Titel: Was sind spröde Körper?
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1889, Band 274 (S. 405–409)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj274/ar274059

Was sind spröde Körper? Wie kann man die Härte ziffermäſsig bestimmen?

Mit Abbildungen.

Unter dieser Ueberschrift veröffentlicht Herr Prof. Friedr. Kick im 3. Hefte der Technischen Blätter eine Abhandlung, welche mit Zustimmung der Betheiligten mit geringen, vom Autor besorgten Kürzungen nachstehend folgt:

Spröde Körper sind solche, welche eines hohen allseitigen Druckes bedürfen, um bildsam zu werden.

Die Härte läſst sich ziffermäſsig durch die Scherfestigkeit bestimmen oder messen, wenn jede Biegung und jeder Fluſs der Materialtheilchen ausgeschlossen ist.

Diese beiden Sätze werden durch das Nachstehende begründet.

Schlieſst man einen spröden Körper, z.B. Gyps, Speckstein, Steinsalz, Calcit in einen härteren, gleichfalls spröden aber schmelzbaren und diesen in einen noch härteren bildsamen Körper von genügender Wandstärke ein, z.B. Steinsalz in Schellack oder Schwefel und diese in Kupfer oder Eisen, so kann man diese spröden Körper in ihren Hüllen biegen oder gemeinsam mit diesen deformiren. Entfernt man dann die Hüllen durch Lösungsmittel, welche den eingeschlossenen Körper natürlich nicht angreifen dürfen, so erhält man ihn gebogen oder deformirt, als ob ein bildsamer Körper (Blei, Zinn, Kupfer u.s.w.) denselben Einwirkungen unterworfen gewesen wäre.

So bog ich prismatische Stücke krystallinischen Steinsalzes, Talk und Gyps (Marienglas) dadurch, daſs ich diese Stücke in eine Gasröhre mit Schellack einschmolz. Die Gasröhre war zuvörderst an einem Ende durch einen gut passenden Eisenspund verschlossen, dann wurde mit möglichster Sorgfalt, d.h. Vermeidung zu hoher zu Blasenbildung Veranlassung gebender Erhitzung, der Schellack eingeschmolzen und in diesen wurden die früher mit aufgelöstem Schellack überzogenen wohl getrockneten Versuchsstücke eingedrückt. Schlieſslich wurde das Rohr mit geschmolzenem Schellack gefüllt und durch einen zweiten Eisenspund geschlossen.

Fig. 1., Bd. 274, S. 405
Fig. 2., Bd. 274, S. 405

Nach vollkommenem mehrstündigem Erkalten wurde das Gasrohr sammt |406| Füllung gebogen. Das gebogene Eisenrohr, durch Salpetersäure gelöst, lieſs den Schellack sammt den durch ihn umhüllten Versuchskörpern als krummes festes Stück zurück. Nach Abspülen der anhaftenden Säure bezieh. des Salpetersäuren Eisenoxydes und Abtrocknen erfolgte die Auflösung des Schellacks (Goldlacks) in Alkohol, in welchem schlieſslich die gebogenen Stücke Steinsalz, Talk u.s.w. zurückblieben.

Diese Materialien können in gleicher Weise in Kupferhülsen eingeschmolzen und mit diesen deformirt werden. Löthet man einen Kupferring (Fig. 1) weich auf ein Weiſsblechscheibchen, stellt man ein Steinsalzspaltstück ein und umschmilzt es mit Schellack, bis der Hohlcylinder völlig gefüllt ist, wozu selbst die Temperatur von 100° C. ausreicht, so kann nach dem Erkalten unter der hydraulischen Presse die Formänderung zwischen Platten durchgeführt werden. Man erhält die bekannte Tonnenform und nach dem Entfernen des Schellacks durch Alkohol erhält man auch das tonnenförmig ausgebauchte Steinsalzstück als zusammenhängenden Körper (Fig. 2).

In ähnlicher Weise lassen sich natürliche Steinsalzkrystalle und Spaltkrystalle dieses Minerals deformiren, als ob sie bildsame Körper wären. Man kann Steinsalzwürfel sogar auf die Spitze stellen und zu einer rhomboederähnlichen Form bringen, man kann die Ecke des Hexaeders eindrücken, so daſs das ausweichende Material in Form kleiner Buckel die Seitenflächen wölbt; kurz man bringt in der an sich auch sehr spröden Schellackumhüllung, weil auch diese in dem noch härteren, zugleich aber zähen Kupfer steckt, dieses spröde Material schön zum Flusse.

Wendet man statt Schellack als erste Umhüllung Schwefel an, welcher sich weit leichter blasenfrei gieſst, so erhält man gute Resultate mit noch gröſserer Sicherheit, ja es gelingt bei Anwendung dieses Materials, sogar Calcit zu biegen und durch Druck ohne Bruch zu deformiren.

Von besonderem Interesse ist, daſs Schwefel etwas weicher als Kalkspat ist. Dies brachte mich dazu, als erste Umhüllung des Steinsalzes ein sehr leicht schmelzbares, sehr gut gieſsbares Material, das Stearin, zu wählen. Und siehe, die Formänderungen des Steinsalzes wurden mit der Stearinumhüllung noch weit sicherer, natürlich auch weit bequemer erreicht, als bei Benützung von Schellack. Zahlreiche Proben beweisen dies.

Fig. 3., Bd. 274, S. 406

Es muſste also die Umhüllung nicht härter als das Umhüllte sein; daraus aber folgt naturgemäſs, daſs es der allseitig ausgeübte hinreichende Druck sein müsse, welcher den spröden Körper bildsam macht.

Schlagend konnte dies natürlich erst dann bewiesen werden, als es gelang, die Deformation in einer unter Druck stehenden Flüssigkeit, z.B. Oel, zu erzielen.

Nach einigen vergeblichen Versuchen gelang dies – zunächst bei Steinsalz – vollkommen.

Fig. 3 zeigt die von mir hierzu verwendete einfache Vorrichtung.

In den Körper k aus zähem Kupfer ist das Loch l und das kleine Kanälchen x gebohrt. In die Bohrung l wird das Steinsalzspaltstück a gestellt und die Bohrung mit Mineralöl gefüllt. Der Stempel s aus Stahl hat etwas gröſseren Durchmesser als das Loch l, und beim Einpressen schlieſst er dicht an das sich dehnende Kupfer. Anfänglich kann das Oel durch das Seitenröhrchen x austreten und wird |407| auch etwaige Luftbläschen mitnehmen; sowie aber der Stempel an x vorüberschreitet, preſst er das Oel, dieses besorgt jetzt die Erweiterung des Hohlraumes mit und da dies nur bei groſsem Drucke geschehen kann, so wird das Spaltstück a diesem Flüssigkeitsdrucke ausgesetzt sein, bevor der Stempel auf dasselbe einwirkt und während er einwirkt.

Das Versuchsobjekt hatte eine Höhe von 8mm,1 und wurde auf 5mm,3 zusammengedrückt, wobei es keine Risse erhielt, wohl aber an Durchsichtigkeit etwas einbüſste. Der Versuch war glänzend gelungen. Zur besseren Dichtung war unter den Stempel ein feines Lederscheibchen gelegt. Der Sechskant am oberen Ende des Stempels war zum Zwecke des Fassens angebracht, doch war das Ausziehen des Stempels trotzdem schwierig.

Je härter das spröde Material, eines um so höheren Flüssigkeitsdruckes wird es bedürfen, um die gleiche Erscheinung, wie hier bei dem Steinsalze zuzulassen; aber ich zweifle nicht, daſs für viele Körper, z.B. auch den Calcit, die Pressung noch innerhalb des leicht Erreichbaren liegen wird.

Man könnte nun wohl einwenden, daſs die Versuche noch viel zu beschränkte sind, um die an die Spitze dieser Abhandlung gestellte Definition der spröden Körper zu rechtfertigen; man könnte auch sagen, daſs das Krystallwasser des Steinsalzes eine Rolle spielen dürfte; aber dem entgegen ist zu erwidern, daſs Talk, Gyps, Steinsalz, Schellack, Schwefel, Stearin und Calcit doch gewiſs sehr heterogene spröde Körper sind, daſs sie sich aber alle, entsprechend umhüllt, biegen und deformiren lassen, wenn auch nicht gleich leicht. Die Umhüllung kann nur durch Druck aus diesen spröden Materialien bildsame gemacht haben, und es ist daher eine logische Folge, daſs es möglich sein muſs, durch gleich intensiven Druck, mag derselbe auch durch ein anderes Mittel, z.B. eine Flüssigkeit, übertragen werden, dasselbe Ergebniſs, die Umwandlung des spröden in den bildsamen Zustand, zu erzielen.

Gehen wir nun zur zweiten Frage über: Wie kann man die Härte ziffermäſsig bestimmen?

Die Härte ist der Name für den Widerstand, welchen ein Körper dem Eindringen eines anderen entgegensetzt, und die Mineralogie bestimmt die Härte durch das bekannte Ritzverfahren relativ. Sie nennt zwei Körper gleich hart, deren Ecken sich an Flächen des anderen abstumpfen.

Sowie man solche gleich harte Körper, von welchen wir den einen bildsam, den anderen spröde wählen, auf den Eindringlings widerstand einer Spitze (Strichmethode) oder eines Meiſsels (Kerbemethode) untersucht, so verhalten sie sich dennoch nicht gleichartig. Der bildsame Körper gibt anders beschaffene Ritze oder Meiſselkerben als der spröde bei gleichem Kraft- bezieh. Arbeitsaufwand. Die Vergleichung wird dadurch überaus erschwert, das gemeinschaftliche Maſs scheint zu fehlen und fehlt bei diesen Methoden wirklich.

Fig. 4., Bd. 274, S. 407

Wir haben nun im Vorstehenden gesehen, daſs und wie man spröde Körper in bildsamen Zustand umwandeln kann: durch kräftige Umschlieſsung nämlich, durch Einzwängung bezieh. allseitigen hohen Druck.

Hierdurch läſst sich auch für die Härte das Maſs in dem Abscherungswiderstände |408| finden, wenn die Materialtheilchen des abzuscherenden Körpers am Ausweichen völlig gehindert sind, daher jeder Fluſs und jede Biegung ausgeschlossen ist.1)

Ob die Härte thatsächlich im geraden Verhältnisse zum Abscherungswiderstande (Schubfestigkeit, Scherfestigkeit) steht, läſst sich daher nur durch solche Abscherungsversuche feststellen, bei welchen wirklich reine Abscherung auftritt und hierzu ist es nöthig, daſs der abzuscherende Körper allseitig vollkommen dicht von einem härteren Stoffe umschlossen ist.

Meine Versuche zur Bestimmung der Scherfestigkeit wurden mit einem kleinen, äuſserst genau von der Maschinenfabrik Lorenz in Karlsruhe auf Bestellung gelieferten Apparate gemacht, welcher durch vorstehende Abbildung Fig. 4 in halber Gröſse dargestellt ist

Zwischen den Wänden aa' und bb' läſst sich nach Wegnahme des Prismas p der Schieber ss' lothrecht herabdrücken. Ist das Prisma p eingesetzt, so fällt eine in a, b und s angebrachte Querfurche von rund 1mm Höhe und 2mm Breite so zusammen, wie dies der Mittelschnitt darstellt. In diese Quernuth wird das abzuscherende Stück, welches als dicke schwarze Linie dargestellt ist, eingebracht. Nach Aufschrauben der Theile a', b' und s' und Einsetzen der kleinen Stahlprismen ii in den freigebliebenen Theil der Nuth, endlich nach Entfernung des Prismas p kann der Abscherversuch durchgeführt werden.

Dieser einfache Apparat besitzt trotz der Genauigkeit seiner Herstellung für den Gebrauch mehrfache Uebelstände, welche nur durch äuſserste Vorsicht in der Benutzung desselben unschädlich gemacht werden können und die ihren Grund in der Schraubenverbindung der Theile (ohne Paſsstifte o. dgl.) haben; es wird jedoch ohne Zweifel gelingen, diese Uebelstände zu beseitigen, und ich hoffe, in einigen Monaten die durch eine andere Vorrichtung erzielten Ergebnisse mittheilen zu können. Die Mängel obiger Vorrichtung bedingen sehr mühevolles, zeitraubendes Arbeiten, und es ist deshalb auch die Zahl der auf ihre reine Scherfestigkeit geprüften Körper eine sehr geringe. Es hat dies jedoch auf die Prinzipienfrage keinen Einfluſs.

Wenn die Härte durch die Scherfestigkeit gemessen werden kann, so müssen gleich harte Körper verschiedener Natur dieselbe Scherfestigkeit haben. Zwei solche Körper sind Zinn und Schellack; sie haben bei gewöhnlicher Temperatur dieselbe Härte und ergaben auch dieselbe Scherfestigkeit von 2k/qcm,6.

Würden Härte und Scherfestigkeit zwei von einander unabhängige Eigenschaften sein, dann könnte jene Uebereinstimmung nur entweder Zufall oder Irrthum sein. Letzterer scheint mir ausgeschlossen, ersterer ist gewiſs ausgeschlossen.

Zufall ist ausgeschlossen, weil Blei, Zinn, Kupfer und Eisen der Reihe nach sowohl gröſsere Härte als gröſsere Scherfestigkeit haben; für diese Materialien stimmt also die Annahme eines Zusammenhanges zwischen Härte und Scherfestigkeit. Nun suchte ich zwei Körper verschieden gearteter Natur und doch gleicher Härte, fand zwei solche Körper im Zinn und Schellack; der eine bildsam (hämmerbar), der andere spröde, der eine ein Metall, der andere ein Harz, und diese beiden Körper weisen gleiche Scherfestigkeit auf. Kann dies Zufall sein? – Nimmermehr! – Und weiter: Was ist denn das Ritzen anders, denn das Nehmen feiner Spänchen. Thime hat in seiner schönen Arbeit über das Hobeln der Metalle nachgewiesen, daſs bei der Spanbildung |409| ein Gleiten des Materials über Rutschflächen stattfindet, ein eigenthümlicher Abscherungsvorgang. Der Widerstand bei der Spanbildung (Ritzen) muſs daher mit dem Abscherungswiderstande in Beziehung stehen; bei verschieden harten Körpern muſs dieser Widerstand bei sonst gleicher Spanbildung verschieden sein, und die einfachste Annahme wäre die, diesen Widerstand als proportional zur Härte bezieh. zur Scherfestigkeit vorauszusetzen. – Wenn der Widerstand beim Ritzen und Hobeln thatsächlich nicht proportional der Härte ist, so hat dies seinen Grund darin, daſs die Spanbildung bei bildsamen Körpern anders als bei spröden Körpern erfolgt, mag auch Werkzeug und Anstellung dieselbe und ihre Härte die gleiche sein. Es treten hier mannigfache, sehr einfluſsreiche Nebenumstände auf, und dieser Nebeneinflüsse wegen geben alle Ritzniethoden nur relativ, aber nicht absolut vergleichbare Ergebnisse. Da relative Vergleiche auch sehr werthvoll sind, ist hierdurch der Werth der Ritzmethoden nicht bestritten.

Was ich behaupten zu können glaube, ist, daſs man die Härte ziffermäſsig durch die Scherfestigkeit bestimmen kann, wonach es auch erlaubt ist, zu sagen: Härte ist Scherfestigkeit.

|408|

Vgl. 1889 273 10.

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