Titel: Riche, Untersuchungen über Metall-Legirungen.
Autor: Riche, Alfred
Fundstelle: 1874, Band 214, Nr. LXXXII. (S. 305–312)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj214/ar214082

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

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

(Schluß von Seite 248 des vorhergehenden Heftes.)

I. Schmiedeisen. Roheisen. Glas.

a. Schmiedeisen. Das zu folgenden Versuchen verwendete vierkantig zugeschmiedete Eisen war guter Qualität. Ich erhitzte die Schmiedestäbe in einem Strome von trockenem Wasserstoffgas in einem Porzellanofen. Das Nachlassen währte 2 bis 3 Stunden.

41. Dichtigkeitstabelle für Schmiedeisen.

I. II.
G = 75,110 Grm. G = 54,990 Grm.
Nach der Bearbeitung mit der Feile 7,852 7,849
„ dem Anlassen 7,853 7,850
„ „ Härten 7,852 7,845
„ „ Anlassen 7,854 7,849
„ „ Schlagen 7,845 7,849
„ „ Anlassen 7,845 7,845
„ „ Schlagen 7,842 7,841
„ „ Anlassen 7,841 7,841
„ „ Schlagen 7,843 7,844
„ nochmaligem Schlagen 7,844 7,847
III. IV.
G = 73,965 Grm. G = 54,699 Grm.
Nach der Bearbeitung mit der Feile 7,853 7,852
„ dem Härten 7,846 7,848
„ „ Anlassen 7,853 7,853
„ „ Härten 7,850 7,851
„ „ Schlagen 7,847 7,847
„ „ Anlassen 7,846 7,846
|306|
III. IV.
G = 73,965 Grm. G = 54,699 Grm.
Nach dem Schlagen 7,845 7,844
„ „ Anlassen 7,843 7,844
„ „ Schlagen 7,847 7,848
„ nochmaligem Schlagen 7,846 7,850

b. Graues Roheisen. Durchdringbarkeit desselben für Flüssigkeiten. Die Bestimmungen der Volumveränderungen, welche das graue Roheisen beim Härten oder beim Anlassen erleidet, waren mir aus dem Grunde unmöglich, weil dieses Metall für Flüssigkeiten durchdringbar ist. Diese Porosität ist sehr bedeutend, mag die Substanz nun in einer Hülle von Holzkohlenstaub oder an freier Luft erhitzt werden.

42. Dichtigkeitstabelle für in Holzkohlenstaub erhitztes Roheisen.

I II III IV
Nach dem Anlassen 7,089 7,098 7,114 7,080
„ „ Härten 7,025 7,040 7,039 7,019
„ „ Anlassen 6,844 6,914 6,933 6,914

Diese bedeutende Verminderung der Dichtigkeit zog meine Aufmerksamkeit auf sich; ich wog daher die Probestücke genau und fand daß ihr Gewicht im Wasser, unter gewöhnlichem Drucke, bedeutend zunahm.

So wogen vier Stücke: I II III IV
Nach vorhergegangenem Anlassen 75,512 75,668 70,191 73,134 Grm.
Nach 20 Minuten langem Liegen in Wasser 75,585 75,770 70,265 nicht bestimmt.
––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Gewichtszunahme 0,073 0,102 0,074 Grm.

Die folgende Tabelle liefert den Beweis, daß diese Gewichtsvermehrung auch durch den Contact mit nicht sauerstoffhaltigen Flüssigkeiten, wie z.B. Benzin, vermittelt wird, und daß sie einfach von einer Absorption derselben herrührt; denn bei bloßem Liegen an der Luft nimmt das Roheisen sein ursprüngliches Gewicht wieder an.

43. Tabelle.

Gewicht einer Probe von schönem, unter Kohlenlösche
angelassenem grauem Roheisen

64,937 Grm.
Gewichtszunahme.
Gewicht dieser Probe nach 20stündigem Liegen in Benzin 65,018 Grm. 0,081 Grm.
Gewicht dieser Probe nach 24stündigem Liegen an der Luft 64,940 Grm.
Gewicht dieser Probe nach einem zweiten, 3 Stunden
dauernden Anlassen

64,996 Grm.
Gewichtszunahme.
Gewicht derselben Probe nach 3stünd. Liegen in Benzin 65,110 Grm. 0,114 Grm.
Gewicht der Probe nach 24stündigem Liegen an der Luft 65,001 Grm.
Gewicht der vorstehenden Probe nach einem dritten,
3stündigen Anlassen

65,100 Grm.
Gewichtszunahme.
Gewicht derselben nach 20stündigem Liegen in Benzin 65,275 Grm. 0,175 Grm.
Gewicht dieser Probe nach 24stünd. Liegen an der Luft 65,103 Grm.
|307|

Eine Probe von als porös befundenem Roheisen wurde auf ihrer ganzen Oberfläche um 1 Millimeter abgefeilt, und dann in Benzin eingelegt. Die Durchdringbarkeit fand sich auch in den inneren Schichten wieder.

Ich führte eine dritte Versuchsreihe aus, um die Wirkung des Anlassens und Härtens auf diese Porosität zu ermitteln und gelangte zu nachstehenden Resultaten.

44. Tabelle.

Gewichtszunahme.
Gewicht einer Probe von abgeschrecktem Roheisen 70,215 Grm.
Gewicht derselben nach 1/2stündigem Liegen in Benzin 70,270 Grm. 0,055 Grm.
Gewicht derselben nach 48stündigem Liegen an der Luft 70,214 Grm.
Gewicht derselben nach 24stündigem Liegen in Benzin 70,311 Grm. 0,095 (?)
Gewicht derselben nach 48stündigem Liegen an der Luft 70,216 Grm.
Hierauf wurde die Probe nach starkem Glühen langsam erkalten gelassen.
Gewichtszunahme.
Gewicht derselben in der Luft 70,304 Grm.
Gewicht derselben nach 18stündigem Liegen in Benzin 70,395 Grm. 0,091 Grm.
Gewicht derselben nach 48stündigem Liegen an der Luft 70,306 Grm.
Gewicht einer Probe von angelassenem Roheisen 75,733 Grm.
Gewicht derselben nach 1/2stündigem Liegen in Benzin 75,820 Grm. 0,087 Grm.
Gewicht derselben nach 48stündigem Liegen an der Luft 75,735 Grm.
Gewicht derselben nach 24stündigem Liegen in Benzin 75,875 Grm. 0,140 Grm.
Gewicht derselben nach 48stündigem Liegen an der Luft 75,735 Grm.
Die Probe ward nach starkem Glühen rasch in Wasser abgeschreckt.
Gewichtszunahme.
Gewicht derselben in der Luft 75,761 Grm.
Gewicht derselben nach 18stündigem Liegen in Benzin 75,893 Grm. 0,132 Grm.
Gewicht derselben nach 48stündigem Liegen an der Luft 75,758 Grm.

45. Tabelle.

Roheisen, welches in einem leeren, in der Muffel stehendem Tiegel erwärmt wurde.

Gewichtszunahme.
Gewicht einer Probe von schönem grauen, an der Luft
angelassenem Roheisen

63,752 Grm.
Gewicht derselben nach 20stündigem Liegen in Benzin 63,830 Grm. 0,078 Grm.
Gewicht derselben Probe nach 24stündigem Liegen an
der Luft

63,755 Grm.
Gewicht derselben Probe nach einem zweiten 3 Stunden
währenden Nachlassen in der Muffel

60,362 Grm.
Gewicht derselben nach 20stündigem Liegen in Benzin 60,493 Grm. 0,131 Grm.
Gewicht derselben nach 24stündigem Liegen an der Luft 60,362 Grm.
Gewicht derselben nach einem dritten Anlassen in der
Muffel

55,523 Grm.
Gewicht derselben nach 20stündigem Liegen in Benzin 55,700 Grm. 0,177 Grm.
Gewicht derselben nach 24stündigem Liegen in Benzin 55,525 Grm.
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Stahl, Schmiedeisen, Messing und Bronze zeigten, auf dieselbe Weise behandelt, keine Gewichtsveränderung.

c. Gewöhnliches Glas. Krystallglas. Wertheim und Chevandier haben den Satz aufgestellt*, daß die Dichtigkeit des gewöhnlichen und des Krystall-Glases durch das Anlassen („Kühlen“ in der Sprache des Glastechnikers) vermehrt wird. Ich habe mit diesen Substanzen zur Vergleichung einige Versuche ausgeführt, um zu ermitteln, ob diese Dichtigkeit durch die Wirkung des abwechselnden raschen und langsamen Erkaltens modificirt wird. Diese Versuche beweisen, daß im ersten Falle die Dichtigkeit vermindert, im zweiten dagegen vermehrt wird.

46a. Dichtigkeitstabelle für Krystallglas aus der Fabrik von Maës.

(Die Proben hatten ein Gewicht von 11 bis 180 Gramm.)

Nach dem Kühlen 3,110 3,111 3,110 3,110 3,110
Dieselben Proben, nicht gekühlt 3,104 3,103 3,104
Dieselben Proben, abgeschreckt 3,102 3,103 3,101 3,099
Letztere nach dem Kühlen 3,103 3,109 3,107 3,106

46b. Dichtigkeitstabelle für Flintglas von Feil.

(Die Proben wogen 60 bis 70 Gramm).

Nach dem Kühlen 3,610 3,610
Nach dem Abschrecken 3,598 3,598
Nach dem Abschrecken 3,602
Nach dem Kühlen 3,605

46c. Dichtigkeitstabelle für Crownglas von Feil.

Nach dem Kühlen 2,551 2,551
Nach dem Abschrecken 2,544 2,543
Nach dem Abschrecken 2,544 2,544 2,543
Nach dem Kühlen 2,551 zersprungen zersprungen.

Zusammenstellung der Resultate.

1) Die in stöchiometrischen Verhältnissen dargestellten Kupferzinnlegirungen erleiden eine merkliche Saigerung, mit Ausnahme derjenigen, welche den Formeln SnCu₃ und SnCu₄ entsprechen. Diese Saigerung, welche von der Legirung SnCu₃ ab nur schwach ist, nimmt in denjenigen Legirungen, welche sich in Bezug auf ihre Zusammensetzung von der Verbindung SnCu₃ entfernen, zu, ist aber besonders stark bei den an Zinn sehr reichen Metallverbindungen.

In Folge dieses Verhaltens war es mir nur möglich die Schmelzbarkeit oder den Schmelzpunkt der beiden oben angegebenen Legirungen genau festzustellen (Abschnitt A).

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2) Die Legirung SnCu₃ ist durch ganz besondere Eigenschaften charakterisirt; sie hat eine Farbe, welche von jener der anderen Kupferzinnlegirungen abweicht, sie läßt sich pulvern, erleidet keine merkliche Saigerung und ist unter diesen verschiedenen Legirungen diejenige, bei welcher die Zusammenziehung ihr Maximum erreicht. Sie ist also die homogene Kupferzinnlegirung, wie die Legirung Ag₃Cu₄ die homogene Kupfersilberlegirung ist. Im Abschnitt B sind die Dichtigkeiten der wichtigsten in stöchiometrischen Verhältnissen dargestellten Kupferzinnlegirungen Zusammengestellt; der Inhalt des Abschnittes C gibt eine Vorstellung von der Härte derselben.

3) Die Dichtigkeit der an Zinn reichen (18 bis 22 Proc. von diesem Metalle enthaltenden) Bronzen wird durch das Härten (rasches Abkühlen) vermehrt, während die Dichtigkeit dieser abgelöschten Bronzen durch das Anlassen (langsames Abkühlen) vermindert wird, jedoch in einem geringeren Verhältnisse. Durch die abwechselnde Einwirkung des Härtens, beziehungsweise des Anlassens und des Prägwerkes wird die Dichtigkeit dieser Bronzen bedeutend vermehrt. Dieses Verhalten, welches ein dem Verhalten des Stahles entgegengesetztes ist, fällt mit der Thatsache zusammen, daß die Bronze glühend rasch abgekühlt weich, der Stahl aber dadurch hart wird (Abschnitt D).

4) Dieses von d'Arcet entdeckte Weichwerden (Adoucirung) ist aber nicht so bedeutend, daß sich die in Rede stehenden Bronzen in der industriellen Praxis kalt bearbeiten ließen. Im Abschnitt D habe ich nachgewiesen, daß dieses Metall, welches in kaltem Zustande außerordentlich hart, bei starker Rothglühhitze dagegen pulverisirbar ist, sich bei dunkler Rothglut mit merkwürdiger Leichtigkeit schmieden und walzen läßt. Dies veranlaßte mich, in Gemeinschaft mit Champion Tamtams und andere Instrumente ähnlicher Art nach der im Oriente üblichen Methode fabrikmäßig anzufertigen.

5) Die an Zinn weniger reichen Bronzen (mit 12 bis 6 Procent Zinn) werden durch das Ablöschen nur in unmerklichem Grade adoucirt, und wenn man sie in der industriellen Praxis dennoch ablöscht, so geschieht dies hauptsächlich zu dem Zwecke, das im Laufe der Operationen durch das wiederholte Anwärmen des Metalles entstandene Oxyd von der Oberfläche des letzteren zu entfernen (Abschnitt E).

6) In der Achse eines Bronzegeschützes, namentlich nach dem Bodenstücke zu, findet man Partien von Metall, welche sehr reich sind an Zinn und Zink. Dennoch sind die in der Achse liegenden Theile des Gusses weniger reich an Zinn als die peripherischen Partien. Die Dichtigkeit nimmt von der Mündung nach dem Bodenstücke hin nicht zu.

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7) Die Bronzen mit 3 und 4 Proc. Zinngehalt würden sich sehr vortheilhaft und ohne bedeutendere Schwierigkeiten zur Fabrikation von Medaillen gut eignen.

8) Die Dichtigkeit des Kupfers (Abschnitt F), welches wechselweise einer mechanischen Bearbeitung, dann dem Härten oder dem Anlassen unterworfen wird, erleidet Veränderungen, welche einander entgegengesetzt sind, je nachdem man es bei Luftzutritt oder bei Luftabschluß erhitzt. Während nämlich im letzteren Falle die Dichtigkeit in Folge mechanischer Einwirkungen zunimmt, wird sie im ersteren Falle durch den gleichen Einfluß vermindert.

9) Nicht poröses Kupfer wird durch Erhitzen in Holzkohlenstaub so porös, daß es für Flüssigkeiten durchdringbar wird (Abschnitt F).

10) Diese Durchdringbarkeit für Flüssigkeiten verliert das Kupfer durch sehr heftiges Erhitzen, durch kräftiges Walzen, durch das beim Erhitzen bei Luftzutritt sich bildende Oxyd, ferner durch Zusatz geringer Mengen von Eisen.

11) Das Kupfer behält, wenn es mit kleinen Quantitäten von Eisen versetzt wird, seine Ductilität und wird gleichzeitig sehr zähe. Während die Widerstandsfähigkeit gegen Zerreißen bei gewalztem reinem Kupfer 28 Kilogramm pro Quadratmillimeter beträgt, steigt dieselbe bei unter denselben Verhältnissen gewalztem eisenhaltigem Kupfer auf 40 Kilogramm. Auch ist die Härte dieses mit Eisen legirten Kupfers größer als jene des reinen Kupfers (Abschnitt F).

12) Die Kupferzinklegirungen Zn₃Cu₂ und Zn₂Cu sind spröde, wie die den Formeln SnCu₃ und SnCu₄ entsprechenden Bronzen; sie besitzen keine von den physikalischen Eigenschaften, welche bei den unlegirten Metallen zur Verwerthung kommen; auch sind diese Legirungen diejenigen, bei denen die Contraction ihr Maximum erreicht.

13) Die Dichtigkeit des Messings (Gelbgusses) wird durch mechanische Bearbeitung vermehrt und diese Wirkung durch Härten, besonders aber durch Anlassen, theilweise wieder ausgeglichen. Es ist eine bekannte Thatsache, daß bei der Verarbeitung des Messings das Anlassen dem Härten vorzuziehen ist.

14) Durch mechanische Bearbeitung, durch Härten und durch Anlassen wird das Volum des Tombaks (Rothguß) und der Aluminiumbronzen – dieser durch die Leichtigkeit, mit welcher sie sich bearbeiten lassen, ausgezeichneten Legirungen – nicht verändert (Abschnitt H).

15) Graues Roheisen nimmt, wenn man es in Holzkohlenpulver oder selbst in einem leeren, in Holzkohlenpulver verpackten Kasten erhitzt, |311| eine solche Porosität an, daß es für Flüssigkeiten in hohem Grade durchdringbar wird (Abschnitt I).

16) Ebenso porös wird graues Roheisen, wenn man es in einem in der Muffel stehenden leeren Schmelztiegel erhitzt und die Oberfläche des Probestückes befeilt, um die gebildete Oxydhaut wegzuschaffen. Kupfer zeigt unter derartigen Verhältnissen keine Porosität.

17) Ich habe es mir zur Aufgabe gemacht, die Veränderungen, welche die Dichtigkeit durch wiederholtes oder mit einander abwechselndes Härten, Anlassen und mechanisches Bearbeiten der hier besprochenen Metalle und Metalllegirungen erleiden, ganz genau zu bestimmen und habe gefunden, daß diese Veränderungen verschiedener Art sind. Während die Dichtigkeit der Bronzen – namentlich der zinnreichen Bronzen (s. Tabelle Nr. 4), sowie des porösen Kupfers (Tabelle Nr. 24), des mit Eisen legirten Kupfers (Tabelle Nr. 31) und endlich des Messings durch mechanische Bearbeitung erhöht wird, vermindert diese letztere die Dichtigkeit des unter Luftzutritt wieder erhitzten Kupfers in merklichem Grade (Tabelle Nr. 29), führt dagegen in der Dichtigkeit des Rothgusses (Tombaks) und der Aluminiumbronze eine bedeutende Veränderung nicht herbei.

Die rasche Abkühlung (Ablöschen) verursacht beim Messing, namentlich aber bei den zinnreichen, vorher angelassenen Bronzen eine Vermehrung der Dichtigkeit (Tabelle Nr. 1, 2 und 3), im Gegensatze zu dem Verhalten des Stahles (Tabelle Nr. 7), des Kupfers (Tabelle Nr. 23 und 28) und des Glases (Tabelle Nr. 46).

Begreiflicherweise wird die Dichtigkeit eines Körpers durch das Ablöschen verändert, weil die, früher als die centralen Partien erkalteten, oberflächlichen Metalltheilchen sich in Folge des Widerstandes, welchen die in diesem Momente noch ausgedehnten inneren Theile dem Schwinden entgegensetzen, sich nicht frei zusammenziehen können. Kupfer und Zinn, Kupfer und Zink contrahiren sich bei ihrem Zusammenlegiren; andererseits erleiden die entstandenen Legirungen wieder eine mehr oder minder starke Saigerung. Es fragt sich nun, ob nicht möglicherweise ein Theil des Kupfers und des Zinnes, resp. des Zinkes sich ausscheidet – eine Erscheinung, die eine Abnahme der Dichtigkeit zur Folge haben würde, welche aber nicht stattfinden kann, wenn das Erkalten (wie beim sogen. Härteproceß) plötzlich erfolgt.

Ich bin jetzt damit beschäftigt, diesen Punkt möglichst aufzuklären und zwar mit Hilfe eingehender Untersuchungen über die Folgen schwacher chemischer Einwirkungen auf jene Legirungen und über die Modificationen, welche die Dichtigkeit derjenigen Legirungen erleidet, bei deren Bildung eine Ausdehnung der sie zusammensetzenden Metalle stattfindet.

|312|

Schließlich erlaube ich mir, den HHrn. Dumas und de Bussierre für die mir von ihnen in den Räumen des pariser Münzgebäudes bei meinen Arbeiten gewährten großen Erleichterungen meinen aufrichtigen Dank auszusprechen.

|308|

Annales de Chimie et de Physique, 3. série t. XIX p. 137.

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