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Zahlentafel 5.
deutscher Ingenieure.
Härte der Blei-Zinn-Legierungen.
Natrium-Legierungen rief bereits ein Zusatz von 0,45 vḤ Natrium Mantelrisse hervor. Bei höheren Gehalten trat Bruch ein. Besonders ungünstig verhielten sich die Legierungen mit höheren Natriumgehalten.
Durch Zusatz von Quecksilber zu den Blei-Natrium-Legierungen wird die Anzahl der Schläge bis zur Rißbildung und damit die spezifische Schlagarbeit, die die Legierungen aufzunehmen vermögen, ganz bedeutend erhöht. Die Legierungen mit Gehalten von 4 bis 6 vH Quecksilber verhalten sich am günstigsten, bei geringern und bei höheren QuecksilberGehalten ist die Schlagarbeit, die bei den Legierungen Rißbildung und Bruch herbeiführt, geringer. In den Schaulinien der Legierungen mit mittleren Quecksilber-Gehalten treten die Legierungen mit etwa 3 vH Natrium besonders hervor. Bei höheren Quecksilbergehalten sind die Kurven mehr ausgeglichen.
Ein Vergleich der Neigung zur Rißbildung mit der Härte und der Biegefähigkeit ergibt, daß mit der Härtesteigerung nicht notwendig eine Zunahme der Sprödigkeit verbunden ist. Es ist vielmehr die Beobachtung zu machen, daß Legierungen mit annähernd gleicher Härte ganz verschiedene Zähigkeit (Biegewinkel) besitzen und auch ganz verschiedene spezifische Schlagarbeiten aufnehmen können. Die höchsten Werte für die Biegefestigkeit und die spezifische Schlagarbeit weisen die Legierungen mit Quecksilbergehalten zwischen 4 und 6 vH auf. Da mit zunehmendem Natriumgehalt die Härte steigt, so ist man in der Lage, Legierungen mit ganz verschiedenen Härten in Verbindung mit größter Zähigkeit auszuwählen. Die Legierungen, die in sich die höchsten Werte beider Eigenschaften vereinigen, liegen bei einem Gehalt von 4. bis 5 vH Quecksilber und 2 bis 3 vH Natrium.
Die Ergebnisse der Härtebestimmung an den Blei-Natrium-Zinn-Legierungen sind in Zahlentafel 6 zusammengestellt. Abb. 21 bis 26 geben den Verlauf der Härte in den einzelnen Schnitten, die denen des Zustandsdiagrammes entsprechen, wieder. Auf der linken Seite der Schnitte gehen die Härtekurven von der Härte der Blei-Zinn-Legierungen Ein Zusatz von 1 vH Zinn zu den Blei-Natrium-Legierungen verschiebt den Höchstwert der Härte von 0,8 vH Natrium auf 1,5 vH Natrium. Oberhalb dieser Konzentration
aus.
Abb. 21.
Abb. 23.
Pb
3 Gewichtteile Sn
Abb. 19.
Abb. 25.
Abb.26.
2 3 Gewichtteile No
4VH
1
2 Gewichtteile Na
3
sind die Härten höher als bei den binären Blei-Natrium-Legierungen. Durch den weiteren Zusatz von Zinn wird der Höchstwert der Härte allmählich nach 2 vH Natrium verschoben und etwas erhöht. Dementsprechend nehmen auch die Legierungen mit Konzentrationen oberhalb 2 vH Natrium an Härte zu. Im Gegensatz zu den Blei-Natrium-QuecksilberLegierungen steigt die Härte der Legierungen mit 4 vH Natrium nur außerordentlich wenig, was darauf schließen läßt, daß die Verbindung, der sich diese Legierungen in ihrer Zusammensetzung nähern, durch keine besonders hohe Härte ausgezeichnet ist. Eine geringe Nachhärtung wurde nur bei
Zinn Legierungen waren keine Risse zu beobachten. Durch den Zusatz von Zinn zu den Blei-Natrium-Legierungen wird die Neigung zur Rißbildung bei den Legierungen mit 1,5 vH Natrium ähnlich wie durch Zusatz von Quecksilber beeinflußt. Oberhalb eines Natriumgehaltes von 1,5 vH wird jedoch durch Zinnzusatz die bis zum Eintritt der Rißbildung erforderliche Schlagarbeit vergrößert. Wichtig ist vor allem, daß die Legierungen mit etwa 1 vH Natrium die größte Neigung zur Rißbildung zeigen, obwohl diese Legierungen durch keine besonders hohe Härte oder geringe Biegefähigkeit ausgezeichnet sind. Um gegen méchanische Beanspruchung widerstandsfähige Legierungen zu erhalten, muß man also höhere Natriumgehalte zusetzen. Man stößt hier aber auf Schwierigkeiten.
deutscher Ingenieure.
Es hat sich gezeigt, daß die Blei-Natrium-Zinn-Legierungen weit stärker angefressen werden als die Blei-NatriumQuecksilber-Legierungen. Die Natrium-Legierungen sind infolge der starken Neigung des Natriums zur Oxydation chemisch nur wenig widerstandsfähig. Die Korrosion wird jedoch nicht allein von dem chemischen Verhalten der Legierungen oder ihrer Gefügebestandteile bedingt. Zu den chemischen Einflüssen können in den Legierungen noch elektrolytische Wirkungen treten, wenn die Legierungen aus verschiedenen Gefügebestandteilen, zwischen denen sich elektrolytische Ströme bilden, aufgebaut sind. Die Möglichkeit des Vorhandenseins elektrolytischer Zersetzungen läßt sich also aus der Konstitution der Legierungen ersehen, und man ist daher bei Kenntnis der verschiedenen Zustandsdiagramme imstande, diese Anfressung durch geeignete Wahl der Legierungsbestandteile zu vermeiden. Am widerstandsfähigsten sind die Legierungen, die von homogenen festen Lösungen gebildet werden, da hier das gelöste Metall den chemischen Einflüssen am meisten entzogen ist und kein Anlaß zur Ausbildung elektrolytischer Ströme besteht.
Spez. Schlagarbeit in cmkg/com
Spez. Schlagarbeit in cmkg/con
Die binären Blei-Natrium-Legierungen werden stark angefressen, besonders oberhalb eines Natriumgehaltes von 1 vH, wo in dem Gefüge neben den Blei-NatriumMischkristallen die Verbindung Na, Pb, in dem Eutektikum als selbständiger Gefügebestandteil auftritt. Durch den Zusatz von Quecksilber zu den Legierungen wird das Eutektikum allmählich vollständig aufgelöst, und das Gefüge geht in homogene Mischkristalle über. Hierin liegt der Grund, daß die BleiNatrium - Quecksilber-Legierungen bedeutend weniger leiden als die binären Blei-Natrium-Legierungen, während anderseits bei den Blei-Natrium-Zinn-Legierungen eine Steigerung des Widerstandes gegen Anfressen nicht festzustellen ist, da hier der allgemeine Gefügeaufbau gegenüber den binären Blei-Natrium-Legierungen nicht geändert wird Ein höherer Zinnzusatz (10 bis 15 vH) dürfte zwecklos sein, da es nicht ausgeschlossen ist, daß in diesen Legierungen reines Zinn als Gefügebestand teil erscheint.
Die Blei-Natrium-Quecksilber-Legierungen mit Natriumgehalten von 1 bis höchstens 2 vH dürften sich infolge ihrer günstigen Eigenschaften für manche Zwecke sehr wohl eignen Die Anwendung als Lagermetall würde an erster Stelle stehen; vereinigen doch die Legierungen hohe Härte und geringe Neigung zur Rißbildung in sich in gleicher Weise wie die AntimonBlei-Zinn-Lagermetalle. Der Anwendung der ternären Blei-Natrium-Zinn-Legierungen steht vor allem ihr geringer Widerstand gegen Anfressen entgegen. Zusatz von Quecksilber als viertem Bestandteil dürfte das geeignetste Mittel sein, diesen Nachteil zu beseitigen 1).
Zusammenfassung.
An Hand der Konstitution werden die bleireichen Blei-Natrium-Quecksilber- und Blei-Natrium-Zinn-Legierungen auf Kugeldruckhärte und Biegefähigkeit, ferner auf Höhenverminderung und Riß- und Bruchbildung beim Stauchversuch untersucht. Es wird festgestellt, daß die Blei-Natrium-Quecksilber-Legierungen mit Quecksilbergehalten zwischen 4 und 6 vH und mittleren Natriumgehalten (1 bis 2 vH) günstige mechanische Eigenschaften aufweisen und dabei nur wenig angefressen werden, so daß sie praktisch brauchbar sind, im Gegensatz zu den Blei-Natrium-Zinn-Legierungen, die infolge ihres Gefügeaufbaues dem Anfressen nur geringen Widerstand entgegensetzen und darum für eine praktische Anwendung nicht in Betracht kommen.
Einige Beispiele mögen die Vielseitigkeit der Werkstattforderungen erläutern. Abb. 26 stellt das Hauptlager einer Schiffsmaschine für einen Frachtdampfer von 3500 Brutto-Reg.Tonnen dar. Die viereckige Form des Lagers ist eingebürgert. Sie gestattet die Anwendung eines verhältnismäßig leichten schmiedeisernen Deckels. Die untere Lagerschale kann, ohne daß man die Welle ausbauen müßte, mit Blechen unterlegt werden, wenn sie abgenutzt ist. Der Maschinist kann sich also mit einfachen Mitteln helfen.
Obwohl diese Konstruktion von der deutschen Kriegsmarine meines Wissens verlassen worden ist, ist sie im Handelschiffbau durch alte Ueberlieferungen geheiligt und kaum zu verdrängen.
deutscher Ingenieure.
Abb. 26.
Viereckiges Schiffsmaschinenlager.
Abb. 27.
Rundes Schiffsmaschinenlager.
Werkstattechnisch ist die Lagerform natürlich zu verwerfen, da sie die teuere Hobel- oder Stoßarbeit anstatt der billigen Dreharbeit verlangt.
Beim zylindrischen Lager, Abb. 27, bilden die Lagerhälften zwei einfache Schalen, deren Herstellung billig ist, die vor allen Dingen mit einfachen Mitteln auswechselbar zu machen sind.
Die zylindrische Lagerschale bietet aber auch größere Betriebsicherheit. Die untere Lagerschale läßt sich aus dem Lagerhals herausdrehen, nachdem die Welle wenige zehntel Millimeter angelüftet ist. Im Gegensatz dazu erfordert der Ausbau der viereckigen unteren Lagerschale den Ausbau der Welle.
Der Stahlguẞdeckel des zylindrischen Lagers ist zwar etwas schwerer als der schmiedeiserne, doch tut das geringe Mehrgewicht nichts zur Sache, da beide Deckel mit Hebezeugen bedient werden müssen.
Ein weiteres Beispiel zweckmäßiger Formgebung stellt der geschlossene Pleuelkopf für einen Kurbelzapfen nach Abb. 28 und 29 dar, dem ich zum Vergleich den in Deutschland gebräuchlichen Pleuelkopf in Abb. 30 und 31 gegenübergestellt habe. Im letzteren Falle müssen alle Lagerschalen und der Lagersitz im Pleuelkopf auf der Hobel- oder Stoßmaschine hergestellt werden.
Abb. 32. Einfacher Stangenkopf.
hergestellt. Das vordere Widerlager des Zapfens bildet der Kopf selbst. Die hintere Lagerschale a und der Keil b bestehen ebenfalls aus Rotguß. Der Lagersitz im Stangenkopf wird hydraulisch gestanzt, hintere Lagerschale und Keil werden ebenfalls auf hydraulischen Pressen durch Matrizen gezogen. Die Stoß- und Hobelarbeit wird also durch die billigere Arbeit auf der Presse ersetzt. Letztere wird natürlich nur dadurch möglich, daß die Köpfe als Maschinenelemente für sich abgetrennt und vereinheitlicht sind, so daß die Beschaffung der Sondereinrichtung lohnend wird.
Diese Beispiele für die konstruktive Berücksichtigung einfacher Arbeitsverfahren mögen genügen. Es sei nur darauf hingewiesen, daß sich in Riedlers Buch »Das Maschinenzeichnen «< noch eine ganze Zahl davon findet.
Ich komme zu einer zweiten Forderung der Werkstatt an die Formgebung der Konstruktionsteile. Der Konstrukteur hat zu prüfen, ob die Teile einfach und zweckmäßig aufgespannt werden können, und die nötigen Vorkehrungen dafür zu treffen. Die Anordnung von Spannlöchern und Putzen oder Flanschen zur Anbringung von Spannwerkzeugen oder zur Ermöglichung einer richtigen Auflage des Stückes auf der Werkbank gehört in dieses Gebiet.
M. H., diese Forderungen erscheinen Ihnen als selbstverständlich. Und doch sah ich gelegentlich einen Heißdampfzylinder, der überhaupt nicht richtig für alle Bearbeitungsvorgänge aufzuspannen war. Die Flansche der Rohrstutzen an den Einlaßventilgehäusen standen windschief zur Zylinderachse. Tatsächlich konnten diese Flansche nur bearbeitet werden, wenn der Zylinder am Kran hing.
Auch Geschützrohre, bei denen das letzte Gramm an Gewichtersparnis herausgeschunden werden sollte, habe ich so bearbeiten sehen.
Die Zahl der Aufspannungen muß nach Möglichkeit herabgesetzt werden, eine Anforderung, die bei schweren Stücken besonders wichtig ist.
Häufig werden an große Rundführungen die Schmierfänger angegossen, eine ganz zwecklose Erschwerung der Arbeit in der Gießerei und den mechanischen Werkstätten.
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a
Abb. 28 und 29.
Abb. 33 bis 35.
Schmierfänger mit Tropfnasen am Maschinenrahmen.