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Festigkeit des gewöhnlichen Gusseisens, welche seine Verwendung zu einer grossen Zahl von Maschinentheilen entweder vollständig ausschliesst oder mit anderweitigen Nachtheilen verknüpft, indem sie unverhältnissmässig schwere Constructionen bedingt, und man bemühte sich daher, diesem Mangel des im Uebrigen so vortrefflichen Materials durch die verschiedenartigsten Gussverfahren, namentlich durch sorgfältige Auswahl und Mischung der besseren Roheisensorten abzuhelfen. Hierdurch entstand eine grosse Zahl von Modificationen mit zum Theil chemisch und mechanisch, zum Theil hauptsächlich mechanisch gebundenem Kohlenstoff unter denen neuerdings das sogenannte Hartgusseisen allgemeinere Aufmerksamkeit erregt, indem es sich durch seine werthvollen Eigenschaften Verwendung in den verschiedensten Zweigen der Industrie verschafft hat. Wie schon angedeutet, waren es anfänglich ausschliesslich amerikanische Ingenieure, welche sich durch derartige Versuche verdient machten, und infolge dessen war auch Amerika in der Verwendung des Hartgusseisens der übrigen industriellen Welt um eine geraume Zeit voraus. In Deutschland speciell beschränkte sich anfangs die Industrie auf vereinzelte Versuche in der Herstellung von Hartgusswalzen, bis es Mitte der fünfziger Jahre, unabhängig von einander zu gleicher Zeit zwei Maschinenfabrikanten, den Herren G anz & Co. in Ofen und H. Gruson in Buckau nach jahrelangen Bemühungen gelang, den Hartguss auf eine solche Stufe der Vollendung zu bringen, dass seine allgemeine Verwendung in den verschiedensten Industriezweigen, wie sie heute stattfindet, schon damals nur als eine Frage der Zeit betrachtet werden konnte. Nichts desto weniger stösst man über den Begriff „Hartguss“, selbst in technischen Kreisen häufig auf ziemlich unrichtige oder unklare Ansichten, was freilich natürlich ist, da einerseits der sogenannte Hartguss sich überhaupt nicht als eine aus bestimmten Grundstoffen unter festen Procentsätzen bestehende Mischung definiren lässt; andererseits aber manche Fabrikanten, welche Hartguss zu produciren vorgeben, Fabrikate mit diesem Namen bezeichnen, die denselben ihren Eigenschaften nach gar nicht verdienen und nur im Stande sind, ihn in Misscredit zu bringen. .. Besondere Verwirrung in die Begriffe musste speciell der Umstand bringen, dass man in der Militärsprache unter Hartguss lediglich das in eiserner Form, der Coquille, gegossene Material versteht, während die Hauptvertreterin der Hartgussfabrikation in Deutschland, die Gruson'sche Fabrik, noch verschiedene andere vervollkommnete Gusseisensorten unter diesem Namen begreift und generell zwischen „in Coquille gegossenem“ und „nicht in Coquille gegossenem“ Hartguss unterscheidet. Schon aus dem Gesagten erhellt, dass es unmöglich sein würde, in einem kurzen Aufsatze. Alles dasjenige erschöpfend zu behandeln, was man unter Hartguss versteht, ganz abgesehen davon, dass infolge der „Geheimhaltung der verschiedenen Fabrikationsmethoden
absolut sichere Quellen fehlen, und es geht daher unsere Absicht nur dahin, irrthümlichen Auffassungen zu begegnen und den weiten Kreis, in welchem sich bisher die Ideen bewegten, etwas zu verengern.
a) Die Grundstoffe des Hartgusses und ihre Mischung.
Die Bestrebungen hinsichtlich der Herstellung von Hartgusseisen sehen wir von Anfang an in zwei verschiedene Richtungen aus einander gehen. Einerseits versuchte man durch directes Verfahren mit verschiedenen Eisenerzen, besonders manganhaltigem Brauneisenstein und Spatheisenstein unter Anwendung von Holzkohlen bei der Verhüttung zum Ziele zu gelangen, andererseits beschränkte man sich auf ein Zusammenschmelzen verschiedener Roheisensorten, welches letztere Verfahren als das am meisten verbreitete zu bezeichnen ist. M Entsprechend den fast entgegengesetzten Eigenschaften des auf Coquille gegossenen Hartgusses, der bedeutenden Härte auf der Oberfläche und der ausserordentlichen Zähigkeit in den inneren Schichten, ging man bei der Herstellung desselben von zwei Roheisensorten aus, welche einzeln diese Eigenschaften besitzen, dem stahlharten weissen Roheisen und dem tiefgrauen weichen Roheisen. Diese beiden Sorten repräsentiren die reinsten Gattungen, welche überhaupt erblasen werden, und unterscheiden sich bekanntlich nicht nur durch ihre physikalischen Eigenschaften, sondern vor allen Dingen durch ihre chemische Zusammensetzung. Das weisse, überaus kohlenstoffreiche Roheisen enthält fast den ganzen Kohlenstoffgehalt chemisch gebunden, während in dem grauen Roheisen über 50 pCt. mechanisch in Graphitausscheidungen gelagert sind. Gehen wir nun von der Annahme aus, dass eine Hartgussmasse hauptsächlich aus einer Mischung dieser beiden Materialien besteht, so ist es klar, dass sich ihre Eigenschaften nicht nur durch die Procentsätze der Mischung, sondern auch wesentlich dadurch modificiren lassen, dass man der stets beim Erstarren vorhandenen Neigung zu Kohlenstoffausscheidungen mehr oder weniger vorbeugt. Letzteres wird vorzüglich durch eine Beschleunigung der Erstarrung erreicht, welche sich durch schnelle Wärmeentziehung vermittelst gusseiserner Formen leicht bewirken lässt. Die Fabrikation des Hartgusses erscheint hiernach verhältnissmässig einfach und würde dies in der That auch sein, wenn nicht unzählige andere, manchmal scheinbar geringfügige äussere Umstände dabei von Einfluss wären. Zunächst muss erwähnt werden, dass die Mischung allerdings meistens vorzüglich aus den beiden obengenannten Roheisensorten bestehen wird, dass sie sich aber im Uebrigen durchaus nicht darauf beschränkt, indem unter Umständen erfahrungsmässig verschiedene Zusätze z. B. von Mangan oder auch von Schmiedeeisen und Stahl vortheilhaft für die Eigenschaften der Gussmasse sind. Eine Hauptschwierigkeit aber ergiebt sich für den Fabrikanten aus dem Umstande, dass es unmöglich ist,
b) Hartguss in Coquille.
Von dem Einfluss der Coquille auf den Guss ist bereits oben gesagt worden, dass dieselbe durch schnelle Abkühlung ein chemisches Binden des Kohlenstoffs in den äusseren Schichten des Gussstückes bezweckt. Hierdurch entsteht an der Oberfläche eine Schicht weissen Eisens, welche allmälig nach dem Inneren zu in eine aus grauem Eisen bestehende übergeht. Den Uebergang zwischen beiden bildet eine Schicht von halbirtem Eisen. Wie schon früher erwähnt, kommt das weisse Eisen an Härte gehärtetem Gussstahle gleich, während das graue ausserordentlich zähe ist. Man löste also das Problem der Vervollkommnung des Gusseisens in der Weise, dass man eine stahlharte Schicht auf weicher zäher Unterlage bildete, wobei es hauptsächlich darauf ankommt, beide Schichten ohne merkbare Grenze in einander überzuführen, indem sonst die Festigkeit des Materials überhaupt nicht zur Ausnutzung kommen könnte, da die Grenzfläche nach den gewöhnlichen physikalischen Gesetzen zugleich bei starker Inanspruchnahme zur Bruchfläche werden würde. Hier ist es nun Gruson, welchem das Verdienst gebührt, das Problem durch richtige Wahl der Mischungsverhältnisse und Coquillenstärken zuerst allseitig in der vollkommensten Weise gelöst zu haben, wie es ihm ja auch zuerst gelang, seinem Hartguss, ausser für allgemein technische Zwecke auch mit grösstem Erfolge für Geschosse und Panzerungen Verwendung zu schaffen, in welchem letzteren Fabrikationszweige er bis jetzt als alleiniger Producent dasteht.
Die Bruchfläche eines in Coquille gegossenen Hartgussstückes bringt übrigens auch dem Laien die Eigenschaften desselben sofort zur Anschauung und gewährt sogar dem mit der Fabrikation Vertrauten einen ziemlich sicheren Rückschluss auf die gewählten Grundstoffe.
Die harte, aus weissem Eisen bestehende Schicht zeigt ein regulär krystallinisches Gefüge seiner Fasern, welche strahlenartig von der Oberfläche ausgehen und in einer Schicht halbirten Eisens allmälig verlaufen. Abermals in unmerklicher Weise geht alsdann die letztere in das feinkörnige Gefüge der grauen Eisenschicht über.
Endigt dagegen die Faserschicht in einer sichtbaren Grenzlinie, wie das bei vielen schlechten Hartgussfabrikaten der Fall ist, so kann mit vollkommener
Sicherheit daraus geschlossen werden, dass der Guss misslungen ist, und dass das betreffende Stück keine der gewünschten Eigenschaften besitzt. Die verschiedenen Schichten selbst können nun dem Zwecke des Gussstückes entsprechend genau in ihrer Stärke regulirt werden und zwar abermals zunächst durch Wahl in den Procentsätzen der Grundstoffe, sodann aber vor Allem durch die gehörigen Dimensionen und die richtige Vorwärmung der Coquille. Beides ist von besonderem Belang für den Härtegrad, da zu grosse Härte infolge zu niedriger Temperatur der Coquille oder zu hoher Temperatur der Gussmasse in Sprödigkeit übergeht und alle Vorzüge einbüsst.
Uebrigens sind des Interesses halber auch mannigfache Versuche hinsichtlich des Verhaltens von gewöhnlichem Gusseisen bei Anwendung der Coquille gemacht worden, und zwar speciell mit dem gewöhnlichen schottischen Cokseisen. Auch bei diesem macht sich der Einfluss der Coquille auf das chemische Binden des Kohlenstoffs bemerkbar und zwar in einer dünnen harten Schicht, während das übrige Eisen ein sehr feines Korn und eine erhöhte Festigkeit zeigt. Bezüglich der Fabrikation des Hartgusseisens muss endlich noch erwähnt werden, dass von jedem Gusse Abstichproben genommen und in entsprechende Coquillen gegossen werden, um nachher zu Festigkeitsversuchen zu dienen; und es ist bekannt, dass in den bedeutenderen Etablissements die Praxis herrscht, äusserlich ganz vollkommene Gussstücke nichts desto weniger rücksichtslos zu zerschlagen, wenn die Probestücke irgend welche Fehler im Gefüge oder in ihren Leistungen zeigen. Die Bearbeitung der auf Coquille gegossenen Flächen bietet naturgemäss grosse Schwierigkeiten, und man lässt daher die Coquille sich nur auf diejenigen Theile des Gussstückes erstrecken, welche eine harte Oberfläche erfordern. Erst nach langen Bemühungen ist es gelungen, mit Anwendung von besonders construirten und gehärteten Schleifsteinen und Schmirgelscheiben eine praktisch brauchbare Bearbeitungsmethode für die harten Flächen zu finden. Fabricirt wird unter Anwendung der Coquille das Hartgusseisen in der Gruson'schen Fabrik besonders in fünf Qualitäten, welche sich, ihrem Zwecke entsprechend, durch ihre Härtegrade unterscheiden: Herzstück-, Räder-, Geschoss-, Walzen- und Panzereisen, und zwar ist die erste Sorte die weichste, die letztere dagegen die härteste.
Diese Rubricirung hat jedoch nur den Zweck, den Consumenten die Bestellung hinsichtlich des nöthigen Härtegrades zu erleichtern, da selbstverständlich einer grossen Anzahl von Fabrikaten Härtegrade gegeben werden, welche mit keiner der obengenannten fünf Qualitäten genau übereinstimmen, sondern Mittelclassen zwischen ihnen bilden.
c) Hartguss ohne Anwendung der Coquille.
Kaum geringere Bedeutung wie die in Coquille gegossenen haben für den Maschinenbau die ohne Anwendung derselben erzeugten Hartgussfabrikate.
Es ist schon erwähnt, dass die geringe absolute Festigkeit des gewöhnlichen Gusseisens seiner ausgedehnten Anwendung für den Maschinenbau hindernd in den Weg tritt und namentlich verhältnissmässig schwere Constructionen erfordert, die besonders bei schwingenden Theilen von beträchtlichem Einfluss auf den leichten Gang der Maschine sind. Da nun für derartige Maschinentheile die äussere Härte ohne Werth ist, und nur die Bearbeitung erschwert, so strebte man in zweiter Linie danach, das Metall in der Weise zu modificiren, dass es ohne zu grosse äussere Härte dieselbe Widerstandsfähigkeit gegen Stösse und Durchbiegungen behielte. Man abstrahirte daher von der Anwendung der Coquille und beschränkte sich lediglich auf sorgfältige Auswahl und Mischung der Grundstoffe, welche letztere im Wesentlichen, höchstens unter etwas veränderten Procentsätzen, dieselben sind wie die des Coquillengusses. Je nach ihrer Bestimmung werden solche Stücke in nassem Sande oder in getrockneten Masse- bezw. Lehmformen gegossen, und ergiebt naturgemäss das erstere Verfahren ein härteres, das letztere ein weicheres Material.
Der Bruch beider Arten von Gussstücken zeigt ein sehr feinkörniges Gefüge, während die Farbe bei dem härteren in einem helleren, bei dem weicheren in dunklerem Grau besteht.
Die mit Stäben aus diesem Material angestellten zahlreichen Festigkeitsproben ergaben bei entsprechend normaler Inanspruchnahme im Vergleich mit anderen die Durchschnittsresultate, welche in nachstehender Tabelle zusammengestellt sind. Die Proben hatten 26",15 im Quadrat Querschnitt und waren in 942“ Entfernung unterstützt.
Hierbei zeigte sich bei den Hartgussstäben eine Durchbiegung von 16 bis 25“, welche nach Wegnahme der Belastung fast ganz wieder verschwand und die grosse Elasticität des Materials bezeugte.
Um auch genaue Auskunft über den Bruchmodul des Materials zu erhalten, wurden mit Hilfe eines hydraulischen Druckapparates zahlreiche Bruchversuche mit Hartgussstäben angestellt, deren Durchschnittsresultate für Stäbe von 50" im Quadrat bei 1000" Stützweite die folgenden sind: d
Brach unter einer B- H Beanspruchung Material Durchbiegung pro Quadratmillimeter NYRIM. k Gutes Cokseisen . . . . . . . 9 23,5 Herzstückeisen . . . . . . . 13 31,6 Rädereisen . . . . . . . . . 12 36,6 Panzereisen . . . . . . . . 10 38,5 Geschosseisen . . . . . . . . 11 39,0
Der scheinbare Widerspruch beider Tabellen hinsichtlich der Beanspruchung pro Querschnittseinheit erklärt sich daraus, dass ohne Anwendung der Coquille Gussstücke von grösserem Querschnitt stets ein weniger
feinkörniges Gefüge erhalten als solche von geringerem
Querschnitt und daher in Bezug auf absolute Festigkeit niedrigere Resultate geben als letztere. Aber auch abgesehen von der ersten Tabelle sprechen die Resultate der zweiten an und für sich besser als alle Worte für die Verwendbarkeit des Hartgusses im Maschinenbau, und in der That hat die Erfahrung bereits gelehrt, dass zahlreiche Maschinentheile, welche man früher mit grossen Kosten aus Schmiedeeisen herstellte, ohne irgend welche Gefahr und Nachtheile aus Hartguss angefertigt werden können, dessen Bearbeitung ausserdem keinerlei Schwierigkeiten bietet. Wie wir im folgenden Abschnitt sehen werden, ist seine Bedeutung für die Eisenindustrie trotz der Kürze der Zeit bereits allgemein anerkannt, und auch heute schon würde die Fabrikation desselben weit mehr verbreitet sein, wenn sie nicht mit grossen Schwierigkeiten verknüpft wäre, die in der That einen interessanten Rückschluss auf die bedeutenden Opfer gestatten, welche die ersten Forscher auf diesem Gebiete aufwenden mussten, um zum Ziele zu gelangen. Und auch heute noch, wo der Gegenstand bereits anfängt bekannter zu werden, wird wol jeder Anfänger in dieser Fabrikation sich auf eine verhältnissmässig grosse Anzahl von Misserfolgen gefasst machen müssen, da bis jetzt eben jede Literatur über den Gegenstand fehlt und jeder Einzelne darauf angewiesen ist, die lange Bahn mühseligen Experimentirens, welche die ersten Forscher zum Ziele führte, von Neuem zu betreten; denn so leicht es ist, mittelmässige Hartgussfabrikate zu erzeugen, so schwierig ist es, sie mit Sicherheit in solcher Güte herzustellen, wie sie jetzt von den mit langjähriger Erfahrung ausgerüsteten Giessereien geliefert werden. «