Titel: Die Härte der Gefügebestandteile des Eisens.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1907, Band 322 (S. 170–172)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj322/ar322061

Die Härte der Gefügebestandteile des Eisens.

Kürzlich wurden in einem besonderen Bande des Journal of the Iron and Steel Institute1) die Forschungsarbeiten der Inhaber des Carnegiestipendiums veröffentlicht. Eine dieser Arbeiten von Boynton befaßt sich mit der Härte der Gefügebestandteile des Eisens. Boynton hat für diese Untersuchungen den Härtemesser von Jaggar gewählt.

Der Apparat2) besteht im wesentlichen aus einem wagerecht angeordneten, um eine wagerechte Achse drehbaren Wagebalken, der eine von einem Schnurlauf gedrehte senkrechte Achse trägt. In das untere Ende dieser Achse ist ein Diamant eingesetzt. Dasjenige Ende des Wagebalkens, an dem sich der Diamant befindet, wird durch Gewichte beschwert. Der zu prüfende Gegenstand wird unter die sich drehende Diamantspitze gebracht, so daß sie sich in seine Oberfläche hineinbohrt. Da der Wagebalken stets mit demselben Gewicht belastet wird, so kann die Anzahl der Umdrehungen des Diamanten, die erforderlich war, um stets die gleiche Bohrtiefe zu erzielen, als Härtemaßstab dienen. Die in den folgenden Tabellen angegebenen Härtezahlen sind also nichts anderes als die zur Erzielung der festgesetzten Bohrtiefe erforderliche Umlaufszahl des Diamanten. Die in den Tabellen angegebenen Zahlen sind das Mittel von mindestens fünf verschiedenen Versuchen. Die Abweichung der einzelnen Werte vom Mittelwert betrug nicht mehr als ± 4,8 v. H. Als Bohrtiefe wurde 1/100 mm festgesetzt. Sie wird mit Hilfe eines wagerecht angeordneten Mikroskops aus der Bewegung des Wagebalkens abgelesen. Der Apparat macht 25 Umläufe in der Minute, die durch ein besonderes Zählwerk gezählt werden. Zum Bohren wird die gut ausgebildete Spitze eines Diamanttetraeders benutzt. Die Belastung der Diamantspitze beträgt 20 gr. Sie hatte sich selbst nach sehr starkem Gebrauch nicht abgenutzt, wie durch Versuche mit stets dem gleichen Probestück und durch sorgfältige Inaugenscheinnahme nachgewiesen wurde.

Untersucht sind die in Tab. 1 aufgeführten Eisensorten. Alle Proben wurden zunächst auf 1000° erhitzt und langsam erkalten gelassen, um den Einfluß der vorausgegangenen Behandlung zu beseitigen und größere Kristalle zu erhalten.

Tabelle 1.

Verzeichnis des Probematerials.

No. Material-
Art
Gehalt n v. H. an
C Si Mn P S
1 Elektrolyt. Eisen 0,0125
2 Schweißeisen 0,025 0,225 0,125 0,216 0,015
3 0,12 0,240 0,350 0,130 0,027
4 Tiegelstahl 0,035 0,090 0,030 0,009 0,007
5 Bessemerstahl 0,065 0,015 0,275 0,102 0,054
6 0,13 0,043 0,460 0,062 0,016
7 0,20 0,031 0,360 0,046 0,040
8 Tiegelstahl 0,35 0,14 0,012 0,012
9 Bessemerstahl 0,45 0,16 0,72 0,075 0,033
10 0,48 0,13 0,33 0,032 0,013
11 Tiegelstahl 0,58 0,09 0,12 0,011 0,025
12 Bessemerstahl 0,68 0,18 0,332 0,042 0,041
13 Tiegelstahl 0,86 0,241 0,193 0,013 0,010
14 0,91 0,19 0,150 0,013 0,013
15 1,24 0,14 0,140 0,010 0,014
16 1,52 0,137 0,210 0,013 0,022
17 1,78 0,19 0,210 0,018 0,020
18 Weißes Roheisen 3,24 0,27 0,050 0,015 0,015
19 Graues Roheisen 4,55 0,50 0,18 0,015 0,011

Tabelle 2.

Härte von Ferrit.

Material: Auf elektrolyt. Wege gewonnenes Eisen. (s. No. 1 Tab. 1.)

Zustand Härtezahl
nicht umgeschmolzen ungeätzt
geätzt
505
502
umgeschmolzen ungeätzt
geätzt
460
463

abgeschreckt bei
850°
1300° in CO2
von – 78,6°
998

982
|171|

Die Versuche begannen mit der Prüfung von Ferrit in Gestalt von elektrolytischem Eisen in dem in Tab. 2 angegebenen Zustande. Die Ergebnisse zeigen, daß Aetzen keinen Einfluß auf die Härtezahl ausübt. Abschrecken dagegen verdoppelt nahezu die Härte des Ferrits.

Im Anschluß hieran wurde der Ferrit in verschiedenen Stahlsorten geprüft, wobei die in Tab. 3 wiedergegebenen Werte erzielt sind. Sie zeigen, daß die Härte

Tabelle 3.

Härte von Ferrit.

Material mit 0,035–0,68 v. H. C.

No.
(s. a. Tab. 1)
Gehalt an
C v. H.

Zustand

Härtezahl
4 0,035 Erhitzt auf 1000°, langsam ab-
gekühlt
478
5 0,065 desgl. 954
6 0,13 desgl. 678
6 0,13 2 Std. bei 1000° geglüht, langsam
abgekühlt
598
7 0,20 Erhitzt auf 1000°, langsam ab-
gekühlt
538
8 0,35 desgl. 595
9 0,45 desgl. 612
10 0,48 desgl. 607
12 0,68 desgl. 660
5 0,065 Abgeschreckt bei 850° 1237
6 0,13 Abgeschreckt bei 1000° 2309

des Ferrit durch längeres Glühen (Material No. 6) herabgesetzt wird und – mit Ausnahme des Materials No. 5, das eine auffällige Abweichung zeigt – mit wachsendem Kohlenstoffgehalt etwas zunimmt. Dies unterstützt nach der Ansicht von Boynton die von Benedicks ausgesprochene Vermutung, daß der Ferrit Kohlenstoff gelöst enthält und zwar um so mehr, je höher der Kohlenstoffgehalt des Materials ist.

Bei der abgeschreckten Probe der Sorte 6 in Tab. 3 glaubt Boynton noch Ferrit gefunden zu haben. Bei der gewählten Abschreckwärme von 1000° ist dies aber ausgeschlossen; es liegt bereits Martensit vor.

Im Schweißeisen zeigte Ferrit die in Tab. 4 angegebenen Härtezahlen. Bei Material No. 2 ist im Anlieferzustand noch die durch die Bearbeitung gesteigerte

Tabelle 4.

Härte von Ferrit.

Material: Schweißeisen.


No.
Gehalt an
C v. H.

Zustand

Härtezahl
2 0,025 Anlieferzustand
2 Std. bei 900° geglüht
1557
798
3 0,12 Erhitzt auf 900°
2 Std. bei 900° geglüht
909
686

Härte des Ferrits zu erkennen. Längeres Glühen setzt auch bei Schweißeisen die Härte des Ferrits wesentlich herab.

Die Härte des Ferrit ist sowohl im Flußeisen (Tab. 3) als auch im Schweißeisen (Tab. 4) höher als im elektrolytischen Eisen (Tab. 2), was durch den Kohlenstoffgehalt der beiden ersteren Eisensorten bedingt sein dürfte (vergl. die Hypothese von Benedicks).

Die Härte des Perlit nimmt mit wachsendem Kohlenstoffgehalt zu, wie Tab. 5 erkennen läßt. Bei Proben

Tabelle 5.

Härte von Perlit.

Material
No.
Gehalt an
C v. H.
Zustand Härtezahl
7 0,20 Erhitzt auf 1000°, langsam
abgekühlt
842
8 0,35 desgl. 1745
9 0,45 desgl. 1957
10 0,48 desgl. 2046
11 0,58 desgl. 2090
12 0,68 desgl. 2147
13 0,86 desgl. 3129
14 0,91 desgl. 3994
15 1,24 desgl. 4109
16 1,52 desgl. 4711
19 4,55 desgl. 2152

mit weniger als 0,2 v. H. Kohlenstoffgehalt ließen sich nicht genügend große Perlitanhäufungen erzielen, um die Härteprüfung ausführen zu können.

Die für Ferrit und Perlit bei verschiedenem Kohlenstoffgehalt des Eisens erhaltenen Härtezahlen sind in dem Schaubilde Fig. 1 dargestellt. Alle Proben, deren Härte in diesem Schaubild angegeben ist, waren bis auf 1000° erhitzt und langsam im Ofen abgekühlt.

Textabbildung Bd. 322, S. 171

Sorbit zeigte die in Tab. 6 wiedergegebenen Härtezahlen.

Die Härte von Martensit nimmt stark mit steigendem Kohlenstoffgehalt zu (s. Tab. 7).

Tabelle 6.

Härte von Sorbit.

Material
No.
Gehalt an
C v. H.
Zustand Härtezahl
10 0,48 Erhitzt auf 1000°, an der Luft
abgekühlt
3694
11 0,58 desgl. 3729

Tabelle 7.

Härte von Martensit.

Material
No.
Gehalt an
C v. H.

Zustand

Härtezahl
7 0,20 Abgeschreckt bei 850° 17896
8 0,35 desgl. 54486
11 0,58 desgl. 104987
13 0,86 desgl. 110559
15 1,24 desgl. 116560
16 1,52 desgl. 120330

Die Härte des Austenit, die nach Kourbatoff sehr schwankt, konnte nicht genügend sicher festgestellt werden, |172| da es schwierig war, hinreichend große Austenitansammlungen zu erhalten. Die Proben, deren Härte in Tab. 8 wiedergegeben ist, wurden bei 1300° in einer Lösung von fester Kohlensäure in Alkohol (– 78,6°) abgeschreckt.

Tabelle 8.

Härte von Austenit.

Material
No.
Gewalt an
C v. H.

Zustand

Härtezahl
17 1,78 Bei 1300° abgeschreckt 53117
18 3,24 desgl. 47591

Cementkristalle von hinreichender Größe für die Härteprüfung konnten nur bei einem Material gefunden werden und ergaben eine etwas größere Härte als Martensit.

Tabelle 9.

Härte von Cementit

Material
No.
Gehalt an
C v. H.

Zustand

Härtezahl
18 3,24 Erhitzt auf 1000°, langsam im
Ofen abgekühlt
125480

Bei weiteren Versuchen wurden Stahlstangen nur an seinem Ende bis zur Weißglut erhitzt und abgeschreckt und dann wurde an verschiedenen Stellen die Härte gemessen. Benutzt wurde der Tiegelstahl No. 11 (Tab. 1) mit 0,58 v. H. C. Die erhaltenen Werte sind in Tab. 10 zusammengestellt und zwar beginnend mit dem nicht erhitzten Ende des Stabes.

Tabelle 10.

Gefüge Härtezahl
Perlit + Ferrit 2055
Sorbitischer Perlit, wenig Ferrit 2540
Sorbit, wenig Ferrit 7310
Sorbit 15470
Sorbit + Troostit 24655
Troostit + Martensit 40564
Martensit 104987

Setzt man die Härte des Perlit = 1, so ergibt sich aus Tab. 10, also für ein Material mit 0,58 v. H. C, in runden Zahlen folgendes Verhältnis für die Härte der übrigen Gefügebestandteile:

Tabelle 11.

Vergleich der Härte der verschiedenen Gefügebestandteile.

Gefügebestandteil Härtezahl Verhältnis
Perlit 2000 1
Sorbit 2000–25000 1–12,5
Troostit 40000 20
Martensit 105000 52,5

Die für Sorbit, Martensit, Austenit, Cementit und Troostit erhaltenen Werte sind in Fig. 2 zusammengestellt.

Um die Abnahme der Härte durch Anlassen festzustellen3), wurde dasselbe Stück Tiegelstahl No. 13 mit 0,86 v. H. C auf 850° erhitzt, in kaltem Wasser abgeschreckt, dann stufenweise auf die in Tab. 12 angegebenen Wärmegrade erhitzt und nur langsam abgekühlt. Bis zur Erwärmung auf 450° zeigt sich nur langsame und allmähliche Abnahme der Härte, bei Erwärmung auf 500° aber ein jäher Härteabfall. Ein zweites abgeschrecktes Stück des gleichen Materials wurde ohne Zwischenstufen bis auf 500° erhitzt und ergab die Härtezahl 9170. Die Ergebnisse sind schaubildlich in Fig. 3 zusammengestellt.

Textabbildung Bd. 322, S. 172
Textabbildung Bd. 322, S. 172

Tabelle 12.

Anlaßwärmestufe Härtezahl
Nicht angelassen 110559
100° 107890
150° 105515
200° 102925
250° 100680
300° 97054
350° 93788
400° 81940
450° 64170
500° 9205
550° 1897
600° 1926
650° 1961
700° 1930
750° 1974
800° 2118

Zum Schluß sei darauf hingewiesen, daß es nicht ausgeschlossen ist, daß Si-, Mn-, P- und S-Gehalt einen wesentlichen Einfluß auf die Härte der Gefügebestandteile des Eisens ausüben. Wie groß dieser Einfluß ist, wurde bei den Versuchen von Boynton nicht festgestellt.

E. Preuß.

|170|

1906, Bd. II.

|170|

American Journal of Science 1897, S. 399.

|172|

In abgeschrecktem Zustande besteht das Gefüge aus Martensit, der durch das Anlassen bei wachsender Erhitzung allmählich in Troostit und Sorbit und schließlich in Perlit übergeht.

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