XXXII. Ueber die Härtung des Stahls und des halbirten Gußeisens in verschiedenen Graden im Wasser und in Metallbädern; von L. G. Treviranus. Treviranus, über die Härtung des Stahls im Wasser und in Metallbädern. 1. Gewöhnliche Härtung des Stahls. Wenn es sich darum handelt, den verschiedenen Gattungen des Stahls die sogenannte Glashärte zu ertheilen, dann wird bekanntlich und in der Regel derart verfahren, daß man das zu härtende Stück, je nach der Beschaffenheit seines Materials, mehr oder minder rothglühend macht und in kaltem Wasser ablöscht, womit die Härtung bewerkstelligt ist. Diese Methode ist zwar an und für sich genommen sehr einfach, sie läßt auch für viele, besonders die kleineren Stahlarbeiten, nicht viel zu wünschen übrig. Indessen kommen dem Stahlarbeiter bei ihrer Anwendung auf größere Gegenstände doch häufig Fälle vor, welche ihn fast zur Verzweiflung bringen könnten; er hat viele Zeit und Mühe auf die Ausarbeitung eines Gegenstandes verwandt, von welchem vielleicht gar nicht begehrt wird, daß er glashart, sondern nur etwas härter als der Stahl im natürlichen Zustande sey, und demungeachtet hat er das ganze Risico zu bestehen, welches die Glashärte mit sich führt; er verfährt also nach obiger Methode und sieht zu seinem Schrecken, daß der Gegenstand in Stücke zersprungen ist, oder sich dermaßen geworfen hat, daß er zu dem beabsichtigten Zweck gar nicht mehr zu gebrauchen, also die ganze darauf verwendete Zeit verloren ist, und nur das Material für andere Zwecke noch einigen Werth hat. Dieß ist nun nicht nur ein sehr unangenehmer Umstand, sondern auch die Mitursache, daß manche stählerne Artikel, welche dem Zerspringen und Werfen beim Härten mehr als andere ausgesetzt sind, nur zu einem vergleichsweise viel höhern Preis geliefert werden können, weil der Verfertiger das Risico, welches er bei der Arbeit läuft, dem Käufer in Anrechnung bringen muß. Für diejenigen Fälle, wo die größtmögliche Härte der Stahlarbeit begehrt wird, dürfte es jedoch schwerlich eine mehr Sicherheit gewährende Methode geben, als die gewöhnliche Art der Härtung im Wasser. Gelingt sie bei schwierigen Stücken gleich das erstemal, so kann man von Glück sagen, gelingt sie nicht, so muß man so oft wieder von vorn anfangen, bis dieses der Fall ist. 2. Das Tempern des Stahls. Bei weitem in den meisten Fällen ist es nicht nur nicht erforderlich, daß der Stahl die Glashärte behält, sondern diese würde vielmehr schädlich seyn; es genügt schon die sogenannte Federhärte, oder eine zwischen dieser und der Glashärte liegende. Man erzielt diese Härte dadurch, daß man den glasharten Stahl blank scheuert und zu dem Grade erwärmt, wo er von den Farben: Strohgelb, Habergelb, Violett, Blau und Grau diejenige angenommen hat, von welcher man schon durch Erfahrung weiß, daß sie der beabsichtigten Härte des Gegenstandes entspricht. Man nennt diese Operation das Tempern oder Anlassen (Adouciren), auch Ablassen des Stahls. Das Risico des Zerspring ms und Werfens der Arbeit findet bei diesem Anlassen zwar nicht statt (ich erinnere mich wenigstens nicht, daß es in meiner eigenen Praxis vorgekommen wäre); indessen erfordert das Verfahren, wenn die Arbeit ganz nach Wunsch ausfallen soll, wieder mehr Geschicklichkeit, um allen Theilen des Artikels die erforderliche gleiche Farbe zu geben, als das bloße Härten. Läßt man z.B. eine Feder stellenweise höher anlaufen als der Stahl für die Federhärte verträgt, so wird sie sich auf diesen Stellen bei starker Spannung setzen, d.h. bleibende Biegungen bekommen; läßt man sie dagegen auf anderen Punkten weniger als nöthig anlaufen, so ist es wahrscheinlich, daß sie bei der Probe auf einem solchen Punkt auch springen wird. Kurz, das Tempern der Stahlwaaren nach den Farben ist bei größern Stücken ein langsamer und unsicherer Proceß, welcher sich für die Praxis nicht gut eignet. Deßwegen tempern namentlich die Büchsenmacher meines Wissens die Federn der Gewehrschlösser nie nach den Farben, sondern sie beschmieren sie mit Unschlitt und erwärmen sie einzeln möglichst gleichförmig so stark, bis das Fett überall gleichmäßig darauf abgebrannt ist, worauf, wie man annimmt, die Federhärte erzielt ist. Ich zweifle nicht, daß ein Arbeiter, welcher fast täglich dieses Geschäft zu verrichten hat, viele Sicherheit darin erlangen kann. Mir standen indessen, wenn Federn zu tempern waren, nicht immer Büchsenmacher zu Gebote, und wenn dieses auch der Fall war, so hatten mitunter die Federn eine so ungewöhnliche Form, daß selbst die Federnverfertiger von Profession nur selten die rechte und durchgängig gleiche Härte trafen. Um diesem Uebel wo möglich abzuhelfen, hatte ich verschiedene Mittel mit mehr oder minder gutem Erfolg versucht, als ich im Jahre 1814, wo ich mich in London aufhielt, auf eine Anlaßmethode kam, welche meinen Wünschen entsprach. Die zu tempern den Federn wurden nämlich in einen länglich-viereckigen oben offenen Kasten von Eisenblech gethan und mit Unschlitt übergossen, hierauf das Ganze langsam bis zu dem Grad erwärmt wo das Fett Feuer fing, dann die Federn gleichzeitig herausgenommen und zuletzt, je nach der Beschaffenheit des Stahls, entweder sich selbst zur Abkühlung überlassen, oder in kaltes Wasser geworfen. Dieses Verfahren fand Beifall. In neuerer Zeit, etwa im Jahre 1835, wo ich die sägeartigen Blätter der Reibmaschinen für Rübenzucker-Fabriken in großer Anzahl anfertigen lassen mußte, von welchen, damit sie sich nachschärfen lassen, auch nur die Federhärte begehrt wurde, modificirte ich letzteres Verfahren in der Art, daß der Kasten geschmolzenes Blei enthielt, in welchem die gehärteten Blätter Halbdutzendweise, durch Blechstücke zwar von einander getrennt, aber mit Eisendraht zusammengehalten, so lange hin und her bewegt wurden, bis sie die Temperatur des Bleies angenommen hatten, was sich dadurch kundgab, daß vom Blei nichts mehr in den Zwischenräumen der Blätter haftete. Zuletzt wurden sie in kaltes Wasser getaucht, worauf sie sich gewöhnlich sämmtlich von gleicher und passender Härte zeigten. 3. Die Härtung des Stahls in einem Metallbad. Bei Gelegenheit einer solchen Härtung und dem nachherigen Tempern kam ich auf die Idee, den Bund in einer Muffel (einem gußeisernen glühend erhaltenen Rohr) gehörig angewärmter Blätter – statt vorher in das kalte Wasser – direct in das flüssige Blei zu tauchen, und stehe da, sie hatten auf einmal dieselbe Härte als früher bei dem aus der Härtung im Wasser und demnächstigen Tempern zusammengesetzten Proceß erlangt. Ausschuß gab es fast gar keinen mehr, weil dieser, bei sonst gesundem Stahl, nur durch die Glasharte veranlaßt wird. Es versteht sich, daß seitdem die alte Härtungsmethode, wenigstens in denjenigen Fällen wo es sich um Sachen von Wichtigkeit handelte und es sich also der Mühe lohnte die nöthigen Vorbereitungen für das neue Verfahren zu treffen, bei mir gar nicht mehr in Anwendung kam. Wenn eine größere als die Federhärte begehrt wird, etwa die Härte welche beim gewöhnlichen Anlassen dem Habergelb entspricht, so nimmt man zu dem Metallbade Zinn statt Blei. In beiden Fällen bekommen auf solche Art gehärtete Werkzeuge für Holz- und Metallarbeiten eine sogenannte zähe Härte, deren Werth diejenigen, welche sich zu ihren Arbeiten schneidender Werkzeuge bedienen müssen, wohl zu würdigen wissen. Mehrere Metallarbeiter, welchen ich die neue Härtungsmethode mittheilte, haben sich sehr lobend darüber ausgesprochen; besonders wurde hervorgehoben, daß längere Stücke bei weitem nicht mehr dem Verziehen wie sonst ausgesetzt sind. Ob, wenn der Stahl sonst ganz gesund war, in einem oder dem anderen Fall noch ein Zerspringen oder Rissigwerden vorkam, darüber ist mir bis jetzt nichts bekannt geworden; bei mir fiel dieß, wie gesagt, nicht vor. In einem Falle hat sich das geringe Risico, welches mit der neuen Härtungsmethode im Vergleich mit der alten verknüpft ist, sehr auffallend herausgestellt. Ich wollte nämlich einmal die reibende Fläche eines Dampfschiebers mit glashartem Gußstahl belegen, wobei die Härtung wie gewöhnlich im Wasser geschah. Aber zweimal hatte ich den Verdruß, zu sehen daß das Rahmstück zersprungen, also nicht verwendbar war; das drittemal, wo ich auf die glasharte Beschaffenheit desselben verzichtet hatte und die Härtung in einem Zinnbad geschah, gelang sie vollkommen. Risse waren durchaus nicht bemerkbar und verzogen hatte sich das Stück so wenig, daß es sich ohne Umstände wieder gerade richten ließ. Obgleich man nun auf diese Art den Dampfschiebern im Vergleich mit denen von Metall und von etwas hartem Gußeisen eine viel größere Dauer geben kann, so kommt doch eine solche Armirung immer noch ziemlich theuer zu stehen; sie hat nebstdem das Unangenehme, daß der Schrauben wegen, womit sie befestigt werden muß, in deren versenkten Köpfen sich aber leicht Unreinigkeiten festsetzen, im Lauf der Zeit die Armirung des Schiebers und die Platte Risse bekommt, wenn auch nur feine. Seit dieser Beobachtung wurden die Dampfschieber ohne Armirung ganz von halbirtem Gußeisen gemacht und im Zinnbad gehärtet, worüber weiterhin noch einiges folgen wird. Ich habe nicht versucht, wie die Härtung in einem leichtflüssigen Metallgemisch, etwa dem Rose'schen, welches bekanntlich schon bei 80° R. fließt, oder wohl gar im Quecksilber ausfällt; schon bei Anwendung des ersteren muß wohl die Härte des Stahls der Glashärte sehr nahe kommen, und im Quecksilber sie wo möglich noch übertreffen, aber demungeachtet (wegen der größeren Wärmeleitungsfähigkeit der Metalle im Vergleich mit dem Wasser) die Gefahr, daß man nur Stücke des Ganzen aus dem Bade bringt, doch geringer seyn. Nur muß man beim Gebrauch der Metallbäder den Umstand im Auge behalten, daß wenn auch, wie gesagt, die Wärme-Leitungsfähigkeit der Metalle viel größer als diejenige des Wassers ist, folglich das flüssige Metall den Wärme-Ueberschuß des zu härtenden Körpers viel schneller in sich aufnimmt, dagegen die Metalle auch wieder weniger Wärmecapacität als das Wasser haben. Man kann aber einen über die Temperatur des flüssigen Mediums erwärmten Körper nicht in dieses tauchen, ohne daß dessen Temperatur, je nach dem Quantum, mehr oder weniger erhöht wird. Wenn für den Fall, daß man einen stählernen Körper von bekanntem Gewicht im rothglühenden Zustand in ein gewisses Quantum Wasser taucht, die Temperatur-Zunahme des Wassers durch einen Versuch bekannt wäre, und man wollte daß z.B. bei dem Eintauchen in flüssiges Blei die Temperaturzunahme auch nur dieselbe wie beim Wasser sey, so müßte, weil das Blei dem Volumen nach gerechnet nur 0,34 der Wärmecapacität des Wassers hat, das Volumen des Bleies im Verhältniß = 0,34 : 1 größer seyn. Beim Zinn ist das Verhältniß = 0,38, beim Zink = 0,688 und beim Quecksilber = 0,447 : 1. Der obige ist übrigens kein ganz richtiger Schluß und soll nur darauf aufmerksam machen, daß man bei den Metallbädern eben so wenig als beim Wasser ohne Rücksichtnahme auf das Volumen des Körpers zum Wasser, mit Aussicht auf guten Erfolg Härten kann. Denn ist die Masse des flüssigen Metalles zu klein, also die Temperaturzunahme zu groß, so wird man voraussichtlich eine geringere Härte bekommen als man vielleicht erwartete. Aber die Erfahrung wird Jeden bald lehren, welche Härte im einen und welche im andern Falle erzielt wird. Wer indessen in Bezug auf die Härtung die angegebenen Verhältnißzahlen verbessern wollte, hätte nebst Anderm noch in Anschlag zu bringen, daß, weil der Wärme-Ueberschuß des Metallbades über die atmosphärische Luft viel größer als beim Wasserbad ist, und deren Bestreben das Metallbad abzukühlen, im Verhältniß des Ueberschusses wächst, man deßhalb jedenfalls weniger Metall gebrauchen wird, als die bloße Berechnung nach den Wärme-Capacitäten ergab. Wer in der Lage ist die neue Härtungsmethode in einem großen Maßstab in Anwendung bringen zu können, bei dem dürfte das Quantum an Metall, welches er dazu und das Brennmaterial um es im Fluß zu erhalten braucht, von keiner großen Bedeutung seyn, da das Blei und Zinn ihren Werth behalten, auch das sich bildende Oxyd wieder verwerthet werden kann, der Verbrauch an Brennmaterial aber am Ende sich noch geringer als bei dem bisherigen Tempern herausstellen dürfte. Auffallend ist aber immerhin die von mir entdeckte Thatsache, daß wenn man rothglühenden Stahl in kochendes Wasser, also von etwa 80° R. taucht, derselbe, wenn er nicht zu dünn ist, höchstens eine Federhärte bekommt, daß dagegen, wenn die Eintauchung in nicht überhitztem Blei erfolgt, welches dann etwa 260° R. zeigte, also eine 3 1/4 Mal höhere Temperatur hat, die Härte des Stahles dennoch etwas größer ausfällt. Aus diesen Beobachtungen scheint zu folgen, daß die Härtung des Stahls weit weniger auf der Temperatur-Differenz des glühenden Stahls und des abkühlenden Mediums beruht, als auf der Zeit, in welcher das Medium dem Stahle den Wärme-Ueberschuß zu entziehen und vermöge seiner größeren Leitungsfähigkeit in der ganzen Masse zu vertheilen vermag. Bei der Abkühlung in Blei und Zinn erfolgt diese Vertheilung, wie der Augenschein lehrte, im Augenblick, wogegen bei der Eintauchung ins kochende Wasser man fast die Geduld darüber verliert, bis der Stahl unter der Wasserfläche nur erst aufhört zu glühen und sich seine Temperatur in dem Maaße erniedrigt hat, daß die sogenannte Calefaction oder die Dampfhülle welche den glühenden Körper umgibt, nicht mehr stattfindet, also das Wasser selbst mit ihm in Berührung kommen kann. Auch machte ich die Beobachtung, daß im kochenden Wasser die Härte der verschiedenen Theile des Gegenstandes sehr ungleich ausfiel, daß namentlich die dünneren Theile bedeutend härter als die dickeren sich zeigten, weßhalb ich diese Art der Härtung nicht weiter verfolgte. Die ungleichzeitige Abkühlung der verschiedenen Theile des Stahlkörpers, nebst der daraus entstehenden Spannung, dürfte auch der Hauptgrund des so häufigen Zerspringens der Gegenstände bei der gewöhnlichen Härtung im kalten Wasser seyn. Ich hoffe seiner Zeit zu vernehmen, daß wenn ein hoher Grad der Härte entweder durch die Abkühlung in dem Rose'schen Metall oder auch im Quecksilber, bei kostbaren Sachen bewirkt wird, das Uebel sich, wo nicht ganz gehoben, doch bedeutend vermindert findet. Ist also nach den gemachten Beobachtungen das Wasser zur Härtung nicht immer mit Sicherheit anzuwenden, so hat doch das kochende, wie Hr. Malberg entdeckteVerhandlungen des Vereins für Gewerbfleiß in Preußen, 1652, 6te Lieferung (polytechn. Journal Bd. CXXVII S. 396)., die schätzenswerthe Eigenschaft, verbrannten Stahl, glühend darin abgelöscht, zu regeneriren, d.h. einen durch Unachtsamkeit und Nachlässigkeit der Arbeiter entstandenen Fehler des Stahls wieder gut zu machen. Ich füge dem hinzu, daß das Ablöschen des nur bis zu einem gewissen Grad erwärmten Stahls in Wasser von mittlerer Temperatur auch das Mittel ist ihn weicher zu machen, als man mitunter widerspänstigen Stahl durch das gewöhnliche Ausglühen bekommen kann. Soll aber der Versuch gelingen, dann darf der Stahl nur bis zu dem Grad erwärmt werden, wo er im Dunkeln etwas röthlich erscheint. Das Mittel ist auch in den Fällen anwendbar, wenn man harte Werkzeuge, etwa zum Behuf einer Formveränderung, ausgeglüht hat und auf die natürliche Abkühlung in der Luft nicht warten will. Dieses Mittel ist mir übrigens schon so lange bekannt, daß ich nicht mehr weiß wie ich dazu gelangt bin; auch ist mir unbekannt, ob es je veröffentlicht wurde.Vielleicht gehört aber diese Entdeckung, wie diejenige des Hrn. Malberg, nach den Ansichten des Vereins für Gewerbfleiß in Preußen, mit in die Kategorie der sehr wichtigen Entdeckungen von anerkanntem Nutzen, welche allein, wie mir der Hr. Vorsitzende schrieb, bei ihm zu honoriren üblich ist. Mir will bedünken, dem Verein wäre vor allem eine Umgestaltung seines Geschäftsgangs zu wünschen. Dieß als Erwiederung auf erwähnte Antwort. welche mir, und zwar erst nach Verlauf von mehr als sechs Monaten, in Folge einer über Dampfschifffahrt etc. eingesandten Abhandlung geworden ist. Nach diesen Beiträgen zu den Eigenschaften und Eigenthümlichkeiten des Stahls, so wie seiner Behandlung unter verschiedenen Umständen, bleibt nur noch übrig mich auszusprechen: 4. Ueber die Darstellung des halbirten Gußeisens und dessen Härtung im Metallbade. Das graue Gußeisen, wie es in der Regel den Maschinenfabriken von den Gießereien geliefert wird, oder geliefert werden sollte, damit die Maschinen-Bestandteile sich mit den verschiedenen Werkzeugen nicht nur gehörig bearbeiten lassen, sondern sich auch in keinem gespannten Zustande befinden, welcher Veranlassung zu Brüchen geben könnte, kann man nicht Härten, mindestens nicht gleichförmig in der ganzen Masse, obgleich sich gewöhnlich die Kanten härter als das Uebrige zeigen, durch künstliche Mittel sich auch wohl eine dünne harte Schale, wie beim Einsetzen des Schmiedeisens, darauf erzeugen läßt. Das weiße Roheisen ist dagegen schon von Natur so hart, daß es sich in der Art wie das graue, gar nicht bearbeiten läßt, so daß es, wenn man es ja anwenden will, erst durch ein bei hohem Hitzegrad lange Zeit andauerndes Ausglühen zur Bearbeitung tauglich gemacht werden kann, sich dann aber auch wieder Härten läßt. Von den Hohöfen wird es gewöhnlich nur dargestellt um Schmiedeisen daraus zu erzeugen; bei denen welche sich mit der Darstellung von Gußwaaren beschäftigen, erzeugt sich dasselbe aber auch häufig genug, wider den Willen der Hüttenleute und zu deren Verdruß, von selbst. Eine dritte Art, das halbirte Gußeisen, kann man durch Vermischung der beiden genannten Arten darstellen. Ist die Mischung richtig getroffen, dann läßt sich das halbirte Gußeisen, wenn auch mit etwas mehr Mühe und Zeitaufwand, nicht nur bearbeiten, sondern auch in der ganzen Masse wie Stahl härten. Gegenstände von halbirtem Gußeisen werden übrigens gewöhnlich nur in so geringen Quantitäten begehrt, daß die Gießereien ihren Betrieb nicht darauf einrichten können, man daher genöthigt ist es sich selbst zu erzeugen, was am einfachsten im Tiegel geschieht. Bei mir war die Mischung nicht immer die gleiche. Einmal wurde zum Einsatz gutes graues Roheisen nebst etwa 1/5 Schmiedeisen (Putzen von gelochten Kesselplatten) genommen. Man gelangte damit zum Ziele, und hatte folglich eine Mischung, welche seitdem unter dem Namen Stirling's patentirtes gezähtes Gußeisen bekannt geworden ist, aus welcher sich, nebenbei bemerkt, (für anderweitige Zwecke als des Härtens) sehr schöne dichte Güsse von mehr als gewöhnlicher Haltbarkeit machen lassen. Ein andermal wurde zum Einsatz graues und weißes Roheisen vermischt genommen. Auch dieses ließ sich bearbeiten und Härten. Ein ganz bestimmtes Verhältniß der beiden Sorten wurde jedoch auch in diesem Fall nicht festgesetzt, sondern man richtete sich nach kleinen Probegüssen im Sand, setzte demnach je nach deren Beschaffenheit von der einen oder andern Eisensorte etwas mehr zu, bis man die richtige Mischung getroffen hatte. Aber trotzdem ist es auch vorgekommen, daß der Abguß nach dem Modelle zu hart für die Bearbeitung ausfiel, wo dann aber gewöhnlich ein einige Zeit andauerndes Ausglühen, bei hochrother Farbe, dem Abguß die nöthige Weiche gab. Ein Ausglühen der Gegenstände, welche gehärtet werden sollten, wurde überhaupt immer vor der Bearbeitung vorgenommen, um die allenfallsige Spannung in denselben aufzuheben, somit dem Werfen und dem Zerspringen so viel als möglich vorzubeugen. Auch verabsäumte man nicht, das Stück vor der Bearbeitung, gleich nach dem Guß durch den Klang zu prüfen, ob es nicht etwa schon einen verborgenen Sprung hatte, welcher es zum Ausschuß machte. Das Gleiche geschah auch nach dem Härten. Weil die Härtung des halbirten Gußeisens immer so groß gewünscht wurde, als sie mit Sicherheit noch zu erreichen war, so wurde sie nie im fließenden Blei, sondern stets im Zinnbad vorgenommen, wobei dann alle die Regeln, welche man sich vor der Härtung des Stahles abstrahirt hatte, in Anwendung kamen. Dampfschieber wurden immer flach, nämlich mit ihrer unterm geraden Fläche zuerst in das Bad getaucht. Dieses durfte geschehen, weil auf dem höchsten Punkt ihres Rückens, in der Kammer, ein kleines Loch. für den Austritt der Luft gebohrt war, widrigenfalls das Zinn unfehlbar explodirt hätte. Ihre Beendigung erhielten sie durch Schmirgeln auf einer geraden Platte etc. Die Zapfen von Dampf- und Wasserhähnen ließen sich auch, ohne viel Ausschuß, im Wasser Härten. Meine über die Härtung in Metallbädern etc. gemachten Erfahrungen habe ich hier in der Absicht mitgetheilt, damit sie ein Gemeingut werden, auch damit, weil ich eben kein Geheimniß daraus machte, nicht etwa ein Patentjäger sich mit fremden Federn schmückt und sie ausbeutet. Von der Wahrheit meiner Behauptungen wird sich jeder, welchen die Sache interessirt, leicht selbst überzeugen können, indem etwas Blei oder Zinn flüssig zu machen und ein glühendes Stück Stahl oder halbirtes Gußeisen hineinzutauchen, eine sehr einfache Sache ist. Ob aber und in welchen Fällen die neue Härtungsmethode mit Vortheil anwendbar ist, darüber mag jeder mit sich selber und andern zu Rathe gehen. Brünn, im April 1853.