Untersuchungen über Festigkeit und Elasticität der Constructions-Materialien; von Professor R. H. Thurston. Mit Abbildungen und Taf. A und B. (Fortsetzung von S. 10 dieses Bandes.) Thurston, Untersuchungen über Festigkeit und Elasticität der Constructions-Materialien. Versuche über die Festigkeitsverhältnisse der Metalle. Die beigefügte Tafel B enthält in analoger Weise wie bei den Hölzern die durch die Thurston'sche Torsionsmaschine erhaltenen Diagramme über die Festigkeit und die Elasticitäts-Eigenschaften der Metalle. Die außerordentliche Verschiedenheit dieser beiden Gruppen von Constructionsmaterialien springt aus den Diagrammen sofort in die Augen; dennoch finden sich auch gewisse Aehnlichkeiten in den Curven, welche aus dem analogen Verhalten beider Materialien entspringen. Die Hölzer haben eine Structur, welche in hervorragendem Grade, sowohl durch die Vertheilung der Substanz, als auch durch die Action der widerstehenden Molecularkräfte, von derjenigen der Metalle verschieden ist, welch letztere in beiden Beziehungen einen bedeutend höheren Grad von Homogenität besitzen. Holz besteht aus einem Aggregat starker, ganz oder nahezu parallel liegender Fasern, welche einen verhältnißmäßig schwachen seitlichen Zusammenhang besitzen, daher, sobald derselbe zerstört ist, das ganze Stück die Natur eines Faser-Bündels mit schwachem Draht annimmt. Die Metalle hingegen sind von Natur homogen, sowohl in der Structur, als auch in der Vertheilung und Intensität der Molecularkräfte. Gut bearbeiteter und gleichmäßig angelassener Gußstahl beispielsweise ist gleichmäßig stark und von vollkommen identischer Structur nach allen Richtungen hin, und es ist daher selbstverständlich, daß die Diagramme solcher Metalle einen viel ruhigeren und regelmäßigeren Verlauf zeigen wie diejenigen der Holzsorten. Sobald aber das Metall der faserigen Structur sich annähert, findet auch eine bemerkenswerthe Uebereinstimmung mit den Curven der Hölzer statt — so speciell bei sehnigem Schmiedeisen, bei welchem die durch ungenügendes Puddeln und Aushämmern der Luppe zurückgebliebenen Schlackentheilchen zwischen den Walzen zu langen Fäden ausgestreckt werden und die seitliche Cohäsion im gewalzten Barren unterbrechen. Dasselbe findet bei den kohlenstoffarmen Stahlsorten (low steels) statt, bei welchen sich in Folge des geringen Mangangehaltes, der fast nothwendig durch die Armuth an Kohlenstoff bedingt wird, Luftblasen im Ingot bilden, bei der späteren Verarbeitung nicht mehr zusammenschweißen und schließlich zu langen mikroskopischen oder auch sichtbaren Capillarröhren ausgezogen werden. In Folge dieser faserigen Structur findet man denn auch, ganz analog dem Verhalten der Hölzer, eine kleine Depression der Curve unmittelbar hinter der Elasticitätsgrenze, als Beweis mangelnder Homogenität. Einen wesentlichen Unterschied der Metalle von der organisch gewachsenen Substanz bildet die Anwesenheit innerer Spannungen. Während letztere durch die Action innerer molecularer Kräfte aufgebaut werden, welche wohl nie das Gleichgewicht der Molecüle unter einander stören können, wird bei den Metallen durch Anwendung äußerer Kräfte den Partikeln eine bestimmte Lage aufgedrängt, bei welcher ebensowohl Gleichgewicht als auch die Anspannung der inneren Cohäsionskraft bis zur äußersten Grenze herrschen kann. Dadurch ist es auch wohl erklärlich, daß große Massen spröden Metalles ohne jede äußere Veranlassung nur durch excessive innere Spannungen — „falsche Spannungen“, wie sie der Praktiker nennt — zum Bruche kommen können, während auch bei geschmeidigem Metall die äußere Widerstandsfähigkeit jedenfalls beträchtlich vermindert wird. Die Vermeidung der inneren Spannung durch langsames Abkühlen gegossener Metalle, und die Entfernung bestehender Spannung in gehämmertem oder gewalztem Metall durch Glühen und darauf folgendes langsames Abkühlen desselben (sogen. Ausglühen, annealing) sind wohl bekannt und die dabei stattfindende Action ist nach den früheren Erklärungen selbstverständlich. Begreiflich ist dabei auch, wie sich durch die Annahme des inneren Gleichgewichtzustandes die äußere Form des Stückes verzieht, wie sich dies so oft in unangenehmer Weise beim Adouciren, bezieh. Härten von Gußeisen und Stahl bemerkbar macht. In gleicher Weise kann auch bei zähen und geschmeidigen Metallen die innere Spannung dadurch entfernt werden (nach Johnson's Verfahren, Journal of the Franklin Institute, 1836/37), daß das Stück nach Anwärmen auf eine hohe Temperatur bis zur Elasticitätsgrenze belastet wird und dann langsam abkühlt. Auch durch einfaches Anspannen bis zur Elasticitätsgrenze ohne gleichzeitige Erwärmung läßt sich ein großer Betrag der inneren Spannungen entfernen, indem hierdurch die Partikeln in extreme Spannungslagen versetzt werden und dann beim Nachlassen der Spannung leichter in ihre natürliche Gleichgewichtslage zurücktreten können. Der bedeutende Einfluß dieser Thatsache auf die Widerstandsfähigkeit des Materiales, welche bis jetzt den Forschern auf diesem Gebiete entgangen zu sein scheint, tritt in einigen Diagrammen deutlich hervor. Nachdem nun, wie eben bemerkt, durch Anspannen des Stückes bis zur Elasticitätsgrenze die inneren Spannungen größtentheils aufgehoben werden, so ist klar, daß sich der Einfluß derselben auf das Diagramm vor diesem Punkte zeigen muß, und eine nähere Untersuchung der auf Tafel B befindlichen Curven ergibt auch in der zur Elasticitätsgrenze aufsteigenden Partie der Spannungslinie ein sicheres Kennzeichen für die Existenz innerer Spannungen. Während nämlich bei homogenem und spannungsfreiem Material die Linie nahezu gerade vom Nullpunkte bis zu dem die Elasticitätsgrenze bezeichnenden — zur Abscissenachse coucaven — Bogen aufsteigt, zeigt dieser Theil des Diagrammes bei spannnngsbehaftetem Material eine gegen die Abscissenachse convexe Krümmung, deren größere oder geringere Abweichung von der durch nachfolgendes Entlasten des Probestückes erhaltenen „elastischen Linie“ ein directes Maß des Betrages der vorhandenen inneren Spannung abgibt. Textabbildung Bd. 216, S. 99 Textabbildung Bd. 216, S. 99 Textabbildung Bd. 216, S. 99 Zu den einzelnen Proben selbst übergehend, wurde zunächst das Verhalten von Schmiedeisen untersucht, welches in den Curven 6, 1, 22 und 100 in der unteren Hälfte der Tafel B dargestellt ist. Als Ergänzung der Diagrammlinien dienen die Holzschnitte Fig. 5 bis 7 welche das Aussehen des Probestückes nach den beiden Bruchflächen darstellen; Fig. 5 von Nr. 1, Fig. 7 von Nr. 22 und Fig. 6 von einem Eisen, dessen Diagrammlinie in die Tafel nicht aufgenommen wurde, das aber nahezu mit der Qualität, welche die Curve 6 gab, übereinstimmt. Zur Erklärung der Tafel B sei nur noch hinzugefügt, daß die Curven wieder, wie bei den Hölzern, von dem rechts liegenden Nullpunkt ausgehen, daß die Abscissen die Größe der Verdrehungen, sowohl in Winkelgraden als in Procenten der Faserverlängerung angeben, und die Ordinaten die Größe des Torsionsmomentes. Dasselbe ist auf der rechten Seite der Tafel in Fußpfund englisch und in Meter-Kilogramm angegeben, während auf der linken Seite der experimentell ermittelte, entsprechende Betrag absoluter Spannung in Pfund pro Quadratzoll englisch, sowie in Kilogramm pro Quadrat-Millimeter beigefügt ist. Das Probestück Nr. 6, aus einer vorzüglichen Qualität englischen Eisens, gibt zunächst rasch nach und erfordert nur 6,91 M.-Kilogrm. (50 Fußpfd.) für eine Verdrehung von 5°, wird dann aber steifer, sobald die so klar angedeuteten inneren Spannungen aufgehoben sind, und erreicht bei 6° schon einen Widerstand von 8,30 M.-Kilogrm., bei welchem Punkte, auf der Tafel mit a bezeichnet, die Elasticitätsgrenze erreicht ist (entsprechend einer absoluten Spannung von 12,65 Kilogrm. auf 1 Qu.-Mm.). Die nächsten 3° verursachen keine Erhöhung des Widerstandes, woraus hervorgeht, daß das Eisen, welches sich schon als nicht homogen in Bezug auf Spannung erwiesen hatte (durch die in der Biegung der aufsteigenden Linie angedeuteten inneren Spannung), auch in Bezug auf Structur von mangelhafter Homogenität ist. Nach den ersten 9° der Verdrehung steigt der Widerstand stetig bis zu einem Maximum, das unmittelbar vor dem bei 250° beginnenden Bruche erreicht wird, bis bei 285° Verdrehung der Bruch vollkommen ist. Die größte Faserverlängerung, deren Werth proportional der bei den gewöhnlichen Festigkeitsmaschinen beobachteten Querschnittsverminderung an der Bruchstelle ist, beträgt 69 Proc.; der Maximalwiderstand, unmittelbar vor dem beginnenden Bruche, ergibt sich mit 41,7 Kilogrm. pro 1 Qu.-Mm. Nahe dieser Endspannung ward das Probestück (beim Punkte d hinter 220°) vollkommen entlastet, wobei der Stift zur Abscissenachse des Diagrammes zurückkehrte, aber nur eine sehr geringe Rückwärtsbewegung gegen den Nullpunkt der Abscissenachse machte — zum Zeichen der geringen in dem Probestücke übrig gebliebenen Elasticität. Bei der Wiederaufnahme der Spannung und nachdem das Probestück vor der Entlastung einige Zeit unter Spannung geblieben war, zeigt sich eine Erhöhung des Widerstandes — ein Phänomen, das durch weitere Experimente später noch genauer erläutert werden soll. Was endlich das Aussehen des Bruches betrifft, so zeigt das mit Nr. 6 nahezu identische Probestück Nr. 16 (Holzschnitt Fig. 6) die gute und zähe Qualität des Materiales an, gleichzeitig aber auch durch die Risse und ausgebrochenen Stellen die mangelhafte Homogenität, welche aus dem Diagramme so deutlich hervortritt. Das Probestück Nr. 1, eine der besten amerikanischen Marken, auf dieselbe Weise untersucht, zeigt zunächst in der Anfangslinie des Diagrammes durch die gerade Form der aufsteigenden Linie vollkommene Freiheit von inneren Spannungen, zeigt aber geringere Homogenität der Structur, indem es nach Ueberschreitung der Elasticitätsgrenze noch eine Verdrehung von 6° gestattet, ehe sich der Widerstand erhöht. In dem übrigen Verhalten stimmt es ziemlich mit dem früher untersuchten englischen Eisen Nr. 6 überein, ergibt jedoch, beim Entlasten hinter dem Verdrehungswinkel von 210° im Punkte e, eine größere Elasticität wie das erstere. Der Weg des rückgehenden Stiftes ist hier nahezu der zwischen 40 und 45° Verdrehung gebildeten Linie parallel, und es stellt sich hiermit zum erstenmale die Thatsache graphisch dar, daß die Elasticität thatsächlich unverändert bleibt, bis zum Beginn des Bruches, wie dies schon früher aus den Versuchen Wertheim's u. A. abgeleitet werden konnte. Die Bruchfläche ist im Holzschnitt Fig. 5 dargestellt. Die Curve 22 des Diagrammes stellt ein ausnahmsweise reines, mit äußerster Sorgfalt hergestelltes Schmiedeisen dar, welches alle anderen Probestücke desselben Materiales bei weitem übertrifft, seiner kostspieligen Herstellung halber jedoch für gewöhnlich nicht in den Handel kommt. Die Homogenität in Bezug auf innere Spannungen wird durch das gerade Aufsteigen zur Elasticitätsgrenze sowie durch den hierzu fast parallelen Weg des unter den verschiedensten Verdrehungswinkeln bei Entlastung zurückgehenden Stiftes nachgewiesen; die Homogenität in Bezug auf Structur zeigt sich in der unmittelbaren und außerordentlich gleichmäßigen Spannungszunahme sofort nach Ueberschreitung der Elasticitätsgrenze, welche bis zum Bruche bei 358° fortdauert.Die Schlußpartie der Curve 22 ist, wie aus den beigeschriebenen Ziffern der Torsionswinkel ersichtlich, von 240° an mit verkürzten Abscissen gezeichnet. Die große Dehnbarkeit, um 120 Proc. der ursprünglichen Faserlänge, sowie die hohen Widerstandswerthe geben diesem Material eine außerordentliche Fähigkeit zum Aufnehmen von Stößen, wie sie eben als Widerstandsarbeit aus der Fläche des Diagrammes bestimmt wird. Die absolute Festigkeit in Kilogrm. pro 1 Q.-Mm. beträgt an der Elasticitätsgrenze 16,87 und vor dem Bruche 46,50; das Aussehen des gebrochenen Stückes ist oben im Holzschnitt Fig. 7 dargestellt und bestätigt die Angaben des Diagrammes. Nr. 100 endlich ist die Curve eines Probestückes aus schwedischem Schmiedeisen, welches sich besonders durch seine außerordentliche Dehnbarkeit auszeichnet, indem es zwar schon bei 220° zu brechen beginnt (da von hier an der Widerstand abnimmt), aber erst bei 360° definitiv abbricht.Die Fortsetzung der Curve von 270 bis auf 360° ist in der Tafel B zwischen den Ordinaten von 180 und 270° eingefügt und mit „swedish iron terminal“ bezeichnet. Im Uebrigen gleicht das Schmiedeisen den Marken 1 und 6, erreicht die Elasticitätsgrenze bei 13,87 Kilogrm. pro 1 Qu.-Mm. und einen Maximalwiderstand (die Bruchgrenze) von 37,72. Versuche mit Stahl. Die Versuche mit kohlenstoffarmen Stahlsorten (mit ½ bis ⅝ Proc. Kohlenstoff), speciell durch den Bessemer und Siemens-Martin-Proceß erzeugte, sind in der oberen Hälfte der Tafel B dargestellt. Die Curven gleichen im Allgemeinen den mit Eisen erzielten, obgleich die Stahlsorten eine größere Reinheit besitzen, dafür aber stets mit einer gewissen Porosität behaftet sind, welche, wie oben gezeigt, einen ähnlichen Einfluß wie die Unreinigkeiten ausübt. Die Elasticitäts- und Bruchgrenze liegt jedoch bedeutend höher; auch zeigen die weichen Sorten eine bedeutende Dehnbarkeit, so daß zur Aufnahme von Stößen, für welche die Widerstandsarbeit — gemessen durch die Fläche des Diagrammes — maßgebend ist, kein besseres Material gefunden werden kann. In dieser Beziehung kann eine Vergleichung der Diagramme sehr wohl den Maßstab abgeben, inwieweit die Preisdifferenzen verschiedener Materialien gerechtfertigt sind, besonders die Betrachtung der Widerstandsarbeit bis zur Elasticitätsgrenze, welche bei Aufnahme von Stößen hauptsächtlich in Betracht kommt. Nr. 98 ist vom Kopfe einer englischen Bessemer-Stahlschiene (aus Cumberland-Erzen erblasen) abgeschnitten; es enthält nahezu 0,4 Proc. Kohlenstoff, erreicht die Elasticitätsgrenze bei 18,56 Kilogrm. pro 1 Qu.-Mm., den Maximalwiderstand bei 210° Verdrehung mit 47,45 Kilogrm. und bricht schließlich bei 283° mit einer Faserverlängerung um 80 Proc., entsprechend einer Querschnittsverminderung auf 55,6 Proc. bei einer gewöhnlichen Zerreißprobe. Nr. 76 ist Siemens-Martin-Stahl aus amerikanischen(Lake Superior- und Jron Mountain-) Erzen und enthält beiläufig ebensoviel Kohlenstoff wie der vorhergehende Stahl Nr. 98. Etwas mehr Phosphor gibt größere Härte, höhere Elasticitätsgrenze und etwas verminderte Dehnbarkeit. Die Elasticitätsgrenze wird erreicht bei 22,00 Kilogrm. pro 1 Qu.-Mm.; die Maximalstärke ist fast ebenso groß wie beim vorhergehenden. Die Verlängerung beträgt schließlich 66 Proc. — Wenn dieser Stahl nicht durch große Kälte mehr afficirt wird wie Nr. 98, so könnte er diesem für Schienen und auch für andere Verwendungen vorgezogen werden. Nr. 67 ist etwas kohlenstoffreicherer (gleichfalls nach dem Siemens-Martin-Verfahren erzeugter) Stahl; derselbe ist weniger homogen wie die beiden früheren und zeigt größere Stärke, höhere Elasticitätsgrenze, aber weniger Dehnbarkeit. Seine Widerstandsarbeit ist sehr nahe dieselbe wie bei Nr. 98 und 76. Die Elasticität aller dieser Stahlsorten scheint ziemlich die gleiche. Die Dehnbarkeit von Nr. 67 wird durch seine Verlängerung um 40 Proc. gemessen. Hier bietet sich auch (auf Taf. B bei 67 d hinter 150°) ein anderes Beispiel der Erhöhung der Elasticitätsgrenze. Das Stück ward 24 Stunden unter Maximalspannung gelassen, und hierauf die Beanspruchung gänzlich aufgehoben. Bei Erneuerung derselben zeigte sich eine merklich vergrößerte Widerstandskraft. Nr. 69 amerikanischer Bessemerstahl, enthält ca. 0,5 Proc. Kohlenstoff. In Folge dessen zeigt sich auch hier vergrößerte Härte, höhere Elasticitätsgrenze und Stärke, aber Abnahme der Dehnbarkeit und Widerstandsarbeit. Die Elasticitätsgrenze wird bei 27,42 Kilogrm. pro 1 Qu.-Mm. erreicht. Das Maximum von 59,06 Kilogrm. bei 133° Verdrehung. Größter Torsionswinkel 150°, Verlängerung der Fasern 24 Proc. Nr. 85, auf der unteren Hälfte der Tafel B, ist das Beispiel einer merkwürdigen Modification, welche keine Analogie mit einem anderen der untersuchten Metalle aufweist. Das Diagramm scheint gleichzeitig vollkommenste Homogenität in Bezug auf innere Spannungen, und auffallenden Mangel an Homogenität der Structur anzudeuten. Die Elasticitätsgrenze wird wahrscheinlich bei a mit 23,2 Kilogrm. pro 1 Qu.-Mm. Spannung erreicht, dann aber steigt die Curve plötzlich und anscheinend ganz regelmäßig bis nahe an ihr Maximum bei 16°, um dasselbe endlich nur mehr langsam ansteigend bei 130° Verdrehung mit 42,18 Kilogrm. zu erreichen. Größte Verlängerung der äußeren Fasern 23 Proc. Die Widerstandsarbeit bei der Elasticitätsgrenze ist bedeutend höher wie bei gewöhnlichem Eisen, so daß dieses Metall in vieler Beziehung mit Stahl concurriren könnte. Seine Elasticität, wo immer untersucht, scheint constant zu bleiben. Dieses eigenthümliche Probestück war „kalt gewalztes“ Eisen (vergl. 1873 209 414). Es ist wahrscheinlich durchaus nicht frei von inneren Spannungen, aber dieselben sind symmetrisch um die Achse vertheilt und vollkommen gleichförmig in jeder concentrischen Cylinderfläche, so daß der Effect (speciell für Wellen) jener der vollkommenen Homogenität ist. Die anscheinend große Mangelhaftigkeit der Homogenität in Bezug auf Structur erklärt sich leicht durch Untersuchung der gebrochenen Stücke, welche eine äußerst faserige Structur aufweisen. Werkzeugstahl (tool steel) unterscheidet sich chemisch vom kohlenstoffarmen Stahl (low steel) durch größeren Kohlenstoffgehalt und nahezu vollkommene Reinheit, und wird durch Einschmelzen von Cementstahl, oder von reinem Schmiedeisen mit etwas Manganeisen oder drgl. und Kohle im Tiegel gewonnen. Da er mehr Kohlenstoff enthält, so ist es auch leichter, durch Einführung von Mangan eine größere Homogenität zu sichern und alle üblen Einflüsse des etwa vorhandenen Schwefels vollkommen zu entfernen. Durch den Mehrgehalt an Kohlenstoff wird der Stahl härter und weniger dehnbar und da die Reduction der Dehnbarkeit in höherem Maße stattfindet wie die Vermehrung der Stärke, so wird die Widerstandsarbeit vermindert. Die Verarbeitung der Werkzeugstähle ist eine bessere als die der früher besprochenen Gußstahlsorten; sie werden in kleinen Ingots gegossen, statt im Walzwerk unter dem Hammer gestreckt, und sind daher freier von der Unregelmäßigkeit der Structur, welche sich bei anderen Stahlsorten findet. Eine weitere Folge des höheren Kohlenstoffgehaltes ist die Fähigkeit des Stahles, sich härten zu lassen. Harter Stahl ist jedoch immer spröde und zerbrechlich, indem das Härten auf Kosten der Dehnbarkeit geschieht. Der Effect der Vermehrung des Kohlenstoffgehaltes auf die Zugfestigkeit des Stahles wird sehr beeinflußt durch die gleichzeitige Anwesenheit anderer Elemente. Für guten ungehärteten Stahl pflegt jedoch Verf. die Zugfestigkeit annähernd nach folgender Formel zu bestimmen: Z = 60 000 + 70 000 C, wobei Z die Zugfestigkeit in Pfund pro Quadratzoll englisch und C den im Stahl enthaltenen Procentsatz von Kohlenstoff bedeutet. Reducirt auf Kilogramm und Quadrat-Millimeter lautet die Formel: Z = 42 + 49 C. Die mit Werkzeugstahl vorgenommenen Versuche sind auf der unteren Hälfte von Tafel B dargestellt und zwar, der Deutlichkeit halber, von der Abscisse des Verdrehungswinkels 180° an aufgetragen. Nr. 58 ist ein englisches Fabrikat, bekannt unter dem Namen „deutscher Tiegelgußstahl (german crucible steel).“ Hier hat die Größe der inneren Spannungen das Diagramm so beeinflußt, daß die Elasticitätsgrenze ganz verwischt ist. Beiläufig kann für dieselbe 14½° Verdrehung genommen werden, wo der Widerstand gleich ist 25,31 Kilogrm. pro 1 Qu.-Mm. Dieser Stahl ist homogen in der Structur und entwickelt schließlich einen Widerstand von 67,5 Kilogrm. Die Widerstandsarbeit ist augenscheinlich geringer wie bei den weicheren Sorten, wird hingegen auch von den nächsten kohlenstoffreicheren und besseren Marken übertroffen. Der Kohlenstoffgehalt schwankt zwischen 0,60 bis 0,65 Proc., die schließliche Verlängerung ist 4,5 Proc. Nr. 53 ist ein englischer, zweimal raffinirter Stahl (double shear steel) von ausgezeichneter Structur, aber schwächer und weniger stoßkräftig wie der vorhergehende. Schließliche Verlängerung der äußeren Fasern 3 Proc. Nr. 41 und 61 sind bester englischer Werkzeugstahl; ersterer wurde geprüft, wie er vom Barren abgeschnitten war, der zweite vorher sorgfältig nachgelassen. Dabei zeigte sich als Folge verminderte Stärke und Widerstandsarbeit. Bei Nr. 41 ist die Elasticitätsgrenze nicht bestimmbar; dieselbe scheint sowie für Nr. 61 bei 27,41 Kilogrm. zu liegen. Der Kohlenstoffgehalt ist sehr nahe 1 Proc. Der Querschnitt würde sich durch Spannung um 5 Proc. reduciren. Nr. 70 ist amerikanischer Federstahl (spring steel), etwas hart aber von ausgezeichneter Widerstandsfähigkeit. Er unterscheidet sich von Nr. 41 hauptsächlich durch die bedeutend höhere Elasticitätsgrenze, was möglicherweise dadurch verursacht wurde, daß das Material rascher abkühlte, nachdem es die letzten Walzen verlassen hatte. Für einen absolut genauen Vergleich müßten entweder alle Probestücke gleichmäßig ausgeglüht, oder auf ganz genau denselben Grad nachgelassen werden. Nr. 71 und 82: Amerikanischer Werkzeugstahl mit circa 1,15 Proc. Kohlenstoffgehalt. Nr. 71 hat die Elasticitätsgrenze bei 48,50 Kilogrm., scheint aber in Folge Mangels an Mangan heterogene Structur zu haben. Beide Marken zeigen geringere Widerstandsarbeit und sind daher weniger gut geeignet für Meisel, Gesteinsbohrer und andere Werkzeuge, welche Schlägen unterworfen sind, als für sonstige Werkzeugstähle. Die größte Verlängerung der Fasern beträgt nur 1,3 resp. 3 Proc. Die Diagramme werden wieder in vollkommener Weise durch die Bruchstücke ergänzt. Holzschnitt Fig. 8 stellt das abgebrochene Probestück Nr. 68 dar, Fig. 9 die Marke Nr. 58, endlich Fig. 10 die Bruchflächen von Nr. 71, als feinster Werkzeugstahl. Textabbildung Bd. 216, S. 106 Textabbildung Bd. 216, S. 106 Textabbildung Bd. 216, S. 106 Die glatte Oberfläche von Nr. 68 (welches ein analoges Muster wie das dem Diagramme 69 entsprechende ist) und der reine, charakteristische Bruch (etwas ähnlich dem Eisen Nr. 22, Holzschnitt Fig. 7) zeigen beide dessen Natur vollkommen an — ersteres die Stärke und Gleichmäßigkeit der Structur, letzteres die Festigkeit. Es mag als Typus für die kohlenstoffarmen Stahlsorten gelten. Nr. 58 (Fig. 9) hat selbst mehr wie Nr. 68 (Fig. 8) seine ursprüngliche glatt polirte Oberfläche behalten; der Bruch ist viel unregelmäßiger und eckiger. Der Riß, welcher seitlich am Hals herunterläuft, zeigt die Verwandtschaft mit dem raffinirten Stahl, welcher in Folge seiner lamellenartigen Zusammensetzung viel öfter diesen Effect der Spannung zeigt. Nr. 58 liegt augenscheinlich zwischen den weichen Sorten, wie Nr. 68, und den Werkzeugstählen, welche durch Nr. 71 (Fig. 10) repräsentirt sind. Bei letzterem Probestück haben die Bruchsplitterung und die Bruchfläche ein wunderbar gleiches Korn, welches die Vortrefflichkeit des Materiales beweist. Die vor der Prüfung abgedrehte und polirte Oberfläche blieb vollkommen unverändert. Durch Beobachtung der gebrochenen Stücke können auf diese Weise selbst Eigenschaften, welche nicht aus dem Diagramme hervorgehen, von dem geübten Beobachter erkannt werden. Gußeisen. Die betreffenden Diagramme beginnen auf Tafel B vom Verdrehungswinkel 100° als Nullpunkt und sind von gewöhnlichem Gußeisen und von hämmerbarem Gußeisen (malleable iron) erhalten. Nr. 23 und 24 repräsentiren gutes dunkelgraues Gießerei-Roheisen von Pennsylvanien; Nr. 25 hellgraues Roheisen und Nr. 30 sehr gutes weißes Lake superior-Holzkohlen-Eisen. Letzteres ist außerordentlich hart und steif; der Widerstand steigt sehr genau mit dem Verdrehungswinkel, bis es zuletzt rasch abspringt unter einer Spannung von über 42 Kilogrm. pro 1 Qu.-Mm.; größte Verlängerung 1/10 Proc. Trotz dieses außergewöhnlich hohen Widerstandes ist es klar, daß dieses Material für gewöhnliche Verwendung werthlos wäre wegen seiner Sprödigkeit, außer für vollkommen ruhige Belastung. Die thatsächliche Streckung der äußeren Partikeln ist ziemlich dieselbe bei allen drei Marken; sie sind ausgezeichnete Exemplare ihrer Gattung und wesentlich besser wie gewöhnliche Roheisensorten. Nr. 37 ist ein hämmerbares (adoucirtes) Gußeisen, aus der außerordentlich guten Eisensorte Nr. 30 hergestellt, deren Bruch in Fig. 13 ersichtlich ist. Der Proceß des Adoucirens besteht bekanntermaßen in Entkohlen des aus gutem kohlenstoffarmen weißen Roheisen hergestellten Gußstückes durch Contact mit Eisenoxyd oder anderem entkohlenden sogen. Cementirpulver. Wenn dieser Proceß in gewöhnlicher Weise durchgeführt wird, nach vorhergegangenem Schmelzen des Roheisens im Cupolofen in Berührung mit dem Brennmaterial und etwas Zuschlag, so erhält man ein Metall, wie es durch Nr. 37 illustrirt ist, welches die Stärke von Gußeisen behält, aber größere Dehnbarkeit erlangt. Die Probe Nr. 30 — das Material, aus welchem Nr. 37 durch Adouciren hergestellt wurde — gab 7° nach bis zur Bruchgrenze, während Nr. 37 erst nach 39° Verdrehung mit einer Maximalverlängerung von 2 Proc. brach. Unter der Vorsicht des Schmelzens in einem Gasofen und größerer Sorgfalt bei der Entkohlung wird noch ein besseres Product erzielt, welches in Nr. 35 dargestellt ist. Dasselbe ist in jeder Beziehung dem Schmiedeisen viel ähnlicher, hat eine hohe Elasticitätsgrenze, über 14 Kilogrm. pro 1 Qu.-Mm., und bricht erst nach 168° Verdrehung bei einer Maximal—Verlängerung von 35 Procent; es ist zwar nicht so homogen, aber ebenso stark und fast so zähe wie ein gutes Schmiedeisen. Dieses Metall ist jedenfalls in vielen Fällen, wo complicirte Formen zu geben sind, ebenso gut aber bedeutend billiger wie Schmiedeisen. Der Bruch dieser Probe von besonders gutem hämmerbaren Eisenguß ist in Fig. 11 dargestellt und zeigt die große Aehnlichkeit mit Schmiedeisen in dem ebenen gleichförmigen Bruch normal zur Achse und den schraubenförmig verdrehten Fasern. Fig. 12 stellt die Bruchflächen von Nr. 33 dar und ist ein Probestück ähnlich dem Nr. 37. Der verhältnißmäßige Mangel an Dehnbarkeit, die weniger regelmäßige Structur und weniger vollkommene Umwandlung treten deutlich hervor. Fig. 13 ist ein ausgezeichnetes Muster von dem mit Nr. 30 bezeichneten weißen Roheisen. Die Bruchoberfläche hat die allgemeine Erscheinung von gebrochenem Werkzeugstahl. Die Farbe und Textur sind jedoch entscheidend, und selbstverständlich fehlt das eigentliche „Stahlkorn“. Fig. 14 stellt das dunkelgraue Roheisen Nr. 23 dar. Farbe, körnige Structur und grobes Korn sind markant, und Niemand kann in der Erscheinung des Probestückes diejenigen allgemeinen Charakteristiken verkennen, welche durch das Diagramm gegeben sind. Textabbildung Bd. 216, S. 108 Textabbildung Bd. 216, S. 108 Textabbildung Bd. 216, S. 108 Textabbildung Bd. 216, S. 108 Andere Metalle. Die Diagramme (ausgehend vom Nullpunkte) zeigen in Nr. 87 Kupfer, in Nr. 88 Zinn und in Nr. 89 Zink, aus gegossenen, vom Verfasser sorgfältig ausgesuchten Mustern (geformt und gegossen im Stevens-Institut) und beweisen die ungeheure Ueberlegenheit von Eisen und Stahl über die anderen Metalle. Sie nehmen alle Setzungen bei den geringsten Spannungen an, passiren die Elasticitätsgrenze bei einem unbestimmbaren, aber augenscheinlich sehr niederen Punkt und besitzen eine geringe Festigkeit. Zink Nr. 89 zeigt durch die Regelmäßigkeit seiner Curve eine sehr gleichmäßige Structur. Es vermehrt seinen Widerstand gegen Verdrehung sehr gleichmäßig bis zu 50°, wo es eine Maximalfestigkeit von 7,59 Kilogrm. pro 1 Qu.-Mm. erreicht. Es verliert, sobald der Bruch beginnt, seine Spannung ebenso regelmäßig, wenn auch rascher, wie es dieselbe erlangt hat, und der Bruch ist complet bei 63°. Der Widerstand ist ausnehmend klein, unfähig zur Aufnahme weder statischer noch dynamischer Kräfte; die Dehnbarkeit ist im Maximum 4 Procent. Zinn Nr. 88 zeigt ausnehmend schwachen Widerstand, aber große Dehnbarkeit. Das Stück war ausgezeichnet, sowohl in Qualität des Metalles als in fester Structur, wie es durch den Zinnschrei während der Beanspruchung in der Probirmaschine und durch den feinen, glatten und reinen Bruch bezeugt wurde. Die Curve ist ähnlich wie bei Zink, hat aber eine viel größere Ausdehnung; die Elasticitätsgrenze ist ganz unbestimmbar. Das Diagramm zeigt vollkommene Homogenität, und der Maximalwiderstand wird bei 240° Verdrehung mit 4,01 Kilogrm. pro 1 Qu.-Mm. erreicht. Der Bruch tritt sehr successive ein und wird vollkommen bei 355°. Trotz dieser großen Dehnbarkeit bewirkt die geringe Haltbarkeit doch nur mäßige Widerstandsarbeit, übertrifft aber dennoch hierin Zink, obwohl letzteres die nahezu doppelte Widerstandsfähigkeit hat. Kupfer Nr. 87 — ebenso wie das jetzt besprochene Zink und Zinn — in nassem Sand gegossen (auf Taf. B: cast copper-green sand), fand sich im Bruch durch große Porosität von denselben verschieden. Dadurch ward es bedeutend geschwächt. Die Curve gleicht der vom Zink, ist aber plötzlich bei 46° abgebrochen; erreicht das Maximum früher wie Zink, nämlich bei 29° Verdrehung mit 7,59 Kilogrm. pro 1 Qu.-Mm. Spannung, genau soviel wie bei Zink. Die Dehnbarkeit ist 1½ Proc., die Widerstandsarbeit etwas kleiner wie bei Zink. Die Elasticitätsgrenze ist schwer zu bestimmen und wurde annähernd bei 1½° mit 2,74 Kilogrm. pro 1 Qu.-Mm. angenommen. Nr. 134 ist dieselbe Kupfersorte, aber in einer trockenen Sandform gegossen (cast copper-dry sand). Die auffällige Differenz in der Stärke beider Proben ist wahrscheinlich nicht blos durch die von den Dämpfen der nassen Form herrührenden Porosität, welche bei dem letzten Muster ganz fehlt, sondern auch durch die langsamere Abkühlung hervorgerufen. Hier ist die Elasticitätsgrenze nahe bei 13¾° Verdrehung mit 3,79 Kilogrm. erreicht, das größte Moment bei 21° mit 5,80 M.-Kilogrm., entsprechend 7,21 Kilogrm. Spannung. Die Widerstandsarbeit ist viel größer wie beim vorhergehenden, und die größte Verlängerung 2,6 Proc. In Allem überragt es das erste Muster, woraus zu schließen ist, daß Kupfer — und wahrscheinlich alle seine Legirungen — womöglich in trockenem Sand gegossen werden sollen, um Dichte und Stärke zu sichern. Nr. 141 geschmiedetes Kupfer (forged copper). Das Probestück, ein Quadratstab von 26 Mm., wurde aus einem Barren von 90 Mm. Breite und 19 Mm. Dicke ausgehämmert. Das auffallendste ist hier die große Dehnbarkeit, welche jedes andere bis jetzt untersuchte Metall bei weitem übertrifft, und im Betrag viele Male so groß ist wie beim gegossenen Metall. Die Elasticitätsgrenze, obwohl nicht genau bestimmbar, wird sehr rasch erreicht. Vergleicht man seine elastische Linie mit dem ursprünglichen Theile der Curve, so zeigt sich, daß schon die kleinste Kraft eine Setzung hervorbringt, welche anderen Metallen gegenüber sehr groß ist. Die Curve steigt sehr regelmäßig und successive zu einem Maximum, das jedoch erst bei 450° mit 20,24 Kilogrm. pro 1 Qu.-Mm. Spannung erreicht wird. Der Bruch tritt erst nach 543° Verdrehung ein; die größte Verlängerung beträgt 210 Proc., indem die am meisten verlängerten Fasern schließlich das 3,1fache ihrer ursprünglichen Länge haben; es würde dies einer Reduction des Querschnittes auf 0,323 beim Bruch durch Spannung entsprechen. Die Widerstandsarbeit ist ganz unbedeutend innerhalb der Elasticitätsgrenze, hat aber einen hohen Betrag bis zur Grenze des Bruches. Dies stimmt ganz mit der Kenntniß des Materiales überein, wie sie jeder Handwerker aus der Erfahrung ableitet. Hier jedoch finden wir einen completen Bericht über seine Eigenthümlichkeiten, von dem Materiale selbst mit bestimmten und genauen Maßen geschrieben. Allgemeine Schlüsse. Die beigegebene Tafel B, welche die authographischen Diagramme aller Nutzmetalle enthält, bezeugt zur Genüge die Fülle und Genauigkeit, mit welcher deren Eigenthümlichkeiten sich graphisch darstellen lassen, und die Bequemlichkeit, mit welcher sie unter Anwendung einer einfachen Probirmaschine studirt werden können. Eine Vergleichung der hier erhaltenen Resultate mit denen, welche bei der gewöhnlichen Festigkeits-Probirmaschine auf so unverläßliche Weise erhalten werden, wird die vollkommene Anwendbarkeit dieser Methode auch zur Bestimmung des Benehmens des Metalles unter Spannung zeigen. Wenn man die ausnehmend schön, nach Versuchen auf einer Festigkeitsmaschine zusammengestellten Curven von Knut Styffe studirt, bemerkt man sofort die Aehnlichkeit mit den vorliegenden autographischen Curven und erkennt, daß eine vollkommene Uebereinstimmung der Resultate zu erhalten ist, wenn man eine Vergleichung beider Systeme anstellt, und daß keine Bruchtheorie richtig sein kann, welche nicht beide berücksichtigt. Das hier angenommene constante Verhältniß zwischen dem Torsionswiderstand und der absoluten Festigkeit der Metalle — überhaupt der homogeneren Materialien — ist im Allgemeinen basirt auf einer Vergleichung der hier erhaltenen Resultate, mit denen von Eisen unter der Spannungsprobe durch den Verfasser bestimmten, und ist bestätigt durch Vergleichung der Resultate anderer Experimentatoren mit denselben Marken. Probiren innerhalb der Elasticitätsgrenze. Für den Werth der Constructionsmaterialien ist es gewöhnlich am wichtigsten, das Verhalten innerhalb der Elasticitätsgrenze zu bestimmen. Die Ingenieure neigen sich immer mehr der Ansicht zu, daß jedes Stück, das zu einer wichtigen Construction verwendet wird, vor dem Gebrauch probirt werden soll, damit sein Sicherheitscoefficient genau bekannt werde. Es ist schon ganz gebräuchlich geworden, Stangen auf eine bestimmte Beanspruchung zu untersuchen und zurückzuweisen, wenn sie unter derselben eine zu große bleibende Setzung annehmen. Die hier beschriebene Methode gestattet diese Probe mit vollkommener Sicherheit. Die Elasticitätsgrenze tritt innerhalb der ersten zwei oder drei Grade auf, und es kann, wie gezeigt, das Probestück 100 oder selbst 200 mal soviel verdreht werden, bevor es seinen Maximalwiderstand erreicht, und selbst noch weiter, bevor wirklich der Bruch beginnt. Es ist daher vollkommen sicher, beispielsweise das Constructionsglied einer Brücke, bis zur Elasticitätsgrenze zu probiren und dann erst der Construction einzufügen — mit der Gewißheit, daß seine Fähigkeit der Widerstandsleistung ohne jede Beschädigung bestimmt und die etwa früher vorhandenen Spannungen entfernt worden sind. Der autographische Bericht der Probe könnte zu jeder Zeit als ein Beweis vor Gericht deponirt werden (wie das Indicator-Diagramm einer Dampfmaschine), wenn irgend eine Frage betreffs der Verbindlichkeit des Lieferanten für einen Unfall auftauchen sollte, als ein Beweis für die vollkommene Erfüllung des Contractes. Eine besondere Maschine wurde für diesen Zweck vom Verfasser construirt. (Fortsetzung folgt.)