Titel: Anormale Längenveränderungen von Eisen und Stahl bei Erhitzung und Abkühlung.
Autor: Svedelius, G. E.
Fundstelle: 1897, Band 304 (S. 111–120)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj304/ar304029

Anormale Längenveränderungen von Eisen und Stahl bei Erhitzung und Abkühlung.

Von G. E. Svedelius.1)

Mit Abbildungen.

Die nachstehend behandelten Untersuchungen waren bestimmt, einen Beitrag zur Kenntniss anormaler Veränderungen zu geben, welche bei gewissen Wärmegraden plötzlich bei den physikalischen Eigenschaften von Eisen und Stahl sowohl während der Erhitzung zu starkem Glühen wie auch während darauf folgender langsamer Abkühlung derselben eintreten. Da die fraglichen physikalischen Veränderungen im engsten Zusammenhange stehen mit durchgreifenden Aenderungen der Textur des Eisens und des Stahls und mit dem Zustande der darin enthaltenen Kohle, so sei unter Anschluss an J. A. Brinell's werthvolle Arbeit: „Ueber die Texturveränderungen des Stahls bei seiner Erhitzung und Abkühlung“ (Jernkont. annal., 1885 S. 9) eine kurze Erörterung dieses Phänomens hier vorausgeschickt.

L. Rinman zeigte im J. 1865, dass die im gehärteten Stahl enthaltene Kohle in chemischer Beziehung sich von der Kohle im ausgeglühten unterscheidet. Er fand, dass sich die Kohle im gehärteten Stahl nahezu vollständig in kalter Salzsäure löst, während eine erhebliche Menge Kohle ungelöst bleibt, wenn ausgeglühter Stahl derselben Behandlung unterworfen wird. Die Kohle kommt somit im gehärteten und ungehärteten Stahl in verschiedenen allotropischen Formen oder in verschiedener Weise legirt oder verbunden mit dem Eisen vor. Er führte in Folge dessen die Benennungen „Härtungskohle“ für die Kohle im gehärteten und „Cementkohle“ für die im ausgeglühten Stahl ein; an Stelle der letzteren Benennung wird oft auch die von Ledebur vorgeschlagene „Carbidkohle“ gebraucht.

Aus Brinell's Untersuchungen ergibt sich, dass Härtungskohle nicht allein im gehärteten Stahl gefunden wird, sondern dass die Kohle immer als Härtungskohle auftritt, sobald Stahl zu passender Temperatur erhitzt wird. Die Aenderung des Zustandes der Kohle erfolgt nicht continuirlich, sie ist vielmehr vorzugsweise an gewisse Temperaturen gebunden. So geht Cementkohle in Härtungskohle über, sobald Stahl auf schwache Gelbhitze erwärmt wird, ein Hitzegrad, für den Brinell die Bezeichnung „W“ einführte, während der Uebergang der Härtungskohle in Cementkohle bei der Abkühlung statthat bei einem Wärmegrad „V“ zwischen Rothglut und schwacher Rothglut. Die Veränderung des Zustandes der Kohle während der Abkühlung fand Brinell mit Wärmeentwickelung verbunden, und nahm auf Grund derselben an, dass bei der Umbildung der Kohle während der Erhitzung Wärme Verbraucht werde, obschon er diesen Verbrauch nicht direct zu beobachten vermochte.

Dass während der im Uebrigen continuirlichen Abkühlung eines glühenden Stahlstückes eine plötzliche Wärmeentwickelung statthat, wies zuerst W. F. Barrett2) nach; der sie „Recalescens“ nannte. Dieses Phänomen kann von Jedermann leicht beobachtet werden. Man darf nur ein Stück Stahldraht zu heller Rothglut erhitzen und dasselbe während seiner Abkühlung im Dunkeln beobachten; man wird dabei finden, dass der Stahldraht bei dunkler Rothwärme plötzlich wieder erglüht und nach wenigen Secunden wieder sich verdunkelt.

Dann fand Brinell, dass eine schnelle Abkühlung die Textur, welche der Stahl vor der Abkühlung besass, fixirt, und es gelang auf Grund dieser Thatsache, den Zusammenhang zwischen der Texturänderung, der Veränderung des Zustandes der Kohle und dem Wärmegrade nachzuweisen, bei welchem das Härten erfolgt. Durch Untersuchung von Stahlproben, die nach erfolgter Erhitzung auf verschiedene Wärmegrade gehärtet wurden, fand man, dass |112| ungehärteter Stahl während der Erhitzung seine grobkrystallinische Textur bei dem gleichen Wärmegrade W verliert, bei dem die Cementkohle in Härtungskohle übergeht, und dass bei der Abkühlung plötzlich Krystallisation eintritt, nachdem die Härtungskohle vollständig oder doch zum grössten Theil bei V in Cementkohle überging. Die Veränderung der Stahltextur und des Zustandes seiner Kohle erfolgt somit nahezu gleichzeitig.

Durch F. Osmond's scharfe Untersuchungen über den thermischen Verlauf der Erhitzung und Abkühlung von Eisen wurden die Wärmegrade W und V näher bestimmt. Ueber dieselben wurde in Jernkont. annal., 1890 S. 193, berichtet.

Osmond beobachtete bei der Erhitzung verschiedener Stahlproben eine Unterbrechung der Geschwindigkeit der Erhitzung bei etwa 700° und eine entsprechende Unterbrechung der Geschwindigkeit der Abkühlung bei etwa 660°. Bei dem ersteren dieser „kritischen Punkte“ wird Wärme absorbirt, bei dem letzteren Wärme frei. Den kritischen Punkt bei der Abkühlung hält Osmond für identisch mit Barrett's Recalescenzpunkt und mit dem von Brinell mit V bezeichneten Punkte, bei dem die Veränderung des Zustandes der Kohle vor sich geht. Die von Brinell und Osmond bei der Erhitzung von Stahl beobachteten kritischen Punkte dürften gleichfalls zu identificiren sein, obschon der Wärmegrad – leichte Gelbglut –, auf den der Punkt W verlegt wurde, erheblich höher liegt, als der von Osmond gefundene.

Osmond erstreckte seine thermischen Untersuchungen auch auf Roheisen, elektrolytisches Eisen und schmiedbares Eisen mit verschiedenem Kohlegehalt. Bei der Abkühlung von weichen Eisen und elektrolytischen Eisen beobachtete er zwei bis drei von einander getrennte Unterbrechungen der Abkühlungsgeschwindigkeit; der niedrigste Wärmegrad war dabei 660°. Der Wärmeentwickelung, welche bei diesen kritischen Punkten vor sich geht, schreibt Osmond dieselbe Veranlassung zu, welche bei dem eintretenden Wiedererglühen des Stahls bei dem gleichen Wärmegrad, dem Uebergange der Kohle aus Härtungskohle in Cementkohle zu Grunde liegt. Die bei höheren Wärmegraden eintretenden anomalen Temperaturveränderungen stehen nach Ansicht Osmond's im Zusammenhang mit molekularen Aenderungen im Eisen. Er nimmt an, dass Eisen ein polymorpher Stoff sei, welcher in zwei verschiedenen allotropischen Formen vorkommt, von denen die eine, α-Eisen, weich, die andere, β-Eisen, hart und spröde ist. Bei der Erhitzung geht α-Eisen in β-Eisen über, bei langsamer Abkühlung β-Eisen in α-Eisen. Diese Uebergänge aus der einen in die andere Modifikation sind gleich den Aenderungen des Zustandes der Kohle an gewisse Wärmegrade gebunden; für Stahl erfolgen sie gleichzeitig mit den Zustandsänderungen der Kohle, beim weichen und beim elektrolytischen Eisen gehen sie dagegen bei einem höheren Wärmegrad vor sich.

Osmond nimmt an, dass bei der Härtung des Stahls, die man gewöhnlich dahin erklärt, dass die schnelle Abkühlung den Uebergang der Kohle von Härtungskohle in Cementkohle theilweise oder völlig verhindere, das Eisen β-Eisen bleibt. Der Einfluss der Kohle hat dabei denselben Charakter wie die Schnelligkeit der Abkühlung: sie strebt danach, den Uebergang des β-Eisens in α-Eisen zu verhindern.

Osmond's Theorie von Eisen verschiedener allotropischer Modifikationen hat keineswegs überall unbedingte Aufnahme gefunden. Mehrere Autoren suchen die Existenz der kritischen Punkte, welche weiches Eisen charakterisiren, nicht aber beim Stahl gefunden werden, damit zu erklären, dass sie denselben in Zusammenhang bringen mit Texturveränderungen des Eisens, mit Bildung von chemischen Verbindungen zwischen Kohle und Eisen, Carbiden von wechselnder Zusammensetzung u.s.w. Es ist indessen noch nicht gelungen, zu voller Einigkeit und Klarheit in dieser Frage zu gelangen.

Osmond's Untersuchungen der anomalen Temperaturveränderungen des Eisens und Stahls wurden von F. O. Arnold3) und G. Charpy4) vollendet und stellten in der Hauptsache die experimentalen Resultate beweiskräftig fest, zu denen der erstere gelangt war, wenn auch Arnold sich der Erklärung Osmond's nicht anschliessen konnte.

Von den anomalen Längenveränderungen bei Eisen und Stahl besitzen wir keine gleich vollständige Kenntniss; wahrscheinlich ist dies in den Schwierigkeiten begründet, die mit der Bestimmung von Längen bei hohen Wärmegraden verbunden sind. Gleichwohl verdienen sie in hohem Grade unsere Aufmerksamkeit wegen ihres engen Zusammenhanges mit den Texturveränderungen bei Stahl und Eisen.

G. Gore war es, der zuerst nachwies, dass auf Weissglut erhitzter Stahldraht bei Abkühlung auf dunkle Rothglut eine anomale Verlängerung erleidet unter im Uebrigen continuirlichem Verlauf der Zusammenziehung des Drahtes. W. F. Barrett5) beobachtete ausserdem während der Erhitzung eine plötzliche Zusammenziehung, die bei demselben Wärmegrad einzutreten schien, wie die unregelmässige Verlängerung während der Abkühlung; er sah die Verlängerung während der Abkühlung und die früher erwähnte Recalescens gleichzeitig eintreten. Die anomale Verlängerung während der Abkühlung haben Norris6), Heim7) und Coffin8) eingehender studirt; endlich hat F. J. Smith9) nachgewiesen, dass die anomalen Längen- und Temperaturänderungen beim Stahl gleichzeitig während der Abkühlung eintreten; Le Chatelier10) stellte die anomale Zusammenziehung während der Erhitzung fest für Stahl bei 700°, für reines Eisen bei 830°.

In nachfolgender Abhandlung soll berichtet werden, in welchen Beziehungen die anomalen Längenveränderungen des Eisens und Stahls zum Kohlegehalt, zu den verschiedenen Erhitzungs- und Abkühlungsverhältnissen, zum Härten und Ausglühen stehen. Es sollen ferner anomale Längenveränderungen beim Anlassen gehärteten Stahls nachgewiesen und schliesslich einige Näherungswerthe verschiedener Eisen- und Stahlsortenverlängerungscoëfficienten bei dem Temperaturintervall 0 bis 800° mitgetheilt werden.

Die hierbei benutzten Beobachtungsobjecte bestanden zum Theil in kalt gezogenem Draht von Bofors mit Kohlegehalten 0,9 bis 0,1 Proc. das gleiche Material, welches |113| C. F. Bydberg11) bei seinen Untersuchungen über den Verlauf der Enthärtung von Stahl benutzte, zum Theil in warm gewalztem Draht von Sandviken mit Kohlegehalten 1,0 bis 0,1 Proc.

Sämmtliche Längenbestimmungen erfolgten mit einem Dilatometer, gefertigt in hauptsächlicher Uebereinstimmung mit einem von Fräulein N. Lagerborg angewendeten Dilatometer K. Angström'scher Construction.12)

Textabbildung Bd. 304, S. 113
Textabbildung Bd. 304, S. 113
Textabbildung Bd. 304, S. 113
Textabbildung Bd. 304, S. 113
Textabbildung Bd. 304, S. 113
Textabbildung Bd. 304, S. 113

Die Fig. 1 und 2 stellen das Aussehen des Dilatometers dar; in Fig. 2 sind zu grösserer Anschaulichkeit die verschiedenen Theile des Dilatometers um weniges verschoben. Zwei einige Decimeter lange Arme aus feuerfestem Thon – die geraden Schäfte sogen. Kreidepfeifen – werden von einem soliden Holzrahmen getragen; der Arm A ist unbeweglich an der einen Rahmenwand befestigt, der Arm B mit einer Stahlachse verbunden, welche in der entgegengesetzten Wand des Rahmens frei rotiren kann in einem festgeschraubten Bügel L. Eine schwache Spiralfeder C, am beweglichen Arm nahe dessen Achse befestigt, hält die auf derselben Seite wie die Achse liegenden Enden gegen einander gedrückt. Zwischen diese Enden ist der ungefähr 4 cm lange, beiderseits zugespitzte Stab D eingepasst, dessen Längenänderungen zu beobachten sind. Die entgegengesetzten Enden der Arme tragen zwei ziemlich dicke Nadeln F, welche durch kleine Klemmschrauben E parallel zu einander innerhalb eines gegenseitigen Abstandes von einigen Millimetern erhalten werden. Die Nadelspitzen drücken jede auf ihrer Seite gegen eine Glasplatte G mit parallelen Flächen, welche von einem senkrechten, an beiden Enden befestigten, recht stark gespannten Neusilberdraht H von ungefähr 0,5 m Länge getragen wird. Winkelrecht gegen die Glasplatte ist an diese ein kleiner Spiegel K befestigt.

Der zwischen die Arme des Dilatometers eingelegte Stab wird durch einen Münch-Patentbrenner erhitzt, der eine recht gleichförmige, konische Flamme von etwas über 4 cm Durchmesser an der Basis gibt.

Die Drehung des Dilatometerspiegels bei den Längenveränderungen des Stabes wurde entweder durch ein Glas beobachtet oder an einer Scala durch photographische Registrirung festgestellt; der zu letzterer benutzte Apparat war besonders primitiv. Die Kammer bestand ganz einfach aus einer Cigarrenkiste mit an einer Langseite ausgeschnittener schmaler Oeffnung zum Einlassen des gegen den Dilatorspiegel reflectirten Lichtes. Als leuchtendes Object wurde eine durch eine Auer-Lampe erleuchtete cirkelrunde Oeffnung in einem in einigen Metern Abstand von der Kammer aufgestellten Schirm benutzt. Der gegen den beweglichen Spiegel reflectirte Lichtstrahl wird unmittelbar vor dem Spiegel durch eine Linse zu einem scharf leuchtenden Punkt zusammengezogen, welcher auf einem ungefähr 8 cm breiten Streifen lichtempfindlichen Papiers im Kasten aufgefangen wird. Der Papierstreifen ist auf zwei senkrecht über einander angebrachten Holzwalzen aufgewickelt; die eine derselben steht mittels Uebersetzung durch eine Seitenwand des Kastens in Verbindung mit einem Uhrwerk und wird mit einer Geschwindigkeit von ungefähr zwei Umdrehungen in der Minute in Bewegung gesetzt; die andere Walze wird gleichzeitig durch ein Gegengewicht gedreht, wodurch der Papierstreifen während der ganzen Zeit gespannt erhalten wird.

In Folge dieser Anordnung beschreibt der leuchtende Punkt auf dem Papier eine Curve, deren Ordinaten laufend jede Längenveränderung der Stäbe wiedergeben.

Bei einer Reihe von Untersuchungen wurden gleichzeitig die Längen- und Temperaturveränderungen der Probe beobachtet. Die dabei benutzten Stäbe waren auf einer Seite zugespitzt, auf der anderen gerade abgefeilt und mit einem 6 bis 8 mm tiefen Einschnitt versehen (Fig. 3); dieses Ende stützte sich gegen den festen Dilatometerarm. Die Temperaturbestimmungen erfolgten durch ein Thermoelement, welches aus zwei an den Enden dünn ausgeplatteten, mit einander zusammengeschweissten Drähten, der eine aus reinem Platina, der andere aus Platina in Legirung mit 10 Proc. Rhodium, besteht. Die freien Enden der Drähte sind durch Klemmschrauben mit den Leitungsdrähten eines Galvanometers verbunden. Die zusammengeschweisste Contactstelle längt sich doppelt und tritt durch eine in den festen Dilatorarm ausgeschnittene Oeffnung in den Stab, soweit es der Einschnitt zulässt. Nur die Contactstelle selbst kommt dabei in directe Berührung mit dem Stabe, der übrige Theil des Drahtes wird durch ein dünnes Glimmerblatt isolirt.

Damit der Ausschlag des Dilatometers, wie auch das Galvanometer gleichzeitig beobachtet werden kann, werden beide so eingestellt, dass ihre Spiegel unmittelbar über einander zu stehen kommen. Zur photographischen Registrirung wird dieselbe beleuchtete Oeffnung benutzt. Die beiden durch Reflection gegen Dilatometer- und Galvanometerspiegel erhaltenen Lichtbilder werden auf einem und demselben lichtempfindlichen Papier aufgefangen. Auf diese Weise erhält man die Längen- und Temperaturcurven unmittelbar über einander.

Beim Ablesen mittels Glas und Scala werden die Längenveränderungen des Stabes ungefähr 500 mal vergrössert; indessen zeigte sich, dass man nicht ohne weiteres den Ausschlag des Dilatometers mit ⅟300 multipliciren |114| konnte, um die Längenveränderungen des Stabes durch Erhitzung in absolutem Maasse festzustellen. Die Innenseiten der Dilatometerarme wurden von der Flamme stark erwärmt und bogen sich in Folge dessen etwas nach aussen, was störend auf die Angaben des Dilatometers einwirkte. Diese Fehlergrösse konnte indessen berechnet und eine passende Correction eingeführt werden. Die photographisch genommenen Längencurven sind uncorrigirt geblieben und gestatten in Folge dessen keine absolute Maassfeststellung; sie geben jedoch einen ganz guten Begriff vom Verlaufe der Verlängerung und des Zusammenziehens der Stäbe im Allgemeinen.

Die Temperaturbestimmungen können bis nahe 600° bis auf ein paar Grade als zutreffend angesehen werden, bei höheren Temperaturen dagegen sind sie um 10 bis 15° unsicher.

Sämmtliche Curven sind treue Copien von auf photographischem Wege genommenen Längencurven von verschiedenen Eisen- und Drahtstäben.

Die Stäbe wurden, wenn nicht anders angegeben, zu heller Rothglut erhitzt; man liess sie darauf langsam abkühlen. Auf gleicher Figur wiedergegebene Curven sind auf dem gleichen lichtempfindlichen Papier aufgenommen, welches somit mehrmals vor der Oeffnung der Kammer vorbeipassirte. Streng genommen sind nur diese Curven mit einander zu vergleichen, theils weil sie unmittelbar hinter einander erhalten wurden, wobei folglich die Intensität der Flamme wenig variirte, theils weil die Veränderung des Papiers durch das Trocknen nach dem Hervorrufen und Fixiren der Photogramme in gleicher Weise erfolgte.

Die Empfindlichkeit des Dilatometers war bei zwei verschiedenen Beobachtungsweisen in etwas verschieden; die eine Reihe umfasst die Fig. 1 bis 6 und 10 bis 14, die andere die in Fig. 7 bis 9 und 15 wiedergegebenen Längencurven.

Von den beiden Curven in Fig. 4 stellt die obere die Längen Veränderungen dar, welche ein Kupferstab, die untere diejenige, welche ein Stab aus Boforsstahl mit 0,6 Proc. Kohle bei einer Erhitzung während einer Minute und darauf erfolgter Abkühlung erlitt. Die Längencurve des Kupferstabes zeigt sowohl bei der Erhitzung, wie bei der Abkühlung einen regelmässigen Verlauf; die Längencurve des Stahlstabes dagegen hat zwei deutlich hervortretende Unterbrechungen: eine anomale Zusammenziehung bei der Erhitzung und eine anomale Verlängerung bei der Abkühlung.

Die kritischen Punkte, bei denen anomale Längenveränderungen eintreten, werden bis auf weiteres mit D und D' bezeichnet; im Nachfolgenden wird man sehen, inwieweit sie mit einem der kritischen Punkte identificirt werden können, über welche vorher berichtet werde. Zuvor indessen mögen die fraglichen Längenphänomene näher studirt und mag in erster Reihe zu ermitteln gesucht werden, in welcher Weise dieselben vom Kohlegehalte der Probe, von deren Härtung und Ausglühung, endlich vom Temperaturgrad, auf welchen sie erhitzt wurden, abhängig sind.

Der Einfluss des Kohlegehalts auf die kritischen Punkte D und D'.

Aus den in Fig. 5 wiedergegebenen Längencurven von Stäben aus hartem Stahl (Bofors, Kohlegehalt 0,9 Proc.), weichem Stahl (Bofors, Kohlegehalt 0,5 Proc.) und weichem Eisen (Bofors, Kohlegehalt 0,1 Proc.) ergibt sich:

  • 1) Die Contraction bei D ist bedeutend geringer als die Verlängerung bei D'.13)
  • 2) Die Contraction bei D tritt gleich schnell nach Beginn der Erhitzung und somit ungefähr bei gleichem Wärmegrad ein bei Stahl und weichem Eisen, aber währt länger, je niedriger der Kohlegehalt ist.14)
    Die Verlängerung bei D' tritt zeitiger nach der Abkühlung, somit bei einem höheren Wärmegrad ein und ist von längerer Dauer bei weichem Eisen, als bei Stahl.
  • 3) Die Contraction bei D und die Verlängerung bei D' sind am grössten bei weichem Stahl, kleiner bei hartem Stahl und weichem Eisen.

Aus Beobachtungen unter Ablesen mit dem Glase und an der Scala ergibt sich, dass die anomalen Längen Veränderungen an Grösse mit wachsendem Kohlegehalt von 0,1 Proc. bis 0,6 Proc. zunehmen, dass sie mit einem Kohlegehalt von 0,6 Proc. ihren grössten Werth erreichen und dass sie mit von 0,6 bis 1,0 Proc. wachsendem Kohlegehalt wieder abnehmen.15)

  • 4) Die Contraction bei D scheint für weiches Eisen aus zwei Momenten D1 und D2 zu bestehen, von denen der erstere bei niedrigerem Wärmegrad eintritt und von kurzer Dauer ist; dies wird durch die Beobachtung mit dem Glas für Eisen mit einem Kohlegehalt von 0,3 bis 0,1 Proc. bewiesen.
    Die Verlängerung bei D' scheint bei Eisen mit niedrigem Kohlegehalte aus zwei von einander getrennten Momenten D'2 und D'1 zu bestehen; bei weichem Stahl fallen sie theilweise zusammen und bewirken die für diese Stahlart charakteristische Ausbiegung bei D'. Bei hartem Stahl verschmelzen sie sich völlig mit einander.

Die Stellung der kritischen Punkte D und D' zu einander.

Die drei Curven in Fig. 6 stellen die Längenveränderungen eines und desselben Stabes aus Bofors-Draht mit einem Kohlegehalt von 0,6 Proc. dar, welcher zu verschiedenen Wärmegraden erhitzt wurde, wobei man ihn nach jeder Erhitzung langsam abkühlen liess. Die unterste dieser Curven gibt die Längenveränderungen des Stabes unmittelbar nach der Abkühlung, die mittlere zu Anfang und die obere gegen Ende der anomalen Contraction bei D.

Aus diesen und anderen, hier nicht wiedergegebenen Beobachtungen geht hervor:

  • 5) dass die Verlängerung bei D' während der Abkühlung nicht eintritt, sofern nicht während der Erhitzung die Contraction bei D theilweise oder vollständig |115| stattfand. Die Verlängerung bei D1 fällt kleiner aus, wenn der Stab nur bis zu einem Wärmegrad, der der Contraction bei D entspricht, als wenn der Stab höher erhitzt wird.

Die Einwirkung des Glühens auf die kritischen Punkte D und D'.

Die unteren Curven in Fig. 7 und 8 stellen die Längenänderungen dar bei Stäben aus Bofors-Draht mit Kohlegehalt 0,1 und 0,6 Proc. die während 6 Stunden im Muffelofen auf Temperaturen gebracht wurden, die über dem Schmelzpunkt des Goldes liegen und die man nachher langsam abkühlen liess. Die oberen Curven in denselben Figuren sind nach Stäben mit gleichem Kohlegehalte genommen, die einem so langdauernden Glühen nicht unterzogen wurden.

Textabbildung Bd. 304, S. 115
Textabbildung Bd. 304, S. 115
Textabbildung Bd. 304, S. 115

Aus diesen Curven geht hervor:

  • 6) dass die Contraction bei D und die Verlängerung bei D' bei langdauerndem Glühen in hoher Temperatur mit darauf folgender langsamer Abkühlung viel kleiner ausfällt. Die Contraction bei D dehnt sich nach langdauerndem Glühen zeitlich länger aus und endet bei Eisen mit 0,1 Proc. Kohlegehalt nicht vor der Abkühlung.
Textabbildung Bd. 304, S. 115
Textabbildung Bd. 304, S. 115
Textabbildung Bd. 304, S. 115

Aus Beobachtungen mit Glas und an der Scala ergibt sich, dass die Contraction bei D und die Verlängerung bei D mit jeder neuen Erhitzung an Grösse abnimmt.16) An einem Stab aus Bofors-Draht mit Kohlegehalt 0,6 Proc. wurde beobachtet, dass die Grösse der Verlängerung bei D', nachdem der Stab 40 mal, jedesmal ein paar Minuten lang, erhitzt wurde und zwischen den einzelnen Erhitzungen langsam abkühlen durfte, nur zwei Fünftel von der nach dem ersten Glühen erreichte. Bei einem Stab aus galvanisch gefälltem Eisen nahm die Grösse der Verlängerung bei D' mit jeder neuen Erhitzung besonders schnell ab und nach der 50 sten konnte keine Spur mehr davon weder bei D noch bei D' bemerkt werden. Das Eisen war nun spröd, mit grobkrystallinischem, glänzendem Bruch und zeigte alle Eigenschaften verbrannten Eisens. Auch bei anderem verbrannten Eisen vermochte der Verfasser ebenso wenig kritische Punkte zu entdecken.

Anomale Längenveränderungen beim Anlaufenlassen gehärteten Stahls.

Die oberen Curven in den Fig. 9, 12, 13 und 14 repräsentiren Längenveränderungen bei nach Erhitzung zu heller Rothglut in kaltem Wasser gehärteten Stäben; die unteren desgleichen bei denselben Stäben, die nach vorheriger Erhitzung langsam sich abkühlten.

Textabbildung Bd. 304, S. 115
Textabbildung Bd. 304, S. 115
Textabbildung Bd. 304, S. 115

Aus diesen und anderen, hier nicht wiedergegebenen Curven geht hervor:

  • 7) dass die Verlängerung auf dem kritischen Punkt D nicht ebenso regelmässig bei gehärteten wie bei ungehärteten Stäben verläuft.

Die Längencurve des gehärteten Stabes zeigt unregelmässige Ausbiegungen, die nach Erhitzung während einiger Secunden eintreten. Bei Stäben mit 0,9 bis 0,7 Proc. Kohlegehalt gibt es zwei solche Ausbiegungen oder kritische Anlaufpunkte, d1 und d2, bei Stäben mit niedrigerem Kohlegehalte einen kritischen Anlaufpunkt d, welcher deutlich hervortritt, wenn der Kohlegehalt 0,6 bis 0,4 Proc. beträgt, und schwächer, wenn er nicht gänzlich fehlt, sobald der Kohlegehalt geringer ist. Beide Anlaufpunkte d und d2 scheinen einander zu entsprechen.

  • 8) Die Contraction bei D beginnt früher beim gehärteten als beim ausgeglühten Stab.

Die Stellung des kritischen Punktes D' zur Härtung des Stahls.

Fig. 15 lässt den Zusammenhang des kritischen Punktes D' mit der Härtbarkeit des Stahls erkennen.

Ein ausgeglühter Stahlstab aus Bofors-Draht mit 0,9 Proc. Kohle wurde in gewöhnlicher Weise erhitzt und mit kaltem |116| Wasser übergossen, während er zwischen den Dilatometerarmen aufgelegt war, einmal unmittelbar vor, das andere Mal gegen Ende der Verlängerung bei D', und dann aufs Neue erhitzt. Die dabei auftretenden Längenphänomene zeigen die Curven 1, 2 und 3. Curve 2 zeigt die charakteristischen Anlaufpunkte gehärteten Stahls, welche bei Curve 3 fehlen; der Stahlstab war somit beim ersten Mal gehärtet, nicht aber bei der zweiten Abkühlung.

Textabbildung Bd. 304, S. 116
Textabbildung Bd. 304, S. 116
Textabbildung Bd. 304, S. 116

Aus diesen und mehreren anderen hier nicht wiedergegebenen Curven erhellt:

  • 9) dass, wenn Stahl Härte annehmen soll, seine Erhitzung dem Punkt D entsprechen und er schnell bei einem Wärmegrad abgekühlt werden muss, der höher liegt als der, bei dem die anomale Längenveränderung bei D' eintritt.

Der Zusammenhang zwischen den anomalen Längenveränderungen bei Eisen und Stahl und den Temperaturveränderungen.

Fig. 16 bis 18 geben einige auf photographischem Wege gleichzeitig bei Bofors-Draht verschiedener Kohlegehalte genommene Längen- und Temperaturcurven. Sämmtliche Temperaturcurven zeigen wie die entsprechenden Längencurven das Vorhandensein kritischer Punkte. Diese kritischen Temperaturpunkte wurden eingehend studirt und dürften einige der gefundenen Resultate von Interesse sein, weil es sich dabei um die Ermittelung des Zusammenhanges der anomalen Längenveränderungen von Stahl und Eisen mit den Temperaturveränderungen handelt. Sie stehen in ganz guter Uebereinstimmung mit den Resultaten, welche Osmond früher erhielt und über die eingangs dieses berichtet wurde.

Bei der Erhitzung der verschiedenen Proben wurde immer bei etwa 750° ein Sinken der Temperatur oder ein Stillstand der Erhitzung wahrgenommen, was schärfer hervortrat, je grösser der Kohlegehalt war. Bei hartem Stahl konnte dies Sinken der Temperatur bis 5° betragen.

Bei der darauf folgenden Abkühlung der Probe wurde bei etwa 660° entweder ein Wiederaufglühen wahrgenommen, welches bei hartem Stahl die Temperatur bis um 20° steigerte, oder eine Unterbrechung der Abkühlung, die bei weichem Eisen nur schwer zu erkennen war. Bei Abkühlung von weichem Stahl und Eisen wurde ausserdem ein anderer Stillstand der Abkühlung bei 710° bezieh. 800° beobachtet.

Bei Vergleichung der in Fig. 16 bis 18 dargestellten Längen- und Temperaturcurven ergibt sich:

  • 10) dass die anomalen Längen- und Temperaturveränderungen gleichzeitig und somit bei ungefähr denselben Wärmegraden einzutreten scheinen. Diese Gleichmässigkeit der Längen- und Temperaturveränderungen erstreckt sich gleichwohl nicht auch auf die Intensität derselben.

Die anomalen Längen Veränderungen sind ja nach dem Vorhergehenden am grössten bei weichem Stahl und ungefähr gleich gross bei hartem Stahl und weichem Eisen; die anomalen Temperaturveränderungen aber haben ihren grössten Werth bei hartem Stahl und er nimmt schnell ab mit abnehmendem Kohlegehalt der Probe. Brinell17) nahm zuerst wahr, dass gehärteter Stahl schneller anläuft als ausgeglühter, und Osmond18) hat in Uebereinstimmung damit gefunden, dass bei gehärtetem Stahl Wärme bei seiner Erhitzung zwischen 200 und 520° frei wird. Dieses Freiwerden von Wärme fand der Verfasser wachsend bei der Erhitzung von 200 bis 350° und dann verlangsamt bei fortgesetzter Erhitzung bis auf etwa 500°.

Aus diesen Wahrnehmungen ergibt sich:

  • 11) dass die früher berührten Anlaufpunkte d1 und d2 von einander getrennten thermischen Punkten nicht entsprechen; dass hingegen Wärme innerhalb des ganzen Temperaturintervalls entbunden wird, in welchem die fraglichen Anlaufpunkte liegen.

Approximative Werthe der Verlängerungscoëfficienten von Stahl und Eisen zwischen 0° und 800° und Grösse der anomalen Längenveränderungen.

In den Fig. 19 bis 22 sind die Längen- und Temperaturcurven bei Draht von Sandviken mit verschiedenen Kohlegehalten graphisch angegeben; dieselben wurden auf folgende Weise erhalten: Bei der Erhitzung und Abkühlung der Stäbe wurde mit dem Glase und an der Scala bei jedem siebenten Secundentick wechselweise die Differenz am Dilatometer und am Galvanometer abgelesen. Bei zwei neuerlichen Erhitzungen wurde die Differenz einmal nur am Dilatometer, das andere Mal nur am Galvanometer festgestellt; die bei diesen Beobachtungen erhaltenen Resultate dienten theils zur Controle, theils zur Ergänzung der Wechsel weisen Dilatometer- und Galvanometerablesungen.

Textabbildung Bd. 304, S. 116
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Die Dilatometerdifferenz wurde behufs Fehlercorrectur beim Dilatometer auf Längeneinheiten reducirt und mit 0,00001 derselben ausgedrückt; die Galvanometerdifferenz wurde in Celsiusgrade umgewandelt.

Einzelne so erhaltene Beobachtungsreihen, ergänzt mit directen Beobachtungen der Grösse der anomalen Längen- und Temperaturveränderungen, sind in den Fig. 19 bis 22 graphisch dargestellt. Die Abscissen bezeichnen dabei die Dauer der Erhitzung und Abkühlung, jeder Theil der Scala ist der Zeitdauer einer Secunde gleichgestellt; die Ordinaten bei den unteren Curven geben die Temperaturen, wobei jeder Scalentheil 10° entspricht, und bei den oberen Längen, wobei jeder Scalentheil 0,00001 der Längeneinheit bedeutet.

Aus den bezüglichen Längen- und Temperaturcurven wurden die Längenveränderungen der verschiedenen Proben für jeden Temperaturintervall von 100° berechnet; die hierbei gefundenen Werthe sind in den Tabellen 1 bis 3 zusammengestellt.

Textabbildung Bd. 304, S. 117

Tabelle 1. Draht von Sandviken mit 0,9 Proc. C.


Grad
Längenveränderung bei der
Erhitzung
Längenveränderung bei der
Abkühlung
0–100 0,00110 0,00110
100–200 0,00225–0,00110 = 0,00115
200–300 0,00340–0,00225 = 0,00115
300–400 0,00465–0,00340 = 0,00125 0,00470–0,00340 = 0,00130
400–500 0,00600–0,00465 = 0,00135 0,00610–0,00470 = 0,00140
500–600 0,00750–0,00600 = 0,00150 0,00765–0,00610 = 0,00155
600–700 0,00910–0,00750 = 0,00160 0,00905–0,00765 = 0,00140
700–800 0,01090–0,00910 = 0,00180 0,01100–0,00905 = 0,00195

Tabelle 2. Draht von Sandviken mit 0,6 Proc. C.


Grad
Längenveränderung bei der
Erhitzung
Längenveränderung bei der
Abkühlung
0–100 0,00115 0,00115
100–200 0,00230–0,00115 = 0,00115
200–300 0,00350–0,00230 = 0,00120 0,00330–0,00210 = 0,00120
300–400 0,00480–0,00350 = 0,00130 0,00455–0,00330 = 0,00125
400–500 0,00620–0,00480 = 0,00140 0,00595–0,00455 = 0,00140
500–600 0,00770–0,00620 = 0,00150 0,00770–0,00595 = 0,00175
600–700 0,00845–0,00770 = 0,00075 0,00805–0,00770 = 0,00035
700–800 0,01015–0,00845 = 0,00170 0,00990–0,00805 = 0,00185

Tabelle 3. Draht von Sandviken mit 0,3 Proc. C.


Grad
Längenveränderung bei der
Erhitzung
Längenveränderung bei der
Abkühlung
0–100 0,00115 0,00115
100–200 0,00230–0,00115 = 0,00115
200–300 0,00350–0,00230 = 0,00120 0,00345–0,00230 = 0,00115
300–400 0,00475–0,00350 = 0,00125 0,00470–0,00345 = 0,00125
400–500 0,00610–0,00475 = 0,00135 0,00610–0,00470 = 0,00140
500–600 0,00760–0,00610 = 0,00150 0,00765–0,00610 = 0,00155
600–700 0,00875–0,00760 = 0,00115 0,00730–0,00765 = – 0,00035
700–800 0,00865–0,00875 = – 0,00010 0,00870–0,00730 = 0,00140

Die in vorstehenden drei Tabellen erhaltenen Werthe der Längen Veränderungen der Proben sind nachstehend zusammengestellt:

Tabelle 4. Draht von Sandviken.


Kohle-
gehalt

Proc.

Verlängerung
bei Erhitzung
von
0 bis 600°

Verlängerung
bei Erhitzung
von
600 bis 800°

Contraction bei
der Abkühlung
von
800 bis 600°
Verlängerung-
coëfficient bei
dem Tempe-
raturintervalle
0 bis 800°19)
0,9 0,00750 0,00340 0,00335 0,0000135
0,6 0,00770 0,00245 0,00220 0,0000125
0,3 0,00760 0,00105 0,00105 0,0000110

Aus Tabelle 4 ergibt sich:

  • 12) dass die Verlängerung der Proben bei einer Erhitzung von 600° auf 800° und die Contraction während ihrer Abkühlung von 800° auf 600° an Grösse mit der Abnahme ihrer Kohlegehalte abnimmt. Die Grösse der Verlängerung bei der Erhitzung von 0° bis auf 600° dagegen scheint ungefähr die gleiche bei den verschiedenen Proben.

Die Längen- und Temperaturcurven in Fig. 19 bis 22 zeigen ferner, bei welchen Temperaturen die anomalen Längenveränderungen eintreten, und geben approximative Werthe für die Grösse der Längenveränderungen per Längeneinheit. Eine Uebersicht hierüber wird nachfolgend gegeben.

Tabelle 5. Draht von Sandviken.

Kohlegehalt
0,9 Proc.
Kohlegehalt
0,6 Proc.
Kohlegehalt
0,3 Proc.
Verlängerung zu D 0,00909 0,00887 0,00898
Grösse d. Contraction
bei D

0,00054

0,00093

0,00056
Temperatur bei D 715–740° 705–720° 705–800°
Zeit für D 17,5 Sec. 16,5 Sec. 46,0 Sec.
Verlängerung zu D' 0,00747 0,00635 0,00730
Grösse der Verlänge-
rung bei D'

0,00087

0,00138

0,00070
Temperatur bei D' 665–660° 650–625° 720–645°
Zeit für D' 9,5 Sec. 13,0 Sec. 16,0 Sec.
Textabbildung Bd. 304, S. 117

Das charakteristische Aussehen der Längencurven der verschiedenen Proben bei den kritischen Punkten D und D' konnte nicht wahrgenommen werden, hauptsächlich wegen der relativ grossen Zeitintervalle zwischen den bezüglichen |118| Ablesungen. Aus der Längencurve des Eisens mit 0,3 Proc. Kohlegehalt dürfte indessen hervorgehen, dass die Contraction bei D, wie vorher gesagt, in zwei Momenten D1 und D2 vor sich ging, von denen der erstere den Temperaturintervall von 705 bis 725°, der letztere den von 740 bis 800° umfasst. Die entsprechende Auftheilung des kritischen Punktes D' konnte dagegen nicht beobachtet werden, dazu wäre eine photographische Wiedergabe der Längen Veränderungen erforderlich gewesen.

Textabbildung Bd. 304, S. 118

Approximative Werthe der Verlängerungscoëfficienten bei gehärtetem Stahl unter dem Temperaturintervoll 1 bis 800°. Lage der kritischen Anlaufpunkte bei gehärtetem Stahl.

Mit Fig. 21 sind Längen- und Temperaturcurven graphisch wiedergegeben für einen Stahlstab aus Sandviken's Draht mit 1,0 Proc. Kohlegehalt, welcher nach Erhitzung auf helle Rothglut in kaltem Wasser gehärtet wurde. Nachfolgend sind die Längenveränderungen des Stabes aus diesen Curven berechnet:

Tabelle 6. Draht von Sandviken mit 1,0 Proc. C. gehärtet.


Grad
Längenveränderung bei der
Erhitzung
Längenveränderung bei der
Abkühlung
0–10 0,00120 0,00120
100–200 0,00160–0,00120 = 0,00040
200–300 0,00250–0,00160 = 0,00090 0,00050+0,00070 = – 0,00120
300–400 0,00340–0,00250 = 0,00090 0,00170–0,00050 = 0,00120
400–500 0,00435–0,00340 = 0,00095 0,00300–0,00170 = 0,00130
500–600 0,00580–0,00345 = 0,00145 0,00450–0,00300 = 0,00155
600–700 0,00730–0,00580 = 0,00150 0,00610–0,00455 = 0,00155
700–800 0,00895–0,00730 = 0,00165 0,00835–0,00610 = 0,00225

Aus dieser Tabelle erhellt:

  • 13) Der Verlängerungscoëfficient ist bei gehärtetem Stahl erheblich kleiner als bei ausgeglühtem Stahl innerhalb eines Temperaturintervalls von 100 bis 500°; sein kleinster Werth liegt in dem Temperaturintervall 100 bis 200°.

Die anomalen Längenveränderungen des gehärteten Stahlstabes, wie sie aus den Curven in Fig. 22 sich ergeben, sind in Grösse und Lage die nachfolgenden:

Tabelle 7. Draht von Sandviken mit 1,0 Proc. C, gehärtet.

d 1 d 2 D D'
Verlängerung zu 0,00160 0,00325 0,00732
Grösse der Zusam-
menziehung oder
Verlängerung bei


0,00008




0,00055


0,00060
Temperatur für 160–200° 400–440° 720–740° 670–675°
Zeit für 3 Sec. 2 Sec. 16,5 Sec. 7 Sec.

Tabellen 8 und 9 geben einen Begriff vom Verlauf der Zusammenziehung eines gehärteten Stahlstabes beim Anlaufen. Sie enthalten gleichzeitige Längen- und Temperaturbestimmungen für gehärtete Stahlstäbe aus Sandviken-Draht mit 1,0 und 0,9 Proc. C, welche wiederholt auf verschiedene Wärmegrade gebracht wurden und zwischen jeder Erhitzung langsam erkalteten.

Tabelle 8. Draht von Sandviken mit 0,9 Proc. C, gehärtet,


Dauer der Erhitzung

Schlusstemperatur
Coefficient der
Zusammenziehung
6 Secunden 110° 0,00007
12 „ 200° 0,00134
13 „ 280° 0,00023
24 „ 395° 0,00082
30 „ 438° 0,00025
36 „ 498° 0,00005
90 „ 784° 0,00031

Tabelle 9. Draht von Sandviken mit 1,0 Proc. C, gehärtet.


Dauer der Erhitzung

Schlusstemperatur
Grösse der
Zusammenziehung
18 Secunden 333° 0,00186
18 „ 279° 0,00001
18 „ 284° 0,00001
18 „ 285° 0,00003
30 „ 479° 0,00121
30 „ 446° 0,00004
30 „ 438° 0,00001
90 „ 782° 0,00037

Aus Tabellen 8 und 9 ergibt sich:

  • 14) Gehärteter Stahl erleidet bei der Erhitzung auf Temperaturen zwischen 150 und 450° und darauffolgender langsamer Abkühlung eine der Schlusstemperatur entsprechende Zusammenziehung.20) Soll der Stab weiter sich zusammenziehen, so ist erneute Erhitzung auf eine höhere Temperatur erforderlich, als die vorhergehende Schlusstemperatur war.21)

Die Bedeutung der experimentalen Resultate.

Brinell's Arbeit über die Textur Veränderungen des Stahls, über welche in der Einleitung hierzu in Kürze berichtet wurde, liefert einen guten Beitrag zur Erklärung der anomalen Längenphänomene, welche vorstehend behandelt wurden.

Die von Brinell beobachteten kritischen Punkte W und v beim Stahl werden von denselben Eigenschaften charakterisirt wie die kritischen Punkte D und D', sowohl |119| in Frage ihres gegenseitigen Zusammenhanges – der kritische Punkt während der Erhitzung tritt bei höherem Wärmegrad auf als der kritische Punkt bei der Abkühlung, und des letzteren Eintreten hängt von dem ersteren ab –, wie in Frage nach der Stellung zu der Härtbarkeit des Stahls, und dürften deshalb mit einander identificirt werden können. Unter dieser Voraussetzung erhalten die anomalen Längen- und Temperaturphänomene, welche die fraglichen Punkte nach Ansicht des Verfassers charakterisiren, die beste oder richtiger die einzig mögliche Erklärung dadurch, dass sie in Zusammenhang gebracht werden mit den anomalen Veränderungen der Textur des Stahls und seiner Kohle, die nach Brinell dieselben Punkte charakterisiren.

Die anomale Zusammenziehung bei D oder W dürfte somit in der Hauptsache auf einer Umgruppirung der Moleküle des Stahls beruhen und das bei der Vernichtung der krystallinischen Textur gleichzeitig eintretende Sinken der Temperatur auf einem Wärmeverbrauch bei dem Uebergang der Cementkohle in Härtungskohle; die anomale Verlängerung bei D' oder v aber auf dem Wiederaufbau der krystallinischen Textur und das Temperatursteigen bei D' auf dem Freiwerden von Wärme in Folge der Umsetzung der Härtungskohle in Cementkohle.

Howe liefert in seiner Arbeit: The Metallurgy of Steel, New York 1892, Bd. 1 Cap. 13, ausführlichen Bericht über die kritischen Punkte des Stahls, der wenigstens in einer Hinsicht mit dem hier gegebenen divergirt; S. 184 spricht er von zwei kritischen Punkten während der Erhitzung des Stahls; der eine tritt bei niedrigerem Wärmegrade ein, entspricht dem Punkt v bei der Abkühlung und wird von anomalen Längen- und Temperaturveränderungen charakterisirt; der andere, W, tritt bei bedeutend höherer Temperatur ein und wird von Textur- und der Aenderung der Kohle charakterisirt. Zu dieser Auslegung vermag sich der Verfasser nicht zu bekennen. Was sollte in diesem Fall die Bedeutung des ersteren, so tief in die physikalischen Eigenschaften des Stahls eingreifenden Punktes sein, wenn mit demselben keine Textur- oder Kohleänderung verbunden wäre, und wie ist es andererseits denkbar, dass Aenderung der Textur und der Kohle des Stahls vor sich gehen kann, ohne dass derselben entsprechende Aenderungen der physikalischen Eigenschaften des Stahls folgen?

Als Erklärung der anomalen Längenphänomene, welche Eisen im Gegensatz zum Stahl charakterisiren, mag am besten eine Vergleichung mit Osmond's thermischen Untersuchungen dienen.

Die beiden kritischen Punkte, von denen Osmond und der Verfasser fanden, dass sie hartes und weniger hartes Eisen sowohl bei der Erhitzung wie bei der Abkühlung charakterisiren, sind mit Leichtigkeit zu identificiren. Dagegen ist es dem Verfasser nicht geglückt, einen dritten kritischen Punkt beim weichen Eisen zu beobachten.

Die bei niedrigeren Wärmegraden eintretenden kritischen Punkte, welche vorher mit D2 und D'1 bezeichnet wurden, entsprechen in thermischer Beziehung den beim Stahl beobachteten Punkten D und D' und stehen, nach Osmond's Erklärung, in Zusammenhang mit Aenderungen des Zustandes der Kohle. Die geringe Zusammenziehung, welche bei D1 beobachtet wurde, dürfte zum Theil auf der Unterbrechung der Schnelligkeit der Erhitzung beim Uebergang der Cementkohle in Härtungskohle beruhen, daneben aber ihre Erklärung im Beginn der Vernichtung der krystallinischen Textur finden, obwohl diese erst in höherer Temperatur, bei D2, ihre Endschaft erreicht.

Die bei höheren Wärmegraden in Erscheinung tretenden kritischen Punkte hält Osmond, wie bereits einleitend hier hervorgehoben wurde, für abhängig von allotropischen Aenderungen im Eisen, und begründet seine Ansicht damit, dass sie mehr individualisirt eintreten, je geringer der Kohlegehalt im Eisen ist.22)

Indessen scheinen die Längenphänomene, welche die Punkte D2 und D'2 charakterisiren, keinerlei solche Individualisirung anzudeuten. Die anomalen Längen Veränderungen treten weder schärfer noch begrenzter hervor, je geringer der Kohlegehalt im Eisen ist, sondern dehnen sich im Gegentheil mit Abnahme des Kohlegehaltes über längere Zeit aus.

In Uebereinstimmung mit der vorher gegebenen Erklärung ist Verfasser der Ansicht, dass diese Punkte in Verbindung mit den Texturänderungen gebracht werden müssen, die beim Eisen, im Gegensatz zum Stahl, nicht im Zusammenhang mit den Aenderungen des Zustandes der Kohle stehen.

Im Anschluss an diese Darstellung mögen einige der vorher erhaltenen Beobachtungsresultate einer Prüfung unterzogen werden.

1)23) Dass die beobachtete Zusammenziehung bei D kleiner ist als die Verlängerung bei D', braucht nicht zu bedeuten, dass die Längenveränderungen, die mit den Texturveränderungen bei Erhitzung und Abkühlung verbunden sind, verschiedene Grösse haben. Die Vernichtung der krystallinischen Textur scheint nicht ebenso schnell stattzufinden und nicht gleichzeitig innerhalb der ganzen Masse, welche sie bildet, woher die mit ihrer Vernichtung verbundene Zusammenziehung nicht auf den Temperaturintervall begrenzt ist, innerhalb dessen die beobachtete Zusammenziehung liegt, obschon sie ausserhalb dieses Intervalls durch die gleichzeitige Verlängerung der Masse verdeckt wird.

5) Wenn die Probe auf einen Wärmegrad gebracht wird, der niedriger steht als D, so geht keine Zerstörung ihrer krystallinischen Textur vor sich und somit ebenso wenig eine Wiederbildung derselben. Die anomale Verlängerung bei D' kann in Folge dessen nicht eintreten. Wenn die Probe lediglich auf einen Wärmegrad gebracht wird, welcher der bei D beobachteten Zusammenziehung entspricht, wird die krystallinische Textur nicht völlig zerstört, in Folge dessen bleibt ein Theil der Krystallisation bei D' unberührt. Die anomale Zusammenziehung fällt mithin in diesem Fall geringer aus als in dem Fall, wenn die Erhitzung bis zu einem Grad getrieben wird, bei dem die gesammte Textur der Vernichtung anheim fällt und somit die gesammte Masse an der Wiederbildung der krystallinischen Textur theilnimmt.

6) Langdauerndes oder wiederholtes Glühen zu hohem Wärmegrad macht bekanntlich das Eisen spröd und gibt ihm grobkrystallinischen Bruch. Nach der Vernichtung der krystallinischen Textur bei D tritt bei fortgesetzter Erhitzung eine neue Krystallbildung ein, die stärker festgehalten wird, je länger die Erhitzung dauert. In gleichem |120| Maass, wie die neugebildeten Krystalle festgehalten werden, bleiben sie auch bei der Abkühlung bestehen; daraus folgt, dass ein Theil der Masse der Texturveränderung entzogen wird, welche bei D und D' eintritt, und dass die Grösse der damit verbundenen Längenveränderungen sich verringert.

Verbranntes Eisen und Stahl zeigen ja gemäss den Untersuchungen des Verfassers keine Spur irgend welcher kritischen Längen Veränderungen.24)

7) Das Vorhandensein deutlich markirter Discontinuitätspunkte in den Verlängerungscurven gehärteten Stahls während der Erhitzung bis zum kritischen Punkt D scheint anzudeuten, dass die Vernichtung der Härtungstextur und die Bildung der Textur, welche ausgeglühtem Stahl eigen ist, nicht continuirlich vor sich gehen, wenigstens nicht unter den Erhitzungsverhältnissen, denen die Proben unterworfen wurden.

Weil die Längen- und Temperaturveränderungen, welche die Punkte D und D' charakterisiren, beim Stahl gleichzeitig eintreten, so können keinerlei Schlüsse über die Rolle daraus gezogen werden, welche Kohle- und Texturveränderungen, jede für sich, bei der Härtung von Stahl spielen.

11) Bei der Erhitzung gehärteten Stahls scheinen innerhalb desselben Temperaturintervalls Texturveränderungen vor sieb zu gehen, wie die Zustandsänderung der Kohle, aber einen im Uebrigen verschiedenen Verlauf zu zeigen. Während die Zustandsveränderung der Kohle, nach den Temperaturcurven zu urtheilen, ziemlich regelrecht innerhalb des fraglichen Temperaturintervalls vor sich zu gehen scheint, ist dagegen die Veränderung der Textur vorzugsweise an gewisse bestimmte Temperaturen gebunden. Indessen müssten die obigen Schlussätze durch genauere und umfassendere Untersuchungen erhärtet werden, um als völlig zuverlässige angesehen werden zu können.

12) Dass der Verlängerungscoëfficient bei der Erhitzung über einen Hitzegrad hinaus, der der beobachteten Zusammenziehung bei D entspricht, bedeutend kleiner ist für weiches Eisen, als für Stahl, dürfte wohl in erster Linie der Einwirkung zugeschrieben werden, welche die markirte Zusammenziehung bei D über die Grenzen der beobachteten hinaus übt, eine Einwirkung, die zu wachsen scheint in gleichem Maasse, wie der Kohlegehalt geringer ist.

14) Wenn gehärteter Stahl schnell erhitzt wird, scheint nur ein der Schlusstemperatur jedesmal entsprechender Theil der Masse auskrystallisiren zu können. Bei wiederholter Erhitzung setzt sich die Krystallbildung nur dann weiter fort, wenn die Erhitzung bis auf einen höheren Grad getrieben wird, als die Schlusstemperatur der vorhergegangenen Erhitzung war. Damit ist natürlich nicht gesagt, dass nicht auch einige Krystallbildung erfolgt bei erneuter Erhitzung bis zur voraufgegangenen Ablöschungstemperatur, sobald dieselbe länger dauert.

Dr. Leo.

Jernkont. annaler, 1896 IV.

|111|

Phil. Mag., Ser. 4 Bd. 6 (1873) S. 472.

|112|

Iron and Steel, Inst. Bd. 45 (1894) S. 107.

|112|

Comptes rendus, 1894 Bd. 119 S. 735. Stahl und Eisen, 1895 S. 459.

|112|

Phil. Mag., Ser. 4 Bd. 46 (1873) S. 472.

|112|

Proc. Roy. Soc., 1877 Bd. 26 S. 127.

|112|

Heim, Untersuchungen über die Gore'sche Phänomene, München 1885.

|112|

American Machinist, 15. Januar 1887.

|112|

Phil. Mag., Bd. 31 (1891) S. 433.

|112|

Comptes rendus, 1889 Bd. 108 S. 1097.

|113|

Bihang t. Vet.-Akad. Hand., 1887 Bd. 13 Afd. 1 Nr. 6.

|113|

Ebenda 1888 Bd. 13 Afd. 1 Nr. 10 S. 9.

|114|

Nachgewiesen von Barrett, Phil. Mag., Ser. 4 Bd. 46 (1873) S. 474.

|114|

Nachgewiesen von Coffin.

|114|

Im Gegensatz zum Verfasser haben Barrett, Phil. Mag., Ser. 4 Bd. 46 (1873) S. 475, und Heim, Untersuchungen über die Gore'schen Phänomene, 1885 S. 31, die anomale Verlängerung während der Abkühlung am stärksten hervortretend gefunden bei hartem Stahl, weniger bei Eisen mit niedrigem Kohlegehalt; bei sehr weichem Eisen blieb sie aus. Bei dem Untersuchungsmaterial, welches dem Verfasser zur Verfügung stand, bewiesen sämmtliche Beobachtungen die Richtigkeit des sub 3 oben Aufgeführten. Ebenso wenig hat der Verfasser weder unter schmiedbarem, noch im Gusseisen oder im galvanisch ausgefällten Eisen, ausgenommen verbranntes Eisen, ein Eisen gefunden, bei dem die kritischen Punkte D und D' deutlich hervortraten.

|115|

Im Gegensatz zum Verfasser findet Heim, a. a. O. S. 34, dass die anormale Verlängerung während der Abkühlung nach wiederholter Erhitzung nur bei Gusseisen, nicht aber bei Stahl abnimmt.

|116|

Angeführte Arbeit S 12.

|116|

Ebenda S. 216.

|117|

Le Chatelier gibt in Comptes rendus, 1889 Bd. 108 S. 1096, einige approximative Werthe für die Verlängerungscoëfficienten des Stahls und weichen Eisens bei einem Temperaturintervalle 0° bis 1000°. Für Stahl fand er α1000° = 0,0000140, für weiches Eisen α1000° = 0,0000145.

|118|

Le Chatelier, Comptes rendus, 1888 Bd. 107 S. 862: Ein 0,1 m langer gehärteter Stahlstab zieht sich nach Erhitzung auf 350° und darauf folgender langsamer Abkühlung 0,285 mm und nach Erhitzung auf 900° und Abkühlung 0,545 mm zusammen. Die von Le Chatelier erhaltenen Werthe der Grösse der Zusammenziehung sind ungefähr 1,5 mal so gross wie die in Tabelle 9 angegebenen. Die Verschiedenheit der Resultate Le Chatelier's und des Verfassers dürfte sich aus der Verschiedenheit der geprobten Materialien erklären lassen.

|118|

Dies ist natürlich nur für die fraglichen Erhitzungsverhältnisse erwiesen, und es ist damit nicht gesagt, dass eine länger dauernde Erhitzung bei der Schlusstemperatur der vorhergehenden Erhitzung ohne Wirkung auf die Zusammenziehung des Stabes bleibt. Nach Rydberg, Anhang zu den Verhandlungen der Akad. der Wiss., 1887 Bd. 13 Abth. I Nr. 6 S. 22, zieht sich ein gehärteter Stahlstab, welcher bei einer constanten Temperatur von 100° erhitzt wird, mit der Zeit continuirlich zusammen, indem er sich einem bestimmten Grenzwerth nähert.

|119|

Angeführte Arbeit S. 206.

|119|

Die nachfolgend vorangestellten Zahlen decken sich mit der früher gegebenen Numerirung der experimentalen Resultate.

|120|

Verbrannter Stahl lässt sich gleichwohl insoweit härten, als die einzelnen Krystalle einen bedeutenden Härtegrad erhalten. Die Härtung kann in diesem Fall in keinen Zusammenhang mit irgend welcher plötzlichen Textlirveränderung gebracht werden, weil die anomalen Längenveränderungen nicht weiter in Erscheinung treten. Beruht dies aber auf einer Aenderung des Zustandes der Kohle, so müssten dieser Zustandsänderung fortfahrend anomale Temperaturveränderungen folgen. Kann man somit kritische Temperaturpunkte beim verbrannten Stahl nachweisen, so hat man damit einen Beweis erbracht, dass die Härtung in erster Reihe abhängig ist von der Zustandsänderung der Kohle; fehlen aber solche kritische Temperaturpunkte, so muss man zugeben, dass die Härtung in diesem Fall lediglich ein Ergebniss des Spannungszustandes ist, welchen die schnelle Abkühlung hervorruft. Leider hat der Verfasser bei Ausführung der experimentalen Untersuchungen die Bedeutung dieser Frage nicht erkannt und bei verbranntem Stahl keine Temperaturbestimmungen gemacht.

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