüchtig sind als die Ammoniaksalze; seine Wirkung ist andauernder, und man kann auch die Temperatur etwas höher steigern, so daß die Eisenwaaren nicht so lange Zeit der Einwirkung der Hitze, welche sie krystallinisch macht, ausgesetzt zu werden brauchen. Dieß reicht aber noch nicht hin. Es handelte sich also für mich darum, ein Cementirmittel zu finden, welches wenigstens eben so wirksam wie die bisher angewandten ist, aber bei einer höheren Temperatur benutzt werden kann. Kurz, mein Zweck war, die Cementation durch die Hitze zu beschleunigen und dadurch ihre Dauer so viel als möglich |212| zu verkürzen, um dem Eisen im Innern nicht Zeit zu lassen, seine schätzbaren Eigenschaften zu verlieren.

Dieß gelang mit auf sehr genügende Weise, indem ich als Cementirmittel Holzkohle und natürlichen kohlensauren Baryt (Witherit)59) anwende, welche pulverisirt und im Verhältniß von 3 Th. Kohle auf 1 Th. kohlensauren Baryt gemengt werden. Die Wirkung dieses Gemenges auf das Schmiedeeisen erklärt sich einfach durch die in meiner vorhergehenden Abhandlung auseinander gesetzte Theorie. Der kohlensaure Baryt und die Kohle bilden in Gegenwart des Stickstoffs bei einer hohen Temperatur Cyanbaryum, welches sich verflüchtigt und das Eisen cementirt.

Ich will nun erklären, warum der kohlensaure Baryt anderen Cementirmitteln vorzuziehen ist. Die Cementirmittel welche man gewöhnlich in der Technik anwendet, haben nur eine augenblickliche Wirkung, weil die zur Cementation beitragenden Salze flüchtig sind; so sind die Ammoniak-, Kali- und Natronsalze, welche in denselben meistens vorkommen, entweder an und für sich flüchtig, oder in der Rothglühhitze durch die Kohle zersetzbar, welche sie in ebenfalls flüchtige Körper umwandelt; die Cyanüre aber, welche sich mit dem Stickstoff der Luft und mit der Kohle bilden können, sind auch flüchtig, daher nach Verlauf einer sehr kurzen Zeit das Cementirmaterial unwirksam wird und erneuert werden muß. Anders ist es, wenn man den Baryt oder gewisse Barytsalze, z.B. den kohlensauren Baryt, anwendet. Wenn letzterer mit Kohle bei der Rothglühhitze in Berührung ist, gibt er immer nur caustischen Baryt, welcher bei dieser Temperatur ganz beständig ist und sich mit Beihülfe des Stickstoffs der Luft theilweise in Cyanbaryum verwandelt, welches ohne Vergleich weniger flüchtig ist als Cyankalium und Cyannatrium. Uebrigens kann der Baryt, nachdem er dem Eisen den Kohlenstoff zugebracht hat, durch das Kohlenoxyd, welches immer mit dem Stickstoff in den Cementirkästen vorhanden ist, regenerirt werden. Hiernach war es wahrscheinlich, daß ein Gemenge von Holzkohle und kohlensaurem Baryt ein fast unerschöpfliches Cementirmittel bildet, dessen Wirkung bei einer hohen Temperatur sehr kräftig ist. Versuche, welche Anfangs im Laboratorium des Dépôt central de l'artillerie zu Paris und hernach auf Kosten Sr. Maj. des Kaisers in größerem Maaßstabe im Hüttenwerk zu Montataire angestellt wurden, haben diese Vermuthungen vollkommen bestätigt. Ich erziele mit dem angegebenen Gemenge, wenn es sich um eine oberflächliche |213| Cementation handelt, in halbstündiger Rothglühhitze dasselbe Resultat, welches die anderen Verfahrungsarten in vier bis fünf Stunden liefern, nur muß, wie erwähnt, die Temperatur höher seyn. Durch diese Verminderung der Cementirdauer erhalte ich fast immer Eisenwaaren, bei denen das Eisen im Innern seine sehnige Structur und seine Festigkeit ganz behielt. Dazu kommt noch der Vortheil, daß ich mich desselben Cementirmaterials fast immer fort bedienen kann, wie folgende Thatsache beweist. Seit der langen Zeit, wo ich Cementationen vornehme, habe ich in meinem Laboratorium einen großen Tiegel, welcher mit dem erwähnten Gemenge von Holzkohle und kohlensaurem Baryt gefüllt ist; dieses Gemenge wurde niemals gewechselt, und ungeachtet der zahlreichen Operationen welche ich damit ausführte, ist es noch eben so wirksam wie am ersten Tage; ich setze ihm nur von Zeit zu Zeit einige Finger voll Kohle zu, um diejenige zu ersetzen, welche zufällig verbrennt.

Wenn es sich darum handelt, das Schmiedeeisen durchaus zu cementiren, so liefert der kohlensaure Baryt eben so gute Resultate, er kann sogar die längst gesuchte Cementation mit ununterbrochener Feuerung realisiren; alsdann muß er aber in Apparaten von besonderer Construction angewandt werden.

Die Cementiröfen bestehen bekanntlich aus sehr starkem Mauerwerk, welches eine lange Zeit erfordert um sich bis zum Rothglühen zu erhitzen und hernach nicht weniger Zeit zum Abkühlen erheischt. Bei jeder Operation muß man nothwendig den Ofen, welcher kalt ist, heizen, ihn einige Zeit auf der Rothglühhitze erhalten und hernach abkühlen lassen, um das cementirte Eisen herausnehmen und das unwirksam gewordene Cementirmaterial erneuern zu können. Eine Operation erheischt auch nicht weniger als 15 Tage und für Stäbe von 2 bis 3 Centimet. Dicke oft 25 bis 30 Tage. Dabei kann man die im Ofen aufgespeicherte Wärme nicht benutzen; man muß sie opfern, um das Cementirmaterial durch neues ersetzen zu können. Anders ist es, wenn man als solches ein Gemenge von Holzkohle und kohlensaurem Baryt anwendet, welches als unerschöpflich zu betrachten ist. Da ich den Ofen nicht abkühlen zu lassen brauche, um das Cementirmaterial zu erneuern, welches immer gut bleibt, so brauche ich nur aus den hierzu geöffneten Enden der Kästen das hinreichend cementirte und noch rothglühende Eisen herauszuziehen; man ersetzt es dann sogleich durch andere Eisenstäbe60) und die Operation wird fortgesetzt. Von |214| Zeit zu Zeit muß man aber ein wenig Kohle zugeben, um diejenige zu ersetzen, welche beim Herausziehen der Stäbe verbrennt; was den Stickstoff betrifft, so fehlt er dem Cementirmaterial niemals, denn er dringt überall und fast durch alle Körper hindurch.

Die verschiedenen Apparate, deren ich mich zum Cementiren mit ununterbrochener Feuerung bedient habe, sind alle auf dieses Princip gegründet.

Aus dem Vorhergehenden ersieht man, daß die Anwendung des natürlichen kohlensauren Baryts, wovon in Paris die 100 Kilogr. 4 bis 5 Francs kosten, und welcher zugleich ein fast unerschöpfliches Cementirmittel ist, den Fabrikanten gestatten wird beim Cementiren eine beträchtliche Ersparniß zu erzielen, welche Methode sie übrigens bei seiner Benutzung anwenden mögen.

Aus meinen sämmtlichen Versuchen über die Cementation geht hervor:

1) daß beim Cementiren nach dem in der Technik üblichen Verfahren die Stahlbildung stets mittelst eines Cyanürs bewerkstelligt wird, welches in den Cementirkästen von selbst durch die gegenseitige Einwirkung der Kohle, des Stickstoffs und der immer vorhandenen Alkalien entsteht; deßhalb ist die Gegenwart des Stickstoffs in diesen Kästen unumgänglich nothwendig;

2) daß es dessenungeachtet unter gewissen Umständen möglich ist, ohne Gegenwart des Stickstoffs zu cementiren, was beweist, daß der Stahl keineswegs ein Kohlenstickstoff-Eisen ist;

3) daß es zum Cementiren nothwendig ist und hinreicht, daß das Cementirmittel eine solche gasförmige oder flüchtige kohlenstoffhaltige Verbindung ist, welche durch die Hitze bei der anzuwendenden Temperatur nicht zersetzt werden kann; hierbei wird die Kohle in chemisch gebundenem Zustande bis in die Poren des Schmiedeeisens eingeführt, wo dieses Metall sich dieselbe im Entbindungsmoment aneignet;

4) daß der natürliche kohlensaure Baryt, mit Holzkohle gemengt, wegen seiner Unveränderlichkeit und seiner Wirksamkeit ein für die Technik vorzugsweise geeignetes und sehr ökonomisches Cementirmittel ist.

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Der kohlensaure Strontian (Strontianit) bringt beiläufig dieselben Wirkungen hervor.

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Die Zerreiblichkeit des Gemenges gestattet diese Operation sehr leicht auszuführen.

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