Читать книгу Die Geschichte des Eisens, Band 5: Das 18. Jahrhundert, Teil 1 - Dr. Ludwig Beck - Страница 8

Im Jahre 1704 schmolz Homberg kleine Stücke Schmiedeeisen mit einem Brennspiegel. Es bildete sich eine pechartige Schlacke und ein weißes löcheriges „Gusseisen“. Das Eisen verhielt sich dabei verschieden von den übrigen Metallen, welche allmählich in ihrer ganzen Masse schmolzen, während sich bei dem Eisen zuerst eine schwarze pechartige Masse auf der Oberfläche bildete. Brachte man diese mit Kohle in Berührung, so fand Funkensprühen und Aufschäumen statt.

Einen ähnlichen Versuch machte der ältere Geoffroy mit Eisenoxiden, und Reaumur benutzt denselben zu seiner Theorie des Vorganges im Hochofen, dessen wichtigster Teil darin bestehe, dass das „trockene“, denaturierte Eisen, fer dépouillé, durch die Berührung mit der Kohle die öligen Teile aus dieser aufnehme und dadurch in metallisches Gusseisen verwandelt werde. Er berichtet, Geoffroy habe seine Versuche mit dem großen Brennspiegel des Herzogs von Orleans gemacht. Er habe verschiedene Eisenrostarten genommen, teils den, welcher durch die Feuchtigkeit an der Luft erzeugt war, teils das im Feuer entstandene und gut ausgeglühte caput mortuum. Diese Materien habe er in den Brennpunkt des Spiegels gebracht, wobei er ihnen zuerst einen Sandstein zur Unterlage gegeben habe. Sie seien geschmolzen wie Öl und hätten nach dem Erkalten eine metallische zerreibliche Masse gebildet. Dann habe er dieselben Stoffe, sowie auch das erhaltene Schmelzprodukt, auf einer Kohlenunterlage dem Fokus des Brennspiegels ausgesetzt. Sie seien ebenso geschmolzen, wie im ersten Falle. Nachdem man sie aber herausgenommen und untersucht habe, hätte man wirkliches Metall, geschmolzenes Eisen, gefunden. Auch Geoffroy erklärt dies daher, dass die Eisenerde sich mit der fetten Materie der Kohlen verbunden habe und dadurch das Metall entstanden sei. Ebenso zeigte es sich, dass, wenn man Eisen oder Stahl auf einer Unterlage von Sandstein vor dem Brennspiegel schmolz, das flüssige Produkt nach dem Erkalten nur noch eine metallische Masse war. Schmolz man es aber auf einer Unterlage von Kohlen, so warf das geschmolzene Eisen lebhaft Funken und diese Funken sind nichts anderes als kleine Kügelchen von Gusseisen. Indem das Eisen das Öl aus der Kohle aufnimmt, dehnt es sich aus und stößt die kleinen Kügelchen fort. Ähnliches geschieht im Hochofen, wo das Erz in dem oberen Teile des Gestelles in Berührung mit der Kohle die öligen Teile desselben einsaugt und mit fetter Materie durchdrungen vor die Form gelangt.

Reaumur ist in seinen verschiedenen Abhandlungen sehr eingehend auf die physikalischen Eigenschaften des Eisens eingegangen. Er hat dieselben zuerst in wissenschaftlicher Weise behandelt. Über das Gefüge (Textur, Struktur) und die Härte namentlich des Stahles, hat er sehr genaue Beschreibungen in seinen klassischen Abhandlungen „Die Kunst, Schmiedeeisen in Stahl zu verwandeln“ und „Die Kunst, gegossenes Eisen zu erweichen“ gegeben. Bei dem Roheisen unterscheidet er weißes, graues und halbiertes (fonte truitée) Forelleneisen, welcher Name aus der Champagne stammt). Das weiße Eisen galt ihm als das reinere Eisen, was ihm dadurch erwiesen schien, dass es beim Verfrischen weniger Abbrand gab. Das graue war ihm ein unvollkommen ausgeschmolzenes Roheisen. Er unterscheidet strahliges und dichtes weißes Eisen, welches letztere unter dem Mikroskop ein feinkörniges Gefüge zeige. Graues Eisen ist unter dem Mikroskop schwammig und erscheint wie ein Flechtwerk. Nach der Farbe unterscheidet er grau, braun und schwarz; je dunkler, je weicher ist das Roheisen. Bei dem Schmiedeeisen unterscheidet er hauptsächlich sehnigen, körnigen und blätterigen Bruch. Diese Einteilung genügt ihm aber nicht, er stellt vielmehr sieben Gruppen auf. Wir werden bei der Zementstahlfabrikation auf diese Einteilung näher zu sprechen kommen. Wir erwähnen hier nur noch, dass Reaumur, welcher zuerst das Mikroskop zur Untersuchung des Gefüges anwendete, auch der erste war, welcher genaue Zeichnungen der Bruchflächen gemacht und dieselben in Kupferstichen dargestellt hat.

Er schildert genau die physikalischen Unterschiede zwischen Eisen und Stahl, als deren wichtigsten er die Härtbarkeit des Stahls hervorhebt. Er berichtet ferner, dass Stahl leichter Hitze annehme, sich rascher erhitze, als Schmiedeeisen, und dass er die Anlauffarben deutlicher und in rascher Aufeinanderfolge zeige. Über die Eigenschaften des Stahls und dessen Härtung lässt er sich ausführlich aus.

Er erwähnt als äußere Fehler die Kantenrisse; als Fehler, die man im Bruche erkennt, Eisenadern, ungleiches Korn, glänzende Blättchen mit dunklem Korn vermischt u. s. w. Die beste Probe gewährt aber das Schweißen. Eine gute Schweißnaht muss beim Durchhauen kaum erkennbar sein. Brummt der schweißwarme Stahl im Feuer, so lässt er sich schlecht schmieden; ebenso, wenn er beim Umbiegen Risse bekommt. Auf die Rosen auf der Bruchfläche, worauf die Händler so viel Wert legten, gibt er wenig. Ist ein Stahl frei von Flecken, Rissen, und zeigt er keine Adern oder Schuppen von Eisen im Bruch und ist er gut zu bearbeiten, so sind es drei Dinge, nach denen man ihn schätzt, sein Korn, seine Härte und sein Körper.

Unter „Körper“ versteht man den Widerstand, welchen der gehärtete Stahl gegen Schlag und Stoß bekundet.

Will man das Korn verschiedener Stahlsorten vergleichen, so muss der Bruch unter den gleichen Umständen hervorgebracht, namentlich muss die Härtung bei gleicher Hitze erfolgt sein. Das Korn des Stahles wird bei der Härtung gröber, und zwar umso mehr, je heißer er abgelöscht wird. Erhitzt man einen Stahlstab an einem Ende und bricht ihn dann in kurzen gleichen Abständen, so kann man deutlich die Verschiedenheit des Korns und die Zunahme der Feinheit desselben mit dem Abstande von dem erhitzten Ende wahrnehmen. Da es aber außerordentlich schwer ist, bei der Vergleichung von zwei Stahlstücken die Bruchflächen von gleich erhitzten Stellen zu erhalten, so ist es besser, die Stahlstücke ihrer ganzen Länge nach zu brechen. Dies geschieht nach Reaumur am besten dadurch, dass man die betreffenden Stahlstücke mit einem entsprechenden Stück weichem Eisen zusammenschweißt. Nachdem man es gehärtet hat, spaltet man das weiche Eisen der Länge nach durch, haut den Stahl ein wenig ein und bricht ihn dann leicht in seiner ganzen Länge. Der Bruch lässt die am stärksten erhitzte Stelle durch das gröbere Korn erkennen und die Vergleichung ist weit sicherer. Außerdem kann man das Korn mit dem Korn von Stahlstücken verschiedener Härte, aus denen man sich eine Skala bildet, vergleichen. Man kann nach der erhaltenen Hitze folgende Gruppen unterscheiden: 1. grobes Korn, weiß und glänzend auf der ganzen Fläche; 2. gemischtes Korn aus weißen glänzenden und aus dunklen Körnern, wobei die glänzenden Körner nicht so groß sind wie bei 1.; 3. feines, dunkles, nicht graues Korn; 4. groberes, dunkles Korn, dasselbe ist nicht so dunkel wie bei 3. und mehr verschwommen. Dieser Bruch zeigt sich besonders, wenn der Stahl bei der Härtung nicht genügend erhitzt war; er kommt also eigentlich nicht in Betracht. Die Grenzen zwischen diesen Gruppen sind nicht scharf. Zur Beobachtung bedient man sich am besten einer Lupe.

Bei der Vergleichung in Bezug auf die Härte ist zu berücksichtigen, dass in der Regel der Stahl um so härter wird, je heißer er abgelöscht wird. Auch hier müssen die gleichen Bedingungen, wie gleicher Querschnitt und gleiche Hitze bei der Härtung vorausgesetzt werden. Zur Ermittlung der Härte bedienen sich die Arbeiter der Feile und unterscheiden einfach Stahl, der von der Feile angegriffen wird, und solchen, der nicht angegriffen wird. Reaumur hebt mit Recht hervor, dass dieses Mittel ganz ungenügend sei, weil die Feilen selbst von sehr verschiedener Härte seien, es außerdem aber noch eine Reihe von unterscheidbaren Härtegraden, und zwar gerade bei den feinsten Stahlsorten gäbe, welche von der Feile nicht angegriffen würden. Deshalb schlägt er eine Härteskala vor, ähnlich derjenigen, welche man später bei der Mineralogie in Anwendung gebracht hat, nur dass seine Skala aus lauter harten Körpern besteht. Sie beginnt 1. mit Glas, das noch von der Feile angegriffen wird, 2. weichster Bergkristall (? vielleicht Chalcedon), 3. durchscheinender, harter Kiesel (von Medoc), 4. Agat (von Perpignan), 5. orientalischer Jaspis, 6. orientalischer Topas, oder statt dessen Korund, und 7. Diamant.

Mit diesen Härtemitteln ritzt man die Fläche des Stahls nahe der Bruchstelle und bestimmt die Grenzen. Für feine Werkzeuge wird die Agathärte entsprechen, ausnehmend harte Geräte bedürfen Stahl von Topashärte.

Am umständlichsten ist es, die dritte Eigenschaft, den „Körper“ des Stahls, d. h. seine Festigkeit bei gleicher Härte, zu bestimmen. Auch hier beweist Reaumur wieder seine Gründlichkeit und seine Erfindungsgabe, indem er Mittel zur Bestimmung der Festigkeit in Vorschlag bringt, die erst viel später Anerkennung und Anwendung gefunden haben. Festigkeitsvergleiche lassen sich, wie er angibt, nur bei absolut gleichen Querschnitten erreichen und diese sind nur zu erhalten, wenn man den zu prüfenden Draht durch dasselbe Zieheisen zu Draht auszieht. Statt die zu prüfenden Drahtstücke im offenen Feuer zu erhitzen, was unsicher ist und eine Änderung des Stahles bewirken kann, bedient sich Reaumur flüssiger Metallbäder von geschmolzenem Blei, Zinn oder Gusseisen, in welche die Probestäbchen gleichzeitig und gleichlang eingetaucht werden.

Ist dies geschehen, so bestimmt er den Zerreißungspunkt. Statt der Gewichte bedient er sich hierfür des Apparates Fig. 1. Der Draht, dessen eines Ende in einen kleinen Schraubstock eingespannt ist, wird von einer Gabel gefasst, deren Stiel ein Schraubengewinde besitzt. Durch die Drehung der Gabel wird der Stahl bis zur Elastizitätsgrenze und bis zum Zerreißen gespannt. Das Maß dieser Spannung wird an einem Maßstabe, über den sich die Gabel hinbewegt, abgelesen. Mit diesem Apparat hätte Reaumur ganz wohl Werte für die absolute Festigkeit ermitteln können, während er sich nur auf vergleichende Zerreißversuche beschränkte. Eine andere Probe zu demselben Zwecke besteht darin, dass man den Stahl als Meißel ausschmiedet, ihm eine bestimmte Härtung gibt und dann an einem Stahlstab, den man nur am Ende erhitzt und dann gehärtet hat, in bestimmten abgemessenen Abständen von diesem Ende die Tiefe und Schärfe der Einschnitte bei gleich starkem Hieb, welcher durch ein herabfallendes Gewicht bewirkt werden kann, beobachtet. „Dies ist ein einfaches, zweckmäßiges Verfahren, um zu sehen, ob der Stahl „gut steht“.“

Die Härtefähigkeit ist die Eigenschaft, welche dem Stahl seinen Hauptwert gibt. Reaumur hat zahlreiche Versuche darüber angestellt. Erhitzt man den Stahl, so wird er ausgedehnt, löscht man ihn plötzlich in kaltem Wasser ab, so behält er diese Ausdehnung. Sein Korn erscheint größer, weil die Zwischenräume zwischen den Molekülen sich erweitert haben. Man sollte nun glauben, dass der Stahl dadurch weicher geworden sei, dass eine Feile leichter eindringen könnte, aber das Gegenteil ist der Fall, er ist viel härter geworden, die Feile greift ihn nicht mehr an. Reaumurs geistreiche Erklärung dieser Erscheinung beruht auf seiner Theorie der chemischen Zusammensetzung von Eisen und Stahl, die wir bei der Chemie des Eisens bereits auseinandergesetzt haben. Dass der gehärtete Stahl ein größeres Volumen einnimmt als der weiche, lässt sich leicht beweisen. Ein gehärtetes Stück Stahldraht geht nicht mehr durch das Ziehloch, welches er zuvor im ungehärteten Zustande passiert hat. Reaumur hat diese Volumenvermehrung durch genaue Versuche gemessen und die lineare Ausdehnung zu 1/145, die körperliche Ausdehnung zu 1/48 ermittelt. Er hat durch interessante Versuche festgestellt, dass eine Gewichtsänderung hierbei nicht eintrat, dass also weder ein Stoff hinzugetreten noch ausgetreten ist: also kann die wunderbare Erscheinung, dass der durch die Hitze ausgedehnte Stahl durch das Ablöschen hart wird, nur auf einer inneren Veränderung, einer anderen Lagerung der kleinsten Teile der Moleküle, beruhen. Um dies zu ermitteln, hat Reaumur mikroskopische Untersuchungen angestellt, und hat dadurch zuerst das Mikroskop zur Untersuchung des Eisens in Anwendung gebracht. Diese Untersuchungen bestärkten ihn in seiner Hypothese, dass gewisse Verbindungen flüchtiger Stoffe sich in die Hohlräume zwischen den Molekülen des Eisens einlagerten. Die Einsatzhärtung, welche nur eine Oberflächenhärtung, durch Zufuhr flüchtiger (schweflig-salziger) Stoffe bezwecke, bestätigt nach seiner Meinung seine Theorie. Während aber durch das Ablöschen des erhitzten Stahles die Härte sich sehr gesteigert hat, sei seine Festigkeit, entsprechend seinem lockeren Zustande, geringer geworden: gehärteter Stahl zerreiße bei geringerer Kraft als ungehärteter. Die Härte stehe also in keinem unmittelbaren Zusammenhange mit der Festigkeit. Durch die Ausdehnung beim Erhitzen und die darauf folgende Härtung ist die Berührung der Moleküle eine geringere, beziehungsweise der Abstand derselben ein größerer geworden, und daraus erklärt Reaumur die Abnahme der Festigkeit; die Tatsache selbst stellte er durch Versuche fest, welche einen beträchtlichen Unterschied der Festigkeit bei dem gehärteten und bei dem ungehärteten Stahl ergaben.

Die Härte wächst mit dem Grade der Hitze bei der Härtung, dies hat aber seine Grenze, überhitzter Stahl wird wieder weicher. Dies erklärt sich leicht aus der angegebenen Theorie, denn die Überhitzung tritt ein, wenn die schweflig-salzige Materie, welche die Zwischenräume der Moleküle ausgefüllt hatte, anfängt, sich zu verflüchtigen. Dass der gehärtete Stahl durch Erhitzen und langsames Abkühlen wieder weich wird, erklärt sich nach Reaumurs Hypothese einfach daraus, dass hierbei die schweflig-salzige Materie wieder in ihre ursprüngliche Verbindung mit dem Eisen zurückkehrt. Auch das erhitzte Eisen wird durch das Ablöschen in kaltem Wasser härter, wenn auch nur in geringem Grade. Stahl erhitzt sich leichter als Eisen; und derselbe Hitzegrad dehnt den Stahl mehr aus als das Eisen; und das durch die Hitze ausgedehnte Eisen kehrt im Gegensatz zum Stahl nahezu vollständig wieder in sein ursprüngliches Volum zurück.

Die Härtung des Stahls beruht stets auf der raschen Abkühlung desselben. Dies kann aber unter sehr verschiedenen Umständen geschehen. Der Stahl kann mehr oder weniger heiß sein, aber auch die Flüssigkeit, in der er abgelöscht wird, kann wärmer oder kälter sein. Die Wirkung hängt hauptsächlich von der Temperaturdifferenz ab. Heißer Stahl in heißem Wasser gelöscht, verhält sich wie ein weniger heißer Stahl in kaltem Wasser gelöscht.

Die Hitzegrade beginnen für das Auge mit dunkelrot, gehen durch rotbraun, rot, kirschrot, gelb bis zu weiß. Die erste allgemeine Regel ist, das Korn des Stahles wird umso größer, je heißer er abgelöscht wird; die zweite, der Stahl wird umso härter, je heißer er abgelöscht wird, natürlich beides nur bis zur Grenze der Überhitzung. Eine dritte Regel ist, je feinkörniger der Stahl ist, je härter wird er bei gleicher Temperatur. Man härtet also feinere Stahlsorten bei niedrigerer Temperatur, als groben, wenn man ihn nicht härter haben will. Im allgemeinen muss man groben Stahl bei höherer Hitze, über Kirschrotglut, härten. Man soll aber nie den Stahl heißer machen, als für den Zweck erforderlich ist, denn man beeinträchtigt dadurch seine Güte; daraus folgt die praktische Regel, dass der Stahlschmied den Löschtrog gleich bei dem Feuer zur Hand haben muss.

Das Wasser ist aber nicht das einzige Löschmittel bei der Stahlhärtung, man kann jeden Stoff dazu verwenden, der den Stahl abkühlt. Man härtet feine Spitzen, indem man sie in ein Stück festes Blei einsticht. Andere Metalle, wie Zinn, Wismut und Antimon, können demselben Zwecke dienen. Als ein besonders wirksames Härtemittel fand Reaumur das Quecksilber. Trotz seines viel größeren spezifischen Gewichtes erhitzte sich ein gleiches Volum Quecksilber beim Löschen eines gleichen Stückes Stahl viel mehr als Wasser. (Infolge der verschiedenen spezifischen Wärme.)

Der in Quecksilber gehärtete Stahl zeigt größeres Korn als der in Wasser gelöschte. Nicht alle Wasser verhalten sich gleich. Manche genießen besonderen Ruf dafür, den Stahl besser zu härten, wie dies schon im Altertume der Fall war. Es sind dies wohl sehr reine Wasser, denn aufgelöste Salze beeinträchtigen die Härtung. Dies ist auch gewiss der Grund, warum man dem Tau von jeher eine besondere Kraft der Stahlhärtung zugeschrieben hat. Ferner ist der Essig ein gutes Härtemittel. Mit Rübensaft, der in den alten Geheimmitteln eine große Rolle spielt, erzielte Reaumur keinen Erfolg, wohl aber mit Scheidewasser. Alle fettigen Stoffe, wie Talg, Öl, Terpentin, alle Harze, Weingeist, kurz, alle Substanzen, welche sich entzünden oder zersetzen, löschen den Stahl langsamer als Wasser. Man benutzt dies bei Gegenständen, die man nicht zu rasch abkühlen darf, damit sie nicht springen oder sich werfen. Um einen bestimmten Härtegrad zu erreichen, bedient man sich der Anlauffarben, die bei ganz bestimmten Temperaturen entstehen. Alle diese Punkte behandelt Reaumur mit großer Gründlichkeit und können wir hier nur darauf verweisen.

Reaumur stellte in seiner Abhandlung über schmiedbaren Guss die Behauptung auf, weißes Roheisen sei ein reinerer Stoff als graues Roheisen; die graue Farbe rühre daher, dass dem Eisen noch erdige Substanz beigemengt sei. Die Schweden — zunächst Swedenborg — waren umgekehrt geneigt, das graue Eisen für reiner zu halten, weil es ihnen das beste Schmiedeeisen gab. Jars führt in seiner metallurgischen Reise aus, dass die Farbe und Textur nicht immer über die größere oder geringere Reinheit des Roheisens entscheide. Er schmolz dasselbe graue Roheisen unter denselben Bedingungen ein und ließ dann das eine rasch, das andere langsam erkalten. Das Eisen in dem einen zeigte sich weiß, in dem anderen grau, obgleich es derselbe Stoff war. Jars geht aber zu weit, wenn er daraus den Schluss zieht, weißes Eisen entstehe immer durch rasche Abkühlung von grauem Eisen. Rinman hat vielmehr nachgewiesen und durch Versuche festgestellt, dass weißes Eisen, welches aus schlecht gerösteten rohen, oder rotbrüchigen Erzen erblasen ist, sich nie durch langsames Abkühlen in graues, gares oder weiches Eisen umwandeln lasse.

Auffallend wenig hat Reaumur das verschiedene spezifische Gewicht der Eisensorten beachtet und untersucht. Dagegen gibt Swedenborg das normale Gewicht von Eisen zu Regenwasser auf 7,817 an, verzeichnet aber zugleich folgende von ihm ermittelte abweichende Zahlen: 7,645, 7,914, 8,000, 8,166.

Die ersten Ermittlungen über das spezifische Gewicht der Metalle hatte Robert Boyle im Jahre 1675 angestellt.

Eingehend hatte alsdann Musschenbroek diese Frage studiert. Er machte eine erstaunliche Zahl von Gewichtsbestimmungen.

Für Stahl und Eisen fand er folgende Zahlen:

Sehr guter, weicher Stahl 7,7679

Derselbe, lange geschmiedet 7,8955

Derselbe, weich 7,738

Derselbe, sehr hart 7,704

Derselbe, elastisch 7,809

Osemund 7,7633

Do. weicher 7,6000

Do. lange, kalt geschmiedet 7,875

Sehr gutes deutsches Eisen 7,8076

Do. von demselben Ort 7,7876

Eisen aus Lüttich 7,6896

Do. ebendaher 7,6450

Do. aus Schweden 7,7653

Gerhard ermittelte folgende Zahlen für Schmiedeeisen, die aber durchgehend zu niedrig sind:

Eisen von Sorge (Zorge) 7,246

do. „ Mägdesprung 7,243

do. „ Schwedisches 7,247

do. Osmund aus der Grafschaft Mark 7,250

do. von Krossen 7,208

do. „ Kutzdort 7,201

Vom praktischen Standpunkte aus prüfte der Marquis von Montalembert die Frage, indem er die Qualität der Gusseisensorten für Geschützguss nach dem spezifischen Gewicht zu ermitteln suchte. Er bestimmte die spezifischen Gewichte

von großblättrigem, lockerem Gießereieisen zu 7,098

von mittlerem Gießereieisen 7,237

von dichtem, hartem Gießereieisen 7,473,

so dass ein Pariser Kubikfuß 496 Pfd. 14 Unzen 2 Gran (gros), 507 Pfd. 3 Unzen 5 Gran, und 524 Pfd. 7 Unzen 2 Gran wiegen würden. Deparcieux sagt, die französischen Architekten rechneten den Kubikfuß Eisen durchgehend zu 580 Pfd. Dies sei aber für Gusseisen ganz unrichtig, da dasselbe nach seinen Ermittlungen an Gusseisen von Dampierre nur 496 bis 498 Pfd. wiege. Bergman bestimmte das spezifische Gewicht zu 7,751 bis 7,825, im Mittel zu 7,770. Buffon ermittelte das Gewicht von einem Kubikfuß von weißem Roheisen zu 457 Pfd., von flüssigem Roheisen zu 462 Pfd., und von grauem zu 485 Pfd.

Die umfassendste Untersuchung über das spezifische Gewicht der verschiedenen Eisensorten stellte aber Sven Rinman an. Aus seiner Tabelle wollen wir nur einige besonders interessante Zahlen anführen.

1. Schmiedeeisen, weiches, von Grangerde 7,698

2. do. kaltbrüchiges, ebendaher 7,742

3. Schweißstahl, ungehärtet 7,751

4. do. gehärtet 7,553

5. Steyrischer Schmelzstahl, ungehärtet 7,782

6. do. do. gehärtet 7,822

7. Englischer Gussstahl, geschmiedet und geglüht 7,919

8. do. do. kalt gehämmert 7,830

9. do. do. gehärtet bei gelinder Hitze 7,708

10. do. do. gehärtet bei weiß warmer Hitze 7,831

11. Schwedischer Brennstahl, blasig, ungereckt 7,255

12. do. do. ausgeschmiedet, aber ungehärtet 7,767

(Das Eisen, woraus dieser Stahl angefertigt 7,698)

13. Roheisen, grau, vom besten Gang 7,052

14. do. schwarzgrau, grobkörnig, vom ersten Abstich 7,000

15. do. schwarzgrau, feinkörnig 7,090

16. do. lichtgrau, weniger gar 7,329

17. do. lichtgrau, feinkörnig, etwas rotbrüchig 7,572

18. do. weiß-grell, aus rotbrüchigen Erzen 7,676

19. do. weiß, feinkörnig, sehr zähe 7,840

20. do. weiß, im Reverberierofen umgeschmolzen 7,080

Rinman zieht aus seinen Versuchen folgende allgemeine Schlüsse: Stahl ist in der Regel schwerer als Eisen, das mittlere Gewicht berechnet sich zu 7,795, während das des Eisens noch unter 7,700 bleibt.

Von den Stahlsorten ist der englische Gussstahl der schwerste und Rinman findet, dass der dichteste Stahl auch der spezifisch schwerste ist. Durch die Härtung nimmt der Stahl an Volum zu, wird infolgedessen spezifisch leichter. Von den Roheisensorten sind die weißen, grellen die härtesten und schwersten, die schwarzgrauen, garen die leichtesten. Das mittlere spezifische Gewicht berechnet sich zu 7,251. Die abgerundeten spezifischen Gewichte betragen für Stahl 7,80, für Stabeisen 7,70, für Roheisen 7,25. Die verschiedenen spezifischen Gewichte sind nicht nur für den Naturforscher, sondern auch für den Mechaniker und Architekten von Wichtigkeit. Rinman hat ferner Versuche darüber angestellt, ob sich aus dem spezifischen Gewicht der Eisenerze der Erzgehalt berechnen ließe, hat aber gefunden, dass dieses Verfahren keine zuverlässigen Resultate gibt. Bei den besten schwedischen Eisenerzen fand er, dass sich das spezifische Gewicht zu den Prozenten ihres Eisengehaltes wie 85 zu 1 verhielt; oder dass der Quotient des spezifischen Gewichtes in tausend Teilen, dividiert durch 85, den Gehalt der Erze in Prozenten angibt. Eine sehr fleißige Arbeit über das spezifische Gewicht vieler Eisen- und Stahlsorten veröffentlichte George Pearson 1795 in seiner Arbeit über den indischen Wootzstahl.

Die Federkraft des Eisens steht in einem gewissen Verhältnisse zur Dichtigkeit und zu dem damit verbundenen spezifischen Gewicht. Sie wird durch kaltes Hämmern, Walzen, Ziehen u. s. w. sehr verstärkt, wozu aber kaltbrüchiges Eisen überhaupt nicht und rotbrüchiges, weil es zu weich ist, wenig zu brauchen ist. Dieses kalte Hämmern wird für alle Gegenstände, die federn sollen, namentlich bei den Sägeblättern angewendet, das kalte Walzen durch glatte Stahlwalzen bei den Uhrfedern. Durch das Feuer wird die Federkraft zerstört, so dass eine elastische Feder nach dem Glühen ebenso weich wie gewöhnliches Eisen wird.

Über die Festigkeit des Eisens stellte ebenfalls Musschenbroek zuerst genaue Ermittlungen an. Im Vergleiche mit einigen anderen fand er bei quadratischen Stäbchen von 289/10000 Zoll Querschnitt:

das Zerreißungsgewicht das spez. Gew.

Bei Japanischem Kupfer 573 Pfd. 8,7267

Bei deutschem Eisen 1930 „ 7,8076

Bei englischem Zinn 150 „ 7,295

Bei einer Reihe anderer Versuche, welche den Zweck hatten, verschiedene Eisen- und Stahlsorten unter sich zu vergleichen, gab er seinen quadratischen Stäbchen eine Dicke von 1/10 rhein. Zoll. Er fand:

das Zerreißungsgewicht

Bei spanischem Eisen von Ronda in Andalusien 800 Pfd.

Bei vier Sorten schwedischem Eisen (670 bis 870 Pfd.) im Mittel 726 „

Bei drei Sorten schwedischem Osmund (670 bis 750 Pfd.) „ „ 700 „

Bei zwei Sorten deutschem Eisen (600 und 910 Pfd.) „ „ 755 „

Bei drei Sorten deutschem Eisen (680 bis 840 Pfd.) „ „ 740 „

Bei drei Sorten geringem Eisen (670 bis 690 Pfd.) im Mittel 676 Pfd.

Bei drei Sorten Eisen von Lüttich (610 bis 810 Pfd.) „ „ 723 „

Sehr guter weicher Stahl 1190 „

Mittelguter weicher Stahl 1240 „

Geringer weicher Stahl 1080 „

Sehr guter gehärteter Stahl 1120 „

Stahl von der Härte eines Rasiermessers 1500 „

do. von der Härteeines gewöhnlichen Messers 1350 „

Gerhard ermittelte folgende Belastungsgewichte bis zur Zerreißung eines Stabes von 1/12 Zoll im Quadrat:

Sorger Eisen 1624 Pfd.

Mägdesprunger „ 1626 „

Schwedisches „ 1620 „

Osemund „ 1702 „

Krossener „ 1599 „

Kutzdorfer „ 1606 „

Buffon machte ebenfalls zahlreiche Versuche über die Zähigkeit des Eisens. Draht von einer Linie Dicke trug 482 bis 495 Pfd. Dickes Eisen zeigte im Verhältnis eine viel geringere Tragkraft als dünnes; die Tragkraft des dicken Eisens erhöhte sich durch Überschmieden. Er will gefunden haben, dass Schmiedeeisen mit Sehne über fünfmal s oviel Widerstand leistet, als Eisen ohne Sehne, und dass die Festigkeit des Eisens lange nicht so sehr von dem Erz als von der Bearbeitung unter dem Hammer abhängt. Dabei ist das Kalthämmern viel wirkungsvoller, als das Hämmern in der Hitze, indem das Glühen an und für sich die Zähigkeit des Eisens immer vermindert. Die Sehne entwickle sich erst durch das Hämmern. Das Ablöschen im Wasser zerstöre die Sehne und vermindere die Festigkeit.

Gazeran veröffentlichte die von Ramus zu Creuzot um 1790 angestellten vergleichenden Versuche über die Festigkeit verschiedener Sorten von Gusseisen, namentlich solcher, die mit Holzkohlen und solcher, die mit Koks erzeugt waren 3). Die Festigkeit des letzteren war nicht geringer als die des ersteren; durch das Umschmelzen (im Flammofen) erhöhte sich die Festigkeit. Die Probestäbe waren 18 Zoll lang und 3 Linien im Quadrat; sie wurden in der Mitte auf eine scharfe Schneide aufgelegt, das eine Ende war an der Wand befestigt, während an das andere Ende eine Waagschale gehängt wurde, welche man mit Gewichten beschwerte bis zum Zerreißen.

Bezüglich der ermittelten Zerreißungsgewichte verweisen wir auf die Abhandlung und wollen nur erwähnen, dass dasselbe bei weißem Eisen an 1100 Pfd., bei gutem, grauem Gusseisen 1800 Pfd. betrug.

s’Gravesande († 1742) und Coulomb beschäftigten sich auch bereits mit der Untersuchung der Elastizität der Metalle, wobei sie fanden, dass die Spannkraft oder Elastizität, d. h. die Kraft, mit welcher die Teilchen eines Körpers, welche durch Druck oder Zug aus ihrer Lage gebracht worden sind, innerhalb der Elastizitätsgrenze wieder in ihre ursprüngliche Lage zurückzukehren streben, dem Drucke proportional ist.

Musschenbroek verdankt man ferner die ersten genauen Untersuchungen über die Ausdehnung der Metalle, namentlich von Eisen und Stahl in der Wärme.

Er bediente sich zum Messen der Ausdehnungen eines von ihm erfundenen Mikrometers, eines kleinen Instrumentes, welches vermittelst eines Zeigers, wie bei einer Uhr, die kleinsten Ausdehnungen der Metalle bis auf den 12500. Teil eines Zolls angab, wenn man die kleinen Zaine der verschiedenen Metalle über einer Weingeistlampe erhitzte.

Musshenbroek fand, dass sich das Eisen vom Gefrierpunkte bis zum Siedepunkte des Wassers um 0,00073 ausdehnt. Er fand ferner, dass sich das Eisen weniger ausdehnt als Kupfer, Messing, Zinn und Blei.

Vergleichende Versuche ergaben:

Ausdehnung von Eisen 18

do. „ S ilber 24

do. „ Gold 31

do. „ Blei 36

(1 Toise = 33000).

Weiches Eisen dehnt sich weniger aus als Stahl. Die Ausdehnung steht in keinem nachweisbaren Zusammenhange mit dem spezifischen Gewicht oder der Zähigkeit; eher scheint sie in einer gewissen Beziehung zu der Schmelzbarkeit der Metalle zu stehen. Rinman fand die Ausdehnung bis zur Weißglut bei Stabeisen zu 7/560 Stahl, 10/560 und Roheisen 12/560 seiner Länge. Das Eisen braucht auch längere Zeit zur Ausdehnung als die übrigen Metalle. Auf die Ausdehnung des Eisens muss vielfach im Bauwesen und in den Gewerben Rücksicht genommen werden.

Der Stahl erfährt beim Härten eine Ausdehnung, und es stellt sich nach Reaumurs Versuchen das Verhältnis des gehärteten Stahles zu dem ungehärteten wie 49 zu 48. Rinmans Versuche bestätigten dies im Allgemeinen, doch fand er die Ausdehnung bei verschiedenen Stahlsorten verschieden, und erleidet der festeste, dichteste Stahl die geringste Ausdehnung. Bei der Zementation erfährt das Stabeisen eine Volumenvergrößerung, welche nach Reaumurs Messungen bei einem Stück Eisen von 5 Zoll 1½ Linien = 2½ Proz. betrug. Reaumur hatte gefunden, dass flüssiges Eisen spezifisch schwerer sei als festes, dass deshalb ein Stück festes Roheisen in einem Bade von flüssigem Roheisen obenauf schwimme; dass sich also flüssiges Roheisen beim Erkalten ausdehne. Rinman bezweifelt dies. Nach seiner Erfahrung zieht sich Gusseisen, welches, in ein offenes Gefäß gegossen, sich frei ausdehnen kann, beim Erstarren zusammen. Anders, wenn es in einem geschlossenen Raume erkaltet, wo die Oberfläche rascher erstarrt, als das Innere. Solcher Guss könne leichter sein, aber nur wegen seiner Undichtigkeit und Porosität.

Über das farbige Anlaufen der Eisensorten, insbesondere des Stahls, hat Rinman zahlreiche Versuche angestellt und außer dem Anlaufenlassen in geschmolzenen Metallen, als Zinn, Wismut, Blei und Zink und deren Legierungen, eine Reihe von Mitteln zur Hervorbringung schöner Anlauffarben, namentlich der beliebtesten blauen Farbe angegeben, worauf wir verweisen (§§. 48 bis 52). Über die Zeit, welche zur Erwärmung einer Anzahl Eisenkugeln und zur Abkühlung derselben nötig ist, hat Buffon vergleichende Versuche angestellt und gefunden, dass die Zeiten, welche zum Erwärmen und noch mehr zum Abkühlen nötig sind, nicht im Verhältnis zu den Durchmessern der Kugeln standen, sondern länger waren. Wie zur Ausdehnung, so braucht auch zur Erwärmung das Eisen längere Zeit, als die übrigen Metalle. Ebenso verhält es sich mit der Abkühlung. Die Zeit der Erhitzung und Abkühlung ist nicht von dem spezifischen Gewicht, sondern von der Schmelzbarkeit der Metalle abhängig.

Von der Wärme hatte man im vorigen Jahrhundert noch die sonderbarsten Vorstellungen. Die mechanische Auffassung erblickte darin eine Bewegung, die chemische einen Stoff. — In einem guten Schriftchen von Chapuit (Holz-Menage 1757) heißt es: „Das Feuer (die Wärme) ist ein in schnelle Bewegung gesetzter subtiler Schwefel (Phlogiston), der aus einer entzündeten Materie von allen Seiten mit größter Geschwindigkeit herausfährt und helle leuchtet“. — „Die Erfahrung lehrt, dass dieser in Bewegung gesetzte Schwefel nicht nur die anliegende Luft, sondern auch die in der Nähe befindlichen Körper in Bewegung setzt, selbige heiß und je nach ihrer Beschaffenheit sogar flüssig macht.“

Der berühmte schwedische Chemiker Scheele fasst dagegen die Wärme durchaus als eine Materie auf. In seiner Abhandlung von der Luft und vom Feuer, 1777, sagt er (§. 96): „Das Eisen besteht aus einer eigentümlichen mit einer gewissen Menge Phlogiston und einem gewissen Teile Wärme verbundenen Erde. Die Wärme aber ist eine feine Säure, die sich mit mehr oder weniger Phlogiston vereinigen kann, und obgleich nicht alle Säuren die Eigenschaft haben, das Phlogiston im Übermaß an sich zu ziehen, so besitzen doch wenigstens sehr viele Säuren diese Eigentümlichkeit und zu diesen gehört die Wärme ebenfalls“. Rinman sagt: „Je genauer man die Bestandteile des Eisens kennen lernt, desto mehr bestätigt sich Herrn Scheeles Behauptung, dass die Feuermaterie oder die Wärme ein wirklicher Bestandteil des Eisens ist, und dass sie durch ihre feine Säure die mannigfaltigen Veränderungen und Abweichungen in der Geschmeidigkeit des Eisens hervorbringe. Deshalb muss man aber auch die Hitze mit zu den wirklichen Substanzen zählen, durch welche das Eisen in den geschmeidigen Zustand gebracht wird“.

Er geht in Verfolgung dieser falschen Theorie so weit, zu behaupten: „Die Wärme oder das Feuer für sich allein ist das wirksamste Mittel, Roheisen in geschmeidiges Eisen zu verwandeln, so dass es weder der Luft noch des Wassers bedarf, wie die englische Frischmethode und andere Versuche beweisen“.

Die Vorstellung, dass die Wärme ein chemischer Stoff sei, erhielt sich auch noch nach dem Sturze der Phlogistontheorie. Lavoisier und Fourcroy betrachteten die Wärme als besonderen Stoff. Die Wärme mache sich nur bemerkbar durch den vorhandenen Wärmestoff. Als ein Beweis für die Körperlichkeit der Wärme wurde die Ausdehnung der Körper bei der Erwärmung, oder wie man es auffasste, durch Zufuhr von Wärmestoff angesehen. Die verschiedenen Aggregatzustände wurden als Wirkungen der Verbindungen mit Wärmestoff angesehen. Bei Zutritt von einem gewissen Maß von Wärmestoff geht die Expansion so weit, dass der Körper flüssig wird, oder schmilzt. Bei noch größerer Aufnahme desselben tritt die Verflüchtigung ein. Die Flüssigkeiten sind also Verbindungen fester Materien mit dem Wärmestoff und die Gasarten sind Auflösungen verschiedener Verbindungen im Wärmestoff. Die Auflösungsfähigkeit verschiedener Stoffe im Wärmestoff ist verschieden, und die Wärmemenge, welche eine Substanz aufnimmt, um seine Temperatur um einen Grad zu erhöhen, nennt man die spezifische Wärme. Um diese zu bestimmen, erwärmt man den Körper auf eine bestimmte Temperatur und kühlt ihn dann in einem Apparate in Eis ab. Die Menge des geschmolzenen Eises gibt das Maß für die spezifische Wärme. Einen solchen Apparat nannte man Calorimeter. Wichtiger noch für die metallurgische Praxis war die Bestimmung sehr hoher Temperaturen, bekanntlich eine sehr schwierige Aufgabe. Hierfür erfand Josiah Wedgewood (1730 bis 1795) sein berühmtes Pyrometer. Es bestand aus Tonzylindern, von sehr feuerfestem Ton hergestellt, mit einer flachen Seite, die erhitzt in eine metallene Skala geschoben wurden; da sich der Ton bei hohen Temperaturen zusammenzog, so schob sich der Zylinder umso weiter ein, je heißer er war. Die Skala begann bei beginnender Rotglut, wofür eine Temperatur von 1077° Fahrenheit angenommen wurde, und ging bis zu 170° W. Jeder Grad von Wedgewood begriff 130° Fahrenheit über den 1077. Grad. Die ermittelten Schmelztemperaturen betrugen: von Silber 23° W., von Kupfer 27° W., Gold 32°, Gusseisen 130° W. Die Schweißhitze des Eisens wurde zwischen 90 und 95° W. angegeben, die Hitze in den Schmelzöfen der Eisengießereien zu 150 bis 160°. Die höheren Zahlen sind aber alle viel zu hoch. Die Schmelztemperatur von Gusseisen würde nach obiger Angabe bei 17977° Fahrenheit oder beinahe 10000° Celsius liegen, eine Temperatur, die auf unserem Planeten wohl nicht existiert. Mackenzie gelang es, Stabeisen in sorgfältig verschlossenen Tontiegeln zur Schmelzung zu bringen und er bestimmte die Temperatur auf 155° W.

Von der elektrischen Leitungsfähigkeit des Eisens fing man im vorigen Jahrhundert ebenfalls an, praktischen Gebrauch zu machen. Bekanntlich hatte Benjamin Franklin in Nordamerika, nachdem er bereits 1749 Versuche über die Entladung von Gewitterwolken durch aufgestellte Metallstangen gemacht hatte, 1753 den Blitzableiter erfunden, welcher bald allgemeine Anwendung fand.

Galvanis Entdeckung des Galvanismus erfolgte 1790 und Voltas scharfsinnige Untersuchungen und richtige Erklärung 1792. 1800 entdeckte Volta seine galvanische Säule, mit welcher der Engländer Nicholson in demselben Jahre Wasser in seine Elementarbestandteile zerlegte.