Titel: Moreau, über die Eigenschaften der Aluminiumbronze.
Autor: Moreau, G.
Fundstelle: 1864, Band 171, Nr. CVII. (S. 434–442)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj171/ar171107

CVII. Ueber die Eigenschaften der Aluminiumbronze; von G. Moreau.

Aus Armengaud's Génie industriel, December 1863, S. 291; durch das polytechnische Centralblatt, 1864 S. 312.

Der Oberst Strange, welcher mit der Triangulation von Indien beauftragt ist, beabsichtigt seine Instrumente, und insbesondere einen großen Theodolit mit Horizontalkreis von 3 Fuß Durchmesser, aus Aluminiumbronze herstellen zu lassen, hielt es aber für nothwendig, zuvor dieses Material auf die bei dieser Verwendung einschlagenden Eigenschaften untersuchen zu lassen. Die Punkte, auf welche Strange sein Augenmerk besonders richten zu müssen glaubte, waren folgende: 1) Widerstand gegen das Zerreißen, 2) Widerstand gegen das Zusammendrücken, 3) Hämmerbarkeit, 4) Steifigkeit, 5) Ausdehnungscoefficient, 6) Verhalten beim Gießen, 7) Verhalten gegen Feile und Schneidwerkzeuge, 8) Einfluß |435| der Atmosphärilien, 9) Gravirungsfähigkeit, 10) Elasticität, 11) Verwendbarkeit zu gezogenen Röhren, 12) specifisches Gewicht.

Die Versuche über den Widerstand gegen das Zerreißen und Zusammendrücken, sowie über die Hämmerbarkeit wurden von Anderson in der k. Kanonengießerei zu Woolwich angestellt; die übrigen Eigenschaften wurden von den Herren Simms, den Erbauern des großen Theodoliten, ermittelt. Da auf die Versuche nur kurze Zeit verwendet werden konnte, so dürften ihre Resultate noch mancherlei Correctionen fähig seyn; immerhin erschienen sie aber ausreichend genug, um darauf praktische Schlüsse bauen zu können.

Die Versuchsproben bestanden aus 10 Proc. Aluminium und 90 Proc. Kupfer, ein Legirungsverhältniß das man für das geeignetste zu mechanischen Zwecken hielt.

1) Widerstand gegen das Zerreißen. – Bereits vor mehreren Jahren hatte Anderson den Widerstandsmodul gegen das Zerreißen für Aluminiumbronze und Kanonenbronze untersucht und denselben gefunden:

für Aluminiumbronze zu 6972 Kilogram. per Quadratcentimeter
Kanonenbronze zu 2330

Nachdem nun Anderson im September 1862 die Versuche wiederholt hat, spricht er sich darüber in seinem Berichte folgendermaßen aus: „Die mittlere Zähigkeit der beiden untersuchten Proben scheint einem Festigkeitsmodul von 3686 Kilogr. per Quadratcentim. zu entsprechen. Die Verlängerung der einen Probe begann bei 313 Kilogr. Belastung, die der anderen bei 262 Kilogr. Die bleibende Verlängerung der ersten Probe wurde zu 0,228 Millim. und die der anderen zu 0,864 Millim. gefunden. Zu bemerken ist, daß die Probestücke nicht ganz fehlerfrei waren.“

In demselben Berichte gibt Anderson den Festigkeitsmodul für Kanonenbronze höher als früher an, nämlich zu 2773 Kilogram. per Quadratcentimeter als Durchschnitt aus den Versuchen an den besten Proben.

Verbindet man die beiderseitigen Resultate für beide Metalle, so erhält man den durchschnittlichen Festigkeitsmodul gegen das Zerreißen: für Aluminiumbronze zu

(6972 + 3686)/2 = 5329 Kil. per Quadratcentimeter.

für Kanonenbronze zu

(2330 + 2773)/2 = 2552 Kil. per Quadratcentimeter.
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Die beiden Festigkeiten verhalten sich hiernach zu einander wie 1 : 0,48 oder nahe wie 2 : 1.

Für Stahl hat Anderson den Festigkeitsmodul gegen das Zerreißen zu 8301 bis 4879 Kilogr. per Quadratcentimeter gefunden; aber er macht den Stahlsorten, welche die höchsten Festigkeiten gegen das Zerreißen geben, den Vorwurf, daß sie unter Stößen leicht zerbrechen, und gibt deßhalb einer mittleren Qualität Gußstahl mit einem Modul von 5825 Kilogr. per Quadratcentimeter den Vorzug, wenn es sich um Aufnahme großer Kräfte handelt. Proben einer Kanone aus dem berühmten Gußstahl von Krupp, der sich durch seine Weichheit und Gleichmäßigkeit auszeichnet, gaben 5243 Kilogr., also 86 Kilogr. weniger, als die oben für Aluminiumbronze aufgestellte Zahl. Die beiden auf ihren Widerstand gegen das Zerreißen untersuchten Proben waren cylindrisch und an den Enden etwas verstärkt, um Angriffspunkte für den Zug darzubieten. Ihre Länge betrug 80 Millim., ihr Durchmesser im cylindrischen Theile 15 Millim.

2) Widerstand gegen das Zusammendrücken. – Die größte angewendete Belastung betrug 9642 Kilogr. per Quadratcentim. Unter dieser Last wurde die Probe dermaßen verbogen und deformirt, daß es nicht möglich gewesen wäre, mit einer noch stärkeren Belastung ein zuverlässiges Resultat zu erhalten. Die Compression wurde erst unter einer Belastung von 1484 Kilogr. per Quadratcentimeter bemerkbar und betrug hierbei 0,152 Millim. Als die Belastung entfernt wurde, dehnte sich die Probe durch ihre Elasticität um 0,025 Millim. wieder aus und hinterließ also eine bleibende Compression von 0,127 Millim. Der Durchmesser und die Höhe der Probe betrugen 15 Millim.

Gußeisen verhält sich gegen die Zusammendrückung bei verschiedenen Sorten sehr verschieden. Die höchste Angabe ist nach Ure 8413 Kilogr. per Quadratcentimeter. Zudem ist es sehr schwer, zwei Metalle mit einander zu vergleichen, welche nach dieser Richtung hin so verschieden sich zeigen; das Gußeisen gibt plötzlich und fast vollständig nach, die neue Legirung dagegen langsam und nur theilweise. Uebrigens kommt es auch bei dergleichen Meßinstrumenten auf den Widerstand gegen die Biegung oder auf die Steifigkeit mehr, als auf irgend welche andere Eigenschaften an.

3) Hämmerbarkeit. – In dieser Beziehung sagt Anderson: „Hinsichtlich der Schmiedbarkeit verhält sich diese Legirung sehr eigenthümlich, indem sie von der dunkelsten Rothglühhitze an (ungefähr 650° C.) bis nahe zum Schmelzpunkt vollständig schmiedbar ist.“

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Die nunmehr folgenden Resultate beruhen auf Versuchen von Simms.

4) Steifigkeit. – Da Strange nicht über die nöthigen Mittel verfügen konnte, um die Belastung zu bestimmen, durch welche ein Metallstab zerbrochen oder bleibend eingebogen wird, so begnügte man sich damit, verschiedene Legirungen auf ihre Biegungsfestigkeiten innerhalb der Elasticitätsgrenzen zu untersuchen und mit einander zu vergleichen. Die gefundenen Einbiegungen verhielten sich für

Messing Kanonenbronze Aluminiumbronze
wie 2,22 : 0,15 : 0,05

Die Steifigkeit der Aluminiumbronze ist hiernach 3mal so groß als die der Kanonenbronze und 44mal so groß als die des Messings.

5) Ausdehnung durch die Wärme. – Auch diese Versuche beschränkten sich auf eine einfache Vergleichung. Man fand, daß der Einfluß der Temperaturveränderungen bei der Aluminiumbronze ein wenig kleiner als bei der Kanonenbronze und viel kleiner als bei dem Messing ist.

6) Verhalten beim Gießen. – Hierüber sind zahlreiche Versuche angestellt worden. Die Legirung gibt schöne Gußstücke in allen Dimensionen; nur bei Beginn der Versuche hatte man, wie Strange angibt, einige Schwierigkeiten, weil das Metall schnell erkaltete und daher beim Zusammenziehen dem Werfen und Zerspringen ausgesetzt war. Später hat man gelernt, diesem Uebelstand zu begegnen.

7) Verhalten gegen Feile und Schneidwerkzeuge. – In dieser Beziehung läßt die neue Legirung nichts zu wünschen übrig. Sie verstopft die Feile nicht, und auf der Drehbank und Hobelmaschine nimmt der Stahl lange, elastische Späne und hinterläßt eine glatte und glänzende Oberfläche. Die Herren Simms fügen dem hinzu: „Sie läßt sich weit leichter als Stahl bearbeiten, und man darf annehmen, daß Aluminiumschrauben trotz des höheren Materialpreises billiger herzustellen sind als Stahlschrauben.“

8) Einfluß der Atmosphärilien. – Hierüber sagen die Herren Simms: „Die Legirung läuft nicht rasch an. Die Eigenschaft der Oxydirbarkeit völlig zu beseitigen, dazu ist freilich keine Hoffnung; allein die Legirung verhält sich auch in dieser Beziehung vortheilhaft, indem sie weniger leicht anläuft, als alle übrigen bei astronomischen Instrumenten gewöhnlich angewendeten Materialien, wie Bronze, Messing, Silber, Gußeisen und Stahl.“

6) Gravirungsfähigkeit. – Nach Simms gibt die Aluminiumbronze eine schöne Theilung, und es braucht nicht erst ein anderes |438| Metall aufgetragen zu werden, wie man gewöhnlich verfährt, um die Theilung einzuschneiden. Diese Ansicht ist durch die von Simms ausgeführten Theilproben vollständig bestätigt; die Linien sind rein und gleichmäßig, und zwar in einem viel höheren Grade als bei irgend einem anderen gegossenen Metalle. Man könnte daraus schließen, daß die neue Legirung homogen ist. Unter der Loupe zeichnen sich die Theillinien trotz der gelben Farbe des Metalls sehr scharf ab.

10) Elasticität. – Hierüber sind keine directen Versuche angestellt worden; man bezweifelt aber nicht, daß das Metall eine bedeutende Elasticität besitze. Ein bedeutender Mechaniker in Paris gibt hierzu folgende Thatsache an: „Von allen Drähten, die man zur Aufhängung des Foucault'schen Pendels benutzt hat, widerstand keiner, selbst nicht der Stahldraht, so lange dieser starken Probe, als die Drähte aus Aluminiumbronze; hiernach scheint sich diese Legirung auch für Uhrpendel vorzüglich zu eignen.“

11) Verwendbarkeit zu gezogenen Röhren. – Das neue Material eignet sich zu allen Operationen, welche zu diesem Zwecke nothwendig sind; es läßt sich mit Kupfer und mit Silber löthen, zu Blättern auswalzen und unter dem Hammer oder im Zieheisen strecken. Bisher sind die Teleskopröhren, Büchsen, Säulen etc. fast durchgängig aus Messing hergestellt worden, und diese Legirung besitzt eine geringe Steifigkeit. Die Bronze kann man hierzu gar nicht verwenden, weil sie sich nicht walzen läßt. Die Aluminiumbronze dagegen besitzt alle Eigenschaften, welche sie zu dergleichen Zwecken verwendbar machen.

12) Specifisches Gewicht. – Nach Bell in Newcastle betragen die specifischen Gewichte der Aluminiumbronze

bei 3 Proc. Aluminiumgehalt 8,691,
4 8,621,
5 8,369,
10 7,689.

Die letzte Legirung, die beste für die Zwecke welche Strange vor Augen gehabt hat, hat ungefähr dasselbe Gewicht wie das Schmiedeeisen (7,788), und ein geringeres als Messing (8,395) und Bronze (8,550).

Nach diesen Erfahrungen und Zeugnissen derer, welche bereits Anwendung von diesem Material gemacht haben, ist die Aluminiumbronze in allen Beziehungen allen anderen Metallen, die man bisher bei der Construction von geodätischen, astronomischen etc. Instrumenten angewendet hat, bei weitem vorzuziehen. Die zu gebenden Dimensionen sind dieselben, wie beim Gußstahl. Alle Theile, welche gewöhnlich aus Stahl gefertigt werden, können mit völliger Sicherheit aus Aluminiumbronze |439| hergestellt werden, wie z.B. die Schraubenbolzen, Klemm-, Preß- und Mikrometerschrauben. Vermöge ihrer Härte und geringen Oxydirbarkeit eignet sie sich vorzugsweise zu den Zapfen, Achsen und Pfannen. Wendet man sie zu getheilten Kreisen an, so braucht man kein anderes Metall aufzutragen und gewinnt dadurch einen doppelten Vortheil: man umgeht nämlich das Treiben mit dem Hammer, wodurch leicht Ungleichmäßigkeiten in der Spannung und Härte des Kreises hervorgebracht werden, und eine andere Fehlerquelle für die Genauigkeit der Theilung kommt dadurch in Wegfall, daß keine ungleichmäßigen Ausdehnungen verschiedener Metalle mehr vorkommen können. Was die Sichtbarkeit der in das Metall eingravirten Theillinien betrifft, so können hierüber die Meinungen verschieden seyn; Strange versichert aber, auch in dieser Beziehung vollständig befriedigt zu seyn.

Die Wahl der Aluminiumbronze für die Construction des großen Theodoliten ist nach der Meinung der Herren Simms und Strange durch die ermittelten Eigenschaften derselben vollkommen gerechtfertigt; zugleich wird das Gewicht des Instrumentes ein mäßiges, trotzdem daß die Dimensionen desselben weit über die bisher üblichen Grenzen hinaus gehen. Es bleibt nun bloß noch die Fabrication der Legirung und ihr Gestehungspreis zu besprechen übrig.

Bei der Zusammensetzung der Aluminiumbronze sind vornehmlich zwei Punkte zu berücksichtigen. Zunächst muß man ein sehr reines Kupfer anwenden. Das beste Kupfer ist das, welches auf elektrochemischem Wege ausgeschieden wird, aber es ist zu theuer. Nach ihm kommt das vom oberen See, das ebenfalls eine vorzügliche Legirung gibt. Dagegen gibt das gewöhnliche Handelskupfer im Allgemeinen schlechte Resultate. Eine zweite Vorsicht besteht darin, daß man die Legirung zwei- oder dreimal umschmelzen muß. Die erste Schmelzung von 10 Proc. Aluminium und 90 Proc. Kupfer bringt eine sehr spröde Legirung hervor. Bei jeder folgenden Schmelzung nimmt die Festigkeit und Zähigkeit zu; von dem gehörigen Grade derselben überzeugt man sich durch Ausschmieden einer Probe nach jedem Umschmelzen. Wahrscheinlich sinkt durch das wiederholte Umschmelzen der Aluminiumgehalt etwas unter den ursprünglichen Betrag von 10 Proc.

Der gegenwärtige Preis der Aluminiumbronze mit 10 Proc. ist in England 2 Thlr. 12 Sgr. das Pfund; wahrscheinlich wird aber dieser Preis bald sinken, wenn die Legirung, in Folge vermehrter Nachfrage, in größeren Mengen producirt wird. Dieser Preis ist allerdings vier- bis fünfmal so hoch als der der besten Zinnbronze; aber man braucht auch nur ein geringeres Gewicht Aluminiumbronze, um dieselbe Widerstandsfähigkeit hervorzubringen, die ein gegebenes Gewicht Zinnbronze |440| hat, und berücksichtigt man ferner, wie wenig Einfluß der Preis des Rohmaterials im Vergleiche mit dem Werthe der Bearbeitung hat, so kann man in der Höhe dieses Preises durchaus kein Hinderniß gegen die Verwendbarkeit der Aluminiumbronze zu Meßinstrumenten u. dergl. finden, um so weniger, als ihre übrigen Eigenschaften stark für ihre Verwendung sprechen.

Die Erfahrungen, welche der Fabrikant Morin in Nanterre über die Aluminiumbronze gemacht hat, sind folgende:

Morin betrachtet, ebenso wie Strange, die Aluminiumbronze als eine chemische Verbindung der beiden constituirenden Metalle, und begründet seine Ansicht durch folgende Umstände:

1) Die stöchiometrische Berechnung gibt einen Aluminiumgehalt, der etwas weniger als 10 Proc. beträgt. Nun wurde aber oben nach Strange aufgestellt – und dieß wird auch von Morin bestätigt – daß eine allmähliche Schmelzung von 10 Proc. Aluminium und 90 Proc. Kupfer eine sehr spröde Metallmischung gibt, welche erst dann ihre guten Eigenschaften annimmt, wenn durch zwei- oder dreimal wiederholte Umschmelzung der Ueberschuß an Aluminium ausgeschieden worden ist. Fernere Umschmelzungen ändern die Legirung in ihren Eigenschaften nicht.

2) Morin erhält mit 5, 7 1/2 und 10 Proc. Aluminiumzusatz ganz homogene Legirungen; versucht man aber Legirungen mit 6, 7 oder 8 Proc. Aluminiumzusatz herzustellen, so erhält man nur Metallmischungen, in denen sich leicht eine Quantität unverbundenes Aluminium unterscheiden läßt. Eine bemerkenswerthe Eigenthümlichkeit ist noch die, daß die Farbe der Legirungen mit 5 oder 10 Proc. Aluminiumgehalt der des Goldes ähnlich ist. Die Legirung mit 10 Proc. gibt eine hellere Nuance, und mit 7 1/2 Proc. erhält man eine grünliche Nuance, welche ein wesentlich anderes Ansehen hat als die beiden anderen.

3) Wenn man in die 90 Proc. in Schmelzung befindlichen Kupfers den Aluminiumstab eintaucht, so entsteht plötzlich eine starke Abkühlung des Kupfers, fast bis zum völligen Erstarren desselben. Rührt man dann den kleinen Theil, welcher flüssig geblieben war, auf, so erhitzt sich derselbe wieder in dem Maaße, als die Verbindung vor sich geht, und verbreitet seine Wärme weiter und weiter, bis endlich die ganze Masse weißglühend wird und viel heißer erscheint, als das Kupfer vor der Legirung war. Morin erklärt diese Erscheinung durch die nothwendig mit jeder chemischen Veränderung verbundene Temperaturveränderung.

4) Erhitzt man ein Stück Aluminiumbronze bis ganz nahe zum Schmelzpunkt und bearbeitet es dann bei dieser Temperatur unter dem Hammer, so zertheilt es sich in mehr oder weniger große Stücke, welche |441| durchgängig eine eigenthümliche Bruchfläche zeigen. Dieselbe besteht nämlich aus Krystallen, welche um so kleiner sind, je näher die Temperatur an den Schmelzpunkt gebracht worden war, übrigens aber bei allen Temperaturen gleiche Gestalt haben. Analysirt man solche Krystalle, so findet man, daß sie nicht nur unter sich, sondern auch mit dem ganzen Stück gleiche Zusammensetzung haben. Es hat also keine Ausscheidung stattgefunden, wie dieß doch bei vielen Legirungen der Fall ist, in welchen in der Nähe des Schmelzpunktes die constituirenden Metalle sich von einander abscheiden, weil sie ihre verschiedene Schmelzbarkeit einzeln beibehalten haben.'

Das Umschmelzen geschieht in Tiegeln, wie bei der Zinnbronze. Die Aluminiumbronze ist nach wiederholtem Umschmelzen ganz homogen und läuft im Formsand gut aus. Sehr dünne Gegenstände kommen scharf; wenn aber die Dicken des Stücks in weiten Grenzen sich verändern, so muß man in jeder dicken Stelle einen Gießzapfen anbringen, aus dem das Metall während des Erkaltens nachsaugen kann; außerdem würde das Gußstück sich werfen. Schmieden läßt sich die. Aluminiumbronze in heißem Zustande ungefähr bei derselben Temperatur wie der Gußstahl, und dann kann man sie hämmern, bis sie beinahe kalt ist, ohne daß man Nisse oder Bruch zu befürchten hat. Das Ablöschen wirkt auf die Aluminiumbronze ähnlich wie auf die Zinnbronze, indem sie dadurch weich und geschmeidig wird; durch Walzen oder Schmieden im kalten Zustande dagegen wird sie spröde.

In Nanterre werden bereits viele Gegenstände aus Aluminiumbronze angefertigt. Gegenwärtig macht man aus der Legirung mit 5 Proc. Aluminium Handleuchter mit schaukelnder Bewegung nach einem besonderen Modell für die transatlantischen Packetboote. Diese Legirung wird durch das heiße Stearin nicht oxydirt und hat daher einen großen Vorzug vor dem Messing, welches übrigens einen viel geringeren Glanz hat und daher rascher anläuft. Auch zu Medaillen eignet sich diese Legirung sehr gut. In England versucht man sie als Ersatz für Plattirung und Versilberung zu großen Tafelgegenständen, wie zu Wärmpfannen u. dgl.

Die Legirung mit 7 1/2 Proc. Aluminium ist ihrer eigenthümlichen grünlichen Färbung wegen zu unechten Schmuckgegenständen verwendbar, z.B. zu Broschen, Schnallen und anderen kleinen Luxusgegenständen. In diesen Artikeln geht besonders England vorwärts. Ihrer größeren Geschmeidigkeit wegen ist sie für chirurgische Instrumente, welche in Gesenken geschmiedet werden müssen, der Legirung mit 10 Proc. vorzuziehen.

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Die Legirung mit 10 Proc. eignet sich ganz besonders für die Theile der Meßinstrumente. Ueberdieß hat Morin eine Fabrication von Tisch- und Dessertcouverts und Dessertmessern aus dieser Legirung eingerichtet. Alle diese Gegenstände werden gegossen, geschliffen, geschmirgelt und gebürstet, und nur die Messerklingen werden geschmiedet, damit sie Härte annehmen. Diese Artikel haben sehr schönen Glanz und auch eine schöne Farbennüance. Auch kleine Leuchter hat man daraus dargestellt. Dann wird sie zu Pferdegeschirren angewendet. Besonders aber verspricht man ihr eine Zukunft für kleine chirurgische Instrumente, welche nur gegossen und polirt zu werden brauchen, wie für die verschiedenen Arten von Zangen, weil sie bedeutend billiger zu stehen kommen als wenn sie aus Gußstahl hergestellt werden.

Zu den Achsenfuttern für Eisenbahnwagen hat sich diese Legirung nicht bewährt. Dieß kommt nach Morin daher, daß man sie im gegossenen, und nicht im geschmiedeten oder gewalzten Zustande angewendet hat. Den Beweis hierfür hat der Oberst Treuil de Beaulieu geliefert, welcher sie in den Geschützwerkstätten zu den Lagerfuttern einer großen Drehbank in folgender Weise verwendet hat. Die Welle hat 60 Millimeter Durchmesser und machte bis zu 1800 Umdrehungen in der Minute. Die Aluminiumbronze war in Form einer gewalzten Platte im Lager festgelöthet und dann sorgfältig ausgebohrt worden. Das Futter ist gegenwärtig seit vier Jahren in Benutzung. Nach 2 1/2 jährigem Betriebe bemerkte man erst eine Abnutzung von 0,4 Millimeter, und zwar nur in der Richtung des Riemenzugs.

Morin liefert die Aluminiumbronze zu folgenden Preisen:

Francs
mit 10 Proc. Aluminium das Kilogr. zu 15
7 1/2 „ 12,5
5 „ 10

In Plattenform erhöht sich der Preis um 1 Franc für das Kilgr. Bei gegossenen Stücken ist der Gießerlohn außerdem zu vergüten. Draht wird nur aus der Legirung mit 10 Proc. hergestellt und je nach der Dicke mit 25 bis 40 Francs per Kilogramm bezahlt.

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