Titel: Legirungen von Nickel und Eisen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1889, Band 273 (S. 456–462)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj273/ar273087

Legirungen von Nickel und Eisen.

Auszug aus einem Vortrage von James Riley bei der Frühjahrsversammlung 1889 des „Iron and Steel Institute“ in London.

Legirungen von Nickel und Eisen können, die erforderliche Hitze vorausgesetzt, in jedem Flammofen hergestellt werden; das Einschmelzen derselben erfolgt in derselben Zeit wie das einer gewöhnlichen Schrottcharge – 7 bis 8 Stunden – und beansprucht einen besonderen Aufwand von Sorgfalt nicht. Ihre Zusammensetzung ist leicht und mit Sicherheit zu controliren. Die gewöhnliche Pfanne und Koquille genügt für den Guſs, für den überhaupt auſsergewöhnliche Anordnungen völlig entbehrlich sind. Wenn das Einschmelzen in Ordnung verlief, geht das Nickel nahezu gänzlich in das Metall und kaum etwas davon in die Schlacke über, wodurch sich das Nickel wesentlich vom Chrom unterscheidet.

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Textabbildung Bd. 273, S. 457
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Das Metall ist in den Koquillen ruhig und dünnflüssiger als gewöhnliches Fluſsmetall, es erstarrt schneller und erscheint durch und durch homogen. Die Blöcke haben ebene und glatte Oberflächen, die nickelreichsten aber machen gröſsere Pfeifen, als Blöcke gewöhnlichen Fluſsmetalles. Die Metalloide sondern sich in denselben weniger ab, weshalb durch diese sonst veranlaſste Uebelstände hier zurücktreten. Der bei der Bearbeitung entstehende Abfall kann ohne Verlust an Nickel wieder eingeschmolzen werden.

Das Wärmen der Blöcke zum Ausschmieden und zum Walzen beansprucht keine besondere Vorsicht; sie ertragen gleichstarke Erhitzung wie nickelfreie Blöcke mit gleichem Kohlengehalte, es sei denn, der Nickelgehalt übersteige 25 Proc., in welchem Falle eine etwas geringere Temperatur und gröſsere Sorgsamkeit beim Schmieden erfordert wird.

Wurde das Metall ordentlich hergestellt und war seine Zusammensetzung richtig, so erträgt es, sei der Nickelgehalt groſs oder klein, Schmieden und Walzen gut; wohl aber kann dasselbe in anderer Richtung so schlecht sein, daſs es bei der Bearbeitung rissig wird, wie dies auch bei gewöhnlichem Fluſsmetalle der Fall möglich ist.

Die vorstehende Tabelle enthält die Resultate einer Reihe an Eisennickelmetall ausgeführter Zerreiſsproben.

Der Kohlengehalt der Probe Nr. 6 (0,22 Proc.) ist klein genug, um Vergleichungen mit gewöhnlichem Fluſseisen zu gestatten, welches nach dem Ausglühen folgende Resultate gibt: Elasticitätsgrenze 25k für 1qmm, Zerreiſsbelastung 47k für 1qmm, Verlängerung auf 203mm,2 23 Proc. und Contraction der Bruchfläche 48 Proc. Es hat also hier eine Beimischung von 4,7 Proc. Ni die Elasticitätsgrenze von 25 auf 44k,11 und die Zerreiſsbelastung von 47 auf 63k,95 gehoben, ohne daſs die Verlängerung und die Contraction wesentlich vermindert worden wären.

Die Probe Nr. 3 gab bei nur 3 Proc. Ni und auf 0,35 Proc. vergröſsertem Kohlengehalte nahezu gleiche Resultate.

Die Proben Nr. 2 und Nr. 5 sind sehr hart, theils in Folge hohen Kohlengehaltes, theils aber auch durch den groſsen Gehalt an Nickel; bei Probe Nr. 9 mit mäſsigem Kohlengehalte muſs aber die Härte vorzugsweise dem zehnprocentigen Nickelgehalte zugeschrieben werden.

Die Härte wächst mit dem Nickelgehalte, doch tritt in dieser Beziehung eine Aenderung wieder ein, sobald derselbe 20 Proc. erreicht und übersteigt; das Metall wird dann wieder weicher, dehnbarer und neutralisirt sogar den Einfluſs der Kohle, wie aus Probe 11 ersichtlich ist, welche 20 Proc. Ni und 0,82 Proc. C. enthält.

In Hinsicht auf die durch Erhöhung des Nickelgehaltes hervorgerufene Härte gleicht letztere Probe dem von Mr. Hadfield beschriebenen Eisenmanganmetalle; aber es ist erfreulicher Weise zu constatiren, daſs, bevor die Grenze gröſserer Bearbeitungsschwierigkeit erreicht wird, eine |459| Reihe von Nickellegirungen möglich bleibt, die für eine Menge von Zwecken vom höchsten Werthe sind.

Eisennickelmetall mit 25 Proc. M hat eigenthümliche und beachtenswerthe Eigenschaften. Bei nach dem Auswalzen nicht wieder ausgeglühten Stücken ist die Zerreiſsbelastung groſs und auch die Elasticitätsgrenze liegt einigermaſsen hoch; aber im ungeglühten Zustande bleibt die Zerreiſsbelastung gut, während die Elasticitätsgrenze auf ungefähr ⅓ der Zerreiſsbelastung zurückgeht. In beiden Fällen ist wieder die durch die Verlängerung vor dem Zerreiſsen ausgedrückte Dehnbarkeit merkwürdig: sie beträgt bei 203mm,2 bis zu 40 Proc. Eine andere Eigenschaft, welche aus den Proben Nr. 10 und 11 hervorgeht, am deutlichsten aber durch die geringe Contraction der Querschnittsfläche von Nr. 10 nachgewiesen wird, ist die, daſs die Verlängerung sich nahezu gleichmäſsig auf das ganze Stück erstrecken muſs.

Die Härtungsproben geben die Möglichkeit an die Hand, die Zerreiſsbelastung, Elasticitätsgrenze und Härte dieser Legirungen sehr erheblich zu steigern. Es sind Stücke probirt worden, deren Zerreiſsbelastung bis zu 137k,05 und deren Elasticitätsgrenze 81k,91 betrug, und sogar 150,59 bezieh. 85k,06 sind erreicht worden, während sich die Verlängerung auf 9,37 Proc. bei 101mm,6 und die Contraction auf 49,2 Proc. stellte. Zwei von Mr. Kirkaldy geprobte Stücke ergaben als Zerreiſsbelastung 148,36 und 147k,85, als Elasticitätsgrenze 81,93 und 83k,94, als Verlängerung 7,8 und 8,2 Proc. und als Contraction 52,4 und 50 Proc.

Die nachfolgende Torsionsprobentabelle gibt in der Colonne „Bemerkungen“ die Nummerirung nach der vorher mitgetheilten Tabelle,

Nummer Anzahl Win-
dungen auf
762 mm Länge
Durchmesser der
Stange 25,4 mm
Hebellänge
304,8 mm



Zustand
Bestandtheile
in Procenten



Bemerkungen
Elas-
ticitäts-
grenze
Bruch-
be-
lastung

Ni

Mn

C
k k
1 1⅞ 388,8 838,9 geschmiedet 1,0 0,58 0,42 Nr. 1 nicht ausgeglüht
2 2⅛ 307,2 683,7 5,0 0,30 0,30 „ 7 „ „
3 301,7 784,4 3,0 0,57 0,35 „ 3 „ „
4 1⅞ 281,7 677,3 4,7 0,25 0,22 „ 6 „ „
5 2⅝ 250,9 705,0 50,0 0,35 – –
6 3 231,4 884,7 25,0 0,85 0,27 Nr. 10 nicht ausgeglüht
1 A 1⅞ 316,2 820,7 geschmiedet
u. ausgeglüht
1,0 0,53 0,42 „ 1 ausgeglüht
2 A 2⅜ 296,2 673,7 5,0 0,36 0,30 „ 7 „
4 A 2⅝ 295,8 654,7 4,7 0,23 0,22 „ 6 „
6 A 5 163,3 952,7 25,0 0,85 0,27 „ 10 „
7
8
9
gewöhnl.
Martin-
metall
115/16
19/16
272,7
272,7
201,9
766,3
769,9
557,6

geschmiedet




0,51
0,51
absol. Festigkeit 74k,35 für 1qmm
„ „ 79k,39 „ 1qmm
„ „ 47k,41 „ 1qmm
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um danach leicht die Zerreiſsbelastung u.s.w. der Proben in dieser aufsuchen zu können. Diese Proben sind am Metalle theils unmittelbar nach dem Schmieden, theils nach darauf vorangegangenem Ausglühen ausgeführt worden; sie sind nach ihrer Güte geordnet und ist dabei auf Festigkeit, Elasticitätsgrenze und Dehnbarkeit, letztere bestimmt durch die Anzahl der ausgehaltenen Windungen, gerücksichtigt.

Es bedarf nicht der Anwendung der nickelreichsten Sorten, um die besten Resultate zu erhalten, denn in beiden Klassen enthalten die am höchsten stehenden Proben nur 1 Proc. Ni. Am Schlusse der Tabelle sind auch die Resultate einiger Torsionsproben an gewöhnlichem Martinmetalle aufgeführt. Nr. 7 und 8 sind Proben eines Stahles, theils nach vorausgegangenem Ausglühen nach dem Schmieden, theils unausgeglüht, der eine absolute Festigkeit von 74,35 und 79k,39 besitzt. Beim Vergleiche dieser beiden Proben mit einander zeigt sich eine ganz unbedeutende Verbesserung durch das Ausglühen. Vergleicht man dieselben weiter mit Nr. 9, einer Probe gewöhnlichen Fluſsmetalles mit 47k,41 absoluter Festigkeit, so wird man finden, daſs es besser ist, etwas von der durch eine gröſsere Anzahl von Windungen angezeigten Dehnbarkeit zu opfern, um eine etwas gröſsere Stärke zu haben, wie die höhere Elasticitätsgrenze und Zerreiſsbelastung bei Nr. 7 und 8 angeben.

Es ist gebräuchlich geworden, Propeller- und andere Achsen aus weichem Metalle anfertigen zu lassen; es dürfte aber gestattet sein, anzunehmen, daſs die erforderliche Widerstandskraft derselben gegen Spannung und Verschleiſs durch Anwendung eines härteren Metalles mit trotzdem hinreichender Dehnbarkeit vergröſsert werden könnte.

Es ist interessant zu sehen, mit welcher Schärfe die vorstehende Probereihe das bestätigt, was durch die zuerst mitgetheilte Tabelle vorgeführt wurde. Sowohl die Elasticitätsgrenze wie die Zerreiſsbelastung bei den geglühten und ungeglühten Proben stimmen überein und stehen im gleichen Verhältnisse zu einander in beiden Reihen, während die Zahl der Windungen genau mit der Verlängerung bei den Zerreiſsproben einig geht.

Einige Eigenschaften der Eisennickellegirungen seien nachfolgend kurz aufgeführt.

Das specifische Gewicht des Nickels soll 8,66 sein (8,86 ?), das des Eisennickels mit 25 Proc. Ni ist 8,08, das des zehnprocentigen 7,866, und bei 5 Proc. Ni beträgt es 7,846, während das specifische Gewicht gewöhnlichen geschmiedeten Fluſsmetalles 7,84 ist.

Sämmtliche Nickellegirungen bis zu 50 Proc. Ni hinauf nehmen gute Politur mit schöner Fläche an; ihre Farbe wird mit steigendem Ni-Gehalte immer heller.

In Rücksicht auf die sehr wichtige Frage des Verrostens ist festzustellen, daſs die nickelreichen Legirungen praktisch genommen un-verrostbar sind und daſs die nickelärmeren anderes Fluſsmetall in dieser |461| Beziehung weit hinter sich zurücklassen. Angestellte Versuche haben ergeben, daſs im Vergleiche zu Fluſsmetall mit 0,18 Proc. C. fünfprocentiges Eisennickelmetall rostet wie 10 : 12 und verglichen mit Fluſsmetall mit 0,4 Proc. C. und 1,6 Cr wie 10 : 15. Gehen die Gehalte an Ni bis zu 25 Proc. in die Höhe, so stellen sich diese Verhältnisse wie 10:870 bezieh. 10 : 1160. Einige Proben der nickelreicheren Legirungen, welche mehrere Wochen hindurch der Einwirkung der Atmosphärilien ausgesetzt waren, zeigen jetzt noch reine Bruchflächen.

Legirungen mit bis 5 Proc. Ni lassen sich ziemlich leicht mit Dreh- und Hobelstahl bearbeiten, mit weiter steigendem Ni-Gehalte wird dies schwieriger. Die nickelärmeren lassen sich besonders gut lochen, sowohl wenn sie nach dem Walzen ausgeglüht wurden als auch un-ausgeglüht. Die Löcher können einander bis auf 3mm nahe stehen, ohne daſs ein Reiſsen eintritt.

Legirungen mit bis 1 Proc. Ni schweiſsen recht gut; darüber hinaus verringert sich die Schweiſsbarkeit mit jeder weiteren Steigerung des Ni-Gehaltes.

Die nickelarmen Legirungen besitzen keinen Glanz, die reicheren aber sind glänzend nach Beseitigung des Glühspanes.

Die Erfinder dieser Legirungen huldigen der Ansicht, daſs der Stahl zusammengesetzt sei von Krystallen metallischen Eisens, zusammencementirt durch ein Eisencarburet, und halten dafür, daſs die groſse Stärke ihres Productes darauf basire, daſs das Nickel mit diesem Eisencarburet einen stärkeren Cement bilde, daſs der Raum zwischen den Eisenkrystallen vollständiger ausgefüllt und die Kohäsion zwischen denselben energischer werde und daſs die Erstarrungspunkte des Cementes und der Krystalle einander näher liegen und dadurch ein festerer Zusammenschluſs der Elemente befördert werde.

Sie halten auſserdem die Art ihres Herstellungsverfahrens für unerläſslich, um den Nickel zum Eingehen der Verbindung mit dem Eisen zu zwingen und eine homogene Legirung zu bilden; ohne dies Verfahren werde nur eine mechanische Mischung gebildet werden, welcher weder Gleichmäſsigkeit noch Schmiedbarkeit und Dehnbarkeit eigen wäre.

Es bedarf keiner reichen Phantasie, eine Anzahl von passenden Verwendungszwecken für diese Legirungen nachzuweisen, und es fällt schwer, in diesem Punkte nicht Enthusiast zu werden, denn die vielfachen besonderen Eigenschaften derselben qualificiren sie zur Verwendung fast für jeden denkbaren Zweck.

Das 25procentige Eisennickelmetall mit seiner groſsen Festigkeit und Dehnbarkeit und nach dem Ausglühen der niedrig gelegenen Elasticitätsgrenze ist für alle Operationen gut geeignet, welche eine ansehnliche Formveränderung einbegreifen wie Austeufen oder Treiben, während seine Widerstandskraft gegen das Rosten es unschätzbar für eine Menge anderer Zwecke erscheinen läſst.

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Diese Eigenschaften zusammen mit der im unausgeglühten Zustande immer noch hohen Elasticitätsgrenze machen es für alle Zwecke passend, bei denen die Materialkosten im Vergleiche zu den Kosten der Bearbeitung keine Rolle spielen und für einzelne Specialzwecke, z.B. kleine Dampfkessel und solche von Specialtypen, Locomotivfeuerbüchsen, Schrauben für Torpedo- und andere Fahrzeuge, bei denen Leichtigkeit, Stärke und Widerstand gegen das Rosten von wesentlichem Gewichte sind, und die Legirungen von 25 bis herab zu 5 Proc. Ni bieten zahlreichste Möglichkeiten, ein Material zu Werkzeugstahl herzustellen, ebenso gut, wenn nicht besser, als bisher bekannt.

Aber erst bei 5 Proc. Ni und darunter ist dem Eisennickelmetalle ein hochgradiges Interesse seitens der Consumenten sicher in Aussicht zu stellen.

Die in neuerer Zeit auf die Anwendung höherer Dampfspannung sich stützenden Fortschritte in der Construction von Seedampfmaschinen wären nicht möglich gewesen, hätte dem Ingenieur nicht ein besseres Material als Puddeleisen zur Verfügung gestellt werden können. Man denke sich nun die Möglichkeiten, die sich durch ein Metall eröffnen wie Nr. 6 der ersten Tabelle, welches nach dem Ausglühen noch eine um 30 Proc. gröſsere absolute Festigkeit und eine um 60 bis 70 Proc. höhere Elasticitätsgrenze hat als gewöhnliches Fluſsmetall, während seine Dehnbarkeit fast unvermindert ist und es besser dem Rosten widersteht. Für die derzeitig benutzte Dampfspannung kann bei seiner Anwendung das Gewicht erheblich reducirt werden und viele Constructionsschwierigkeiten fallen dann weg, oder aber die Dampfspannung könnte in Folge der gröſseren Stärke des Metalles noch weiter erhöht werden.

Diese Metalle sind ebenso wichtig für den Schiffsbauer wie für den Civilingenieur. Ersichtlich wird dies, wenn man die Vortheile erwägt, welche ihre Verwendung bei groſsen Bauwerken gewähren kann. Man denke hierbei an die Forthbrücke und an den Eiffelthurm. Hätten den Ingenieuren für diese Bauwerke Metalle zur Verfügung gestanden mit 63k absoluter Festigkeit und 44k Elasticitätsgrenze anstatt mit 47 bezieh. 27k im einen und mit nahezu 35 bezieh. 22 bis 25k im anderen Falle, wie viele Schwierigkeiten zu überwinden wäre ihnen dann durch das geringere Gewicht des Materials erspart geblieben; die Forthbrücke wäre leichter und luftiger, der Eiffelthurm geschmackvoller ausgefallen, als sie nun sind.

Der Militäringenieur hat noch kein Material gehabt, welches sich zu Panzer und Kanone so eignet, wie das Eisennickelmetall. Schon im ursprünglichen Zustande hat dasselbe viele Eigenschaften, welche sie für diese Zwecke empfehlen; nachdem aber auch das beste Verfahren gefunden sein wird, sie zu härten, werden sie unübertrefflich für Herstellung von Panzern sein.

Dr. Leo.

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