Titel: Beeinflussung des Flussmetalls durch Zusatz von Aluminium.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1903, Band 318/Miszelle 1 (S. 655–656)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj318/mi318mi41_1

Beeinflussung des Flussmetalls durch Zusatz von Aluminium.

(Auszüglich aus Jern kontorets Annaler 1902, Heft 6 und 7.)

Als klassische Arbeit über die Beeinflussung von Eisen und Stahl durch Zusatz von Aluminium sind die Untersuchungen des bekannten Metallurgen R. A. Hadfield, Sheffield, anzusehen, die derselbe 1890 gelegentlich der Herbstversammlung der Mitglieder des Iron and Steel Institutes in New York vorlegte. Bei diesen Untersuchungen, welche vom rein metallurgischen Standpunkt aus betrachtet, von grösster Bedeutung sind, suchte Hadfield Legierungen möglichst reinen Eisens mit Aluminium zuwege zu bringen, von welch letzterem in gewissen Fällen bis 5,6 v. H. im fertigen Produkte nachzuweisen waren. Von den dabei erzielten Ergebnissen mögen die nachfolgenden hervorgehoben werden: Der Schmelzpunkt wird durch Zusatz von Aluminium nur unbedeutend herabgesetzt und zwar, wie Osmond feststellte, bei 5 v. H. Aluminium im Stahle um etwa 25° C. Die Leichtflüssigkeit des Metalls nimmt merkbar ab, sobald der Aluminiumgehalt 0,5 v. H. übersteigt. Die Schmiedbarkeit der Legierung hört auf bei einem Aluminiumgehalte von 5,6 v. H. und ihre Schweissbarkeit vermindert sich bei Steigerung des Aluminiumgehaltes. Zerreiss- und Biegeproben ergaben, dass die Zähigkeit gross war, so lange der Aluminiumgehalt nicht 1,5 v. H. betrug; bei weiterem Steigen desselben schien eine Abnahme der Zähigkeit einzutreten; Streck- und Bruch grenze, sowie die Härte, erlitten nur geringe Veränderung durch Aluminium. Das Bruchaussehen wurde mit steigendem Aluminiumgehalte gröber.

Zur Erzielung dichteren Gusses genügt nach Hadfield ein Aluminiumzusatz in Höhe von 1 v. H.

Schliesslich mag noch Hadfields Vergleich von Silicium und Aluminium als Zusatz zum Stahl erwähnt werden: beide vergrössern die Dichtigkeit des Materials; sie besitzen ungefähr gleiches Atomgewicht – Al = 27, Si = 28 – und üben ziemlich gleichen kalorimetrischen Effekt aus – Al = 7200, Si = 7830 –. Beide tragen zur Ausscheidung von Kohle in Form von Graphit bei und ausserdem zum Körnigwerden des Bruches, aber Aluminium wirkt in dieser Beziehung stets kräftiger als Silicium, und Hadfield war der Ansicht, dass letzteres mehr zum Rothbruche beitrage, als Aluminium.

Unter den vielen wertvollen Erörterungen im Anschluss an Hadfields Vortrag verdienen besonders die von J. E, Stead und von J. O. Arnold hervorgehoben zu werden. Beide Metallurgen haben durch Versuche nachgewiesen, dass Aluminium von Kohlenoxyd neutralisiert wird; dies ist eine Tatsache, die umsomehr hervorgehoben werden muss, als dies Gas doch wohl eins der kräftigst reduzierenden sein dürfte, welches den Metallurgen zur Verfügung steht. Es ist deshalb auch von grosser Bedeutung, die Veranlassung zu kennen, die, wie bekannt, dazu führt, dass Kohlenoxyd zu den Gasen gehört, die von einem Eisenbade aufgenommen werden und infolgedessen zur Blasenbildung in den Gussblöcken führen.

Ausserdem spricht Stead wie Arnold die Ansicht aus, dass Aluminium eine chemische Verbindung mit dem Eisen eingeht, also mit demselben eine Legierung bildet. Als Grund für seine Ansicht führt Stead aus, dass durch den Aluminiumzusatz das spezifische Gewicht eine Vergrösserung erfährt, derart, dass 77 Raumteile Eisen und 23 Raumteile Aluminium nicht 100, sondern nur 97,3 Raum teile Aluminiumeisen bilden. Ergebnisse anderer Versuche, die Stead mit Tiegelstahl aus einem und demselben Tiegel mit und ohne Aluminiumzusatz durchführte, zeigen im allgemeinen eine nicht unbedeutende Vergrösserung der Dehnbarkeit und Zähigkeit, dagegen eine geringe Abnahme der Festigkeit; bei Prüfung als Federstahl, Schneidzeugstahl u.s.w. sowie gegen plötzliche Stosswirkungen und in bezug auf Widerstandsfähigkeit gegen Aetzung fand Stead meistens keinen wesentlichen Unterschiedin der Beschaffenheit bei beiden Arten mit und ohne Zusatz an Aluminium. Wo ein solcher aber wirklich auftrat, wie z.B. bei Verwendung als Federstahl, sowie in der Widerstandsfähigkeit gegen Stosswirkungen, zeigte sich Stahl mit Aluminiumzusatz überlegen.

Schliesslich weist Stead darauf hin, dass die durch Aluminium vergrösserte Zähigkeit so ansehnlich ist, dass sie auch nach dem Ausziehen zu Draht noch zur Geltung kommt.

Prof. Arnolds Mitteilungen stützten sich auf eine Reihe von Untersuchungen, welche in der technischen Schule in Sheffield zur Ausführung gebracht worden waren und über die später im Iron and Coal Trades Review, Bd. 42, S. 265 f., ausführlich berichtet wurde.

Arnolds Ansichten unterscheiden sich in sehr wesentlichen Punkten von denen Hadfields, welch letzterer im ganzen geringes Vertrauen in die Verwendbarkeit des Aluminiums beim täglichen Betriebe setzt. Arnold ist durch seine Versuche zu dem Schlusse gekommen, dass der Einfluss des Aluminiums auf die Dichtigkeit des Stahles nahezu 20 mal so gross ist, als der des Siliciums. Diese Behauptung wird seitens Hadfield bestritten, der den Unterschied zwischen Aluminium und Silicium in dieser Beziehung nur als ganz unbedeutend erachtet.

Durch Brinells umfassende Untersuchungen der Bedingungen, unter denen dichte Blockgüsse erreicht werden, ist inzwischen klargestellt, dass Arnold in dieser Beziehung recht hat. Brinell fand, dass das Dichtungsvermögen des Aluminiums um 17,3 mal so gross ist, als das des Siliciums.

Nächst Hadfield erhob Prof. John W. Langley, Pittsburg, gewichtige Einwendungen gegen den Wert des Aluminiumzusatzes und zwar in einem Vortrage, den er im Jahre 1901 bei der Herbstversammlung des American Institute of Mining Engineers hielt (Transactions of the American Institute etc. 1901, S. 233).

Langley ist der Ansicht, dass Aluminium als Zusatz in zweierlei Weise wirken kann:

1., zerlegend auf das im flüssigen Metalle befindliche Kohlenoxyd unter Bildung von Tonerde und freier Kohle, die vom Eisen aufgenommen wird und

2., das Lösungsvermögen des Eisens in bezug auf Gase vergrössernd.

Die Zuverlässigkeit seiner Ansicht stützt Langley darauf, dass die Gase, welche keine Verbindung mit dem Aluminium einzugehen vermögen, doch ungehindert entweichen und Blasenbildung herbeiführen müssten, auch wenn das Kohlenoxyd, wie gesagt, durch einen Aluminiumzusatz neutralisiert wird. Im übrigen hat Langley gefunden, dass der zur Verdichtung der Gussblöcke erforderliche Aluminiumzusatz bei weitem nicht so gross zu sein braucht, wie Hadfield annimmt – 0,10 v. H. – sondern dass 0,012 bis 0,050 v. H. in der Regel völlig dazu ausreichen.

Schliesslich berichtet Langley über einen von Mc Murtrie bei der Apollo Steel Co. durchgeführten Versuch, bei Martinschmelzen an Stelle von Mangan Aluminium zuzusetzen. Der Versuch sei besonders günstig ausgefallen, indem er Stahl bester Beschaffenheit auch in bezug auf Bearbeitbarkeit zu dünnem Blech lieferte. Der dabei angewendete Zusatz belief sich auf etwa 0,03 Al. Dieses Ergebnis scheint im schärfsten Gegensatz zu den Beobachtungen von P. C. Gilchrist (Journal of the Iron and Steel Institute 1890, S. 195) zu stehen, nach denen Aluminium keineswegs Rotbruch zu beseitigen oder zu verhindern vermag. Dieser Widerspruch dürfte vielleicht seine Erklärung darin finden, dass Aluminium allerdings etwa im flüssigen Stahl vorhandenes Eisenoxydul zerteilt und somit den von letzterem verursachten Rotbruch beseitigt, nicht aber wie Mangan die vom Schwefelgehalt des Bades veranlasste Rotbrüchigkeit mildert. Vielleicht arbeitete Mc Murtrie mit einer schwefelfreien aber etwas eisenoxydulhaltigen Schmelze, während Gilchrist mit ziemlich schwefelhaltigem Materiale zu tun hatte.

Nach Ledebur (Handbuch der Eisenhüttenkunde, 3. Auflage |656| S. 876) ist das Dichtungsvermögen des Aluminiums so gut wie ausschliesslich abhängig von dessen Zerteilungsvermögen in bezug auf Eisenoxydul. Schon bei geringem Ueberschuss wirkt es schädlich, indem es die Flüssigkeit des Eisens herabdrückt, die Entweichung der Gase erschwert, die Pfeifenbildung in den Blöcken begünstigt und damit dessen Schmiedbarkeit und dessen Schweissbarkeit beeinträchtigt.

Styffe hebt wie Ledebur hervor (Jern kontorets Annalers 1892, S. 275), dass das Dichtungsvermögen des Aluminiums vor eilen Dingen seiner Fähigkeit zuzuschreiben ist, Eisenoxydul und Kohlenoxyd zu zerteilen. Dagegen hält er es kaum für möglich, dass die kleinen Mengen von Aluminium, die zugesetzt werden, und von denen die allermeisten nahezu unmittelbar neutralisiert werden, an sich das Lösungsvermögen des Metalles für die Gase in nennenswertem Masse erhöhen können.

Da Aluminium auf die Gase Wasserstoff und Stickstoff, die vor allen in bezug auf Blasenbildung in Frage kommen, keinen direkten Einfluss auszuüben vermag, so sucht Styffe die Ursache für den günstigen Einfluss dieses Metalles darin, dass das Eisenoxydul an und für sich die Aufnahmefähigkeit des Eisens in bezug auf Gase und die Kraft, dieselben festzuhalten, wesentlich herabdrückt, dass das Eisenbad diese Fähigkeiten aber beim Zusetzen von Aluminium durch Befreiung vom Eisenoxydul wieder erhält. Es dürfte indessen doch zu bezweifeln sein, dass eine solche Erklärung gegenüber den tatsächlichen Verhältnissen stichhaltig ist. Nicht selten kommt Eisen vor, welches vor und während des Abstiches eine gewaltige Gasentwicklung erkennen lässt, ohne dass irgend welche Rotbrüchigkeit an ihm festzustellen war bei einer Probung, welche sofort nach seiner Entnahme aus dem Ofen durchgeführt wurde, als die Gasentwicklung noch nicht begonnen hatte. Aber für die letztere heftige Gasentwicklung dürfte doch wohl kaum das Eisenoxydul verantwortlich zu machen sein, die, wie die Erfahrung lehrt, unmittelbar nach einem geringen Zusätze an Aluminium gänzlich aufhört. Nach derzeitiger Auffassung dürfte die Annahme, dass Aluminium, welches sich tatsächlich sofort im ganzen Eisenbade verteilt bei seiner Zusetzung, und auch ausser seiner zerteilenden Wirkung auf Eisenoxydul und Kohlenoxyd, das Lösungsvermögen des Eisens gegenüber den Gasen in hohem Grade noch vergrössert, obschon ein zurückgebliebener Rest von Aluminiumanalytisch beim Flussmetalle nicht nachgewiesen werden kann, doch dazu am meisten die Veranlassung geben.

Schwedische Untersuchungen über den Einfluss des Aluminiums auf Eisen und Stahl liegen nur von Geijerstam vor (I. K. A. 1893, S. 263). Sie wurden in der Hauptsache an Stahl mit höherem Kohlegehalt ausgeführt. Hierbei lieferten Zug- und besonders Schlagproben für Stahl mit Zusatz von Aluminium äusserst günstige Ergebnisse. Bei so hartem Stahl fand es Geijerstam indessen zur Vermeidung von Pfeifenbildungen nötig, den Aluminiumzusatz mittels Senkbüchsen einzubringen.

Neuere Untersuchungen liegen vor von Brinell und Wahlberg. Eingehende Mitteilungen hierüber finden sich in J. K. A. 1902, Heft 6 und 7. Von ausführlicher Wiedergabe der Ergebnisse muss aus Raummangel Abstand genommen werden. Als hauptsächliches Ergebnis sei mitgeteilt, dass Festigkeitsversuche im Mittel aus hunderten von Proben eine geringe (1-3 v. H.) Steigerung der Festigkeit und Dehnbarkeit durch Aluminiumzusatz ergaben.

Am Schlusse seiner hier auszüglich wiedergegebenen Abhandlung fasst Ingenieur Wahlberg auf Grund seiner älteren und neueren Versuche seine Ansicht über die Wirkung des Aluminiumzusatzes wie folgt zusammen:

1. bei Stahl von ungewöhnlicher Härte sei ein richtig bemessener Aluminiumzusatz von Vorteil, vorausgesetzt, dass Anordnungen zur Vermeidung von Gaspfeifen im Gusse getroffen wären; durch einen solchen Zusatz würden die Dichte und die Homogenität des Blockmaterials vergrössert und die mechanischen Eigenschaften desselben verbessert;

2. bei weichem Stahle könne ein Zusatz von Aluminium ebenfalls von Nutzen sein, es müsse jedoch höchst vorsichtig vorgegangen werden.

Wenn die Frisch- und Abstichtemperatur der schliesslichen Zusammensetzung richtig abgepasst wären, dann dürfte ein Aluminiumzusatz nicht immer zu empfehlen sein, weil dadurch eine Verminderung der Festigkeit, besonders der Biegbarkeit herbeigeführt werden könne. Es dürfe auch nicht übersehen werden, dass man, wenn die Zusammensetzung des Stahlbades Blöcke mit Blasenbildung zwischen Kern und Oberfläche erwarten lasse, durch unangemessenen Aluminiumzusatz Blöcke mit Oberflächenblasenbildung erhalten könne.

Dr. Leo.

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