Titel: Riche, Untersuchungen über Metall-Legirungen.
Autor: Riche, Alfred
Fundstelle: 1874, Band 214, Nr. XXXVII. (S. 153–163)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj214/ar214037

XXXVII. Untersuchungen über Metall-Legirungen; von Alfred Riche.

Aus den Annales de Chimie et de Physique; 4. série, t. XXX p. 351.

(Fortsetzung von S. 523 des zweiten Septemberheftes.)

F. Reines Kupfer. Durchdringbarkeit desselben für Flüssigkeiten. Legirung von Kupfer mit Eisen.

Zu den nachstehenden Versuchen verwendete ich theils ein ziemlich reines Kupfer, welches mir zu den im Vorhergehenden beschriebenen Untersuchungen diente, theils ein sehr schönes Kupfer in Platten, welches in der pariser Münze zum Prägen der Medaillen benützt wird.

a) Abwechselndes Härten und Anlassen bei Luftabschluß.

23. Dichtigkeitstabelle.

I. II.
G = 101,561 Grm. G = 100,892 Grm.
Kupfer nach dem Walzen 8,921 8,923
„ „ „ Anlassen 8,888 8,891
„ „ „ Härten 8,868 8,856
„ „ „ Anlassen 8,852 8,853
„ „ „ Härten 8,828 8,831
„ „ „ Anlassen 8,812 8,809
„ „ „ Härten 8,788 8,785
„ „ „ Anlassen 8,781 8,783
Verminderung der Dichtigkeit 0,140 0,140
III. IV.
G = 102,987 Grm. G = 102,104 Grm.
Nach dem Walzen 8,915 8,919
„ „ Härten 8,908 8,911
„ „ Anlassen 8,858 8,865
„ „ Härten 8,834 8,840
„ „ Anlassen 8,833 8,840
„ „ Härten 8,806 8,819
„ „ Anlassen 8,797 8,810
„ „ Härten 8,773 8,785
Abnahme der Dichtigkeit 0,142 0,134
|154|

b) Abwechselndes Anlassen oder Härten und Walzen bei Luftabschluß.

24. Dichtigkeitstabelle.

I. II.
G = 79,835 Grm. G = 79,765 Grm.
Kupfer nach dem Walzen 8,877 Nach dem Walzen 8,874
„ „ „ Anlassen 8,767–8,770 „ „ Härten 8,786–8,791
„ „ „ Walzen 8,831 „ „ Walzen 8,841
„ „ „ Anlassen 8,751–8,756 „ „ Härten 8,816
„ „ „ Walzen 8,825 „ „ Walzen 8,850
„ „ „ Anlassen 8,758 „ „ Härten 8,839
„ „ „ Walzen 8,868 „ „ Walzen 8,876
„ „ „ Anlassen 8,744–8,755 „ „ Härten 8,849

Diese Experimente beweisen, daß die Dichtigkeit des Kupfers durch die Einwirkung der Wärme beträchtlich vermindert wird; denn selbst nach einem sehr kräftigen Auswalzen – von 9 auf 1,5 Millim. Dicke herab – wurde die Dichtigkeit bedeutend verringert.

c) Porosität des Kupfers. Seine Durchdringbarkeit für Flüssigkeiten.

Es wird bei näherer Betrachtung der vorstehenden Tabelle auffallen, daß die Dichtigkeit nach dem Anlassen und dem Härten durch mehr als eine einzige Zahl ausgedrückt wird. Dies rührt daher, daß das Gewicht des Kupfers zunimmt, wenn es, selbst nur kürzere Zeit mit Wasser in Berührung bleibt, nachdem es entweder direct in Holzkohlenlösche oder in einem leeren, von letzterer umgebenen Kasten erhitzt worden ist.

Jedermann, der mit Kupfer zu thun oder es bearbeitet hat, wird bemerkt haben, daß man nur selten dergleichen findet, welches ganz frei ist von kleinen Höhlungen, und es ist eine den Schmelzern wohlbekannte Thatsache, daß es sehr schwer hält, eine ganz „gesunde“ Kupferplatte zu erhalten. Marchand und Scheerer suchen den Grund dieser Erscheinung in dem Umstande, daß das geschmolzene Kupfer Sauerstoff enthält, welcher im Augenblick des Erstarrens in Folge eines dem Spratzen des Silbers analogen Vorganges frei wird. Von dieser einzigen Ursache allein wird die Durchdringbarkeit des Kupfers nicht bedingt; denn gewalztes, durchaus nicht poröses Kupfer wird durch Anwärmen in Holzkohlenpulver oder in einem mit Holzkohlenlösche umgebenen leeren Kasten porös.

Diese Durchdringbarkeit wird durch noch verschiedene andere Ursachen bedingt – zunächst dadurch, daß gegossenes Kupfer, selbst wenn es mit Holzkohle eingeschmolzen wurde, eine geringe Menge Kupferoxyd enthält, welcher in Folge der reducirenden Wirkung der Kohle bei der Temperatur des Anlassens zersetzt wird.

|155|

25. Tabelle.

Gewicht
eines
Kupferstabs.
20 Stunden lang in
Benzin eingelegt, absorbirt
er von demselben:
Nach dem 1. Anlassen durch Erhitzen in einem
von Holzkohlen umgebenen leeren Kasten

73,692 Grm.

0,027 Grm.
Nach dem 2., unter denselben Verhältnissen
erfolgten Anlassen

73,685 „

0,020 „
Nach dem 3., ebenso ausgeführten Anlassen 73,681 „ 0,012 „

Diese Gewichtszunahme rührt von einer einfachen Absorption der Flüssigkeit in das Innere des Metalles her; denn sie findet bei Flüssigkeiten der verschiedensten Beschaffenheit statt und das Metall erhält durch bloßes Liegen an der Luft sein ursprüngliches Gewicht wieder.

26. Tabelle

Gewicht der benützten Probe von Kupfer 101,141 Grm.
„ dieser Probe nach zweitägigem Liegen in Wasser 101,168
„ „ „ „ „ „ „ trockener Luft 101,143
„ „ „ „ „ „ „ Benzin 101,155
„ „ „ „ „ „ „ trockener Luft 101,142
„ „ „ „ „ „ „ Wasser 101,160
„ „ „ „ „ „ „ trockener Luft 101,145
„ „ „ „ einmaligem Anlassen in Holzkohle 101,139
„ „ „ „ zweitägigem Liegen in Wasser 101,226
„ „ „ „ „ „ „ trockener Luft 101,144

Man nimmt dem Kupfer diese Porosität durch Auswalzen desselben.

27. Tabelle.

Eingeschmolzenes und dann bei wenig hoher Temperatur gegossenes Kupfer.

Gewicht der Probe in der Luft 78,442 Grm.
„ „ „ nach eintägigem Liegen in Wasser 78,500
„ „ „ „ „ „ an der Luft 78,443
„ „ „ „ dem Auswalzen 78,439
„ „ „ „ dreitägigem Liegen in Benzin 78,439

Ein geschmolzenes und dann bei sehr hoher Temperatur gegossenes Kupfer besitzt diese Durchdringbarkeit nicht.

Gewicht einer Probe von sehr heiß gegossenem Kupfer 123,740 Grm.
Gewicht dieser Probe nach dreitägigem Liegen im Wasser 123,738

Die Dichtigkeit dieser bei hoher Temperatur gegossenen Probe war = 8,939, während diejenige der in der obenstehenden Tabelle auf ihre Durchdringlichkeit geprüften, bei verhältnißmäßig niedrigerer Temperatur gegossenen Probe 8,039 betrug. Hieraus erklären sich die Differenzen in den Angaben verschiedener Autoren bezüglich des specifischen Gewichtes des geschmolzenen Kupfers. Nach Marchand und Scheerer kann diese Dichtigkeit von 7,720 bis 8,921 variiren. Kürzlich wurde eine |156| noch höhere Zahl als diese letztere angegeben, nämlich 8,939. Die vorhin gedachte niedrigste Zahl läßt sich unter gewöhnlichen Verhältnissen nicht beobachten. Im Allgemeinen schwankt die Zahl für die Dichtigkeit des gegossenen Kupfers zwischen 8,0 und 8,8.

d) Das Kupfer zeigt die im Vorstehenden näher erörterte Porosität nicht, wenn es bei Luftzutritt, also unter den gewöhnlichen Verhältnissen der Verarbeitung dieses Metalles bei der Medaillenfabrikation angewärmt (angelassen) wird.

28. Dichtigkeitstabelle.

I. II.
G = 87,193 Grm. G = 80,077 Grm.
Kupfer nach dem Walzen 8,920 8,903
„ „ „ Anlassen 8,921 8,905
„ „ „ Härten 8,924 8,906
„ „ „ Anlassen 8,927 8,907
„ „ „ Härten 8,926 8,899
„ „ „ nochmal. Härten 8,922 8,903
„ „ „ Anlassen 8,930 8,903
III. IV.
G = 88,637 Grm. G = 79,049 Grm.
Kupfer nach dem Auswalzen 8,921 8,919
„ „ „ Härten 8,922 8,921
„ „ „ Anlassen 8,924 8,923
„ „ „ Härten 8,923 8,921
„ „ „ Anlassen 8,922 8,922
„ „ nochmaligem Anlassen 8,927 8,922
„ „ dem Härten 8,926 8,920

Während die Dichtigkeit des Kupfers durch das Anlassen oder das Härten beträchtlich vermindert wird, wenn man bei Luftabschluß arbeitet (s. Tabelle Nr. 23), wird der Zustand dieses Metalles durch jene Operationen nicht merklich modificirt, wenn man bei Luftzutritt arbeitet, wie auch aus der nachstehenden Tabelle hervorgeht.

29. Dichtigkeitstabelle.

Wirkung der mit dem Erhitzen abwechselnden mechanischen Bearbeitung des Kupfers bei Luftzutritt.

I. II.
G = 80,930 Grm. G = 81,044 Grm.
Kupfer nach dem Walzen 8,916 8,919
„ „ „ Härten 8,925 8,926
„ „ „ Walzen 8,920 8,920
„ „ „ Härten 8,922 8,919
„ „ „ Walzen 8,911 8,909
|157|
I. II.
G = 80,930 Grm. G = 81,044 Grm.
Kupfer nach dem Härten 8,915 8,912
„ „ „ Walzen 8,912 8,913
„ „ „ Härten 8,913 8,915
„ „ „ Walzen 8,912 8,913
„ „ „ Härten 8,913 8,914
Abnahme der Dichtigkeit 0,003 0,005
III. IV.
G = 80,672 Grm. G = 81,038 Grm.
Kupfer nach dem Walzen 8,923 8,923
„ „ „ Anlassen 8,925 8,829
„ „ „ Walzen 8,913 8,889
„ „ „ Anlassen 8,910 8,910
„ „ „ Walzen 8,902 8,890
„ „ „ Anlassen 8,902 8,896
„ „ „ Walzen 8,890 8,889
„ „ „ Anlassen 8,900 8,902
„ „ „ Walzen 8,894 8,887
„ „ „ Anlassen 8,886 8,901
Verminderung der Dichtigkeit 0,037 0,022

Die Dicke dieser Kupferplatten wurde von 9 auf 1 Millim. reducirt und zwar unter ganz gleichen Umständen. Vergleicht man diese Resultate mit den in der Tabelle Nr. 24 verzeichneten, welche die durch das Erhitzen des Metalles bei Luftabschluß erzielten Resultate angibt, so läßt sich ein vollständiger Gegensatz constatiren. Während nämlich in vorliegendem Falle die Dichtigkeit durch das Anlassen, bezieh, das Härten vermehrt wird, vermindert sie sich im früheren Falle. Eine andere augenfällige Thatsache ist die, daß bei Luftzutritt die durch Einwirkung von Wärme vermittelte Erhöhung der Dichtigkeit durch das Härten beinahe ganz ausgeglichen wird, so daß die Platte nach einer beträchtlichen Verdünnung durch das Walzen dieselbe Dichtigkeit zeigt, wie vor ihrer Bearbeitung. In Folge der Einwirkung der Wärme findet eine solche Ausgleichung weniger regelmäßig statt, indem sich die Dichtigkeit merklich vermindert.

Ich ließ in der Werkstatt der pariser Münze aus Kupfer eine Denkmünze schlagen, wobei dieselbe an der Luft angewärmt wurde; ich erhielt nachstehende Resultate:

30. Dichtigkeitstabelle.

Kupfermedaille mit starkem Relief.

G = 40,430 Grm.
Schrötling nach dem Walzen 8,909
„ „ „ 1. Schlage des Prägwerks 8,918
„ „ „ 1. Härten 8,918
|158|
G = 40,430 Grm.
Schrötling nach dem 2. Schlage 8,915
„ „ „ 2. Härten 8,916
„ „ „ 3. Schlage 8,908
„ „ „ 3. Härten 8,912

Im Ganzen genommen, verhält sich das Kupfer, an der Luft erhitzt, dann abgelöscht (gehärtet) und darauf im Stoßwerke geschlagen, wie angelassener und dann geprägter Stahl (vergl. Tabelle Nr. 8, zweites Augustheft S. 349). Die Dichtigkeit beider Metalle nimmt ab, wenn man sie einer mechanischen Einwirkung unterwirft. Die Wärme führt ihre Dichtigkeit ziemlich auf ihr ursprüngliches Maß zurück, so daß es erklärlich ist, warum man sie in der Praxis zur Anfertigung der Prägestempel und der Medaillen mit Vortheil verwendet.

Die einander entgegengesetzten Resultate, welche das Kupfer gibt, wenn es bei Luftzutritt und wenn es bei Luftabschluß erhitzt wird (vergl. Tab. Nr. 24 und 29) tragen den einander widersprechenden Ergebnissen der Experimente von O'Neil und derjenigen von Marchand und Scheerer Rechnung; der erstere hatte bei Anwendung von starkem Druck eine Verminderung, die beiden letzteren dagegen hatten bei dieser Behandlung eine beträchtliche Zunahme der Dichtigkeit beobachtet.

Bei dem Anlassen an der Luft oxydirt sich das Kupfer stark. Als die vier Proben, welche zu den in der Tabelle Nr. 28 verzeichneten Versuchen gedient hatten, in Kohlenstaub verpackt, zu zwei wiederholten Malen vier bis fünf Stunden lang zum Rothglühen erhitzt wurden, zeigten sie in dieser Hinsicht das nachstehende Verhalten:

Vor dem Glühen. Nach dem Glühen. Sauerstoff gebunden.
Gewicht von Probe 1 76,100 Grm. 75,977 Grm. 0,123 Grm.
„ „ „ 2 69,537 „ 69,488 „ 0,049 „
„ „ „ 3 75,851 „ 75,760 „ 0,091 „
„ „ „ 4 68,078 „ 68,025 „ 0,053 „

und diese Sauerstoffmenge ist nur ein Minimum.

Nach dieser Reduction war das Kupfer wiederum für Flüssigkeiten durchdringbar geworden.

e) Durch den Versatz des Kupfers mit geringen Mengen fremder Substanzen, z.B. kleiner Quantitäten von Eisen, wird dem ersteren diese Porosität genommen. Das Kupfer gewinnt durch einen solchen Eisenzusatz an Zähigkeit und Elasticität, wobei es noch eine gewisse Streckbarkeit oder Schmiedbarkeit behält. Die Frage, ob sich das Kupfer mit dem Eisen wirklich legirt, ist schon häufig erörtert worden.

Ich selbst habe über diesen Punkt nachstehende Versuche angestellt.

|159|

1) Bei einer zum Schmelzen des Roheisens hinreichenden Temperatur wurden zusammengeschmolzen: 90 Th. Kupfer und 10 Th. Roheisen. Der erhaltene Zain enthielt am oberen oder Kopfende nicht verbundenes Eisen.

2) Ferner wurden sehr stark erhitzt und eine Zeitlang im Flusse erhalten 90 Th. Kupfer und 10 Th. schmiedeiserne Niete.

Der aus diesem Metallgemisch erhaltene Zain enthielt am Kopfende 16,00 und am Fußende 3,65 Th. Eisen.

3) Ebenso wurde sehr stark erhitzt und eine Zeitlang im Flusse erhalten ein Gemenge von 94 Th. Kupfer und 6 Th. schmiedeiserner Niete.

Das erhaltene Metall erschien sehr homogen. Seine Dichtigkeit, an Proben von zwei verschiedenen Stellen bestimmt, ergab sich zu 8,881 8,876.

Die Substanz schmiedet sich leicht, läßt sich ausziehen und ganz zusammenbiegen. Sie läßt sich mit solcher Leichtigkeit auswalzen, daß ein Stab von 9 Millim. Stärke, ohne angelassen werden zu müssen, zu Platten von 1 Millim. Dicke gebracht werden kann. Die Legirung besitzt eine größere Zähigkeit als das Kupfer selbst.

Untersucht man die eben erwähnten 1 Millim. dicken Platten mit der Loupe, so bemerkt man an manchen Stellen graue Punkte. Die Analyse derselben ergab in der Zusammensetzung derselben keine merkliche Differenz von der der übrigen Theile. Ich fand in ihnen als Eisengehalt: 5,383 5,258 5,236.

In der Muffel stark erhitzt, gab diese Legirung einen Regulus mit einem Eisengehalt von 0,167 Proc.

4) Die beiden in Rede stehenden Metalle wurden in verschiedenen Verhältnissen mit einander legirt und in Thonröhren von 15 Centim. Länge eingegossen, und nachdem die Legirung drei Stunden lang in Fluß erhalten worden war, ließ man sie langsam erkalten. Der erhaltene Guß zeigte folgende Zusammensetzung:

Textabbildung Bd. 214, S. 159

Da das Metall mit 4,5 Proc. Eisen homogen zu sein schien, so führte ich mit demselben Versuche aus, um sie mit jenen des Kupfers zu vergleichen.

|160|

32. Tabelle.

Textabbildung Bd. 214, S. 160

Bemerkungen. – Das geschmolzene Kupfer (Nr. 1, 3, 4) schließt Blasen ein, welche ihm alle Zähigkeit benehmen.

Es dehnt sich unter geringen Belastungen aus, und es reißt auch unter einer geringen Belastung.

Durch das Walzen erhält das Kupfer einen gewissen Grad von Zähigkeit.

Während die Festigkeit des gegossenen Kupfers 10 bis 12 Kilogramm per Quadr.-Millimeter beträgt, ist die desselben Kupfers, nachdem es ausgewalzt worden, = 25 bis 28 Kilogramm.

Die Ductilität ist geringer, die Ausdehnung wird erst unter Belastungen von 1800 Kilogramm und darüber bemerkbar.

Der Zusatz von Eisen zum Kupfer führt beträchtliche Veränderungen in den mechanischen Eigenschaften des Kupfers herbei.

a) Ist die Legirung einfach gegossen worden, so behält sie ihre Ductilität und dehnt sich schon bei geringen Belastungen aus, besonders wenn der Eisengehalt 2 Procent nicht übersteigt.

|161|

Ihre Festigkeit erreicht jene des Kupfers, wenn dieses durch Auswalzen bis auf seine halbe Dicke ausgestreckt wird.

b) Ist die Legirung dagegen ausgewalzt worden, so zeigt sie eine nur geringe Ductilität, dagegen eine bedeutende Festigkeit, welche 39 bis 40 Kilogrm. per Quadratmillimeter zeigt.

|162|

31. Dichtigkeitstabelle.

I. II.
G = 98,452 Grm. G = 89,481 Grm.
Metall nach dem Schmelzen 8,879 Nach dem Walzen
„ „ „ Härten 8,874 „ „ Anlassen
„ „ „ Walzen 8,884 „ „ Walzen 8,891
„ „ „ Härten 8,878 „ „ Anlassen 8,892
„ „ „ Walzen 8,887 „ „ Walzen 8,894
„ „ „ Härten 8,884 „ „ Anlassen 8,894
„ „ „ Walzen 8,888 „ „ Walzen 8,896
„ „ „ Härten 8,880 „ „ Anlassen 8,894

Das eisenhaltige Kupfer verhält sich demnach wie das bei Luftzutritt erhitzte Kupfer oder wie der Stahl. Die Wirkung des mit dem Walzen abwechselnden Erhitzens bringt das erstere ziemlich zu demselben Volum zurück. – Für Flüssigkeiten ist das eisenhaltige Kupfer (cuivre ferreux) ganz undurchdringbar.

Gleichwohl ist diese Substanz keine homogene Legirung, denn als ich den aus derselben gegossenen Zain 4 1/2 Stunden lang zu einer sehr hohen Temperatur erhitzte, gab er nach dem Erstarren bei der Analyse am oberen Ende 6,50, am unteren Ende dagegen 4,00 Proc. Eisen.

Da dieses Metall eine unvergleichlich größere Zähigkeit gezeigt hatte, wie das Kupfer, so stellte ich, um seine mechanischen Eigenschaften zu bestimmen, die in Tab. 32 S. 160 und 161 zusammengestellten Versuche an.

Textabbildung Bd. 214, S. 162

Die größere Widerstandsfähigkeit des eisenhaltigen Kupfers ist nicht etwa der Dichtigkeit der Substanz zuzuschreiben; denn das legirte Kupfer, welches den größten Widerstand darbot, hatte eine Dichtigkeit von 8,891 – also weniger als gewalztes reines Kupfer, dessen spec. Gewicht 8,904 betrug. Mit Ausnahme der mit den |163| Nummern 1 und 2 bezeichneten Metalle waren die übrigen Proben sämmtlich aus derselben Kupfersorte geschmolzen, von demselben Arbeiter bis zu derselben Dicke ausgewalzt, kurz in vollkommen gleichmäßiger Weise behandelt worden.

Die Härte des geschmolzenen, des gewalzten und des eisenhaltigen Kupfers zeigt Differenzen derselben Art. Nachstehend sind die mit dem Magna'schen Apparate (zweites Juliheft S. 158) erhaltenen Resultate verzeichnet:

Tiefe der durch denselben Stoß
hervorgerufenen Eindrücke.
Geschmolzenes Kupfer 2,50 Millimeter.
Gewalztes Kupfer 1,50 „
Kupfer mit 3 Proc. Gußeisen 1,10 „
Kupfer mit 3 Proc. Walzeisen 0,90 „

Fassen wir das Gesagte zusammen, so finden wir, daß das Kupfer in Folge der Verbindung mit ganz geringen Mengen Eisen seine große Weichheit und Porosität verliert, wohingegen seine Zähigkeit und seine Härte bedeutend zunimmt, ohne daß seine Schmiedbarkeit (Hämmerbarkeit) beeinträchtigt wird.

Bobierre taucht zu einer annähernden Bestimmung der Widerstandsfähigkeit der verschiedenen Metalle gegen Corrosion die letzteren in eine wässerige Lösung von Alaun, Kochsalz und gereinigtem Weinstein. In diese Flüssigkeit stellte ich zwei Platten von ganz gleichen Dimensionen, die eine von reinem Kupfer, die andere von Kupfer mit 2 Proc. Eisengehalt. Die Kupferplatte wurde augenscheinlich stärker angefressen als die andere Platte, namentlich war die Menge des aufgelösten Kupfers bedeutender. Die von dem eisenhaltigen Kupfer herrührende Flüssigkeit war grün gefärbt anstatt blau. Nach Verlauf von 14 Tagen hatte von zwei Platten gleicher Oberfläche und etwa 15 Grm. Schwere die Platte aus reinem Kupfer 0,3 Grm. mehr an Gewicht verloren als die Platte von eisenhaltigem Kupfer.

(Fortsetzung folgt.)

|160|

Der Versuch wurde hier wegen einer in dem Probestücke vorhandenen Blase abgeschlossen.

|160|

Auf dem Bruche zeigten sich Blasen.

|160|

Bei 1600 Kilogrm. Belastung riß das Probestück an einem Ende aus.

|160|

Das Probestück zerreißt, ohne daß die beiden Bruchstücke vollständig von einander getrennt werden.

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