Titel: Die Darstellung des Hartgusses mit besonderer Berücksichtigung der Hartgusswalzen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1895, Band 297 (S. 1–5)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj297/ar297001

Die Darstellung des Hartgusses mit besonderer Berücksichtigung der Hartgusswalzen.1)

Mitgetheilt von Fabrikdirector Georg Wirth in Wien.

Mit Abbildungen.

Als Hartguss im Allgemeinen möchte ich eine solche Eisensorte bezeichnen, die in Folge ihrer eigenthümlichen Zusammensetzung die Eigenschaft besitzt, nach dem Ausgiessen örtlich, wo eine beschleunigte Abkühlung stattfindet, Graphitausscheidungen nicht aufkommen zu lassen.

Es ist bekannt, dass der ganze im Roheisen befindliche Kohlenstoff im geschmolzenen Zustande desselben sich gebunden vorfindet, und dass er sich bei langsamer Abkühlung theilweise als Graphit ausscheidet; der Graphit macht demnach einen sichtbaren mechanischen Bestandtheil des Graugusses aus.

Bei beschleunigter oder plötzlicher Abkühlung findet der Kohlenstoff – immer eine geeignete Zusammensetzung der Eisensorte bedungen – nicht mehr Zeit sich wie beim Grauguss als Graphit abzulagern, und es zeigt der Bruch eines auf diese Weise behandelten Gusstückes an der Abkühlungsstelle ein charakteristisches Gefüge. Er ist an und nahe dem Rande weisstrahlig mit in der Abkühlungsrichtung laufenden Strahlen ohne eine mit dem blossen Auge wahrnehmbare Graphitausscheidung. Nach der Mitte hin, wo eine langsamere Erstarrung stattfand, nimmt der Graphitgehalt allmählich zu, das Gefüge wird körniger, das kohlehaltige weisse Eisen geht in halbirtes bis graues mit immer stärkerer Graphitausscheidung über.

In physikalischer Beziehung äussert sich eine derartige Abkühlungsart durch eine mehr oder weniger harte Oberfläche der betreffenden abgekühlten Stelle.

Das weisstrahlige Eisen enthält seinen Kohlenstoffgehalt ganz oder bis auf sehr geringfügige Mengen in gebundenem Zustande, in welcher Form er also das Eisen härtet.

Der graphitische Kohlenstoff im grauen Eisen kann bei geeigneter Zusammensetzung desselben durch plötzliches oder rasches Abkühlen in gebundenen umgewandelt werden und auf die Möglichkeit der Umwandlung dieser Formen des Kohlenstoffgehaltes basirt die Darstellung des Hartgusses.

Freilich sind, wie wir später sehen werden, noch mannigfache Bedingungen sowohl bezüglich Zusammensetzung des zur Darstellung von Hartguss verwendeten Materials als auch bezüglich der Behandlungsweise zu erfüllen, um die Bindung des Kohlenstoffes zu begünstigen.

Die grössere oder geringere Abhärtung hängt nämlich von verschiedenen Umständen ab, in erster Linie sind es Beimengungen des Roheisens, welche bemerkenswerthe Einflüsse auf das Material ausüben und es für Hartgusszwecke mehr oder minder verwendbar oder auch sogar ganz untauglich machen; sodann ist das Maass der Abkühlung in der Form von Belang.

Die Abhärtung eines Gusstückes durch beschleunigte Abkühlung, welche dadurch erreicht wird, dass der Guss statt in Sand in eine eiserne Form (Coquille) erfolgt, bezweckt, demselben die Eigenschaft zu geben, bei möglichst hoher Festigkeit der mechanischen Abnutzung einen grossen Widerstand entgegenzusetzen.

Diese Eigenschaft des Hartgusses ist es, welche die Anwendbarkeit desselben zu einer vielseitigen macht; da man es nun in der Hand hat, die Qualität dem Bedürfnisse entsprechend dort, wo Hartguss zulässig, anzupassen, wird sich für denselben immer neue Verwendung finden lassen.

Bei den verschiedenen Maschinen und Vorrichtungen für die Zerkleinerung von Rohmaterialien, die bei so vielen Gewerben einen Haupttheil des Betriebes ausmacht, spielt die Verwendung von Hartguss die erste Rolle und ist die Güte desselben oft von grossem Einflüsse auf die Leistungsfähigkeit des betreffenden Apparates.

Pochschuhe, Pochsohlen, Kollerplatten, Kollerringe, Steinbrechbacken, Quetschwalzen und viele andere Bestandtheile, wie sie in Cementfabriken, Erzaufbereitungen u.s.w. benöthigt werden, erzeugt man fast ausschliesslich aus Hartguss; Hunderäder, Hammerkerne, gewisse Bahnausrüstungsgegenstände und Erfordernisse für die Kriegstechnik haben allerdings theilweise ihre Wichtigkeit für die Hartgusswerke verloren, da die Stahlfabrikate für diese Gegenstände immer mehr Ausdehnung finden; jedoch für Walzen, die in der Eisen- und Metallindustrie, in Papierfabriken, im Textilgewerbe und in Mühlen unentbehrliche Hilfsmittel geworden sind, dürfte sich der Hartguss nicht so leicht verdrängen lassen, wenn auch das Gelingen einer entsprechenden Qualität oft manche Schwierigkeit bereitet. Selbst Drehmesser zur Bearbeitung von Gusseisen hat man an manchen Orten mit Erfolg aus Hartguss hergestellt, welches Beispiel zeigt, dass sich die Anwendbarkeit des Hartgusses immer neue Felder zu erschliessen vermag.

Diese Bemerkungen im Allgemeinen, das Wesen des Hartgusses betreffend, vorausgeschickt, beschränke ich mich im Weiteren, lediglich die Darstellungsweise der Walzen aus Hartguss zu besprechen.

Wie oben bemerkt, ist die Verwendung der Walzen eine sehr vielseitige und damit wechselt auch ihre Inanspruchnahme; für den Erzeuger von Hartguss walzen erweist es sich von grosser Wichtigkeit, zu wissen, welchen Zweck die verlangte Walze erfüllen soll, denn er muss danach die Qualität anzupassen suchen. Es ist nämlich nicht gleichgültig, ob die Walze zur Streckung von glühenden Eisenstäben vielleicht gar in Berührung mit |2| Wasser oder zur Bearbeitung von Metallen auf kaltem Wege verwendet wird, ob sie diesen oder jenen Metallen in Form von Blechen oder Stangen Politur verleihen soll, ob sie zum Satiniren oder Drucken von Stoffen, zum Glätten von Papier bestimmt ist, ob die Walze massiv oder hohl, ob sie kalt oder mit Dampf geheizt Verwendung findet, ob sie zur Verkleinerung harter oder weicher Materialien dient, an ihrer Oberfläche glatt bleibt oder Kaliber, Riffeln u.a. erhält. Allen diesen verschiedenen Anwendungsarten muss Rücksicht getragen werden, soll die Walze gut entsprechen, und danach bestimmt sich die Auswahl des geeigneten Rohmaterials und die Behandlungsweise bei der Herstellung der Walzen.

Es wird sich hier auch um die Feststellung der Eigenschaften und Merkmale handeln, die wir an eine gute Hartgussqualität zu stellen berechtigt sind.

Da dürfte wohl in allen Fällen bedeutende Härte2) bei möglichst hoher Festigkeit Grundbedingung sein. Die erreichbare Härte durch Abschreckung in der Coquille scheint zwischen Härtegrad 7 bis 8 ihre Grenze zu finden. Eine hohe Festigkeit ist namentlich für Walzen mit angegossenen Zapfen anzustreben, um der wechselnden und bei Walzwerkswalzen zuweilen sehr hoch gesteigerten und oft mit Stössen verbundenen Beanspruchung zu widerstehen. Bei solchen Walzen soll der Kern stets vollkommen grau sein und alle Eigenschaften guten Gusseisens haben, insbesondere aber eine gewisse Zähigkeit und Dichtheit besitzen. Die weisstrahlige Härtekruste darf nicht unvermittelt ins Graue übergehen; wo der Uebergang scharf abgeschnitten erscheint, schliesst man auf Zusätze von spiegeligem Eisen, welches wohl grosse Härte ergibt, aber die Festigkeit sehr vermindert. Ueberhaupt ist schon bei der Construction der Hartgussbestandtheile darauf Rücksicht zu nehmen, dass die abgehärteten Stellen an Festigkeit einbüssen.

Bei der Auswahl eines geeigneten Roheisens für die Herstellung einer zu gewissem Zwecke dienenden Hartgusswalze werden daher alle vorgenannten Bedingungen zu berücksichtigen sein und es ist, um sicher zu gehen, erforderlich, vor Verwendung einer bestimmten Roheisensorte zu untersuchen, ob sie diese Eigenschaften zu geben vermag.

Dies kann auf zweierlei Wege erfolgen, durch die chemische Analyse und durch Probeschmelzungen.

Durch erstere erhält man insofern ein Bild, als man durch die Analyse die Beimengungen der fremden Körper im Roheisen kennen lernt, die je nach ihrer Gruppirung einen Schluss auf die Geeignetheit zu dem Zwecke zu ziehen gestatten. Die physikalischen Eigenschaften sind allerdings durch die Analyse nicht unbedingt zu erkennen, diese können nur durch Probeschmelzungen richtig zum Ausdrucke kommen, weil aber die Kenntniss der Beimengungen der fremden Körper im Roheisen sehr wichtig ist, so werden sich beide Wege zur Erzielung eines Gesammtbildes ergänzen.

Das Giessereiroheisen enthält ausser Kohlenstoff gewöhnlich Silicium, Mangan, Schwefel, Phosphor, Kupfer u.a. in sehr wechselnden Antheilen beigemengt, diese Körper ertheilen ihm ein bestimmtes Verhalten, so zwar, dass beispielsweise bei Vorhandensein gewisser Körper oder bei Ueberschreiten gewisser Procentgehalte das Roheisen schon durch die Analyse sofort als zu Hartgusszwecken untauglich angesprochen werden kann.

Die Analyse stellt also diese Verhältnisse fest und man erkennt aus Erfahrung die Einwirkung der Beimengungen auf die Roheisenqualität.

So ertheilt Silicium dem Eisen eine grössere Dünnflüssigkeit im geschmolzenen Zustande, vermindert aber die Festigkeit und die Geneigtheit in der Coquille abzuschrecken; Mangangehalt vergrössert die Schwindung und die erforderliche Schmelztemperatur, hat jedoch bei geringem Siliciumgehalte eine grössere Härte zur Folge, da er die Bildung von weisstrahligem Eisen bezieh. die Bindung des Kohlenstoffgehaltes begünstigt. Während bei überwiegender Anwesenheit von Silicium gegenüber Mangan ein mehr graphitreicheres, also graukörnigeres Product entsteht, wird durch Ueberschuss an Mangan die Härtungsfähigkeit bedeutend erhöht. Hierzu tritt noch der Einfluss der rascheren oder langsameren Abkühlung und die Temperatur des zu vergiessenden Eisens; manganärmeres wird nämlich bei rascher Abkühlung eine geringere Graphitbildung zeigen als ein siliciumreicheres, und bei einem bestimmten Gehalte dieser beiden Beimengungen, deren Verhältniss aber nicht stabil ist, lässt sich bei verzögerter Abkühlung Grauguss, bei rascher Abkühlung weisstrahliges Eisen bilden. Die mit dem Mangangehalte steigende Schwindung hat gern Risse und Sprünge zur Folge.

Schwefel befördert die Bildung von weisstrahligem Eisen und erniedrigt die Schmelztemperatur, aber schon ein Gehalt von 0,07 Proc. macht das Eisen dickflüssig, so dass es keine reinen Abgüsse gibt. Phosphorhaltiges Eisen hat wie Silicium grössere Leichtflüssigkeit zur Folge, es schmilzt auch bei niedriger Temperatur und wirkt ähnlich wie Mangan, dem es auch im sonstigen Verhalten gleicht, günstig auf die Bildung von gebundenem Kohlenstoff. Phosphorgehalt über eine gewisse Grenze ist nicht erwünscht, weil er dann die Festigkeit mindert. Kupfer, Nickel, Chrom, Zink, Blei u.s.w. sind als Beimengungen des Roheisens, welches zur Darstellung von Hartguss dienen soll, nicht gern gesehen. Geringfügige Quantitäten derselben lässt man noch hingehen.

Von hervorragendem Einflüsse sind, wie wir gesehen haben, die Wechselbeziehungen zwischen Silicium und Mangan; man wird aber nur einem solchen Roheisen den Vorzug geben, welches mit geringstem Mangangehalt die bezieh. grösste Härte und Hartkrustentiefe bei entsprechender Festigkeit ergibt. Auch soll das Roheisen möglichst wenig schwinden und keine Gase abgeben. Diesbezüglich werden die Holzkohlenroheisen den mit Koks erblasenen Roheisen-Sorten vorgezogen; erstere haben allgemein ein dichteres Gefüge und eine grössere Festigkeit, die Analysen zeigen ihre reinere Zusammensetzung und in der Regel geringere Gehalte an Silicium, Mangan und Schwefel, obgleich auch Koksroheisen in ganz geeigneten Qualitäten vielfach für Walzenguss verwendet wird.

Im Aussehen gibt man einem Roheisen mit mittelgrossem Korn, dunkelglänzender grauer Farbe, engem dichtem Gefüge und scharf befühlbarem Bruche den Vorzug.

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Hat man sich durch die Analyse des Roheisens überzeugt, dass schädliche Einflüsse durch Beimengungen nicht vorauszusetzen sind, so schreitet man zu einer Probeschmelzung, der vortheilhaft Untersuchungen über die Bruchfestigkeit und Elasticität, sowie über die Härtungsfähigkeit angeschlossen werden.

Zur Vornahme von Schmelzproben muss um so mehr gerathen werden, als durch den Schmelzprocess einschneidende Aenderungen in der Qualität des Gussmaterials zu Tage treten können, die andernfalls nicht controlirbar wären. Selbst wenn sich das Material auch an verschiedenen Stellen bewährte, kommt es oft vor, dass abweichende Behandlungsweise oder sonstige örtliche Zufälligkeiten Modificationen ergeben, an die vorher Niemand denkt. Das Verhalten beim Schmelzen, im geschmolzenen Zustande, beim Ausgiessen, beim Schwinden und als fertiger Gusstheil lassen erst zusammengenommen ein endgültiges Urtheil zu.

Untersuchungen über die Festigkeit und Biegung gewähren weitere schätzenswerthe Anhaltspunkte über die Qualität der verwendeten Eisensorten oder Eisenmischungen und gestatten eine Controle über die fortlaufende Gleichheit des Materials, die zu erhalten im Giessereiwesen überhaupt sehr wichtig ist.

Ich benutze zu diesem Behufe seit Jahren einen von der Firma Erdmann Kircheis in Aue i. Sachsen hergestellten Apparat, der ohne zeitraubende Berechnung sofort die Resultate der untersuchten Probestangen ergibt.

In Fig. 1 ist ein solcher Apparat, Bruchfestigkeitsprüfungswage genannt, dargestellt.

Textabbildung Bd. 297, S. 3

Der Apparat ist sehr einfach construirt; eine an ihren Enden auf Füsse montirte Traverse trägt links in einem Ständer die Einspannvorrichtung für den Probestab, die Lagerung für den Belastungshebel h und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Durchbiegung mit einem Zeigerwerke, rechts in einem zweiten Ständer die mit einem Handrade a zu bethätigende Belastungsvorrichtung, mittels welcher der Hebel gesenkt oder gehoben werden kann, und einen Vorschub, um das auf dem Hebel gleitende Laufgewicht zu verschieben. Der Vorschub erfolgt durch entsprechende Drehung des Handrades b, welches mittels Zwischenräder die Bewegung auf die über Kettenrollen gelegte Galle'sche Kette k und auf das Belastungsgewicht c überträgt.

Die Probestäbe haben d = 21,7 mm Durchmesser, es können für gewöhnlich roh gegossene Stäbe verwendet werden, für genaue Versuche nimmt man auf jenes Maass gedrehte. Sie werden an beiden Enden freiaufliegend, die Auflagen L = 200 mm weit von einander entfernt, in der Mitte belastet. Setzt man obige Werthe in die Festigkeitsformel (W = 1 genommen)

so erhalten wir

K = 5P

also beträgt in diesem Falle der Bruchmodul K, in Kilogramm für Quadratcentimeter, das Fünffache des auf die Mitte des Stabes aufliegenden Gewichtes. Die Belastung erfolgt durch das Eigengewicht des Hebels h, durch das Laufgewicht c und durch das auf dem Ende des Hebels aufgehängte, aus zwei Theilen dd1 bestehende Gewicht D sammt der Aufhängevorrichtung. Vom Unterstützungspunkte des Hebels bis zur Auflage haben wir eine Länge von f = 80 mm, die ganze Hebellänge l beträgt 800 mm, so ergibt sich bei einem jeweiligen Abstande x des Schwerpunktes des Laufgewichtes vom Unterstützungspunkte des Hebels für den Bruchmodul

woraus das Gewicht c mit 68 k und die Theilung der entsprechenden Scalen am Hebel bei einem Gewichte d1 und dem ganzen Gewichte (d + d1)D ermittelt wurde. Die Bruchbelastung ist dadurch in weitere Grenzen gelegt, indem bei einem Gewichte d1 dieselbe für 2000 bis 4000 k, bei dem doppelten Gewichte d + d1 für 3000 bis 5000 k gelegen sein kann. Noch grössere Belastungen können durch Auflegen eines weiteren Aufsatzgewichtes erreicht werden.

Die Durchbiegung, welche der Probestab bei seiner Belastung erleidet, wird durch ein Zeigerwerk angezeigt, die Vorrichtung ist mit einer Einstellung versehen, um vor Beginn der Belastung den Zeiger auf den Nullpunkt des Zifferblattes einstellen zu können; hierdurch ist es auch möglich, das Maass der dauernden Durchbiegung wieder entlasteter Probestäbe zu finden. Die Durchbiegungen werden in Zehntelmillimeter ausgedrückt. Bei der fortschreitenden Belastung des Hebels ist der Zeiger unausgesetzt zu beobachten, um bei erfolgtem Bruche den Stand der Durchbiegung zu wissen. Da dies aber durch zuweilen anderwärts in Anspruch genommene Aufmerksamkeit nicht immer möglich ist und der Zeiger sogleich nach dem Bruche des Probestabes rasch vor- oder rückschnellt, so wäre die Anbringung einer Vorrichtung zu empfehlen, die auch später noch die Biegung abzulesen gestattet; diese Verbesserung würde der sonst tadellosen Maschine sehr zu statten kommen. Durch fortgesetzte Versuche sieht man erst die grossen Unterschiede, die in der Festigkeit und Elasticität des Materials vorkommen und sonst der Aufmerksamkeit ganz entgehen; viele Brüche dürften auf diese Weise ihre Erklärung finden. Ein Register über die vorgenommenen Erprobungen wird im Laufe der Zeit eine sehr beredte Sprache führen und zeigen, dass hier die Anwendung solcher Untersuchungen statt des Urtheiles nach dem Gefühl zur einzig richtigen Vorgangs weise lenkt.

Einige bezeichnende Fälle aus der Praxis, die Verschiedenheit der Festigkeiten zeigend, mögen dies näher erläutern.

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Textabbildung Bd. 297, S. 4

Die ermittelten Ziffern für die Bruchfestigkeit und Durchbiegung ergeben Verhältnisszahlen, die zur Vergleichung des Arbeitsvermögens der verwendeten Gusseisengattirungen sehr gut dienen. Aus denselben kann ihre Eignung für die Herstellung des betreffenden Gegenstandes nach Maassgabe der Beanspruchung desselben beurtheilt werden.

Wie man aus den Resultaten ersieht, wurde hier durch Gattirung oder Auswahl einer geeigneten Eisensorte gegenüber den nächstbesten Resultaten noch eine erhebliche Verbesserung erzielt, die im Widerstände gegen ruhige Belastung etwa 25 Proc. und im Arbeitsvermögen etwa 50 Proc. beträgt.

Gleichzeitig mit den Probestäben für die Bruchfestigkeitsprüfungswage giesst man auch solche in geeigneter Form auf Coquillen, um von der Bruchfläche die Tiefe der Härteschicht und die Art des Ueberganges ins Graue zu sehen. Man kann danach ermessen, ob die Härte für den beabsichtigten Zweck eine genügende wird. Fig. 2 zeigt den Bruch eines derartigen Probestabes.

Was die für die Walzenfabrikation am besten geeigneten Roheisensorten anbelangt, so haben wir eine ziemlich grosse Zahl verschiedener Marken, die sich mit Erfolg für den Zweck verwenden lassen. Da sind es vor allem die schwedischen Roheisenmarken, welche in Folge ihrer Reinheit, der ausgezeichneten Festigkeit und bedeutenden Härte, die sie ergeben, speciell für Walzen mit grosser Beanspruchung gewählt werden. Die englischen Walzengiessereien verwenden hauptsächlich schwedisches Material, aber auch die Siegerländer Marken, die theilweise mit schwedischen Erzen bei harter Holzkohle und kaltem Winde erblasen werden, nehmen eine hohe Qualitätsstufe ein.

Textabbildung Bd. 297, S. 4

Für Walzen mit geringeren Festigkeitsansprüchen sind die bedeutend billigeren Koksroheisen der Cöln-Müsener Hütten u.a. gut geeignet. Unsere alpinen Roheisensorten werden wegen des fast durchwegs hohen Mangangehaltes und der daraus entspringenden Unsicherheit in dem Gelingen für die Walzenfabrikation nicht sehr geschätzt, für andere Hartgusserzeugnisse finden sie eher Anwendung.

Ein Vergleich der chemischen Analysen der bekanntesten Roheisensorten für Hartgusszwecke zeigt, wie sehr verschieden die Zusammensetzung in den einzelnen Beimengungen ist.

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Textabbildung Bd. 297, S. 5

Für grössere Walzen wird man sehr halbirte bis weisse Sorten wählen, für kleine Walzen, die in der Coquille stärker abschrecken, aber weichere Gattungen. Die bestimmte Gattirung erreicht man durch Beschickung entsprechender Roheisensorten, die zusammengeschmolzen das beabsichtigte Product ergeben, oder man verwendet nur eine Sorte mehr oder weniger halbirtes Roheisen mit gleichem Effect. Je weisser die Beschickung ist, auf desto grössere Schwindung muss Bedacht genommen werden, weisses Roheisen schwindet doppelt so viel als graues, verminderter Graphitgehalt steigert also die Schwindung.

Wolfram und Arsen werden zuweilen als Zusätze zur Erreichung grösserer Härten angewendet, insbesondere wird Wolfram von einigen Wolframfabriken zu diesem Behufe angerühmt. Stahlzusätze vermögen gleichfalls eine Härteerhöhung zu ergeben. Auch Schmiedeeisenzusätze bis 15 Proc. des Satzgewichtes fügt man zum Zwecke grösserer Festigkeit bei.

Ist man über die zu verwendende Eisensorte oder Eisenmischung einig, so kommt die Ausführung der Gussform in Betracht.

Die Art und Weise der Herstellung der Gussformen für die verschiedenen Walzengattungen muss sehr überlegt werden, und da ist es nicht minder die Construction der Coquille wie auch der sonstigen Ausrüstung, die mit grosser Erfahrung und Fachkenntniss ausgeführt zu werden verlangt, um ein sicheres Resultat zu geben.

(Schluss folgt.)

Abdruck ohne Genehmigung des Verfassers nicht gestattet.

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Nach der Bezeichnung der üblichen Härtescala nach Mohs, deren Eintheilung folgende ist:

1) Talk, 2) Gyps, 3) Kalkspath, 4) Flusspath, 5) Apatit, 6) Feldspath, 7) Quarz, 8) Topas, 9) Rubin, 10) Diamant.

Untersuchungen über die Härtegrade des Hartgusses nach der Methode des k. k. österr. Sectionsgeologen Ingenieur Rosiwal, die durch den grösseren oder geringeren Widerstand, welchen das Material dem Abschleifen entgegensetzt, genauere Schlüsse zu ziehen gestattet, werden in Folge meiner Anregung zu Vergleichszwecken durchgeführt.

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